JP2651644B2 - 丸鋼突合せ連続自動溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、継目無鋼管の製造過
程において使用されるマンドレルバー等の製作に使用さ
れる丸鋼の突合せ連続自動溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】継目無鋼管、例えばマンネスマンマンド
レルミル方式による継目無鋼管の製造過程において使用
されるマンドレルバーは、２０〜３０ｍ以上の長尺のも
のが使用される。このため、長尺のマンドレルバーは、
素材の棒鋼（工具鋼）を被覆アーク溶接の手溶接で突合
せ溶接し、製作されている。この棒鋼の突合せ溶接作業
は、丸鋼の突合せ部の細い径から順次多層に亘って盛り
上げて行かねばならず、悪環境下での長時間の連続作業
であり、溶接工からは敬遠されている。

【０００３】また、上記被覆アーク溶接の手溶接では、
長さ３００〜５００ｍｍの溶接棒を使用しているので、
２００〜５００ｍｍピッチでアークが途切れるため、ビ
ード継ぎ部で溶け込み不良および融合不良の欠陥が発生
し易いばかりでなく、溶接部表面に発生するスラグを通
常手作業で除去しなければならず、極めて非能率的であ
る。一方、ガスシールドアーク溶接による半自動溶接法
を採用すれば、突合せた丸鋼を回転させながら連続溶接
することは可能であると考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスシ
ールドアーク溶接による半自動溶接法により、突合せた
丸鋼を回転させながら連続溶接する方法は、丸鋼回転速
度を一定とすると積層するにつれ溶接速度が速くなり、
融合不良欠陥が発生し易くなる。また、１〜３層毎にス
ラグを除去することが必要で、アークを止めてスラグを
除去しなければならず、ビード継ぎ部で溶け込み不良お
よび融合不良の欠陥が発生し易い。さらに、積層毎に積
層分だけ溶接トーチを持ち上げ、溶接ワイヤの突出し長
さを一定に保つ必要がある等の問題を有している。

【０００５】この発明の目的は、前記丸鋼の突合せ溶接
における初層から最終層までの間を、無人運転で連続自
動溶接できる丸鋼突合せ連続自動溶接装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、溶接ワ
イヤ自動送給機能を有するガスシールドアーク溶接機に
よる丸鋼の突合せ溶接において、溶接条件の溶接速度を
一定に保持するためには、溶接部の径毎に丸鋼の回転速
度を順次変化させて溶接速度を所定値に保持すると共
に、溶接部の径の変化に対応して溶接トーチを順次上昇
させて溶接面と溶接トーチ先端との距離を一定に保持
し、溶接部表面に発生するスラグを溶接継続中自動で除
去すればよいことを究明し、この発明に到達した。

【０００７】すなわちこの発明は、溶接ワイヤ自動送給
機能を有する溶接機により丸鋼を回転させながら突合せ
部を連続自動溶接する装置において、溶接機に付加した
溶接トーチ高さ調整機構と、丸鋼の突合せ部上方に配設
したビード高さ検出器と、丸鋼の回転検出器と、丸鋼回
転装置に付加した回転速度制御機能と、チッピングハン
マーを溶接部に所定荷重で圧接させる自動スラグ取り機
と、前記ビード高さ検出器および回転検出器から入力さ
れるビード高さと、丸鋼の１回転毎の信号および操作盤
から設定入力される溶接条件に基いて、丸鋼の１回転毎
の溶接面と溶接トーチ間距離が一定となる溶接トーチ高
さ、溶接ビード高さの変化に応じて所定の溶接速度を保
つ回転速度を演算する演算部と、演算部で演算された丸
鋼の１回転毎の溶接トーチ高さ、回転速度に溶接トーチ
高さ調整機構と丸鋼回転装置に付加した回転速度制御機
能を操作して制御し、溶接面と溶接トーチ間距離ならび
に溶接速度を一定に保持する溶接制御装置とからなるこ
とを特徴とする丸鋼突合せ連続自動溶接装置である。

【０００８】また、この発明の自動スラグ取り機は、後
部に倣い軸を有するスラグ取り機架台上に、エアーシリ
ンダーと丸鋼に挿嵌した倣いリングに当接する倣いロー
ラーを配設し、前記エアーシリンダーにより前後進する
スライド架台上に前後進可能に設けたチッピングハンマ
ーにワイヤーを介して重錘を連結し、チッピングハンマ
ーを溶接部に所定荷重で圧接してなる。

【０００９】

【作用】この発明においては、丸鋼の突合わせ連続溶接
装置に、溶接トーチ 高さ調整機構と、ビード高さ検出
器と、丸鋼の回転検出器と、丸鋼回転装置に付加した回
転速度制御機能と、自動スラグ取り機と、前記ビード高
さ検出器から入力されるビード高さと、回転検出器から
入力される丸鋼の１回転毎の信号および操作盤から設定
入力される溶接条件に基いて、丸鋼の１回転毎の溶接面
と溶接トーチ間距離が一定となる溶接トーチ高さ、溶接
ビード高さの変化に応じて所定の溶接速度を保つ回転速
度を演算する演算部と、演算部で演算された丸鋼の１回
転毎の溶接トーチ高さ、回転速度に溶接トーチ高さ調整
機構と丸鋼回転装置に付加した回転速度制御機能を操作
して制御し、溶接面と溶接トーチ間距離ならびに溶接速
度を一定に保持する溶接制御装置を配設したから、前記
ビード高さ検出器から入力されるビード高さと、回転検
出器から入力される丸鋼の１回転毎の信号と操作盤から
設定入力される溶接条件に基いて、演算部で丸鋼の１回
転毎の溶接面と溶接トーチ間距離が一定となる溶接トー
チ高さ、溶接部の積層毎に変化する溶接部直径に応じて
溶接速度が一定のモーター回転数を演算し、溶接制御装
置が演算部で演算された丸鋼の１回転毎の溶接トーチ高
さ、回転速度に溶接トーチ高さ調整機構と丸鋼回転装置
に付加した回転速度制御機能を操作して制御し、溶接面
と溶接トーチ間距離ならびに丸鋼の回転速度を径の小さ
い初層溶接部で速く、径が大きくなる最終層に近づくほ
ど遅くし、溶接速度を一定に保持する。

【００１０】例えば、溶接速度Ｖを一定とするために
は、回転ローラー径：ＤＴ、丸鋼外径：Ｄ、溶接部径：
ｄｎとすると、丸鋼回転数（ｒｐｍ）＝Ｖ／πｄｎ、回
転ローラー回転数（ｒｐｍ）＝Ｖ／πｄｎ×Ｄ／ＤＴ、
モーター回転数（ｒｐｍ）＝回転ローラー回転数／減速
比となり、演算部で溶接部の積層毎に変化する溶接部直
径に応じて所定の溶接速度を保つモーター回転数を演算
し、溶接制御装置で丸鋼回転装置に付加した回転速度制
御機能を操作して演算したモーター回転数に制御する。
また、丸鋼の突合わせ連続溶接装置に、溶接トーチ高さ
調整機構を付加したから、演算部でビード高さ検出器か
ら入力される溶接ビード高さと、丸鋼の回転検出器から
入力される丸鋼の１回転毎の信号に基づき、演算部で丸
鋼の１回転毎にその盛り上げた溶接ビード高さを演算
し、演算した盛り上げた溶接ビード高さ分だけ溶接制御
装置で溶接トーチ高さ調整機構を操作して溶接トーチを
自動上昇させ、溶接面と溶接トーチ先端距離を一定に保
持することにより、溶接条件の溶接電圧、溶接電流を一
定に保つことができる。

【００１１】さらに、溶接部の欠陥を除去するための溶
接部表面に発生するスラグの除去は、後部に倣い軸を有
するスラグ取り機架台の倣い軸を支点として上昇させ、
丸鋼に挿嵌した倣いリングに倣いローラーを当接させ
る。ついで前記エアーシリンダーによりスライド架台を
前進させてエアー打撃式のチッピングハンマーを溶接部
に当接させ、チッピングハンマーを溶接部にワイヤーを
介して重錘を連結して所定荷重で圧接することにより、
溶接部径の変化および溶接面の凹凸に容易に追従し、溶
接部表面に発生するスラグをチッピングハンマーにより
連続的に自動除去することができる。

【００１２】

【実施例】以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図
１ないし図５に基いて説明する。図１はこの発明の丸鋼
突合せ連続自動溶接装置の全体概略図、図２は丸鋼を回
転させる回転装置の概要図で、（ａ）図は正面図、
（ｂ）図は平面図、図３は溶接トーチ自動上昇概要図
で、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は側面図、図４は自動
スラグ取り装置の概要図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）
図は正面図、図５はチッピングハンマーのチゼル先端形
状を示すもので、（ａ）図は本発明例の正面図、（ｂ）
図は従来の形状の正面図である。

【００１３】図１において、１は突合せ溶接する丸鋼、
２は丸鋼１の突合せ部の溶接面を示す。３は突合せ溶接
する丸鋼１、１を丸鋼の外径に添って円周方向に回転さ
せる丸鋼回転装置である。丸鋼回転装置３は、図２に示
すとおり、丸鋼１を回転させる駆動モーター４および減
速機５を介し、丸鋼１の外径に添って円周方向に回転ム
ラなく円滑に回転させるべく、駆動軸６に駆動回転ロー
ラー７と回転フリーローラー８の２個で一組の回転ロー
ラーのうちの駆動回転ローラー７が直結されると共に、
丸鋼１が長尺の場合に丸鋼１の軸方向の曲がりが予測さ
れるため、上方よりピンチロール９で押さえる構造と
し、かつ、駆動回転ローラー７と回転フリーローラー８
の２個で一組の回転ローラーは丸鋼１の長さに応じて必
要台数設置する。なお、丸鋼１が短尺の場合は、丸鋼１
を回転ポジショナーのチャックで回転させることもでき
る。また、ピンチロール９の回転軸には、回転検出器１
０が設置され、丸鋼１の１回転検出を行うよう構成され
ている。

【００１４】１１は溶接ワイヤー自動送給機構を持つガ
スシールドアーク溶接機で、溶接電源１２が接続された
溶接ワイヤー１３、溶接ワイヤー１３を自動送給するた
めの溶接ワイヤー送給モーター１４、溶接トーチ１５の
高さを調整するトーチ高さ調整モーター１６と、図示し
ないシールドガス供給装置からなり、操作盤１９から溶
接制御装置２０に入力された溶接ワイヤー１３の送り速
度となるよう溶接ワイヤー送給モーター１４の速度制御
が実施される。また溶接トーチ１５の高さを調整するト
ーチ高さ調整モーター１６は、溶接ビード高さ検出器１
７から演算制御装置１８に入力される溶接面２の高さ
と、前記回転検出器１０から演算制御装置１８に入力さ
れる丸鋼１の１回転検出信号に基いて、丸鋼１の１回転
毎にその盛り上げた溶接ビード高さを演算し、操作盤１
９から設定された溶接速度となるよう溶接制御装置２０
を介して溶接トーチ１５を自動上昇させるよう制御され
る。また、演算制御装置１８は、溶接ビード高さ検出器
１７から入力される溶接面２の高さと、前記回転検出器
１０から入力される丸鋼１の１回転検出信号に基づい
て、溶接面２の積層毎に変化する溶接部直径に応じて操
作盤１９から設定された溶接速度Ｖとするため、回転ロ
ーラー径：ＤＴ、丸鋼外径：Ｄ、溶接部径：ｄｎから、
丸鋼回転数（ｒｐｍ）＝Ｖ／πｄｎ、回転ローラー回転
数（ｒｐｍ）＝Ｖ／πｄｎ×Ｄ／ＤＴ、モーター回転数
（ｒｐｍ）＝回転ローラー回転数／減速比を演算し、溶
接面２の積層毎に変化する溶接部直径に応じて丸鋼１の
１回転毎に駆動モーター４の回転速度制御を実施するよ
う構成する。

【００１５】一方、自動スラグ取り機２１は、図４に示
すとおり、後部に倣い軸２２を有するスラグ取り機架台
２３上に、エアーシリンダー２４と丸鋼１に挿嵌した倣
いリング２５に当接する倣いローラー２６を配設し、前
記エアーシリンダー２４により前後進するスライド架台
２７上に前後進可能に設けたチッピングハンマー２８に
ワイヤー２９を介して重錘３０を連結してなる。自動ス
ラグ取り機２１は、演算制御装置１８からスラグ取り指
令が出力されると、図示しない昇降手段によって、スラ
グ取り機架台２３を倣い軸２２を支点として上昇させ、
丸鋼１に挿嵌した倣いリング２５に倣いローラー２６を
当接させる。ついで前記エアーシリンダー２４によりス
ライド架台２７を前進させてエアー打撃式のチッピング
ハンマー２８のチゼル３１先端を溶接面２に当接させ、
チッピングハンマー２８を溶接面２にワイヤー２９を介
して重錘３０を連結して所定荷重で圧接するよう構成す
る。チゼル３１の先端形状は、図５（ｂ）図に示す従来
の先端の尖ったチゼル４１に変えて、図５（ａ）図に示
すとおり、溶接面２の凹凸ならびに溶接径の変化に容易
に追従できるよう上下方向に広幅とした。また、丸鋼
１、１が溶接中に軸方向への位置ずれを生じた時には、
丸鋼１に挿嵌した倣いリング２５に当接する倣いローラ
ー２６および倣い軸２２によって、丸鋼１、１の位置ず
れに追従する。

【００１６】上記のとおり構成したから、丸鋼１、１の
突合せ連続自動溶接においては、丸鋼１、１の回転速度
は、回転検出器１０から入力される丸鋼１の１回転毎の
信号と、溶接ビード高さ検出器１７から入力される丸鋼
１の１回転毎の溶接ビード高さ、ならびに操作盤１９か
ら入力される溶接条件に基いて、溶接速度を一定に保持
するため、初層溶接部で速く、最終層に近づくにつれて
遅くするよう、積層毎に変化する溶接ビード高さに応じ
て演算制御装置１８での演算結果に基いて駆動モーター
４の回転数が制御される。一方、溶接制御装置２０は、
操作盤１９から設定入力された溶接ワイヤー１３の送り
速度となるよう、溶接ワイヤー送給モーター１４の速度
制御を実施すると共に、演算制御装置１８で溶接面２の
高さと丸鋼１の１回転検出信号に基き演算された丸鋼１
の１回転毎にその盛り上げた溶接ビード高さだけ溶接ト
ーチ１５を自動上昇させるようトーチ高さ調整モーター
１６を制御し、溶接面２と溶接トーチ１５の先端との距
離を一定に保持する。

【００１７】さらに自動スラグ取り機２１は、溶接が開
始されて演算制御装置１８からスラグ取り指令が出力さ
れると、図示しない昇降手段によって、スラグ取り機架
台２３を倣い軸２２を支点として上昇させ、丸鋼１に挿
嵌した倣いリング２５に倣いローラー２６を当接させ
る。ついで前記エアーシリンダー２４によりスライド架
台２７を前進させてエアー打撃式のチッピングハンマー
２８のチゼル３１先端を溶接面２に当接させ、チッピン
グハンマー２８を溶接面２にワイヤー２９を介して重錘
３０を連結して所定荷重で圧接させ、溶接面２の凹凸な
らびに溶接径の変化に追従して各積層毎の溶接面２に発
生するスラグを自動的に除去する。

【００１８】したがって、丸鋼１、１の回転速度は、積
層毎に変化する溶接ビード高さに応じて溶接速度が一定
となるよう制御され、しかも、積層毎に変化する溶接ビ
ード高さに応じて溶接面２と溶接トーチ１５間距離が常
に一定となるよう溶接トーチ１５高さが制御され、しか
も、積層毎に溶接面２に発生するスラグは、自動スラグ
取り機２１によって溶接面２の凹凸ならびに溶接径の変
化に追従して自動的に除去され、丸鋼１、１の突合せ溶
接を連続自動溶接により行うことができる。なお、本実
施例においては、溶接部の開先形状をＨ型としたが、Ｘ
型、Ｋ型等いかなる形状であっても、開先形状に応じて
溶接条件が一定となるよう丸鋼の回転速度を制御すれば
よい。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の連続自動
溶接装置によれば、常に一定の溶接速度ならびに一定の
溶接面と溶接トーチ間距離を保持できると共に、溶接面
２の凹凸ならびに溶接径の変化に追従して各積層毎の溶
接面に発生するスラグを自動的に除去できるから、一定
の溶接条件で丸鋼の突合せ溶接を連続自動で実施するこ
とが可能となり、しかも、溶接部品質の向上に寄与する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の丸鋼突合せ連続自動溶接装置の全体
概略図である。

【図２】丸鋼を回転させる回転装置の概要図で、（ａ）
図は正面図、（ｂ）図は平面図である。

【図３】溶接トーチ部分の説明図で、（ａ）図は正面
図、（ｂ）図は側面図である。

【図４】自動スラグ取り装置の概要図で、（ａ）図は平
面図、（ｂ）図は正面図である。

【図５】チッピングハンマーのチゼル先端形状を示すも
ので、（ａ）図は本発明例の正面図、（ｂ）図は従来の
形状の正面図である。

【符号の説明】

１ 丸鋼 ２ 溶接面 ３ 丸鋼回転装置 ４ 駆動モーター ５ 減速機 ６ 駆動軸 ７ 駆動回転ローラー ８ 回転フリーローラー ９ ピンチロール １０ 回転検出器 １１ ガスシールドアーク溶接機 １２ 溶接電源 １３ 溶接ワイヤー １４ 溶接ワイヤー送給モーター １５ 溶接トーチ １６ トーチ高さ調整モーター １７ 溶接ビード高さ検出器 １８ 演算制御装置 １９ 操作盤 ２０ 溶接制御装置 ２１ 自動スラグ取り機 ２２ 倣い軸 ２３ スラグ取り機架台 ２４ エアーシリンダー ２５ 倣いリング ２６ 倣いローラー ２７ スライド架台 ２８ チッピングハンマー ２９ ワイヤー ３０ 重錘 ３１，４１ チゼル

フロントページの続き (72)発明者 惣前 満夫 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属 工業株式会社 和歌山製鉄所内 (72)発明者 内田 典夫 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接 工業株式会社内 (72)発明者 乾 和也 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接 工業株式会社内 (72)発明者 藤田 博 和歌山県和歌山市湊1850番地 住金プラ ントテクノス株式会社内 (56)参考文献 特公 昭51−12294（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−24745（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭62−27344（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ワイヤ自動送給機能を有する溶接機
   により丸鋼を回転させながら突合せ部を連続自動溶接す
   る装置において、溶接機に付加した溶接トーチ高さ調整
   機構と、丸鋼の突合せ部上方に配設したビード高さ検出
   器と、丸鋼の回転検出器と、丸鋼回転装置に付加した回
   転速度制御機能と、チッピングハンマーを溶接部に所定
   荷重で圧接させる自動スラグ取り機と、前記ビード高さ
   検出器および回転検出器から入力されるビード高さと丸
   鋼の回転数および操作盤から設定入力される溶接条件に
   基いて、丸鋼の１回転毎の溶接面と溶接トーチ間距離が
   一定となる溶接トーチ高さ、溶接ビード高さの変化に応
   じて所定の溶接速度を保つ回転速度を演算する演算部
   と、演算部で演算された丸鋼の１回転毎の溶接トーチ高
   さ、回転速度に溶接トーチ高さ調整機構と丸鋼回転装置
   に付加した回転速度制御機能を操作して制御し、溶接面
   と溶接トーチ間距離ならびに溶接速度を一定に保持する
   溶接制御装置とからなることを特徴とする丸鋼突合せ連
   続自動溶接装置。
2. 【請求項２】 後部に倣い軸を有するスラグ取り機架台
   上に、エアーシリンダーと丸鋼に挿嵌した倣いリングに
   当接する倣いローラーを配設し、前記エアーシリンダー
   により前後進するスライド架台上に前後進可能に設けた
   チッピングハンマーにワイヤーを介して重錘を連結し、
   チッピングハンマーを所定荷重で溶接面に圧接したこと
   を特徴とする請求項１記載の丸鋼突合せ連続自動溶接装
   置。