JP7467066B2 - 溶接装置および溶接装置の制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、溶接装置および溶接装置の制御方法に関するものである。

ボイラに用いられる火炉壁などには、内部に水や蒸気が流通する長尺の伝熱管と板状のフィンとが交互に溶接で接続された伝熱パネルが用いられるものがある。そして、伝熱管の耐腐食性を確保するために、伝熱管の表面に耐腐食性材料で螺旋巻溶接を行うことが知られている（例えば、特許文献１（段落００７２等）参照）。特許文献１には、素管を回転させながらＴＩＧ溶接トーチを送ることで、素管の全周により配管の全周に螺旋巻溶接により耐腐食層を形成することが開示されている。

特開２０１８－１８９２８２号公報

特許文献１に開示される螺旋巻溶接では、長尺の伝熱管に対して溶接トーチが移動するため、溶接トーチの移動方向に沿った各位置で溶接トーチと伝熱管との間の距離などに変動が生じやすい。溶接トーチと伝熱管との間の距離や溶接トーチとの角度などに変動が生じると、溶接トーチと伝熱管の位置関係を精度高く管理することができなくなり、伝熱管の長手方向の各位置での溶接状態に変動が生じてしまい、肉盛厚さや肉盛表面粗度などの許容範囲を設定した溶接仕様を満たすことができない可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、肉盛厚さや肉盛表面粗度などの溶接仕様を適切に満たして伝熱管の外周表面に螺旋状の肉盛溶接を行うことが可能な溶接装置および溶接装置の制御方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る溶接装置は、軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行い、前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、前記溶接装置が設置される設置面に対して位置が固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、前記移動機構と前記回転機構と前記肉盛溶接機構とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう制御する。

本開示の一態様に係る溶接装置の制御方法は、軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行う溶接装置の制御方法であって、前記溶接装置は、前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、前記溶接装置が設置される設置面に対して固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、を備え、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう前記溶接装置を制御する制御工程を備える。

本開示によれば、肉盛厚さや肉盛表面粗度などの溶接仕様を適切に満たして伝熱管の外周表面に螺旋状の肉盛溶接を行うことが可能な溶接装置および溶接装置の制御方法を提供することができる。

本開示の一実施形態に係るガス化炉設備が備えるガス化炉の縦断面図である。 図１に示すガス化炉壁の概略構成を示す横断面図である。 図１に示すガス化炉壁の概略構成を示す拡大断面図である。 本開示の一実施形態に係る溶接装置の側面図であり、伝熱管の外周表面に肉盛溶接を開始した状態を示す。 本開示の一実施形態に係る溶接装置の側面図であり、伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行っている状態を示す。 本開示の一実施形態に係る溶接装置の側面図であり、伝熱管の外周表面への肉盛溶接を終了した状態を示す。 図５に示す溶接装置の部分拡大図である。 図７に示す溶接装置のＡ－Ａ矢視断面図であり、第１下方支持部を示す図である。 図７に示す溶接装置のＢ－Ｂ矢視断面図であり、第２下方支持部および上方支持機構を示す図である。 図７に示す溶接装置のＣ－Ｃ矢視断面図であり、第３下方支持部を示す図である。 図９に示す上方支持機構の変形例を示す図である。 図４に示す可動台車の内部構造を示す斜視図である。 図４に示す冷却機構を示す概略構成図である。 図７に示す肉盛溶接機構のＤ－Ｄ矢視断面図であり、計測機構が肉盛溶接されていない伝熱管を計測する状態を示す図である。 図７に示す肉盛溶接機構のＤ－Ｄ矢視断面図であり、計測機構が肉盛溶接された伝熱管を計測する状態を示す図である。 図４に示す溶接装置の制御構成を示す概略構成図である。 図９に示す第２下方支持部および上方支持機構の変形例を示す図である。

以下、本開示の一実施形態に係る溶接装置および溶接装置の制御方法について、図面を参照して説明する。本実施形態の溶接装置は、肉盛溶接を行う際に、冷却水（冷却媒体）を円筒状の伝熱管の内部に流通させることにより、伝熱管自身および周囲を冷却して、伝熱管の外周表面に耐腐食性および耐熱性を向上させるための溶接材料を肉盛溶接する装置である。
以下の説明で、上方や下方などの上と下の記載は、鉛直方向での上や下を示すものとする。

本実施形態の溶接装置２００により溶接材料が肉盛溶接された伝熱管は、例えば複数の板材に溶接により連結されて伝熱パネルとなる。伝熱パネルは、例えば、ボイラの火炉の内部や、ガス化炉の内部に配置される。以下では、溶接材料が肉盛溶接された伝熱管を用いた伝熱パネルが配置される一例として、ガス化炉について図面を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係るガス化炉の縦断面図である。

図１に示すガス化炉１０１は、石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）において、主に水素と一酸化炭素を含む生成ガスを生成する装置である。ガス化炉１０１に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられ、石炭ミル（図示略）などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭が供給される。燃料から可燃性ガス（生成ガス）を生成する燃焼方式として、空気を主とする酸化剤を用いる空気燃焼方式を用いている。ガス化炉１０１が生成した生成ガスは、発電機を回転駆動するガスタービンの燃焼器に供給される。

図１に示すように、ガス化炉１０１は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１０と、圧力容器１１０の内部に設けられるガス化炉壁１１１とを有している。ガス化炉壁１１１として、伝熱管Ｔを含む伝熱パネルが利用される。

ガス化炉１０１は、圧力容器１１０とガス化炉壁１１１との間の空間にアニュラス部１１５を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１１の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８を形成している。

圧力容器１１０は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１２２が形成されている。ガス化炉壁１１１は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１０の内面と対向して設けられている。本実施形態では圧力容器１１０は例えば円筒形状で、ガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７も例えば円筒形状に形成されている。そして、ガス化炉壁１１１は、図示しない支持部材により圧力容器１１０内面に連結されている。

ガス化炉壁１１１は、圧力容器１１０の内部を内部空間１５４と外部空間１５６に分離する。ガス化炉壁１１１は、横断面形状がコンバスタ部１１６とリダクタ部１１８との間のディフューザ部１１７で変化する形状とされている。ガス化炉壁１１１は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、鉛直下方側となるその下端部が圧力容器１１０の底部と隙間を空けて設けられている。

圧力容器１１０の底部に形成されるスラグホッパ１２２には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁１１１の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁１１１の内外を封止している。ガス化炉壁１１１には、バーナ装置１２６，１２７が挿入され、内部空間１５４にシンガスクーラ１０２が配置されている。

アニュラス部１１５は、圧力容器１１０の内側とガス化炉壁１１１の外側に形成された空間、つまり外部空間１５６であり、空気分離設備（図示略）で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部１１５は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１５の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための図示しない炉内均圧管が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁１１１の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１１の内部（コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７及びリダクタ部１１８）と外部（アニュラス部１１５）との圧力差を所定圧力以内となるよう略均圧にしている。

コンバスタ部１１６は、微粉炭及びチャー（石炭の未反応分と灰分）と空気とを一部燃焼させる燃焼室となっており、コンバスタ部１１６におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ装置１２６からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部１１６で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通過してリダクタ部１１８に流入する。

リダクタ部１１８は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部１１６からの燃焼ガスに微粉炭を供給し部分酸化燃焼させて、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと分解してガス化されて生成ガスを生成する空間となっており、リダクタ部１１８におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ装置１２７からなる燃焼装置が配置されている。

次に、ガス化炉壁１１１について図面を参照して説明する。図２は、図１に示すガス化炉壁１１１の概略構成を示す横断面図である。図３は、図１に示すガス化炉壁１１１の概略構成を示す拡大断面図である。

ガス化炉壁１１１の水平方向の断面形状は、多角筒形状や円筒形状の筒形状であるが、図３に示す形態では円筒形状のものの例であり、筒形状となる壁部１４０に複数の水冷壁管１４２が設けられている。つまり壁部１４０の一部に複数の水冷壁管１４２が同心円状に配置して設けられている。

ガス化炉１０１は、水冷壁管１４２内に冷媒（冷却水として給水や蒸気など）を循環させる冷却水循環機構（図示略）を有する。複数の水冷壁管１４２は、ガス化炉１０１を全域にわたって鉛直方向に沿って延設されており、一部が切断されることなく鉛直方向上下に伸び、周方向に並設されることで、ガス化炉１０１の壁部１４０が形成されている。

図３に示すように、水冷壁管１４２の少なくとも一部は、伝熱管Ｔと、伝熱管Ｔの外周に設けられた溶接ビードＷＢと、を有する。伝熱管Ｔは、内部に冷却水が流れる管路である。溶接ビードＷＢは、伝熱管Ｔの周方向の全周に配置され、伝熱管Ｔの外周面を覆っている。溶接ビードＷＢは、後述する溶接装置２００が伝熱管Ｔの外周表面に肉盛溶接を行うことで形成される。

壁部１４０は、水冷壁管１４２と水冷壁管１４２との間に板材（フィン）１６６が設けられている。本実施形態の壁部１４０は、複数の水冷壁管１４２を同心円状に配置し、水冷壁管１４２と水冷壁管１４２との間を板材１６６で塞ぐことで、筒形状を形成している。また、壁部１４０は、水冷壁管１４２の溶接ビードＷＢと板材１６６とを連結する溶接部１６８を有する。溶接部１６８は、溶接ビードＷＢと板材１６６との接触部分の内部空間１５４側の端部と、外部空間１５６側の端部に形成されている。溶接部１６８は、溶接により形成され、溶接ビードＷＢと板材１６６との両方と密着することで、水冷壁管１４２の溶接ビードＷＢと板材１６６とを連結する。

ガス化炉壁１１１は、伝熱管Ｔが第１材料で製作され、溶接ビードＷＢが第２材料で作製されている。また、板材１６６及び溶接部１６８は、第２材料で作製されていてもよい。第１材料及び第２材料は、金属である。第２材料は、第１材料よりも耐食性（耐腐食性）が高く、かつ、耐熱性が高い材料である。ガス化炉壁１１１は、溶接ビードＷＢを伝熱管Ｔよりも耐食性が高く、かつ、耐熱性が高い材料で形成することで、伝熱管Ｔを保護することができる。

具体的には、ガス化炉壁１１１の内側の可燃性ガスが流れる内部空間１５４は、酸化剤（酸素を含むガス）と燃料が部分燃焼されてガス化した生成ガスとなって流れ、かつ高温となる。伝熱管Ｔの内部空間１５４側の面を溶接ビードＷＢで覆うことで、伝熱管Ｔを腐食や高温の使用環境から保護することができる。また、ガス化炉壁１１１の伝熱管Ｔや溶接ビードＷＢや板材１６６に石炭などのスラグが付着と脱落を発生することで、ガス化炉壁１１１の壁面の温度変化が発生して、伝熱管Ｔや溶接ビードＷＢで温度分布が生じると、材質の違いによる熱膨張差の影響が大きくなり、局部的な熱応力が大きくなる場合があるので溶接ビードＷＢは耐熱性が高い材料で形成している。

さらにガス化炉壁１１１のコンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８の内部空間１５４では、１５００℃を越える高温雰囲気であることで温度差は大きくなり易い。このため本実施形態では、ガス化炉壁１１１の外部空間１５６側と内部空間１５４側は、伝熱管Ｔの軸心と板材１６６の板厚中心を結ぶ面に対して対称となる同じ形状としてあり、局所的な温度分布が発生しても熱膨張差による熱負荷の増大を抑制することができて、ガス化炉壁１１１の耐久性を向上できる。

次に、伝熱管Ｔの外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行う溶接装置２００について、図面を参照して説明する。図４は、本開示の一実施形態に係る溶接装置２００の側面図であり、伝熱管Ｔの外周表面に肉盛溶接を開始して溶接ビードＷＢが形成され始めた状態を示す。図５は、本開示の一実施形態に係る溶接装置２００の側面図であり、伝熱管Ｔの外周表面に肉盛溶接を行って溶接ビードＷＢを形成している状態を示す。図６は、本開示の一実施形態に係る溶接装置２００の側面図であり、伝熱管Ｔの外周表面への肉盛溶接を終了した状態を示す。

図７は、図５に示す溶接装置２００の部分拡大図である。図８は、図７に示す溶接装置２００のＡ－Ａ矢視断面図であり、第１下方支持部３１を示す図である。図９は、図７に示す溶接装置２００のＢ－Ｂ矢視断面図であり、第２下方支持部３２および上方支持機構４０を示す図である。図１０は、図７に示す溶接装置２００のＣ－Ｃ矢視断面図であり、第３下方支持部３３を示す図である。図１１は、図９に示す上方支持機構４０の変形例を示す図である。図１２は、図４に示す可動台車１０の内部構造を示す斜視図である。

図４から図６に示す溶接装置２００は、ガス化炉壁１１１の水冷壁管１４２に対して、伝熱管Ｔの外周表面に、溶接材料を螺旋状に肉盛溶接して溶接ビードＷＢを形成する装置である。図４から図６に示すように、伝熱管Ｔは、紙面水平方向に延びる軸線Ｘに沿って配置される円筒状の管体である。図４から図６に示すように、溶接装置２００は、可動台車１０と、肉盛溶接機構２０と、下方支持機構３０と、上方支持機構４０と、冷却機構５０と、計測機構６０と、本体部７０と、撮像部８０と、表示部８５と、制御部９０と、を備える。

溶接装置２００は、伝熱管Ｔを設置面Ｓに平行となるように設置面Ｓから一定の高さに配置して下方支持機構３０および上方支持機構４０により支持する。溶接装置２００は、可動台車１０により、伝熱管Ｔを移動方向ＭＤに沿って所定の速度で移動させながら軸線Ｘ回りに所定の回転数で回転させる。溶接装置２００は、移動方向ＭＤに沿って移動しながら軸線Ｘ回りに回転する伝熱管Ｔに対して、紙面上方に設置面Ｓに対して固定した位置に設置された肉盛溶接機構２０により肉盛溶接を行う。

図４に示す状態で伝熱管Ｔの外周表面に肉盛溶接が開始され、図５に示すように螺旋状に形成される溶接ビードＷＢの範囲が増加し、図６に示す状態で伝熱管Ｔの外周表面への肉盛溶接が終了する。溶接装置２００は、図４から図６までの動作を実行することにより、伝熱管Ｔの外周表面に溶接材料を螺旋状に肉盛溶接された溶接ビードＷＢを形成する。

可動台車１０は、伝熱管Ｔを軸線Ｘに沿って所定速度で移動させながら所定速度で回転させる機構の一例である。図１２に示すように、可動台車１０は、伝熱管Ｔを軸線Ｘに沿って移動させる移動機構１１と、伝熱管Ｔを軸線Ｘ回りに回転させる回転機構１２とを備える。

図１２に示すように、移動機構１１は、移動用モータ１１ａを駆動させることにより、駆動軸１１ｂに連結された第１ギア１１ｃを駆動軸１１ｂと同軸方向に回転させ、第１ギア１１ｃに係合した第２ギア１１ｄを回転させる。第２ギア１１ｄは、連結軸１１ｅを介して連結された第３ギア１１ｆを回転させる。第３ギア１１ｆは、溶接装置２００が設置される設置面Ｓに対して固定された本体部７０に設けられたラックギア７１と係合している。そのため、第３ギア１１ｆが回転することにより、移動機構１１の台車部１１ｇが本体部７０のレール７２に沿って移動方向ＭＤに移動する。ここで、移動方向ＭＤは、伝熱管Ｔの軸線Ｘ方向と平行な方向である。

伝熱管Ｔは、回転機構１２により、可動台車１０に軸線Ｘ回りに回転可能な状態で、移動機構１１に対して軸線Ｘ方向に移動しないように伝熱管Ｔの外周表面を固定部１２ｅで保持して固定されている。そのため、移動機構１１が軸線Ｘに沿って移動すると、伝熱管Ｔもそれに伴って軸線Ｘに沿って移動する。このように、移動機構１１は、移動用モータ１１ａを回転させることにより、伝熱管Ｔを軸線Ｘに沿って移動させる。移動用モータ１１ａの駆動は、制御部９０から伝達される制御信号により制御される。

図１２に示すように、回転機構１２は、回転用モータ１２ａを駆動させることにより、駆動軸１２ｂに連結された第１ギア１２ｃを回転させ、第１ギア１２ｃに係合した第２ギア１２ｄを回転させる。第２ギア１２ｄは、伝熱管Ｔの外周表面を保持して第２ギア１２ｄに対して回転不能に固定される固定部１２ｅと一体となるように連結されている。そのため、第２ギア１２ｄが回転すると、伝熱管Ｔもそれに伴って軸線Ｘ回りに回転する。

このように、回転機構１２は、回転用モータ１２ａを回転させることにより、伝熱管Ｔを軸線Ｘ回りに一定の方向に所定の回転数で回転させる。回転用モータ１２ａの駆動は、制御部９０から伝達される制御信号により制御される。

肉盛溶接機構２０は、図７に示すように、軸線Ｘ上の所定の溶接位置Ｐ０を通過する伝熱管Ｔの外周表面に溶接材料を供給しながら螺旋状に溶接ビードＷＢを形成する装置である。肉盛溶接機構２０は、溶接装置２００が設置される設置面Ｓに対して本体部７０を介して固定されている。肉盛溶接機構２０は、例えばタングステン電極２１ａを有する溶接トーチ２１により、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接を行う。肉盛溶接機構２０は、制御部９０から伝達される制御信号によりタングステン電極２１ａに電圧を印可して電流を供給することで、タングステン電極２１ａの先端と伝熱管Ｔの外周表面との間に溶接電流が流れてアークを形成して温度が上昇する。

溶接トーチ２１によって形成されたアークに対して、溶接ワイヤ（溶接材料）が供給されるようになっている。溶接ワイヤは、制御部９０から伝達される制御信号によって所定の送給量が供給されるようになっており、溶接ワイヤに電流を流すことによって、ジュール熱で溶接ワイヤが加熱される。本実施形態の溶接ワイヤとしては、例えばインコネル（登録商標）等の固溶強化型ニッケル基合金や高クロム含有合金を含む耐腐食性材料などを用いることができる。

肉盛溶接機構２０は、本体部７０に固定されているが、伝熱管Ｔは移動方向ＭＤに沿って移動し、かつ軸線Ｘ回りに回転している。そのため、肉盛溶接機構２０は本体部７０の固定された位置で伝熱管Ｔへの溶接を行うことで、伝熱管Ｔの外周表面上に耐腐食性材料が、螺旋状に肉盛溶接される。また、肉盛溶接機構２０は本体部７０の固定された位置であるために、溶接トーチ２１と伝熱管Ｔの位置関係を精度高く管理することができる。

下方支持機構３０は、伝熱管Ｔを下方から支持する機構であり、設置面Ｓに対して固定されている。下方支持機構３０は、第１下方支持部３１と、第２下方支持部３２と、第３下方支持部３３と、を備える。以下、図面を参照して、下方支持機構３０について説明する。図８は、図７に示す溶接装置２００のＡ－Ａ矢視断面図であり、第１下方支持部３１を示す図である。図９は、図７に示す溶接装置２００のＢ－Ｂ矢視断面図であり、第２下方支持部３２および上方支持機構４０を示す図である。図１０は、図７に示す溶接装置２００のＣ－Ｃ矢視断面図であり、第３下方支持部３３を示す図である。

第１下方支持部３１は、肉盛溶接機構２０に最も近接した位置で伝熱管Ｔの下方を支持し、肉盛溶接機構２０が固定される本体部７０に対して固定されている。図８に示すように、第１下方支持部３１は、伝熱管Ｔの下方側の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の球体（第１球体）３１ａと、一対の球体３１ａのそれぞれを任意方向に回転可能に保持する保持部（第１保持部）３１ｂと、を有する。第１下方支持部３１は、一対の球体３１ａにより、伝熱管Ｔの下方を周方向に２箇所の異なった位置から挟んだ状態で支持することで、伝熱管Ｔの中心位置（軸線Ｘの位置）を一定の位置に保持することができる。

第２下方支持部３２は、第１下方支持部３１に隣接して配置され、第１下方支持部３１よりも軸線Ｘに沿った伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの上流側（紙面右側）に配置されている。図９に示すように、第２下方支持部３２は、伝熱管Ｔの下方側の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の球体（第１球体）３２ａと、一対の球体３２ａのそれぞれを任意方向に回転可能に保持する保持部（第１保持部）３２ｂと、を有する。第２下方支持部３２は、一対の球体３２ａにより、伝熱管Ｔの下方を周方向に２箇所の異なった位置から挟んだ状態で支持することで、伝熱管Ｔの中心位置（軸線Ｘの位置）を一定の位置に保持することができる。

第３下方支持部３３は、第１下方支持部３１に対して伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの下流側（紙面左側）の複数箇所と、第２下方支持部３２に対して伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの上流側（紙面右側）の複数箇所に配置される。図１０に示すように、第３下方支持部３３は、伝熱管Ｔの下方側の外周表面、または伝熱管Ｔの外周表面に溶接ビードＷＢを形成した状態（水冷壁管１４２）の下方側の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の球体（第１球体）３３ａと、一対の球体３３ａのそれぞれを任意方向に回転可能に保持する保持部（第１保持部）３３ｂと、を有する。第３下方支持部３３は、一対の球体３３ａにより、伝熱管Ｔの下方を周方向に２箇所の異なった位置から挟んだ状態で支持することで、伝熱管Ｔの中心位置（軸線Ｘの位置）を一定の位置に保持することができる。

第３下方支持部３３は、伝熱管Ｔを支持する先端位置の設置面Ｓに対して直交する方向（紙面上下方向）の距離を調整可能な高さ調整機構（切替機構）３３ｃを備える。高さ調整機構３３ｃは、伝熱管Ｔを支持する位置に球体３３ａを保持する支持状態（図６に示す状態）と、伝熱管Ｔを支持しない位置に球体３３ａを退避させた退避状態（図４および図５に示す状態）とを切り替え可能な機構である。高さ調整機構３３ｃは、球体３３ａの先端位置を、設置面Ｓに対して直交する方向（紙面上下方向）に沿って移動させる機構である。高さ調整機構３３ｃは、例えば、圧縮空気源（図示略）から供給される圧縮空気の圧力によって鉛直方向上下に伸縮して、図示しないストッパで球体３３ａの先端位置を管理する機構となっている。

第３下方支持部３３のうち、第１下方支持部３１に対して伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの下流側の複数箇所に配置されるものは、可動台車１０の移動方向ＭＤへの移動に際して接触しないように高さ調整機構３３ｃにより球体３３ａの先端位置を下方側へ退避状態となるように移動させる。伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの最も下流側に配置される第３下方支持部３３は、図４および図５に示す状態では、可動台車１０が通過していないため、可動台車１０との接触を避けるために球体３３ａの先端位置は退避状態となる。一方、図６に示す状態では、可動台車１０が通過しているため、球体３３ａの先端位置は支持状態となる。

第３下方支持部３３のうち、第１下方支持部３１に対して伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの上流側の複数箇所に配置されるものは、冷却機構５０に接触しないように高さ調整機構３３ｃにより球体３３ａの先端位置を退避状態となるように下方側へ移動させる。伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの最も上流側に配置される第３下方支持部３３は、図４に示す状態では、冷却機構５０が通過していないため、球体３３ａの先端位置は支持状態となる。一方、図５および図６に示す状態では、冷却機構５０が通過しているため、冷却機構５０との接触を避けるために球体３３ａの先端位置は退避状態となる。

上方支持機構４０は、伝熱管Ｔを上方から支持する機構であり、肉盛溶接機構２０が固定される本体部７０に対して固定されている。上方支持機構４０は、肉盛溶接機構２０よりも伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの上流側かつ肉盛溶接機構２０に近接した位置で伝熱管Ｔを支持することにより、肉盛溶接機構２０の溶接トーチ２１から伝熱管Ｔまでの距離や溶接トーチ２１との角度など溶接トーチ２１と伝熱管Ｔの位置関係が変動することを抑制する。

ここでは、上方支持機構４０が本体部７０に固定されるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、上方支持機構４０は、本体部７０に固定されるのではなく、設置面Ｓに直接的に設けられた支持機構（例えば、第２下方支持部３２の側方から上方に延びる一対の支持柱と、一対の支持柱を水平に連結する梁とを有する門型の機構）により、設置面Ｓに対して直接的に支持されるものであってもよい。

図７および図９に示すように、上方支持機構４０は、伝熱管Ｔの上方側の外周表面と接触する球体（第２球体）４０ａと、球体４０ａのそれぞれを任意方向に回転可能に保持する保持部（第２保持部）４０ｂと、高さ調整機構４０ｃと、を有する。高さ調整機構４０ｃは、伝熱管Ｔを支持する先端位置の設置面Ｓに対して直交方向（紙面上下方向）の距離を調整可能な機構である。

高さ調整機構４０ｃは、伝熱管Ｔを支持する位置に球体４０ａを保持する支持状態（図９に破線で示す状態）と、伝熱管Ｔを支持しない位置に球体４０ａを退避させた退避状態（図９に実線で示す状態）とを切り替え可能な機構である。高さ調整機構４０ｃは、球体３３ａの先端位置を、設置面Ｓに対して直交方向（紙面上下方向）に沿って移動させる機構である。高さ調整機構４０ｃは、例えば、圧縮空気源（図示略）から供給される圧縮空気の圧力によって鉛直方向に伸縮する機構となっている。高さ調整機構４０ｃは、伝熱管Ｔが下方支持機構３０により支持された後に、制御部９０から伝達される制御信号により、球体４０ａの位置を退避状態から支持状態に切り替える。また、球体４０ａの先端位置が支持状態にある場合は、支持状態圧縮空気源（図示略）から供給される圧縮空気の圧力によって上側から下側方向に弾力を保有しつつ押さえるようにしてもよい。

次に、図７を参照して、肉盛溶接機構２０と下方支持機構３０と上方支持機構４０の位置関係について説明する。図７において、肉盛溶接機構２０の溶接トーチ２１が伝熱管Ｔの外周表面に肉盛溶接を行う軸線Ｘ上の位置（溶接位置）をＰ０とする。また、下方支持機構３０の第１下方支持部３１の球体３１ａが、肉盛溶接が行われていない伝熱管Ｔの下方側の外周表面を支持する軸線Ｘ上の位置をＰ１とする。

また、下方支持機構３０の第３下方支持部３３のうち第１下方支持部３１の移動方向ＭＤの下流側に隣接して配置されるものの球体３３ａが、肉盛溶接が行われた伝熱管Ｔの下方側の外周表面を支持する軸線Ｘ上の位置をＰ２とする。また、下方支持機構３０の第２下方支持部３２の球体３２ａが、肉盛溶接が行われていない伝熱管Ｔの下方側の外周表面を支持する軸線Ｘ上の位置をＰ３とする。

図７において、軸線Ｙ０はＰ０を通過して鉛直方向に延びる軸線であり、軸線Ｙ１はＰ１を通過して鉛直方向に延びる軸線である。また、軸線Ｙ２はＰ２を通過して鉛直方向に延びる軸線であり、軸線Ｙ３はＰ３を通過して鉛直方向に延びる軸線である。

Ｐ０からＰ１までの軸線Ｘ方向の距離（第１距離）はＬ１であり、Ｐ０からＰ２までの軸線Ｘ方向の距離（第２距離）はＬ２であり、Ｐ１からＰ３までの軸線Ｘ方向の距離はＬ３である。また、上方支持機構４０の球体４０ａが、肉盛溶接が行われていない伝熱管Ｔの上方側の外周表面を支持する軸線Ｘ上の位置と、Ｐ０までの軸線Ｘ方向の距離はＬ４である。ここで、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、以下の式（１）の関係を満たす。
Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ２ （１）

式（１）に示すように、Ｐ０からＰ１までの軸線Ｘ方向の距離Ｌ１は、Ｐ０からＰ２までの軸線Ｘ方向の距離Ｌ２よりも短い。そのため、Ｐ０よりも伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの上流側に配置される第１下方支持部３１は、移動方向ＭＤの下流側に配置される第３下方支持部３３よりも溶接位置であるＰ０に近接した位置Ｐ１で伝熱管Ｔを下方側から支持する。また、Ｐ０よりも伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの上流側に配置される第２下方支持部３２は、第１下方支持部３１よりも溶接位置であるＰ０から上流側に少し離間した位置Ｐ３で伝熱管Ｔを下方側から支持する。一方、Ｐ０よりも伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの下流側に配置される第３下方支持部３３は、第１下方支持部３１よりも溶接位置であるＰ０から下流側に離間した位置Ｐ２で伝熱管Ｔの外周表面に溶接ビードＷＢを形成した状態（水冷壁管１４２）を下方側から支持する。

Ｐ０よりも移動方向ＭＤの上流側では溶接ビードＷＢが存在しないため、溶接の行われていない伝熱管Ｔの外周表面を溶接位置Ｐ０の近隣のＰ１と近傍のＰ３で支持し、肉盛溶接機構２０の溶接トーチ２１から伝熱管Ｔまでの距離や溶接トーチ２１との角度など溶接トーチ２１と伝熱管Ｔの外周表面との位置関係の変動を抑制することができる。また、移動方向ＭＤの下流側では、肉盛溶接が行われて溶接ビードＷＢが形成されて表面に凹凸形状のある状態の外周表面を溶接位置Ｐ０から離れた位置Ｐ２で支持し、凹凸形状が第３下方支持部３３を通過する際の振動が肉盛溶接機構２０に伝達されることを抑制し、溶接ビードＷＢの肉厚による軸線Ｘの微小な位置変動による影響を抑制することができる。

Ｌ１は、例えば、１０ｍｍ以上かつ１００ｍｍ以下に設定される。Ｌ１を１０ｍｍ以上に設定しているのは、Ｐ０で肉盛溶接が行われた高温の溶接ビードＷＢと第１下方支持部３１とが接触しないようにするためである。また、Ｌ１を１００ｍｍ以下に設定しているのは、Ｐ０に近接した位置で伝熱管Ｔを支持することでＰ０における溶接トーチ２１の先端から伝熱管Ｔの外周表面までの距離や溶接トーチ２１との角度の変動を抑制するためである。

Ｌ２は、例えば、１０００ｍｍ以上かつ２５００ｍｍ以下に設定される。Ｌ２を１０００ｍｍ以上に設定しているのは、伝熱管Ｔの外周表面に形成される溶接ビードＷＢの凹凸形状が第３下方支持部３３を通過する際の振動が肉盛溶接機構２０に伝達されることを抑制し、溶接ビードＷＢの肉厚分布による軸線Ｘの微小な位置変動による影響を抑制するためである。また、Ｌ２を２５００ｍｍ以下に設定しているのは、Ｐ０からＰ２までの距離が長すぎると伝熱管Ｔに部分的に撓みが生じてしまい、伝熱管Ｔを安定して支持することができなくなるからである。

式（１）に示すように、Ｐ１からＰ３までの軸線Ｘ方向の距離Ｌ３およびＰ０からＰ３までの距離Ｌ４は、それぞれＬ１よりも長くかつＬ２よりも短い。第２下方支持部３２および上方支持機構４０は、それぞれＰ０よりも移動方向ＭＤの上流側に配置されるので溶接ビードＷＢの凹凸形状がないため、Ｌ２よりも短くしても振動による肉盛溶接機構２０への影響は少ない。また、第３下方支持部３３よりも溶接位置に近接した位置で伝熱管Ｔを支持することで、溶接トーチ２１の先端から伝熱管Ｔの外周表面までの距離や溶接トーチ２１との角度の変動を抑制することができる。

Ｌ３は、例えば、１００ｍｍ以上かつ５００ｍｍ以下に設定される。Ｌ４は、例えば、約３００ｍｍに設定され、Ｌ１とＬ３の合計と一致するように設定するのが望ましい。Ｌ４をＬ１とＬ３の合計と一致させることにより、第２下方支持部３２が伝熱管Ｔを支持する軸線Ｘ上の位置と、上方支持機構４０が伝熱管Ｔを支持する軸線Ｘ上の位置が一致する。このようにすることで、伝熱管Ｔを軸線Ｘ上の同一位置で上下から確実に支持することができる。

冷却機構５０は、伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの上流側端部Ｔｕから冷却水（冷却媒体）を伝熱管Ｔ内に流入させるとともに伝熱管Ｔの移動方向ＭＤの下流側端部Ｔｄから冷却水を伝熱管Ｔ内から流出させることにより伝熱管Ｔを内部から冷却する機構である。図１３に示すように、冷却機構５０は、流入側配管５１と、流出側配管５２と、冷却ユニット５３と、流量計５４と、流入側カップリング５５と、流出側カップリング５６と、を備える。ここで冷却媒体は、水の他に、熱媒体や機械作動油などの液体や、窒素などの気体を用いてもよい。

冷却機構５０は、冷却ユニット５３で他の冷却媒体との熱交換等によって冷却される冷却水を、流入側配管５１を介して伝熱管Ｔの上流側端部Ｔｕに流入させる。流入側配管５１と伝熱管Ｔの上流側端部Ｔｕとは、流入側カップリング５５により着脱可能に連結されている。伝熱管Ｔ内に流入した冷却水は、伝熱管Ｔの移動方向ＭＤに沿って流れ、肉盛溶接機構２０により溶接される位置であるＰ０を通過して伝熱管Ｔの下流側端部Ｔｄに導かれる。

溶接位置であるＰ０の近傍で温度が上昇した冷却水は、伝熱管Ｔの下流側端部Ｔｄに導かれて、流出側配管５２に流出し、冷却ユニット５３に導かれる。流出側配管５２と伝熱管Ｔの下流側端部Ｔｄとは、流出側カップリング５６により着脱可能に連結されている。このように、冷却水は、冷却ユニット５３から吐出された後、流入側配管５１、伝熱管Ｔ、流出側配管５２の順に流れ、再び冷却ユニット５３に戻って循環する。

冷却機構５０は、伝熱管Ｔの移動方向ＭＤに沿って、上流側端部Ｔｕから下流側端部Ｔｄに向けて冷却水を流通させる。伝熱管Ｔの上流側端部ＴｕからＰ０までの領域は、溶接ビードＷＢが形成されていない領域である。そのため、冷却ユニット５３で冷却された冷却水は、伝熱管Ｔの中で最も高温となるＰ０の近傍へは加熱されて温度上昇されない状態で供給され、Ｐ０の近傍の伝熱管Ｔを適切に効率的に冷却することができる。これにより、伝熱管Ｔの溶接ビードＷＢが形成時に熱影響による溶け込み量の変化や熱応力による伝熱管Ｔの反り変形を抑制することができる。

冷却機構５０は、流量計５４により計測される冷却水の流量を制御部９０に伝達する。制御部９０は、流量計５４が計測する流量が所定の流量範囲に維持されるように、冷却ユニット５３を制御する制御信号を冷却ユニット５３に伝達する。冷却ユニット５３は、制御部９０から伝達される制御信号に応じて流入側配管５１へ吐出する冷却水の流量を制御する。また、冷却水の流量計５４付近に図示しない温度計を設けて、冷却水の流量に加えて温度が所定範囲にあるかを制御してもよい。

制御部９０は、流量計５４により計測される冷却水の流量が所定の下限値を下回る場合、冷却水による伝熱管Ｔの冷却が適切に行われないと判断し、肉盛溶接機構２０による伝熱管Ｔの溶接を一時停止するよう肉盛溶接機構２０を制御する。

計測機構６０は、肉盛溶接機構２０が配置されるＰ０よりも移動方向ＭＤの下流側の計測位置Ｐｍに配置される機構である。計測機構６０は、例えば非接触式のセンサを用いることにより、計測位置Ｐｍを通過する伝熱管Ｔの外径Ｄｏを計測する機構である。図１４および図１５に示すように、計測機構６０は、例えば上方側発光部６１と、上方側受光部６２と、下方側発光部６３と、下方側受光部６４と、を備える。

例えば上方側発光部６１は、軸線Ｙｍと平行な鉛直方向に沿って配列される複数の発光素子を有し、各発光素子が水平方向に沿って上方側受光部６２に向けて光を照射する。上方側受光部６２は、軸線Ｙｍと平行な鉛直方向に沿って配列される複数の受光素子を有し、各受光素子が上方側発光部６１の複数の発光素子から照射される光を受光する。

例えば下方側発光部６３は、軸線Ｙｍと平行な鉛直方向に沿って配列される複数の発光素子を有し、各発光素子が水平方向に沿って下方側受光部６４に向けて光を照射する。下方側受光部６４は、軸線Ｙｍと平行な鉛直方向に沿って配列される複数の受光素子を有し、各受光素子が下方側発光部６３の複数の発光素子から照射される光を受光する。

計測機構６０は、上方側受光部６２が上方側発光部６１から照射光を受光した最も下端側にある受光素子の位置と、下方側受光部６４が下方側発光部６３から照射光を受光した最も上端側にある受光素子の位置とに基づいて、伝熱管Ｔの外径Ｄｏを非接触状態で計測する。計測機構６０が計測する伝熱管Ｔの外径Ｄｏは、制御部９０に伝達される。制御部９０は、計測機構６０が計測した伝熱管Ｔの外径Ｄｏを、例えば作業者が視認して、伝熱管Ｔの溶接ビードＷＢの肉盛厚さを監視可能なように、表示部８５に表示させてもよい。

図１４は、計測機構６０が肉盛溶接されていない伝熱管Ｔを計測する状態を示す図である。一方、図１５は、計測機構６０で溶接ビードＷＢが肉盛溶接された伝熱管Ｔを計測する状態を示す図である。図１４に示すように、溶接ビードＷＢが肉盛溶接されていない伝熱管Ｔの外径Ｄｏ１よりも、肉盛溶接がされた伝熱管Ｔの外径Ｄｏ２の方が大きい。溶接ビードＷＢの肉盛厚さは、（Ｄｏ２－Ｄｏ１）／２となる。

制御部９０は、計測機構６０から伝達される肉盛溶接がされていない伝熱管Ｔの外径Ｄｏ１と肉盛溶接がされた伝熱管Ｔの外径Ｄｏ２とに基づいて、溶接ビードＷＢの肉盛厚さが適切な厚さとなっているかどうかを判断することができる。制御部９０は、例えば、溶接ビードＷＢの肉盛厚さ目標範囲から外れて適切な厚さでないと判断した場合、例えば肉盛厚さが適切な厚さでないことを示す情報を表示部８５に表示させる。

また、制御部９０は、肉盛溶接機構２０による伝熱管Ｔの肉盛溶接を一時停止するよう肉盛溶接機構２０を制御してもよい。このとき、制御部９０は、肉盛溶接機構２０による伝熱管Ｔの各種の肉盛溶接条件を設定値との差異の情報を表示部８５に表示して、肉盛厚さが適切な厚さから外れた要因を判断し易くするようにしても良い。

本体部７０は、溶接装置２００が設置される設置面Ｓに対して固定される筐体である。本体部７０には、肉盛溶接機構２０と、第１下方支持部３１と、上方支持機構４０が固定される。また、本体部７０は、図１２に示すラックギア７１およびレール７２を備え、可動台車１０がレール７２に沿って軸線Ｘ方向に平行な移動方向ＭＤへ往復移動が可能となっている。

撮像部８０は、例えば図７に示すように、溶接トーチ２１の先端に設けられるタングステン電極２１ａの先端と伝熱管Ｔの外周表面とを含む溶接位置の近傍を撮像する撮像装置である。撮像部８０は、撮像した溶接位置の近傍の画像を表示部８５に出力することができる。溶接装置２００を操作する作業者は、表示部８５に表示される画像を目視することで、肉盛溶接機構２０により伝熱管Ｔに形成される溶接ビードＷＢに異常がないかどうかを確認することができる。溶接位置の近傍の画像は、コントラスト調整やＲＧＢの各出力強度調整を行うことで溶接ビードＷＢの形成に異常有無を監視しやすいようにしてもよい。作業者は、溶接ビードＷＢに異常があると判断した場合は、溶接装置２００の動作を一時停止させる。また、溶接ビードＷＢの異常有無の判断は、撮像部８０で撮像された画像を制御部９０で解析し、異常があると判断した場合は、制御部９０からの信号で自動的に溶接装置２００の動作を一時停止させてもよい。

制御部９０は、図１６の制御構成図に示すように、移動機構１１と、回転機構１２と、肉盛溶接機構２０とを含む溶接装置２００の各部を制御する装置である。制御部９０は、移動機構１１が伝熱管Ｔを軸線Ｘに沿って移動方向ＭＤに所定の一定の移動速度で移動させ、かつ回転機構１２が伝熱管Ｔを軸線Ｘ回りに所定の一定の回転速度で回転させる状態で、肉盛溶接機構２０が伝熱管Ｔの外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう制御する。

制御部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

本実施形態において、伝熱管Ｔは、例えば、低合金鋼により形成されている。溶接されていない伝熱管Ｔの外径Ｄｏは、例えば、３０ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下である。また、伝熱管Ｔの軸線Ｘに沿った長さは、例えば、２０００ｍｍ以上かつ８０００ｍｍ以下である。溶接装置２００は、伝熱管Ｔの外周表面に形成される溶接ビードＷＢの肉盛厚さが、例えば１ｍｍ以上かつ２．５ｍｍ以下となるように肉盛溶接機構２０による溶接を行う。溶接ビードＷＢの肉盛厚さは、例えば耐腐食性と耐熱性から伝熱管Ｔを保護することができるものとして設定される。

制御部９０は、溶接ビードＷＢの肉盛厚さが、１ｍｍ以上かつ２．５ｍｍ以下となるように、移動機構１１による伝熱管Ｔの軸線Ｘ方向の所定の移動速度が設定され、回転機構１２による軸線Ｘ回りの伝熱管Ｔの所定の回転速度が設定されている。計測機構６０から伝達される計測値に基づいた、肉盛溶接がされた伝熱管Ｔの外径Ｄｏ２および／または溶接ビードＷＢの肉盛厚さが目標仕様の範囲内になるよう、伝熱管Ｔの軸線Ｘ方向の移動速度と、軸線Ｘ回りの伝熱管Ｔの回転速度を所定範囲内で制御してもよい。制御部９０は、例えば、伝熱管Ｔの軸線Ｘ方向の移動速度（送り速度）が例えば２０ｍｍ／ｍｉｎ以上かつ５０ｍｍ／ｍｉｎ以下となるように移動機構１１を制御する。また、制御部９０は、例えば、伝熱管Ｔの軸線Ｘ回りの回転速度が例えば５ｒｐｍ以上かつ１０ｒｐｍ以下となるように回転機構１２を制御する。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、溶接装置２００は、単一の伝熱管Ｔに螺旋状に肉盛溶接するための単一の肉盛溶接機構２０を備えるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、溶接装置２００は、２以上の複数の伝熱管Ｔに螺旋状に肉盛溶接するための複数の肉盛溶接機構２０を備えるものとしてもよい。

この場合、溶接装置２００は、単一の本体部７０に対して可動台車１０と、肉盛溶接機構２０と、下方支持機構３０と、上方支持機構４０と、冷却機構５０と、計測機構６０と、撮像部８０と、表示部８５とを、伝熱管Ｔの軸線Ｘ方向が略平行な関係になるようにそれぞれ軸線Ｘ方向に直交する水平方向に隣接して複数備えるものとなる。この場合、制御部９０は、複数設けてもよいし、単一の制御部９０ですべてを制御するようにしてもよい。

また、溶接装置２００は、隣接する伝熱管Ｔの間で作業者が複数の肉盛溶接機構２０の溶接状態を同時に確認できるように、複数の伝熱管Ｔの長手方向を一致させた状態で複数の伝熱管Ｔを隣接させ、作業員に対して伝熱管Ｔを対称となるように配置してもよい。例えば、長手方向を一致させた状態で４本の伝熱管Ｔを配置する場合、伝熱管Ｔを２本ずつ作業員に対して伝熱管Ｔの軸線Ｘ方向と直交する方向に対称に配置してもよい。このようにすることで、作業員が対称に配置された複数の伝熱管Ｔの溶接状態を同時に確認することができるため、作業員の人数を低減することができる。

また、溶接装置２００は、２以上の複数の伝熱管Ｔに螺旋状に肉盛溶接するための複数の肉盛溶接機構２０を備えるものとする場合、各肉盛溶接機構２０による溶接状態を撮像部８０で撮像した画像を表示する複数の表示部８５を、１人の作業員が同時に視認できるように配置してもよい。このようにすることで、作業員一人あたりが監視することができる伝熱管Ｔの本数が増大するため、生産性の向上が可能となる。

また、図９に示す第２下方支持部３２および上方支持機構４０は、図１７に示す変形例のようにしてもよい。図１７に示すように、第２下方支持部３２は、伝熱管Ｔの下方側の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の球体（第１球体）３２ａと、一対の球体３２ａのそれぞれを任意方向に回転可能に保持する保持部（第１保持部）３２ｂと、を有する。

第２下方支持部３２は、一対の球体３２ａにより、伝熱管Ｔの下方を周方向に２箇所の異なった位置から挟んだ状態で支持することで、伝熱管Ｔの中心位置（軸線Ｘの位置）を一定の位置に保持することができる。また、上方支持機構４０は、伝熱管Ｔの上方側の外周表面と接触する球体（第２球体）４０ａと、球体４０ａのそれぞれを任意方向に回転可能に保持する保持部（第２保持部）４０ｂと、を有する。

以上説明した各実施形態に記載の溶接装置は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る溶接装置（２００）は、軸線（Ｘ）に沿って配置される円筒状の伝熱管（Ｔ）の外周表面に肉盛溶接を行い、前記伝熱管（Ｔ）を前記軸線（Ｘ）に沿って移動させる移動機構（１１）と、前記伝熱管（Ｔ）を前記軸線（Ｘ）回りに回転させる回転機構（１２）と、前記溶接装置（２００）が設置される設置面（Ｓ）に対して位置が固定されるとともに所定の溶接位置（Ｐ０）を通過する前記伝熱管（Ｔ）の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構（２０）と、前記移動機構（１１）と前記回転機構（１２）と前記肉盛溶接機構（２０）とを制御する制御部（９０）と、を備え、前記制御部（９０）は、前記移動機構（１１）が前記伝熱管（Ｔ）を前記軸線（Ｘ）に沿って移動させ、かつ前記回転機構（１２）が前記伝熱管（Ｔ）を前記軸線（Ｘ）回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構（２０）が前記伝熱管（Ｔ）の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう制御する。

本開示に係る溶接装置によれば、溶接装置が設置される設置面に対して肉盛溶接機構が固定されているため、設置面に対する所定の溶接位置が固定される。そのため、肉盛溶接機構の溶接トーチから伝熱管の外周表面までの距離や溶接トーチとの角度など溶接トーチと伝熱管Ｔの位置関係の変動が抑制され、伝熱管の長手方向の各位置での溶接状態の変動が抑制される。これにより、肉盛厚さや肉盛表面粗度などの溶接仕様を適切に満たして伝熱管の外周表面にせん状の肉盛溶接を行うことが可能となる。

本開示に係る溶接装置は、前記伝熱管を鉛直下方側から支持する下方支持機構を備え、前記下方支持機構は、前記伝熱管の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の第１球体と、前記第１球体を任意方向に回転可能に保持する第１保持部と、を有する。
本開示に係る溶接装置によれば、下方支持機構が備える一対の第１球体により伝熱管の下方側を外周表面の周方向の２箇所で安定して支持することができる。また、一対の第１球体が任意方向に回転可能であるため、軸線に沿った移動および軸線回りの回転を同時に行う伝熱管に過剰な摩擦力を与えることなく円滑に伝熱管の下方を支持することができる。

本開示に係る溶接装置において、前記下方支持機構は、前記伝熱管を支持する位置に前記第１球体を保持する支持状態と、前記伝熱管を支持しない位置に前記第１球体を退避させる退避状態とを切り替え可能な第１切替機構を備える。
本開示に係る溶接装置によれば、下方支持機構が支持状態と退避状態とを切り替え可能であるため、例えば、伝熱管の端部に他の機構が接続されている場合に、下方支持機構と移動機構など他の機構との干渉を避けるために下方支持機構を必要時に伝熱管から退避させることができる。

本開示に係る溶接装置は、前記伝熱管を上方から支持する上方支持機構を備え、前記上方支持機構は、前記伝熱管の外周表面と接触する第２球体と、前記第２球体を任意方向に回転可能に保持する第２保持部と、前記伝熱管を支持する位置に前記第２球体を保持する支持状態と、前記伝熱管を支持しない位置に前記第２球体を退避させる退避状態とを切り替え可能な第２切替機構を備える。
本開示に係る溶接装置によれば、上方支持機構により、下方側の２点が下方支持機構で支持された伝熱管を更に上方から支持して伝熱管の位置を確実に固定することができる。また、第２球体が任意方向に回転可能であるため、軸線に沿った移動および軸線回りの回転を同時に行う伝熱管に過剰な摩擦力を与えることなく円滑に伝熱管の上方を支持することができる。

さらには、上方支持機構が支持状態と退避状態とを切り替え可能であるため、例えば、伝熱管の端部に他の機構が接続されている場合に、上方支持機構と他の機構との干渉を避けるために上方支持機構を伝熱管から退避させることができる。

本開示に係る溶接装置は、前記溶接位置から前記伝熱管の移動方向の上流側に配置される前記下方支持機構までの前記軸線に沿った第１距離は、前記溶接位置から前記移動方向の下流側に配置される前記下方支持機構までの前記軸線に沿った第２距離よりも短い。
伝熱管の移動方向の上流側に配置される下方支持機構は、下流側に配置される下方支持機構よりも溶接位置に近接した位置に配置される。

そのため、溶接の行われていない伝熱管の外周表面を溶接位置の近傍で支持し、肉盛溶接機構の溶接トーチから伝熱管の外周表面までの距離や溶接トーチとの角度など溶接トーチと伝熱管Ｔの位置関係の変動を抑制することができる。また、伝熱管の移動方向の下流側に配置される下方支持機構は、上流側に配置される下方支持機構よりも溶接位置から離間した位置に配置される。そのため、溶接が行われて表面に凹凸形状のある伝熱管の外周表面を溶接位置から離れた位置で支持し、凹凸形状が下方支持機構を通過する際の振動が肉盛溶接機構に伝達されることを抑制することができ、また溶接ビードの肉厚分布による伝熱管の軸線位置の微小な位置変動による影響を抑制することができる。

本開示に係る溶接装置は、前記伝熱管の移動方向の上流側の一端から冷却媒体を前記伝熱管内に流入させるとともに前記伝熱管の移動方向の下流側の他端から前記冷却媒体を前記伝熱管内に流出させることにより前記伝熱管を冷却する冷却機構を備える。
本開示に係る溶接装置によれば、溶接位置の近傍で肉盛溶接機構により加熱される伝熱管を冷却媒体により適切に効果的に冷却し、溶接後の熱影響による溶け込み量の変化や熱応力による伝熱管の反り変形などを適切に抑制することができる。

本開示に係る溶接装置は、複数の前記伝熱管を移動させる複数の前記移動機構と、複数の前記伝熱管を回転させる複数の回転機構と、複数の前記伝熱管の外周表面に溶接を行う複数の前記肉盛溶接機構と、を備え、複数の前記伝熱管が、前記軸線方向に直交する水平方向に隣接した状態で配置される。
本開示に係る溶接装置によれば、複数の伝熱配管が、隣接した状態で配置されるため、１人の作業者が複数の肉盛溶接機構による溶接状態を同時に監視することができ、監視に必要な作業者の人数を削減することができる。

本開示に係る溶接装置は、前記溶接位置よりも前記伝熱管の移動方向の下流側の計測位置に配置されるとともに前記計測位置を通過する前記伝熱管の外径を計測する、および／または前記肉盛溶接の厚さを算定する計測機構を備える。
本開示に係る溶接装置によれば、螺旋状の肉盛溶接が行われた伝熱管の外径を測定、および／または肉盛溶接の厚さを算定することにより、伝熱管が肉盛厚さや肉盛表面粗度などの溶接仕様を適切に満たしているかどうかを適切に判断し、溶接仕様が適切になるように伝熱管を移動させる移動機構と伝熱管を回転させる回転機構を制御することができる。

以上説明した実施形態に記載の溶接装置（２００）の制御方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る溶接装置（２００）の制御方法は、軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行う溶接装置の制御方法であって、前記溶接装置は、前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、前記溶接装置が設置される設置面に対して固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、を備え、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう前記溶接装置を制御する制御工程を備える。

本開示に係る溶接装置（２００）の制御方法によれば、溶接装置が設置される設置面に対して肉盛溶接機構が固定されているため、設置面に対する所定の溶接位置が固定される。そのため、肉盛溶接機構の溶接トーチから伝熱管の外周表面までの距離や溶接トーチとの角度など溶接トーチと伝熱管の位置関係の変動が抑制され、伝熱管の長手方向の各位置での溶接状態の変動が抑制される。これにより、肉盛厚さや肉盛表面粗度などの溶接仕様を適切に満たして伝熱管の外周表面にせん状の肉盛溶接を行うことが可能となる。

本開示に係る溶接装置の制御方法において、前記溶接装置は、前記溶接位置よりも前記伝熱管の移動方向の下流側の計測位置に配置されるとともに前記計測位置を通過する前記伝熱管の外径を計測する、および／または前記肉盛溶接の厚さを算定する計測機構（６０）を備え、前記制御工程は、前記計測機構により計測された前記伝熱管の外径、および／または前記計測機構により計測された前記肉盛溶接の厚さが所定範囲になるように、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動速度と、前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転速度と、を制御する。
本開示に係る溶接装置の制御方法によれば、計測機構による計測結果に応じて肉盛溶接の厚さが所定範囲になるように伝熱管の移動速度と回転速度とが適切に制御される。

１０ 可動台車
１１ 移動機構
１２ 回転機構
２０ 肉盛溶接機構
２１ 溶接トーチ
２１ａ タングステン電極
３０ 下方支持機構
３１ 第１下方支持部
３１ａ 球体（第１球体）
３２ 第２下方支持部
３２ａ 球体（第１球体）
３３ 第３下方支持部
３３ａ 球体（第１球体）
３３ｃ 高さ調整機構（切替機構）
４０ 上方支持機構
４０ａ 球体（第２球体）
４０ｃ 高さ調整機構
５０ 冷却機構
６０ 計測機構
７０ 本体部
８０ 撮像部
８５ 表示部
９０ 制御部
２００ 溶接装置
ＭＤ 移動方向
Ｓ 設置面
Ｔ 伝熱管
Ｔｄ 下流側端部
Ｔｕ 上流側端部
ＷＢ 溶接ビード

Claims (7)

1. 軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行う溶接装置であって、
   前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、
   前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、
   前記溶接装置が設置される設置面に対して位置が固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、
   前記伝熱管を鉛直下方側から支持する下方支持機構と、
   前記移動機構と前記回転機構と前記肉盛溶接機構とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう制御し、
   前記下方支持機構は、
   前記伝熱管の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の第１球体と、
   前記第１球体を任意方向に回転可能に保持する第１保持部と、
   前記伝熱管を支持する位置に前記第１球体を保持する支持状態と、前記伝熱管を支持しない位置に前記第１球体を退避させた退避状態とを切り替え可能な第１切替機構と、を備える溶接装置。
2. 軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行う溶接装置であって、
   前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、
   前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、
   前記溶接装置が設置される設置面に対して位置が固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、
   前記伝熱管を鉛直下方側から支持する下方支持機構と、
   前記伝熱管を鉛直方向上方側から支持する上方支持機構を備えと、
   前記移動機構と前記回転機構と前記肉盛溶接機構とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう制御し、
   前記下方支持機構は、
   前記伝熱管の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の第１球体と、
   前記第１球体を任意方向に回転可能に保持する第１保持部と、を有し、
   前記上方支持機構は、
   前記伝熱管の外周表面の周方向の２箇所と接触する第２球体と、
   前記第２球体を任意方向に回転可能に保持する第２保持部と、
   前記伝熱管を支持する位置に前記第２球体を保持する支持状態と、前記伝熱管を支持しない位置に前記第２球体を退避させる退避状態とを切り替え可能な第２切替機構と、を有する溶接装置。
3. 軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行う溶接装置であって、
   前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、
   前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、
   前記溶接装置が設置される設置面に対して位置が固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、
   前記伝熱管を鉛直下方側から支持する下方支持機構と、
   前記移動機構と前記回転機構と前記肉盛溶接機構とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう制御し、
   前記下方支持機構は、
   前記伝熱管の外周表面の周方向の２箇所と接触する一対の第１球体と、
   前記第１球体を任意方向に回転可能に保持する第１保持部と、を有し、
   前記溶接位置から前記伝熱管の移動方向の上流側に配置される前記下方支持機構までの前記軸線に沿った第１距離は、前記溶接位置から前記移動方向の下流側に配置される前記下方支持機構までの前記軸線に沿った第２距離よりも短い溶接装置。
4. 前記伝熱管の移動方向の上流側の一端から冷却媒体を前記伝熱管内に流入させるとともに前記伝熱管の移動方向の下流側の他端から前記冷却媒体を前記伝熱管内から流出させることにより前記伝熱管を冷却する冷却機構を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の溶接装置。
5. 複数の前記伝熱管を移動させる複数の前記移動機構と、
   複数の前記伝熱管を回転させる複数の前記回転機構と、
   複数の前記伝熱管の外周表面に溶接を行う複数の前記肉盛溶接機構と、を備え、
   複数の前記伝熱管が、前記軸線方向に直交する水平方向に隣接した状態で配置される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶接装置。
6. 軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行う溶接装置であって、
   前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、
   前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、
   前記溶接装置が設置される設置面に対して位置が固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、
   前記溶接位置よりも前記伝熱管の移動方向の下流側の計測位置に配置されるとともに前記計測位置を通過する前記伝熱管の外径を計測する、および／または前記肉盛溶接の厚さを算定する計測機構と、
   前記移動機構と前記回転機構と前記肉盛溶接機構とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう制御する溶接装置。
7. 軸線に沿って配置される円筒状の伝熱管の外周表面に肉盛溶接を行う溶接装置の制御方法であって、
   前記溶接装置は、
   前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動機構と、
   前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転機構と、
   前記溶接装置が設置される設置面に対して位置が固定されるとともに所定の溶接位置を通過する前記伝熱管の外周表面に溶接材料を供給しながら溶接する肉盛溶接機構と、
   前記溶接位置よりも前記伝熱管の移動方向の下流側の計測位置に配置されるとともに前記計測位置を通過する前記伝熱管の外径を計測する、および／または前記肉盛溶接の厚さを算定する計測機構と、を備え、
   前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させ、かつ前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる状態で、前記肉盛溶接機構が前記伝熱管の外周表面に螺旋状に肉盛溶接を行うよう前記溶接装置を制御する制御工程を備え、
   前記制御工程は、前記計測機構により計測された前記伝熱管の外径、および／または前記計測機構により計測された前記肉盛溶接の厚さが所定範囲になるように、前記移動機構が前記伝熱管を前記軸線に沿って移動させる移動速度と、前記回転機構が前記伝熱管を前記軸線回りに回転させる回転速度と、を制御する溶接装置の制御方法。

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