JPS5837062B2 - 連続肉盛り溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、略半球体の内面に連続的に肉盛り溶接する方
法に係る。

例えば、化学工業用圧力容器や原子炉用圧力容器などは
、使用条件の高温、高圧化、さらには腐食環境の苛酷化
に対処するため、その内面に各種耐食性合金を肉盛り溶
接する傾向にある。

これらの肉盛り溶接として、種々の溶接法が用いられて
いるが、溶接能率の点からすると、帯状電極を用いるサ
ブマージアーク溶接方法が優れている。

これら圧力容器の鏡板の肉盛り溶接にも帯状電極による
肉盛り溶接法が採用されつつあるが、鏡板はその内面が
半球体の３次元曲面であるため従来連続自動肉盛り溶接
が待望されているにもかかわらず、帯状電極法による連
続自動化は不可能であった。

そのため帯状電極を用いる鏡板の内面肉盛り溶接は同心
円状に溶接し、一つの同心円の溶接を完了するとアーク
を切り、次の同心円にねらい位置のセットをしなおして
溶接するという断続的な方法のみが行われてきた。

この方法は溶接の断続によりこの断続部分に溶接欠陥が
発生し、この部分の修正を余儀なくされている。

このため溶接部の品質の向上および能率の向上のため帯
状電極法による鏡板肉盛り溶接の連続自動化が待望され
てきた。

本発明はこの帯状電極法による鏡板肉盛り溶接の連続自
動化に係わるものである。

ところで、肉盛り溶接において、１つのビードと次のビ
ードとのラップ代は重なり目の部分の内部および表面に
欠陥を作らないために非常に重要である。

半球体の肉盛り溶接において、従来このラップ代の調整
は帯状電極先端を目視して半球体の傾斜調整をしている
ものであるため、非常にその調整が不正確となり、連続
自動化することは不可能であった。

同心円状の肉盛り溶接において、次の同心円にうつる時
に第１図に示すように、傾斜速度、つまり略半球体１の
円弧方向への移動速度Ｎとこの移動に要する時間Ｔとを
設定し、その積によって移動角度Ｊθを決めようと試み
られたこともある。

しかしながら、このいわゆるタイマ法によるときには、 によってそれぞれ移動角度および移動長Ｐが決定される
ものであるため、タイマそのものの精度があまり期待で
きない上に、４θおよびＰはいずれも速度Ｎと時間Ｔと
の積であるので、精度が期待できない。

本発明方法は前記に鑑みなされたものであり、略半球体
の角度を検出し、この角度に基づいて移動距離を決定し
ようとするものである。

本発明方法は、略半球体を回転させつつ外周から内周に
向って順次円弧状と部分スパイラル状とに連続自動肉盛
り溶接するに当って、常時傾斜角度を検知し、溶接ビー
ドが会合する以前の所定の時点で前記略半球体をあらか
じめ設定された角度だけ球心と回転軸心とを含む垂直面
内で円弧方向に移動させつつかつ回転させつつ部分スパ
イラル状溶接を行い、次いで前記垂直面内の移動を停止
して次の円弧状溶接を行うことを特徴とする。

本発明によれば、半球体の肉盛り溶接において連続自動
化を可能ならしめ、かつ肉盛り溶接の生命であるラップ
代を精度よく制御することを可能ならしめる。

ラップ代はビード巾からビードピツチを減じたものであ
る。

ビード巾は帯状電極を使用するアーク溶接ではその帯状
電極巾と等しい。

したがって、ラップ代を制御するにはビードピツチを制
御すれば良い。

半球体内面においてビードののり移りは半球の傾斜によ
って行う。

第１図において、１回ごとの傾斜角Ｊθは、 で与えられる。

式中Ｐはビードピツチを示す。このｌθを精度よく制御
してやればよい。

このためには、半球体１を支持するポジショナの傾斜軸
中心に角度検出器をとりつけ、演算制御回路と結ぶ。

このとき、Ｊθを前記式により計算しインプットする。

又はＰおよびＤをインプットしてＪθを演算させてもよ
い。

いまある傾斜角θ１で溶接を行い、伺らかの傾斜指令に
より傾斜を開始し、θ１−Ｊθ＝θ２に達するまで傾斜
させる。

角度検出器としては高精度なものがあるので、Ｊθは溶
接に十分なだけ精度を上げることができる。

傾斜指令の与え方は肉盛り溶接の方法により次の２通り
がある。

しかしながら、２番目の方法は前記したように断続的な
肉盛りとなるので好ましくないが、従来の目視に比して
ビードのラップ代は精度よく制御できる。

■ 第２図に示すように、同心円状の肉盛りＣ１を行っ
た後、部分スパイラル状肉盛りＳ１を行い、その後同心
円状の肉盛りＣ２、部分スパイラル状肉盛りＳ２・・・
と順次行う肉盛り溶接のときには、傾斜指令は半球体１
を回転させるポジショナの回転テーブルに取り付けたリ
ミットスイッチ等を一定点で作動させることにより行う
。

■ 半自動溶接、つまり、同心円状の肉盛りのみを自動
で行い、同心円状肉盛りの終点に至ったらアークを切断
して手動ボタン操作により傾斜指令を与え回転テーブル
をＪθだけ傾斜させる。

次に、本発明の具体例を第３図乃至第１０図に基づいて
説明する。

本発明の方法を実施するために使用した装置の全体図を
第３図に、溶接ポジショナーの全体図を第４図乃至第６
図に夫々示す。

この装置は、主として、ポジショナ−３０、マニプレー
タ５、溶接ヘッド４、制御装置（図示せず）から構成さ
れている。

ポジショナ−３０は、回転テーブル３、アクスル２３、
セクタギャ６、アーム７およびフレーム８により構成さ
れている。

テーブル３の中心にはキングピン（図示せず）が固定さ
れており、アクスル２３に取り付けられた平軸受（図示
せず）によって支えられている。

アクスル２３に取り付けられている回転用モータ９を駆
動するとカップリング１０、回転用遊星歯車減速機１１
及び回転用ウオームギア減速機１２を介して、ピニオン
１３が回転され、テーブル３下部に取りつけられた回転
用歯車１４と前記ピニオン１３とが噛合ってテーブルの
キングピンの軸２の周囲でテーブル３が回転される。

アクスル２３の両端にはセクタギャ６とアーム７とが取
りつけられている。

アーム７とセクタギャ６とは傾斜用ピン１６を介して、
フレーム８の上部にそれぞれ枢支されている。

傾斜用モータ１７を駆動すると、カップリング１８、傾
斜用減速機１９を介してピニオン２０が回転され、セク
タギャ６と噛合っているピニオン２０の回転により、セ
クタギャ６を介してテーブル３は傾斜用ピン１６を中心
にして傾動動作される。

また、テーブル３の上面には６式の被溶接物受台２１と
６式の被溶接物クランプ用治具（図示せず）とが夫々取
りつけられている。

さらに、図示しないが傾斜角度検出器としてシャフトエ
ンコーダが傾斜用ピン１６の端部に取り付けられており
、傾斜開始位置検出用にリミットスイッチがアクスル２
３に取り付けられ、そのストライカ一がテーブル３下部
の回転用歯車１４に取り付けられている。

マニプレータ５はブーム拉の水平移動、昇降、旋回を電
動機による駆動で行なうことができる。

溶接ヘッド４はマニプレータ５のブーム２２の先端に取
り付けられており、帯状電極を送給して、サブマージア
ーク溶接を行うように構成されている。

被溶接物としての略半球体１は、実際の溶接にあたって
、その球心が回転テーブル３の回転軸２と、略半球体１
の傾斜中心軸としての傾斜用ピン１６の中心軸との交点
に一致するように、また、テーブル３と略半球体１の端
面とが平行になるように被溶接物受台２１とクランプ用
治具とを用いてテーブル３上に固定される。

肉盛り溶接は、略半球体１の外周側から内周側へと同心
円状または円弧状（第８図、第９図中、例えばＣ１，Ｃ
２・・・Ｃｎ，Ｃｎ＋１）に行い、隣接する内側の同心
円に移るとき（例えば、Ｃ１からＣ２またはＣｎからＣ
ｎ＋１へと移るとき）に部分的にスパイラル状（例えば
、Ｓ１・・・Ｓｎ）に行う。

このため、溶接開始時点ではテーブル３を傾斜させ、ま
た、マニプレータ５のブーム２２を操作して略半球体１
の所定の最外周位置に溶接ヘッド４を位置させる。

ここで外周側一内周側なる用語はあくまでも略半球体１
の内面における位置を意味している。

溶接開始前、予め制御装置のマイクロコンピュータには
、略半球体１の内径：Ｄ（ｍｉ）、溶接速度：Ｓ（ｍｍ
／ｓ）、同心円から次の同心円へ移るための一回の傾斜
角度：Ｊθ（０）、テーブル傾斜回転速度： Ｒ （
ｒｐｍ ）をデジタルスイッチにより入力する。

ここで第７図乃至第１０図に基づいて肉盛溶接時の制御
方法を説明すると、テーブル回転速度ｒ（ｒｐｍ）は、 で与えられる。

ここで傾斜角度θは第７図に示すように、テーブル３が
水平に位置するとき９０°であり、テーブル３が鉛直方
向に位置するときＯ０となっている。

傾斜用ピン１６に取り付けられたシャフトエンコーダ（
図示せず）により、傾斜角度θは常時検出されており、
テーブル回転数ｒは、予め入力した溶接速度Ｓが所定に
維持されるように、演算制御により、常にテーブル傾斜
角度θに応じて制御される。

次に、ラップ代を一定に保つための一回の傾斜角度ｌθ
は で与えられ、予めビートピツチＰを決めておき、前記式
に基づいて算出したノθの値をコンピュータに入力して
おく。

また、テーブル傾斜回転速度Ｒは、 で与えられ、予め軌跡変更移動距離Ｇの値を決めておき
、前記式に基づいて算出したＲの値をコンピュータに入
力しておく。

一方、前記軌跡変更移動距離Ｇの値に基づいて、傾斜開
始位置検出用ストライカの位置を設定する。

即ち、溶接開始点を原点として前記軌跡変更移動距離Ｇ
の値の分だけ前方の位置Ｘに前記ストライカ（図示せず
）を配置しておき、このストライカがアクスル２３の下
部に取り付けたリミットスイッチに接触する時点で、こ
のリミットスイッチが作動され、例えばスパイラル状部
分Ｓ１の溶接が行われ、次の同心円状肉盛り（例えばＣ
２）の開始点で、ちょうどビートピツチＰの値分だけ軌
跡が変更されるように設定している。

このような方法により、被溶接物としての略半球体１の
内面が同心円状または円弧状部分Ｃ１，Ｃ２・・・Ｃｎ
，Ｃｎ＋１・・・及びスパイラル状部分Ｓ１・・・Ｓｎ
・・・によって連続肉盛溶接される。

制御性能としては、シャフトエンコーダがＯ〜９０°で
１／３０００の分解能をもち、テーブル回転制御が５０
：１の制御範囲をもち、１／５０の速度で±５％以下の
精度をもつガバナを介して行い、演算値はガバナに与え
られる。

この結果、溶接速度はどの位置でも±５％以下の精度を
もち、安定した溶接が行える。

ちなみに、Ｄ：１５０ｍｍ、溶接速度： １ ８ ０ｍ
ｍ／ｍｉｎ ，溶接電圧＝２６■、溶接電流：７００Ａ
，帯状電極巾： ５ ０ａｍ．ビートピッチ：４４ｍｍ
、部分スパイラル肉盛り長：１５０ｉｍ１最小肉盛中心
径：１４０間で溶接を行ったところ、非常に良好な肉盛
溶接が得られた。

本発明方法によれば、前記のように連続肉盛り溶接を確
実に制御するものでありながら、テーブル傾斜角度を検
出するものであるため、停電や帯状電極の交換などによ
り途中で溶接を停止する場合であっても、その状態を記
憶させておくことが可能である。

そのため、たとえ傾斜動作の途中で停止しても、再起動
後はｌθのうち残りの角度のみを傾動できる。

この点において、前記タイマ法とは全く異なる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はいずれも本発明方法を説明する説明
図、第３図は本発明の方法を実施するための装置の具体
例を示す説明図、第４図は第３図に示した溶接ポジショ
ナの上面図、第５図は正面図、第６図は側面図、第７図
は回転テーブル及び略半球体の説明図、第８図は略半球
体への肉盛り溶接時の説明図、第９図は第８図の要部拡
大説明図、第１０図は略半球体の一回毎の傾斜角度の説
明図である。 １・・・・・・略半球体、２・・・・・・回転軸、３・
・・・・・回転テーブル、４・・・溶接ヘッド、Ｃ・・
・・・・円弧状部分、Ｓ１・・・・・・スパイラル状部
分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 略半球体を回転させつつ外周から内周に向って順次
   円弧状と部分スパイラル状とに連続自動肉盛り溶接する
   方法において、略半球体の回転軸心の傾斜角度を常時検
   知しつつ、溶接ビートが会合する以前の所定の時点を検
   出し、前記略半球体をあらかじめ設定された角度だけ球
   心と回転軸心とを含む垂直面内で円弧方向に移動させつ
   つかつ回転させつつ部分スパイラル状溶接を行い、次い
   で前記垂直面内の移動を停止して次の円弧状溶接を行う
   ことを特徴とする連続肉盛り溶接方法。