JPS6149566B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は母材の被溶接部を適正予熱温度に予熱
し且つこの適正予熱温度を保持するようにした自
動溶接予熱制御御装置に関する。

母材を溶接する際には一般に被溶接部の予熱が
行なわれる。この予熱は溶接部の冷却速度をゆる
やかにして、割れの発生や熱影響部の硬化を防ぐ
ことを主目的として行なうものであるが、熱ひず
みの平衡を図つて残留応力や溶接変形の軽減、或
いは溶接部の溶け込み不足の防止、更には除湿、
可燃物の除去などを目的とすることもある。予熱
の一例として第１図に周面溶接を行なう円筒状母
材の予熱作業について示す。第１図において円筒
状母材１は被溶接部を突き合わせて回転可能に設
置され、被溶接部の上方に溶接機２、被溶接部の
下方に予熱用の主バーナ３、前記溶接機２と予熱
用主バーナ３との間に予熱用の補助バーナ４がそ
れぞれ被溶接部を向いて設置されている。母材１
の被溶接部は主バーナ３及び補助バーナ４によつ
て適正予熱温度になるまで加熱される。被溶接部
の温度が適正予熱温度になれば溶接機２を使用し
て溶接を行なう。

以上の如く母材１の被溶接部を適正予熱温度に
加熱するため主バーナ３、補助バーナ４を使用
し、熱源として主にアセチレンガス、プロパンガ
ス等を用いているが、従来より被溶接部の予熱温
度制御「適正予熱温度維持制御」は現場作業者の
経験に頼り熱源の流量操作を手動により行なつて
いるため、「適正予熱温度維持」が難しく、場合
によつては被溶接部の温度が下がり、極端な場合
には割れを生じたりし、又、適切な温度管理法が
ないため無駄な燃料を多く消費することとなつて
いる。更に、母材の「適正予熱温度」は母材の材
質、厚さによつて異なるので作業者の手動操作で
「適正予熱温度」を確保することは困難であつ
た。

本発明は、従来作業者の経験による手動操作で
行なつていた「適正予熱温度」の確保、維持を自
動的に行なうようにし、手動操作による予熱作業
における種々の欠点を解消すると共に、従来に比
べて予熱に要する時間を短縮し、更に燃料の消費
量を節減し、省資源、省エネルギ、省力化並びに
製品のコスト低減を図ることを目的とするもので
あり、その要旨は、母材に対して相対移動して母
材の被溶接部を予熱する主バーナ、補助バーナ
と、前記被溶接部の温度を測定する温度検出器
と、前記被溶接部を予熱すべき適正予熱温度が設
定されている予熱温度設定器と、前記温度検出器
により測定された被溶接部の測定温度と前記予熱
温度設定器に設定された適正予熱温度との演算を
行なう減算器と、この減算器による演算結果に応
じた弁開度指令信号を出力する調節器と、調節器
からの弁開度指令信号を受けて空気の流量を調節
する空気流量調節弁と、該空気流量調節弁により
流量調節された空気と燃料配管からの燃料とを混
合して、前記主バーナ、補助バーナに送給する燃
焼ガスを生成する混合器と、前記混合器で生成さ
れた燃焼ガスを前記主バーナへ導く燃焼ガス配管
に設けられ、主バーナへの燃焼ガスの供給を遮断
し得る主バーナ負荷遮断弁と、前記調節器による
弁開度指令信号が入力され、かつ、当該弁開度指
令信号が予め設定された値以下になると燃焼ガス
が前記補助バーナのみに送られるように前記主バ
ーナ負荷遮断弁に遮断指令を与える主バーナ負荷
遮断指令発生器と、前記調節器による弁開度指令
信号の値が前記空気流量調節弁をほぼ閉じる程度
になつたとしても前記空気流量調節弁の開度が前
記補助バーナの吹き消えを防止できる最低の燃焼
ガス量を確保し得る程度調節器と前記空気量調節
弁との間に設けられた下限リミツタとを具備して
なることを特徴とする。

次に本発明の一実施例を図面に示し、図面に基
づいて本実施例を詳細に説明する。第２図は実施
例の概略図を示すもので、円筒状物体を母材とし
ている。第２図において母材１は２つの回転機５
に載せられ、矢印方向へ回転可能となつており、
母材１の被溶接部の上方に溶接を行なう溶接機
２、被溶接部の下方に予熱を行なう主バーナ３、
前記溶接機２と前記主バーナ３との間に予熱用の
補助バーナ４がそれぞれ被溶接部を向いて設置さ
れている。前記溶接機２の近傍には溶接する被溶
接部の温度を検出する温度検出器６が設けられ、
該温度検出器６は減算器７に接続し、減算器７に
検出信号を送るようになつている。減算器７には
予め設定された予熱温度を出力信号として送る予
熱温度設定器８が接続している。この予熱温度設
定器８は母材１の寸法、材質等を考慮して、母材
１の適した予熱温度をプログラム的に変化させる
設定器である。減算器７は調節動作を行なう調節
器９に接続されており、該調節器９は下限リミツ
タ１０を介して、空気源１１の作動によつて空気
を送る空気配管１２の途中に設けられた空気流量
調節弁１３に接続している。前記下限リミツタ１
０は前記空気流量調節弁１３の開度がある値以下
（補助バーナ４の吹き消え限界以下つまり最低安
定燃焼域以下）配管１２には混合器１４が設けら
れており、空気配管１２を通つて混合器１４内に
送給される空気と、燃料源１６より前記混合器１
４に接続する燃料配管１５を通り混合器１４内の
空気量に合わせて適量吸引される燃量とを混合
し、混合気（燃焼ガス）を生成するようになつて
いる。前記混合器１４は混合気配管（燃焼ガス配
管）１７、該混合配管１７より分岐する混合気配
管（燃焼ガス配管）１７ａ，１７ｂによつて主バ
ーナ３，４に加熱源として混合気を導くようにな
つている。前記調節器９は又主バーナ負荷遮断指
令発生器（以下遮断指令発生器と略す）１８を介
し、主バーナ３に接続する前記混合気配管１７ａ
に設けられている主バーナ負荷遮断弁１９に接続
している。補助バーナ４に接続する前記混合気配
管１７ｂにも補助バーナ負荷遮断弁２０が設けら
れている。

次に母材１の予熱温度制御について、時間と母
材温度、時間と弁開度、時間とバーナ負荷との相
互の変化を示す第３図ａ，ｂ，ｃを参照して説明
する。第３図ａにおいて横軸は時間ｈを、縦軸は
温度℃を示し、図中、ａは「予熱温度設定値」の
変化を、ｂは予熱温度」の変化を示す。第３図ｂ
において、横軸は時間ｈを、縦軸は主バーナ負荷
遮断弁１９及び空気流量調節弁１３の弁開度％を
示し、図中、ｃは主バーナ負荷遮断弁１９の弁開
度の変化を、ｄは空気流量調節弁１３の弁開度の
変化を示す。第３図ｃにおいて、横軸は時間ｈ
を、縦軸は主バーナ３及び補助バーナ４のバーナ
負荷％を示し、図中、ｅは主バーナ３のバーナ負
荷の変化を、ｆは補助バーナ４のバーナ負荷の変
化を示す。

「予熱温度設定器」８には第３図ａ中、ａで示
されるように時間の変化に対する母材１の予熱温
度がプログラム設定されている。この「予熱温度
設定値」ａを目標として母材１の被溶接部が予熱
されるわけである。予熱開始時は第３図ｂで示す
ように主バーナ負荷遮断弁１９、空気流量調節弁
１３は全開しているので、主バーナ３、補助バー
ナ４のバーナ負荷100％で母材１の被溶接部は予
熱される。加熱された母材１の被溶接部の温度は
温度検出器６によつて検出され、温度検出信号は
減算器７に送られる。減算器７には又「予熱温度
設定値」８より第３図ａに示したように「予熱温
度設定値」ａが出力信号として送られ、前期温度
検出信号との間で演算が行なわれる。この時温度
検出信号が「予熱温度設定値」ａである出力信号
よりも小さいと、減算器７の出力が正となり、調
節器（例えばPID調節器）９の出力（弁開度指令
信号）は増加し、下限リミツタ１０を介して空気
流量調節弁１３の弁開度を増す。空気流量調節弁
１３の弁開度が増し、空気源１１から空気配管１
２、空気流量調節弁１３を通つて混合器１４へと
流れる空気流量が増加すると、燃料源１６から燃
料配管１５を通つて混合器１４に吸い込まれる燃
料が増加し、混合気配管１７、混合気配管１７ａ
を通つて主バーナ３へ通ずる混合気及び混合気配
管１７、混合気配管１７ｂを通つて補助バーナ４
へ通ずる混合気が増加することによつて、主バー
ナ３及び補助バーナ４の負荷が増す。この結果、
母材１に与えられる熱量が増加し、第３図ａ中ｂ
で示すように母材温度の上昇率が増す。

上記作用によつて温度検出器６の温度検出信号
が「予熱温度設定器」８の出力である「予熱温度
設定値」ａに近づくと、減算器７で作る温度信号
差の絶対値が小さくなり、調節器９の出力である
弁開度指令信号が小さくなる。弁開度指令信号が
小さくなると第３図ｂ中ｄで示すように空気流量
調節弁１３の弁開度は小さくなり、第３図ｃ中
ｅ，ｆで示すように主バーナ３、補助バーナ４に
送られる混合気は減少し、母材温度の昇率は小さ
くなる。空気流量調節弁１３への弁開度指令信号
が小さくなるに伴い、主バーナ３、補助バーナ４
のバーナ負荷が小さくなり過ぎると、バーナの失
火、逆火の危険性が増すため、調節器９の出力で
ある弁開度指令信号の値がある値（例えば20％）
以下になると、遮断指令発生器１８より主バーナ
負荷遮断弁１９に主バーナ負荷遮断信号が送ら
れ、それまで全開となつていた主バーナ負荷遮断
弁１９を第３図ｂ中ｃで示されているように全閉
し、混合器１４からの混合気をすべて補助バーナ
４に送給して補助バーナ４のバーナ負荷を、第３
図ｃで示されているように相対的に上昇させ燃焼
の安定化を図る。主バーナ３へのバーナ負荷遮断
後の制御系の作用は主、補助両バーナ３，４負荷
時と同様であるが制御の対象が補助バーナ４だけ
になることが異なる。補助バーナ４だけによる母
材１の被溶接部の加熱を続け、温度検出器６によ
る温度検出号が「予熱温度設定値」８の出力であ
る「予熱温度設定値」ａに充分近づくと、調節器
９の出力である弁開度指令信号の値が小さくな
り、これにつれて空気流量調節弁１３の弁開度も
第３図ｂに示すように小さくなり、混合器１４か
らの混合気流量がごくわずかとなつて補助バーナ
４の失火、逆火の可能性増す。これを防ぐため
に、調節器９と空気流量調節弁１３との間に設け
られている下限リミツタ１０の作用によつて弁開
度指令信号の値がある値以下（補助バーナ４の吹
き消え限界以下つまり最低安定燃焼域以下）にな
らないようにし、空気流量調節弁１３の弁開度に
第３図ｂ中ｇで示されるように下限値を設け、補
助バーナ４への混合気の許容最低流量を確保す
る。補助バーナ４のバーナ負荷の下限値は第３図
ｃ中、g′で示されている。

以下実施例を挙げて説明したように本発明の自
動溶接予熱御装置は、母材の被溶接部の温度を検
出し、この検出値と、予め設定されている「予熱
温度設定値」との間で演算を行ない、この演算結
果より、空気流量調節弁の弁開度を調節する弁開
度指令信号を発し、予熱を行なう主バーナ、補助
バーナへの混合気流量を調節して、「適正予熱温
度」に被溶接部の温度を近づけるようにし、主バ
ーナ、補助バーナへの混合気流量が小さくなつた
場合には、主バーナへの混合気の送給を遮断し、
補助バーナのみに混合気を送給するようにし、更
に混合気流量が小さくなつた場合には許容最低量
の混合気が補助バーナへ送給されるようにしたも
のであるので、第２図に示した実施例の如く円筒
状物体の突き合わせ溶接における予熱作業に限ら
ず、第４，５，６図に示すように平板の突き合わ
せ溶接、円筒状物体の軸方向への溶接、平板と円
筒状物体の溶接等における予熱作業に応用できる
ものである。第４，５，６図はそれぞれの場合に
おける主バーナ、補助バーナ及び溶接機の母材に
対する配置を示したもので、第４図中、１ａは母
材である平板、２ａは溶接機、３ａは主バーナ、
４ａは補助バーナ、第５図中、１ｂは母材である
円筒状物体、２ｂは溶接機、３ｂは主バーナ、４
ｂは補助バーナ、第６図中、１ｃは平板、１ｄは
円筒状物体、２ｃは溶接機、３ｃは主バーナ、４
ｃは補助バーナである。

又、第２図に示した実施例においては回転機５
によつて母材１を回転するようにしているが、逆
に溶接機２、主バーナ３、補助バーナ４を被溶接
部に沿つて移動させても良い。母材が円筒状物体
でない場合でも、溶接機、主バーナ、補助バーナ
を移動させ予熱及び溶接を行なうことは可能であ
る。

以上実施例を挙げて説明したように本発明の自
動溶接予熱制御御装置は、母材の被溶接部の温度
を、予め設定された「適正予熱温度」に追従する
よう予熱を行なう主バーナ、補助バーナへの混合
気流量を制御し、被溶接部の加熱が進み混合気流
量が減少した場合には補助バーナにのみ混合気を
送給して予熱を行なうと共に補助バーナへの混合
気流量はある一定の量以下にならないようにした
ので、被溶接部の昇温時間の短縮が図れ、効率良
く予熱が行なえるので燃料の節減が可能となる。
又、失火、逆火などの危険もなく安全な予熱作業
を行なえる。更に被溶接部の適切な予熱温度を保
持することができるので、溶接製品の品質向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の予熱作業を示す概略斜視図であ
り、第２図は本発明の一実施例を示す概略図、第
３図ａ，ｂ，ｃは時間に対する「予熱温度設定
値」及び母材温度の変化、時間に対する弁開度の
変化、時間に対するバーナ負荷の変化をそれぞれ
示すグラフそして第４，５，６図は母材を変えた
場合の主バーナ、補助バーナ及び溶接機の位置関
係を示す斜視図である。 図面中、１は母材、２は溶接機、３は主バー
ナ、４は補助バーナ、６は温度検出器、７は減算
器、８は「予熱温度設定器」、１０は下限リミツ
タ、１３は空気流量調節弁、１４は混合器、１８
は主バーナ負荷遮断指令発生器、１９は主バーナ
負荷遮断弁である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 母材に対して相対移動して母材の被溶接部を
   予熱する主バーナ、補助バーナと、 前記被溶接部の温度を測定する温度検出器と、 前記被溶接部を予熱すべき適正予熱温度が設定
   される予熱温度測定器と、 前記温度検出器により測定された被溶接部の測
   定温度と前記予熱温度設定に設定された適正予熱
   温度との間での演算を行なう減算器と、 この減算器による演算結果に応じた弁開度指令
   信号を出力する調節器と、 調節器からの弁開度指令信号を受けて空気の流
   量を調節する空気流量調節弁と、 該空気流量調節弁により流量調節された空気と
   燃料配管からの燃料とを混合して、前記主バー
   ナ、補助バーナに送給する燃焼ガスを生成する混
   合器と、 前記混合器で生成された燃焼ガスを前記主バー
   ナへ導く燃焼ガス配管に設けられ、主バーナへの
   燃焼ガスの供給を遮断し得る主バーナ負荷遮断弁
   と、 前記調節器による弁開度指令信号が入力され、
   かつ、当該弁開度指令信号が予め設定された値以
   下になると燃焼ガスが前記補助バーナのみに送ら
   れるように前記主バーナ負荷遮断弁に遮断指令を
   与える主バーナ負荷遮断指令発生器と、 前記調節器による弁開度指令信号の値が前記空
   気流量調節弁をほぼ閉じる程度になつたとしても
   前記空気流量調節弁の開度が前記補助バーナの吹
   き消えを防止できる最低の燃焼ガス量を確保し得
   る程度以下にならないように制御するために前記
   調節器と前記空気流量調節弁との間に設けられた
   下限リミツタとを具備してなることを特徴とする
   自動溶接予熱制御装置。