堆焊系统的制作方法
【专利摘要】堆焊系统（1）具备：将工件（2）以使X轴方向与该工件（2）的轴心方向平行的形式保持并将工件（2）在周方向上旋转驱动的工件治具（3）、台车（62）、能够相对于台车（62）在Y轴方向以及Z轴方向上发生相对位移地支持于台车（62）的焊接基座（51）、支持于焊接基座（51）的至少一对辊（58）以及焊炬（81）等。一对辊（58）具有与X轴方向平行的旋转轴（581），旋转轴（581）彼此向Y轴方向分离。各辊（58）压接于工件（2）中比轴心（C）靠近上侧的外周面。焊炬（81）以使从一对辊（58）的各旋转轴（581）至焊炬（81）的梢端的Y轴方向上的距离相等的形式支持于焊接基座（51）。
【专利说明】
堆焊系统
技术领域
[0001]本发明涉及用于在金属制的管的外周进行堆焊的堆焊系统，更详细而言，涉及堆焊系统中的跟踪技术。【背景技术】
[0002]以往，为了使金属制的管具备期望的表面特性(耐腐蚀性、耐磨性等)，或者提高管的强度，在管的外周或内周进行堆焊。像这样在管的外周进行堆焊用的装置例如被对比文件1所公开。[〇〇〇3]专利文献1所记载的堆焊系统具备:保持管并使其旋转的管保持件、预热堆焊材料并使其与管邻接地保持的预热保持件、在梢端具备焊炬(GTAW(Gas_Shielded Tungsten Arc Welding，钨极气体保护焊)焊炬)的焊接机械手、和使焊接机械手沿管的长度方向行进的行进装置。焊炬配置于与管的顶部成20?35°角的位置。使用该堆焊系统，使管旋转的同时，借由在焊炬和母材(管)之间产生的电弧热使焊补材料和母材熔融，以此在母材表面形成螺旋状的堆焊焊珠。焊接中，焊炬在管的长度方向上摇动，焊炬的高度位置由AVC(an arc vo 1 tage contro 1，电弧电压控制)装置控制以形成适当的电弧长度。又，为了控制焊接中的母材的温度，在管内导通水。
[0004]现有技术文献专利文献专利文献1:美国专利公报US6,781，083B1。
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题在长管的大致全长范围内进行堆焊时，进行堆焊期间，由于向管的热量输入，管会发生形变。如果不修正该形变而继续堆焊，则管相对于焊炬的相对位置在水平方向和/或铅垂方向上发生位移。该位移量可能会受到管的偏心的影响而向铅垂方向和/或水平方向达到数 cm以上。为了维持适当的堆焊品质，优选的是对管相对于焊炬的相对位置的位移进行修正。 然而，专利文献1所记载的堆焊系统中，借由AVC装置，焊炬仅在管的位移的一个轴方向(铅垂方向)分量上跟踪而发生位移。即，焊炬未在管的位移的水平方向分量上跟踪。因此，管的形变超过某一量时无法进行健全的焊接，焊接品质可能会下降。
[0006]本发明鉴于以上情况而形成，其目的在于，对于圆管状的工件的变形，使焊炬在两个轴方向上跟踪，以此确保焊接品质。
[0007]解决问题的手段根据本发明的堆焊系统，是在圆筒管状的工件的外周面进行堆焊的堆焊系统，具备: 工件治具，所述工件治具以使所述工件的轴心方向为第一方向的形式保持该工件，并在周方向上旋转驱动所述工件；台车，所述台车沿着由所述工件治具保持的所述工件向所述第一方向移动；焊接基座，所述焊接基座以相对于所述台车向与所述第一方向正交的第二方向、和与所述第一方向以及第二方向正交的第三方向发生相对位移的形式支持于所述台车；至少一对辊，所述至少一对辊是具有与所述第一方向平行的旋转轴的至少一对辊，以如下形式支承于所述焊接基座:该一对辊的旋转轴彼此向所述第二方向分离且各辊压接于所述工件的外周面而将所述焊接基座与所述工件之间的距离保持一定;和焊炬，所述焊炬是支持于所述焊接基座的焊炬，该焊炬的梢端在所述第二方向上的位置位于所述一对辊的旋转轴之间。
[0008]上述结构的堆焊系统中，在工件中与一对辊接触的接触部分，一对辊相对于工件的相对位置保持一定。因此，在工件中与一对辊接触的接触部分，工件在第二方向以及第三方向中的至少一个方向发生位移(变形)时，设置有一对辊的焊接基座追随工件的位移而移动。伴随焊接基座的移动，支持于焊接基座的焊炬也移动。即，焊炬可以在两个轴方向(即第二方向和第三方向)跟踪相对于焊炬的管的相对位置的位移。如此，焊炬的梢端与母材之间的距离维持一定，因此施于工件的堆焊变得均一而能够确保高的焊接品质。
[0009]上述堆焊系统中，优选地，所述焊接基座配置于所述工件的铅垂上方，所述一对辊借由重力压接于所述工件的外周面。
[0010]根据上述结构，焊接基座可以承担作为施加使一对辑压接于工件的载荷的单元的功能的至少一部分，因此可以使系统的结构简单化。
[0011]优选地，上述堆焊系统在所述台车和所述焊接基座之间具备:使所述焊接基座相对于所述台车在水平方向上移动的水平方向移动机构、和使所述焊接基座相对于所述台车在铅垂方向上移动的铅垂方向移动机构，所述铅垂方向移动机构具有弹性构件。
[0012]根据上述结构，可以由所述弹性构件支持作用于焊接基座的载荷，此外，可以在台车和焊接基座之间具备焊接基座向铅垂方向移动时作为吸收其移动的能量的缓冲器的功能。
[0013]优选地，上述堆焊系统还具备:覆盖所述焊炬的梢端及其周围的屏蔽箱、和向所述屏蔽箱供给保护气体的保护气体源。
[0014]根据上述结构，屏蔽箱的内部为保护气体氛围，因此能够在工件的表面形成高品质的堆焊层。
[0015]上述堆焊系统中，优选地，所述焊炬具有非熔化电极，所述堆焊系统还具备:保持所述焊炬的焊炬治具;和AVC单元，所述AVC单元形成为支持所述焊炬治具，并使该焊炬治具相对于所述焊接基座向所述第三方向移动，以此将从所述非熔化电极至母材的电弧长度保持一定的结构。
[0016]根据上述结构，借由AVC单元的作用，能够以更高的精度使焊炬进行跟踪。
[0017]上述堆焊系统中，优选地，所述一对辊以能够改变该一对辊的旋转轴间的所述第二方向上的距离的形式安装于所述焊接基座。
[0018]根据上述结构，可以根据工件的外径的个体差异、以及堆焊前后的工件的外径差异变更一对辊旋转轴间的第二方向上距离，以此将焊接基座保持为适当的姿势。
[0019]上述堆焊系统中，优选地，所述一对辊具备配置于所述焊炬的所述第一方向的两侧的第一辊对以及第二辊对，所述第一辊对压接于堆焊前的所述工件的外周面，所述第二辊对压接于堆焊后的所述工件的外周面。
[0020]根据上述结构，在焊炬的相对于工件的行进方向两侧配置有辊对，因此焊炬跟踪工件的变形的移动稳定进行。
[0021]发明效果根据本发明，对于圆管形状的工件的变形，能够移动焊炬以使焊炬向与工件的轴心方向正交的第二方向、和与轴心方向以及第二方向正交的第三方向这两个轴方向跟踪。因此， 焊炬的梢端与母材的距离维持一定，因此施于工件的堆焊变得均一，能够确保高的焊接品质。【附图说明】
[0022]图1是示出根据本发明一实施形态的堆焊系统的整体结构的图；图2是沿图1中的II 一 II箭头观察的端面图；图3是沿图1中的III 一 III箭头观察的端面图；图4是从X轴方向观察焊接装置的图；图5是从Y轴方向观察焊接装置的图；图6是从Z轴方向观察焊接装置的图；图7是示出焊接单元的概略结构和堆焊系统的控制系统的结构的图。【具体实施方式】
[0023]以下，参照【附图说明】本发明的实施形态。图1所示的根据本实施形态的堆焊系统1 是用于在圆管状的工件2的外周面焊接堆焊材料21的系统。被堆焊的工件2、即堆焊品的外周面由以螺旋状紧密缠绕的堆焊材料21形成的堆焊层覆盖。根据本实施形态的工件2例如是钢管等由金属材料形成的圆管。堆焊材料21是根据堆焊品所具备的期望的表面特性而选择的金属材料，或者为使堆焊品具备期望的强度而选择的金属材料。
[0024]堆焊系统1大体上具备工件治具3、焊接装置5、和行进装置6。工件治具3具有如下功能:以使工件2的轴心C延伸的方向、即轴心方向(也称为长度方向)成为水平方向的形式保持工件2,并且使工件2在周方向上旋转。行进装置6具备沿着由工件治具3保持的工件2向轴心方向移动的台车62。焊接装置5具备能够相对于台车62在水平方向以及铅垂方向上发生相对位移地支持于台车62的焊接基座51、由焊接基座51支承的至少一对辊58、包含由焊接基座51支持的焊炬81的焊接单元8等。本说明书中，将由工件治具3保持的工件2的轴心方向(第一方向)称为“X轴方向”，将铅垂方向(第三方向)称为“Z轴方向”，将与X轴方向以及Z 轴方向正交的水平的方向(第二方向)称为“Y轴方向”。以下，详细说明堆焊系统1的各构成要素。[〇〇25]首先，说明工件治具3。工件治具3由在X轴方向上延伸的导轨61、在导轨61上在X轴方向上排列的多个可动支柱7、和设置于导轨61的X轴方向的至少一方的端部侧的至少一个固定支柱31构成。
[0026]固定支柱31设置于导轨61的X轴方向两端部中开始焊接的端部侧。但是，固定支柱 31也可以设置于导轨61的X轴方向的两端部侧。固定支柱31具有:支柱主体311、通过轴承可旋转地支持于支柱主体311的旋转轴312、设置于旋转轴312上的夹头(chuck)313、和旋转轴 312的旋转驱动机构32。旋转轴312与X轴方向平行，旋转轴312的X轴方向的一方的端部上设置有夹头313。夹头313用于把持工件2的轴心方向端部。由夹头313把持的工件2的轴心C位于与旋转轴312的轴心同轴的位置上。
[0027]根据本实施形态的旋转驱动机构32由作为动力源的马达321、嵌装于马达321的输出轴上的小齿轮(pin1n gear)322、和嵌装于旋转轴312上的驱动齿轮323构成。上述结构的旋转驱动机构32中，来自马达321的旋转输出通过由小齿轮322以及驱动齿轮323构成的动力传递机构传递至旋转轴312。伴随着旋转轴312的旋转，端部被旋转轴312把持的工件2 与旋转轴312—体旋转。
[0028]图2是沿图1中的II 一 II箭头观察的端面图，示出从X轴方向观察的可动支柱7。可动支柱7在基部具备在导轨61上移动的滑动件71。借由该滑动件71，可动支柱7能够在导轨 61上向X轴方向移动。滑动件71具备滑动件基座711和可旋转地支承于滑动件基座711且从上下夹入导轨61的辊712。滑动件基座711上竖立设置有平柱状的支柱主体72。[〇〇29]支柱主体72上设置有向上方开放的长孔状的槽73。槽73的底部形成有内径比由堆焊系统1处理的工件2的外径大的下半圆部。支柱主体72的上部设置有能够封闭槽73的入口的杆74。杆74的一端部可转动地支承于支柱主体72,另一端部借由锁销固定于支柱主体72。 而且，通过使槽73的入口被杆74封闭，从而在可动支柱7上形成被工件2所插通的插通孔75。 在该插通孔75周围的适当位置设置有多个凸轮从动件(cam f〇ll〇Wer)76。各凸轮从动件76 具有在插通于插通孔75的工件2的表面上转动的辊。根据本实施形态的可动支柱7,以能够三点支持工件2的形式在插通孔75的周围平衡性良好地配置有三个凸轮从动件76,具体而言，杆74上配置一个凸轮从动件76和支柱主体72上配置两个凸轮从动件76。但是，凸轮从动件76的数量、位置不限于本实施形态。
[0030]可动支柱7上的凸轮从动件76的位置可以固定，而为了对应不同外径的工件2，可动支柱7上的凸轮从动件76的相对位置也可以是可变的。通过改变凸轮从动件76相对于可动支柱7的相对位置，可以调节从插通孔75的中心至各凸轮从动件76的辊的周围的距离(其与插通于可动支柱7的工件2的半径相对应)。例如，对于设置于杆74的凸轮从动件76,通过在支柱主体72中设置锁销用的多个插入孔，并从这些多个插入孔中选择插入锁销的一个插入孔，可以调节从插通孔75的中心至凸轮从动件76的距离。又，例如，对于设置于支柱主体 72的凸轮从动件76,通过使设置于支柱主体72的凸轮从动件76用的安装孔有多个或者为长孔，并改变凸轮从动件76在支柱主体72上的安装位置，可以调节从插通孔75的中心至凸轮从动件76的距离。[〇〇31]接着，说明行进装置6。行进装置6是使焊接装置5向X轴方向移动的X轴移动单元。 行进装置6具备:在X轴方向上延伸的导轨61、在导轨61上行进的作为X轴方向的滑动件的台车62、和使台车62移动的滑动件驱动机构63。导轨61与作为前述工件治具3的一构成要素的导轨共用。
[0032]图3是沿图1中的III一III箭头观察的端面剖视图，主要示出从X轴方向观察到的台车62以及滑动件驱动机构63。台车62具备滑动件基座621和可旋转地支承于滑动件基座 621且从上下夹入导轨61的辊622。台车62上搭载有焊接装置5和滑动件驱动机构63的可动构件。[〇〇33]滑动件驱动机构63由作为动力源的马达631、将马达631的旋转输出减速的减速机 632、嵌装于减速机632的输出轴上的小齿轮633、和与小齿轮633啮合的齿条634构成。马达631、减速机632以及小齿轮633是搭载于台车62的可动部材，与台车62—起移动。齿条634固定于导轨61上且沿着导轨61在X轴方向上延伸。[〇〇34]上述结构的行进装置6中，马达631的旋转输出由减速机632减速后，传递至小齿轮 633。而且，借由小齿轮633和齿条634的啮合，台车62在导轨61上行进。马达631的工作由后述的焊接控制装置85控制。[〇〇35]接着，详细说明焊接装置5。图4是从X轴方向观察焊接装置5的图，图5是从Y轴方向观察焊接装置5的图，图6是从Z轴方向观察焊接装置5的图。如图1以及图4?6所示，焊接装置5由配置于工件2的上方的焊接基座51、安装于焊接基座51的至少一对辊58、支持于焊接基座51的焊接单元8、和使焊接基座51立于台车62上的支架9构成。[〇〇36]支架9由设置于台车62上的Z轴移动机构91、设置于Z轴移动机构91上的Y轴移动机构92、和设置于Y轴移动机构92上的屏蔽箱93构成。借由该支架9,焊接基座51能够相对于台车62向Y轴方向和Z轴方向这两个轴方向发生相对位移。[〇〇37] Z轴移动机构91具备:固定于台车62的下基座911、固定于Y轴移动机构92的上基座 912、固定于下基座911且可滑动地内装于上基座912的在Z轴方向上延伸的滑动件轴913、设置于下基座911与上基座912之间的作为弹性构件的弹簧914、和介于滑动件轴913与上基座 912之间的轴承915。弹簧914以使下基座911和上基座912在Z轴方向上相斥的形式对上基座 912向上施力。[〇〇38]上述结构的Z轴移动机构91使焊接基座51能够相对于台车62向Z轴方向发生相对位移，并且在焊接基座51在Z轴方向上发生位移时作为缓冲器(damper)发挥功能。
[0039]Y轴移动机构92具备在Y轴方向上延伸的导轨921和在导轨921上行进的Y轴滑动件 922。导轨921固定于Z轴移动机构91的上基座912, Y轴滑动件922固定于屏蔽箱93。借由该Y 轴移动机构92,焊接基座51能够相对于台车62向Y轴方向发生相对位移。
[0040]屏蔽箱93是Z轴方向的一方(上方)开放的立方体状箱，被工件2在X轴方向上插通。 屏蔽箱93的底部或侧面下部设有保护气体供给口 931(参照图7)，通过该保护气体供给口 931从保护气体源向屏蔽箱93内供给保护气体。保护气体优选为与从后述焊炬81喷出的保护气体相同的气体，例如，氩气、二氧化碳气体等非活性气体。
[0041]屏蔽箱93朝向X轴方向的两面上分别设有从上端切除至工件2的插通位置的形态的槽9 3 2。从X轴方向观察的槽9 3 2的入口侧(上侧)形成向下方逐渐变窄的锥形的台形。又， 从X轴方向观察的槽932的底侧形成内径比工件2的外径大的半圆。工件2以通过该槽932的半圆部分的形式插通屏蔽箱93。但是，屏蔽箱93不与工件2直接接触。[〇〇42]焊接基座51是覆盖屏蔽箱93的上方的盖的形态，与屏蔽箱93(即支架9)连接。焊接基座51的X轴方向的两端部分形成为与屏蔽箱93的连接部511。连接部511的Y轴方向的一端通过支承轴56可转动地支承于屏蔽箱93。又，连接部511的Y轴方向的另一端通过基端支承于屏蔽箱93的上部的销57与屏蔽箱93结合。销57从基端至焊接基座51的接合部的有效长度可以调节。通过调节该销57的有效长度，可以应对配置于屏蔽箱93与焊接基座51之间的工件2的外径的大小差异。
[0043]焊接基座51的连接部511上设有在Z轴方向上垂下的垂下部512,该垂下部512为与屏蔽箱93的槽932的入口侧的台形部分相对应的形状。该垂下部512形成为填补屏蔽箱93的槽932的台形部分的结构。垂下部512上支承有相同形状的一对辊58。一对辊58具有与X轴方向平行的旋转轴581，一对辊58的旋转轴581间在Y轴方向上相分离。而且，后述焊炬的梢端 (电极的梢端)的Y轴方向位置位于一对辊58的旋转轴581彼此的Y轴方向之间。[〇〇44]各辊58在插通于屏蔽箱93的工件2的外周面上转动。因此，以使各辊58在工件2的外周面上转动且由各辊58压接于工件2的比轴心C靠近上侧的外周面的形式，确定各辊58在垂下部512上的安装位置。如此，焊接基座51通过分别设置于X轴方向的两端部的一对辊58 载置于工件2上。在此，从焊接基座51施加包含焊接基座51的至少一部分自重的载荷于一对辊58上以使各辊58压接于工件2的外周面。
[0045]又，由于焊接基座51能够借由支架9在Y轴方向和Z轴方向上移动，因此将设置于焊接基座51上的一对辊58旋转轴581彼此连接的Y轴方向的直线不倾斜而维持水平。如上所述，通过安装于焊接基座51的一对辊58与工件2的关系，一对辊58相对于工件2的相对位置保持一定。因此，工件2与一对辊58的接触部分向Y轴方向以及Z轴方向中的至少一方向发生位移时，一对辊58与焊接基座51 —体地跟踪工件2的位移而向Y轴方向和/或Z轴方向移动。
[0046]另外，设置于焊接基座51的两个垂下部512中的一方上的一对辊58(焊接上游侧的一对辊)与表面形成有堆焊层后的工件2(堆焊品)接触，设置于另一方上的一对辊58(焊接下游侧的一对辊)与工件2的表面接触。即，在焊接上游侧的一对辊和焊接下游侧的一对辊处，所接触的工件2的外径不同。即使像这样存在堆焊前后的工件2的外径的差异、工件2的外径的个体差异等，也可以调节一对辊58旋转轴581间的Y轴方向的距离以使焊接基座51能够保持适当的姿势(即水平姿势)。为此，垂下部512与辊58的结合部具有使各辊58相对于垂下部512的相对安装位置能够在Y轴方向上变化的结构。具体而言，在垂下部512上形成有用于安装辊58的Y轴方向的长孔，可以在该长孔的范围内改变辊58的旋转轴581的安装位置。 例如，以使焊接上游侧的一对辊58的旋转轴581间的Y轴方向的分离距离比焊接下游侧的一对辊58的旋转轴581间的分离距离大的形式确定各辊58的安装位置，从而能够使在堆焊前后与工件2接触的一对辊58的旋转轴581间的Y轴方向的距离不同。
[0047]焊接基座51的连接部511的X轴方向间形成支持焊接单元8的焊接单元支持部513。 图7示出了焊接单元8的概略结构和堆焊系统1的控制系统的结构。焊接单元8是用于进行 TIG(Tungsten Inert Gas，妈极隋性气体)焊接的装置群，具备:焊炬81、向焊炬81供电的焊接电源82、向焊炬81供给冷却水的冷却水循环装置88、向焊炬81供给保护气体的保护气体源83、向焊炬81的梢端附近供给作为堆焊材料21的焊补材料的焊补材料供给装置84、和控制堆焊系统1的工作的焊接控制装置85等。[〇〇48]焊炬81上设置有喷嘴、设于该喷嘴的中心部的钨电极、和流通有冷却水的冷却通路等(均未图示)。保护气体例如使用氩气、二氧化碳气体等非活性气体。[〇〇49]焊补材料供给装置84形成为从焊补材料的线圈拉出焊补材料，以与焊接速度相应的速度将焊补材料供给至焊炬81的梢端附近的结构。另外，焊补材料供给装置84上也可以设置有预热焊补材料的预热器。
[0050] 焊炬81和焊补材料供给装置84保持于一个焊炬治具86上。焊炬治具86通过AVC单元87支持于焊接基座51 AVC单元87具备:竖立设置于焊接基座51上的Z轴方向的导轨871、 在导轨871上移动的滑动件872、作为滑动件872的驱动单元的Z轴移动马达873、和AVC控制部46。滑动件872上安装有焊炬治具86。焊炬治具86以能够调节焊炬81的前后角的形式相对于滑动件872可移动(摇动)。
[0051]焊接控制装置85是进行用于操作堆焊系统1的运算和控制的运算控制装置。焊接控制装置85具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、以及R0M(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器:包括非易失性存储器 (非易失性1^^))、1/^(1]^6”3。6，接口)、1/0(1即111:/〇1^。1^?〇1'1:，输入/输出端口)等(均未图示XR0M中存储有CPU所执行的程序、各种固定数据等。CPU所执行的程序保存于软盘、 CD-ROM、存储卡等各种存储介质中，从这些存储介质安装于R0MAAM中暂时存储有执行程序时所需的数据。I/F进行和外部装置(与焊接控制装置85连接的个人计算机等)的数据收发。 I/O进行各种传感器的检测信号的输入/输出。焊接控制装置85形成为借由存储于ROM的程序等软件和CHJ等硬件的协作，进行实现以下说明的焊接控制装置85各功能处理的结构。另夕卜，焊接控制装置85可以借由单一的CPU执行各处理，也可以借由多个CPU、或CPU与特定的处理电路的组合来执行各处理。[〇〇52]焊接条件控制部851具有:控制从焊接电源82供给至电极的电压以及电流的电压?电流控制部41、控制冷却水循环装置88的动作的冷却水供给控制部42、控制来自保护气体源83的保护气体的供给量的气体供给控制部43、控制根据焊补材料供给装置84的焊补材料供给速度的焊补材料供给控制部44等控制各种焊接条件的功能。焊接条件控制部851 根据预先在焊接控制装置85中设定的焊接条件，进行各种焊接条件的控制。[〇〇53] 焊接位置控制部852具有行进控制部45、AVC控制部46等控制焊炬81的梢端的位置的功能，行进控制部45借由行进装置6控制焊炬81X轴方向的位置、AVC控制部46借由AVC单元87控制从母材至焊炬81的非恪化电极的高度。行进控制部45以使台车62以与焊接速度对应的规定速度移动的形式使行进装置6的滑动件驱动机构63工作。又，AVC控制部46测定焊接中的电弧电压，以使该电压值为一定的形式驱动Z轴移动马达873而使保持于焊炬治具86 的焊炬81在Z轴方向上移动。更详细而言，将焊接中测定的电弧电压与规定的基准电压比较，测定的电弧电压比基准电压小时，使焊炬81上升而增大电弧电压，测定的电弧电压比基准电压大时，使焊炬81下降而降低电弧电压，焊接中测定的电弧电压与基准电压的差在预先设定的范围内时，停止焊炬81的Z轴方向的移动。借由像这样的AVC控制，使焊接中的电弧长度保持一定。[〇〇54]在此，说明根据上述结构的堆焊系统1的堆焊加工的流程。首先，在焊接的准备阶段，将工件2安装于工件治具3。具体而言，在设置于固定支柱31的夹头313把持工件2的轴心方向端部。此外，使工件2插通于各可动支柱7的插通孔75。而且，使马达321工作而使工件2 以轴心C为旋转中心以规定速度旋转。又，在焊接的准备阶段，向屏蔽箱93供给保护气体，以在屏蔽箱93内填充保护气体。
[0055]接着，焊接控制装置85以使焊炬81向初始X位置移动的形式使行进装置6工作。此夕卜，焊接控制装置85控制行进装置6以使焊接中的焊炬81以与预先设定的规定的焊接速度对应的速度向X轴方向移动。又，焊接控制装置85以使从焊接中的母材至焊炬81的非熔化电极的高度、即电弧长度保持一定的形式使AVC单元87工作。[〇〇56]接着，焊接控制装置85分别开始从焊接电源82向焊炬81供给电压以及电流、从保护气体源83向焊炬81供给保护气体、由冷却水循环装置88向焊炬81供给冷却水、以及由焊补材料供给装置84供给焊补材料。而且，焊接控制装置85以使上述各种焊接条件与预先设定的焊接条件相对应的形式控制焊接电源82、保护气体源83、焊补材料供给装置84以及冷却水循环装置88的动作。[〇〇57]借由上述堆焊系统1的工作，在保护气体气氛中在焊炬81的电极和母材(工件2)之间产生电弧，借由该电弧热使焊补材料以及母材熔融，从而在母材表面实施堆焊。如此，在工件2的表面依次形成螺旋状的堆焊材料21的焊珠。
[0058]上述堆焊加工的过程中，进行堆焊期间，由于向工件2的热量输入而工件2发生形变。不修正该形变而继续堆焊时，工件2相对于焊炬81的相对位置在Y轴方向和/或Z轴方向上发生位移。该位移量受工件2的偏心的影响而变大。在此，工件2中的工件2与一对辊58的接触部分在Y轴方向以及Z轴方向中的至少一方上发生位移时，焊接基座51跟踪工件2的位移而向Y轴方向和/或Z轴方向移动。如此，焊接基座51相对于工件2的相对位置保持一定，因此可以使焊炬81的梢端相对于工件2的相对位置也保持一定。[〇〇59]如上所述，借由至少一对在Y轴方向上分离的辊58、安装有一对辊58的焊接基座 51、和将焊接基座51在Z轴方向和Y轴方向上可移动地支持的支架9,构成了跟踪工件2的位移而使焊炬81向Y轴方向以及Z轴方向移动的两轴方向的跟踪机构。借由该两轴方向的跟踪机构，焊炬81的梢端相对于焊接中的工件2的相对位置维持一定。换言之，焊接中的焊炬81 的梢端和母材的距离维持一定。因此，施于工件2的堆焊变得均一而能够确保高的焊接品质。
[0060]上述两轴方向的跟踪机构中，无需检测工件2的变形，也无需电气控制焊炬81向Y 轴方向和/或Z轴方向的移动，因此能够快速地追随工件2的形变而使焊炬81跟踪工件2的变形。即，上述两轴方向的跟踪机构具有良好的跟踪响应性。又，上述两轴方向的跟踪机构是机械性的结构，因此能够切实且稳定地工作，并且无需电气控制装置、用于其的程序等，因此能够抑制设备成本。
[0061]而且，堆焊系统1不仅具备上述两轴方向的跟踪机构，而且还具备将电弧长度保持一定的AVC单元87。借由该AVC单元87,可以更精确地维持母材和焊炬81的梢端适当的位置关系。因此，能够稳定地提供尚的堆焊品质。
[0062]以上说明了本发明的优选的实施形态，上述结构可以例如以下那样变更。[〇〇63]例如，上述堆焊系统1中，将一对辊58的旋转轴581相连接的直线为大致水平，一对辊58借由包含焊接基座51的焊接装置5以及屏蔽箱93等的重量的一部分压接于工件2。如此，由于焊接基座51配置于工件2的铅垂上方，且一对辊58借由重力压接于工件2的外周面， 作为施加用于使一对辊58压接于工件2的载荷的单元的功能的至少一部分能由焊接基座51 承担，可以使堆焊系统1的结构简单化。但是，为了使一对辊58压接于工件2的外周面，也可以向一对辊58施加弹簧载荷等载荷。该情况下，工件2的轴心方向(第一方向)不限于水平方向，也可以是任意方向。又，与工件2的轴心方向正交的方向(第二方向)不限于铅垂方向，也可以从铅垂方向倾斜。又，与这两个方向正交方向(第三方向)不限于水平方向，也可以从水平方向倾斜。[〇〇64]又，例如，焊接单元8是用于进行TIG焊接的装置群，但由焊接单元8进行的焊接方法不限于TIG焊接。由焊接单元8进行的焊接方法例如也可以是作为一般用于堆焊的焊接方法的手工电弧焊、MIG焊接、MAG焊接、TIG焊接、埋弧焊、等离子弧焊等中的任意一种。
[0065]又，例如，根据上述实施形态的堆焊系统1中，焊接方法为TIG焊接，因此作为具备非熔化电极的焊炬的Z轴方向的非接触式跟踪机构，采用一般利用的AVC单元87,但Z轴方向的非接触式跟踪机构不限于AVC。例如，也可以不测量电弧电压值，而由非接触式位移传感器测量母材和焊炬81的梢端之间的距离。该情况下，例如，为了由激光传感器等非接触式位移传感器测量母材和焊炬81的梢端之间的距离，并将该距离维持为规定的值维持，可以使用形成为使焊炬治具86向Z轴方向移动的结构的非接触式跟踪机构。
[0066]又，例如，根据上述实施形态的堆焊系统1中，在焊接基座51的下部设置有屏蔽箱 93,该屏蔽箱93覆盖焊炬81及其周围。由于如此设置屏蔽箱93,因此屏蔽箱93的内部是与大气隔离的保护气体(非活性气体)气氛，因而可以在工件2的表面形成高品质的堆焊层。但是，也可以在焊接基座51的下部设置单纯的框构件取代屏蔽箱93。
[0067]又，例如，根据上述实施形态堆焊系统1中，在焊接基座51的Y轴方向的两端部分别配置一对辊58，但辊58的数量也可以多于此。或者，在焊接基座51的X轴方向长度十分短的情况下，也可以不在焊接基座51的X轴方向的两端分别设置一对辊58,而在焊接基座51的X 轴方向的中央附近设置一对辊58。[〇〇68] 符号说明 1堆焊系统；2工件；21堆焊材料；3工件治具；31固定支柱；32旋转驱动机构；5焊接装置；51焊接基座；58辊；6行进装置；61导轨；62台车；63滑动件驱动机构；7可动支柱；71滑动件；72支柱主体；73槽；74杆；75插通孔；76凸轮从动件；8焊接单元；81焊炬；82焊接电源；83保护气体源；84焊补材料供给装置；85焊接控制装置；851焊接条件控制部；852焊接位置控制部；88冷却水循环装置；9支架；91Z轴移动机构(铅垂方向移动机构)；92Y轴移动机构(水平方向移动机构)； 93屏蔽箱；932 槽。
【主权项】
1.一种堆焊系统，是在圆筒管状的工件的外周面进行堆焊的堆焊系统，具备:工件治具，所述工件治具以使所述工件的轴心方向为第一方向的形式保持该工件，并 在周方向上旋转驱动所述工件；台车，所述台车沿着由所述工件治具保持的所述工件向所述第一方向移动；焊接基座，所述焊接基座以相对于所述台车向与所述第一方向正交的第二方向、和与 所述第一方向以及第二方向正交的第三方向发生相对位移的形式支持于所述台车；至少一对辊，所述至少一对辊是具有与所述第一方向平行的旋转轴的至少一对辊，以 如下形式支承于所述焊接基座:该一对辊的旋转轴彼此向所述第二方向分离且各辊压接于 所述工件的外周面而将所述焊接基座与所述工件之间的距离保持一定;和焊炬，所述焊炬是支持于所述焊接基座的焊炬，该焊炬的梢端在所述第二方向上的位 置位于所述一对辊的旋转轴之间。2.根据权利要求1所述的堆焊系统，其特征在于，所述焊接基座配置于所述工件的铅垂上方，所述一对辊借由重力压接于所述工件的外周面。3.根据权利要求2所述的堆焊系统，其特征在于，在所述台车和所述焊接基座之间具备:使所述焊接基座相对于所述台车在水平方向上 移动的水平方向移动机构、和使所述焊接基座相对于所述台车在铅垂方向上移动的铅垂方 向移动机构，所述铅垂方向移动机构具有弹性构件。4.根据权利要求1?3中任一项所述的堆焊系统，其特征在于，还具备:覆盖所述焊炬的梢端及其周围的屏蔽箱、和向所述屏蔽箱供给保护气体的保护气体源。5.根据权利要求1?4中任一项所述的堆焊系统，其特征在于，所述焊炬具有非熔化电极，所述堆焊系统还具备:保持所述焊炬的焊炬治具;和AVC单元，所述AVC单元形成为支持所述焊炬治具，并使该焊炬治具相对于所述焊接基 座向所述第三方向移动，以此将从所述非熔化电极至母材的电弧长度保持一定的结构。6.根据权利要求1?5中任一项所述的堆焊系统，其特征在于，所述一对辊以能够改变该一对辊的旋转轴间的所述第二方向上的距离的形式安装于 所述焊接基座。7.根据权利要求1?6中任一项所述的堆焊系统，其特征在于，所述一对辊具备配置于所述焊炬的所述第一方向的两侧的第一辊对以及第二辊对， 所述第一辊对压接于堆焊前的所述工件的外周面，所述第二辊对压接于堆焊后的所述 工件的外周面。
【文档编号】B23K9/167GK106029281SQ201580010553
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年3月6日
【发明人】赤松政彦, 米本臣吾, 上月崇功, 伊藤千秋
【申请人】川崎重工业株式会社