堆焊系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】堆焊系統(tǒng)（1）具備：將工件（2）以使X軸方向與該工件（2）的軸心方向平行的形式保持并將工件（2）在周方向上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的工件治具（3）、臺車（62）、能夠相對于臺車（62）在Y軸方向以及Z軸方向上發(fā)生相對位移地支持于臺車（62）的焊接基座（51）、支持于焊接基座（51）的至少一對輥（58）以及焊炬（81）等。一對輥（58）具有與X軸方向平行的旋轉(zhuǎn)軸（581），旋轉(zhuǎn)軸（581）彼此向Y軸方向分離。各輥（58）壓接于工件（2）中比軸心（C）靠近上側(cè)的外周面。焊炬（81）以使從一對輥（58）的各旋轉(zhuǎn)軸（581）至焊炬（81）的梢端的Y軸方向上的距離相等的形式支持于焊接基座（51）。
【專利說明】
堆焊系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于在金屬制的管的外周進(jìn)行堆焊的堆焊系統(tǒng)，更詳細(xì)而言，涉及堆焊系統(tǒng)中的跟蹤技術(shù)。【背景技術(shù)】
[0002]以往，為了使金屬制的管具備期望的表面特性(耐腐蝕性、耐磨性等)，或者提高管的強(qiáng)度，在管的外周或內(nèi)周進(jìn)行堆焊。像這樣在管的外周進(jìn)行堆焊用的裝置例如被對比文件1所公開。[〇〇〇3]專利文獻(xiàn)1所記載的堆焊系統(tǒng)具備:保持管并使其旋轉(zhuǎn)的管保持件、預(yù)熱堆焊材料并使其與管鄰接地保持的預(yù)熱保持件、在梢端具備焊炬(GTAW(Gas_Shielded Tungsten Arc Welding，鎢極氣體保護(hù)焊)焊炬)的焊接機(jī)械手、和使焊接機(jī)械手沿管的長度方向行進(jìn)的行進(jìn)裝置。焊炬配置于與管的頂部成20?35°角的位置。使用該堆焊系統(tǒng)，使管旋轉(zhuǎn)的同時，借由在焊炬和母材(管)之間產(chǎn)生的電弧熱使焊補(bǔ)材料和母材熔融，以此在母材表面形成螺旋狀的堆焊焊珠。焊接中，焊炬在管的長度方向上搖動，焊炬的高度位置由AVC(an arc vo 1 tage contro 1，電弧電壓控制)裝置控制以形成適當(dāng)?shù)碾娀￠L度。又，為了控制焊接中的母材的溫度，在管內(nèi)導(dǎo)通水。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:美國專利公報(bào)US6,781，083B1。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明要解決的問題在長管的大致全長范圍內(nèi)進(jìn)行堆焊時，進(jìn)行堆焊期間，由于向管的熱量輸入，管會發(fā)生形變。如果不修正該形變而繼續(xù)堆焊，則管相對于焊炬的相對位置在水平方向和/或鉛垂方向上發(fā)生位移。該位移量可能會受到管的偏心的影響而向鉛垂方向和/或水平方向達(dá)到數(shù) cm以上。為了維持適當(dāng)?shù)亩押钙焚|(zhì)，優(yōu)選的是對管相對于焊炬的相對位置的位移進(jìn)行修正。 然而，專利文獻(xiàn)1所記載的堆焊系統(tǒng)中，借由AVC裝置，焊炬僅在管的位移的一個軸方向(鉛垂方向)分量上跟蹤而發(fā)生位移。即，焊炬未在管的位移的水平方向分量上跟蹤。因此，管的形變超過某一量時無法進(jìn)行健全的焊接，焊接品質(zhì)可能會下降。
[0006]本發(fā)明鑒于以上情況而形成，其目的在于，對于圓管狀的工件的變形，使焊炬在兩個軸方向上跟蹤，以此確保焊接品質(zhì)。
[0007]解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的堆焊系統(tǒng)，是在圓筒管狀的工件的外周面進(jìn)行堆焊的堆焊系統(tǒng)，具備: 工件治具，所述工件治具以使所述工件的軸心方向?yàn)榈谝环较虻男问奖３衷摴ぜ?，并在周方向上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述工件；臺車，所述臺車沿著由所述工件治具保持的所述工件向所述第一方向移動；焊接基座，所述焊接基座以相對于所述臺車向與所述第一方向正交的第二方向、和與所述第一方向以及第二方向正交的第三方向發(fā)生相對位移的形式支持于所述臺車；至少一對輥，所述至少一對輥是具有與所述第一方向平行的旋轉(zhuǎn)軸的至少一對輥，以如下形式支承于所述焊接基座:該一對輥的旋轉(zhuǎn)軸彼此向所述第二方向分離且各輥壓接于所述工件的外周面而將所述焊接基座與所述工件之間的距離保持一定;和焊炬，所述焊炬是支持于所述焊接基座的焊炬，該焊炬的梢端在所述第二方向上的位置位于所述一對輥的旋轉(zhuǎn)軸之間。
[0008]上述結(jié)構(gòu)的堆焊系統(tǒng)中，在工件中與一對輥接觸的接觸部分，一對輥相對于工件的相對位置保持一定。因此，在工件中與一對輥接觸的接觸部分，工件在第二方向以及第三方向中的至少一個方向發(fā)生位移(變形)時，設(shè)置有一對輥的焊接基座追隨工件的位移而移動。伴隨焊接基座的移動，支持于焊接基座的焊炬也移動。即，焊炬可以在兩個軸方向(即第二方向和第三方向)跟蹤相對于焊炬的管的相對位置的位移。如此，焊炬的梢端與母材之間的距離維持一定，因此施于工件的堆焊變得均一而能夠確保高的焊接品質(zhì)。
[0009]上述堆焊系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述焊接基座配置于所述工件的鉛垂上方，所述一對輥借由重力壓接于所述工件的外周面。
[0010]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，焊接基座可以承擔(dān)作為施加使一對輯壓接于工件的載荷的單元的功能的至少一部分，因此可以使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單化。
[0011]優(yōu)選地，上述堆焊系統(tǒng)在所述臺車和所述焊接基座之間具備:使所述焊接基座相對于所述臺車在水平方向上移動的水平方向移動機(jī)構(gòu)、和使所述焊接基座相對于所述臺車在鉛垂方向上移動的鉛垂方向移動機(jī)構(gòu)，所述鉛垂方向移動機(jī)構(gòu)具有彈性構(gòu)件。
[0012]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可以由所述彈性構(gòu)件支持作用于焊接基座的載荷，此外，可以在臺車和焊接基座之間具備焊接基座向鉛垂方向移動時作為吸收其移動的能量的緩沖器的功能。
[0013]優(yōu)選地，上述堆焊系統(tǒng)還具備:覆蓋所述焊炬的梢端及其周圍的屏蔽箱、和向所述屏蔽箱供給保護(hù)氣體的保護(hù)氣體源。
[0014]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，屏蔽箱的內(nèi)部為保護(hù)氣體氛圍，因此能夠在工件的表面形成高品質(zhì)的堆焊層。
[0015]上述堆焊系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述焊炬具有非熔化電極，所述堆焊系統(tǒng)還具備:保持所述焊炬的焊炬治具;和AVC單元，所述AVC單元形成為支持所述焊炬治具，并使該焊炬治具相對于所述焊接基座向所述第三方向移動，以此將從所述非熔化電極至母材的電弧長度保持一定的結(jié)構(gòu)。
[0016]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，借由AVC單元的作用，能夠以更高的精度使焊炬進(jìn)行跟蹤。
[0017]上述堆焊系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述一對輥以能夠改變該一對輥的旋轉(zhuǎn)軸間的所述第二方向上的距離的形式安裝于所述焊接基座。
[0018]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)工件的外徑的個體差異、以及堆焊前后的工件的外徑差異變更一對輥旋轉(zhuǎn)軸間的第二方向上距離，以此將焊接基座保持為適當(dāng)?shù)淖藙荨?br>[0019]上述堆焊系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述一對輥具備配置于所述焊炬的所述第一方向的兩側(cè)的第一輥對以及第二輥對，所述第一輥對壓接于堆焊前的所述工件的外周面，所述第二輥對壓接于堆焊后的所述工件的外周面。
[0020]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在焊炬的相對于工件的行進(jìn)方向兩側(cè)配置有輥對，因此焊炬跟蹤工件的變形的移動穩(wěn)定進(jìn)行。
[0021]發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，對于圓管形狀的工件的變形，能夠移動焊炬以使焊炬向與工件的軸心方向正交的第二方向、和與軸心方向以及第二方向正交的第三方向這兩個軸方向跟蹤。因此， 焊炬的梢端與母材的距離維持一定，因此施于工件的堆焊變得均一，能夠確保高的焊接品質(zhì)。【附圖說明】
[0022]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的堆焊系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖；圖2是沿圖1中的II 一 II箭頭觀察的端面圖；圖3是沿圖1中的III 一 III箭頭觀察的端面圖；圖4是從X軸方向觀察焊接裝置的圖；圖5是從Y軸方向觀察焊接裝置的圖；圖6是從Z軸方向觀察焊接裝置的圖；圖7是示出焊接單元的概略結(jié)構(gòu)和堆焊系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]以下，參照【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。圖1所示的根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的堆焊系統(tǒng)1 是用于在圓管狀的工件2的外周面焊接堆焊材料21的系統(tǒng)。被堆焊的工件2、即堆焊品的外周面由以螺旋狀緊密纏繞的堆焊材料21形成的堆焊層覆蓋。根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的工件2例如是鋼管等由金屬材料形成的圓管。堆焊材料21是根據(jù)堆焊品所具備的期望的表面特性而選擇的金屬材料，或者為使堆焊品具備期望的強(qiáng)度而選擇的金屬材料。
[0024]堆焊系統(tǒng)1大體上具備工件治具3、焊接裝置5、和行進(jìn)裝置6。工件治具3具有如下功能:以使工件2的軸心C延伸的方向、即軸心方向(也稱為長度方向)成為水平方向的形式保持工件2,并且使工件2在周方向上旋轉(zhuǎn)。行進(jìn)裝置6具備沿著由工件治具3保持的工件2向軸心方向移動的臺車62。焊接裝置5具備能夠相對于臺車62在水平方向以及鉛垂方向上發(fā)生相對位移地支持于臺車62的焊接基座51、由焊接基座51支承的至少一對輥58、包含由焊接基座51支持的焊炬81的焊接單元8等。本說明書中，將由工件治具3保持的工件2的軸心方向(第一方向)稱為“X軸方向”，將鉛垂方向(第三方向)稱為“Z軸方向”，將與X軸方向以及Z 軸方向正交的水平的方向(第二方向)稱為“Y軸方向”。以下，詳細(xì)說明堆焊系統(tǒng)1的各構(gòu)成要素。[〇〇25]首先，說明工件治具3。工件治具3由在X軸方向上延伸的導(dǎo)軌61、在導(dǎo)軌61上在X軸方向上排列的多個可動支柱7、和設(shè)置于導(dǎo)軌61的X軸方向的至少一方的端部側(cè)的至少一個固定支柱31構(gòu)成。
[0026]固定支柱31設(shè)置于導(dǎo)軌61的X軸方向兩端部中開始焊接的端部側(cè)。但是，固定支柱 31也可以設(shè)置于導(dǎo)軌61的X軸方向的兩端部側(cè)。固定支柱31具有:支柱主體311、通過軸承可旋轉(zhuǎn)地支持于支柱主體311的旋轉(zhuǎn)軸312、設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸312上的夾頭(chuck)313、和旋轉(zhuǎn)軸 312的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)32。旋轉(zhuǎn)軸312與X軸方向平行，旋轉(zhuǎn)軸312的X軸方向的一方的端部上設(shè)置有夾頭313。夾頭313用于把持工件2的軸心方向端部。由夾頭313把持的工件2的軸心C位于與旋轉(zhuǎn)軸312的軸心同軸的位置上。
[0027]根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)32由作為動力源的馬達(dá)321、嵌裝于馬達(dá)321的輸出軸上的小齒輪(pin1n gear)322、和嵌裝于旋轉(zhuǎn)軸312上的驅(qū)動齒輪323構(gòu)成。上述結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)32中，來自馬達(dá)321的旋轉(zhuǎn)輸出通過由小齒輪322以及驅(qū)動齒輪323構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)傳遞至旋轉(zhuǎn)軸312。伴隨著旋轉(zhuǎn)軸312的旋轉(zhuǎn)，端部被旋轉(zhuǎn)軸312把持的工件2 與旋轉(zhuǎn)軸312—體旋轉(zhuǎn)。
[0028]圖2是沿圖1中的II 一 II箭頭觀察的端面圖，示出從X軸方向觀察的可動支柱7?？蓜又е?在基部具備在導(dǎo)軌61上移動的滑動件71。借由該滑動件71，可動支柱7能夠在導(dǎo)軌 61上向X軸方向移動?；瑒蛹?1具備滑動件基座711和可旋轉(zhuǎn)地支承于滑動件基座711且從上下夾入導(dǎo)軌61的輥712。滑動件基座711上豎立設(shè)置有平柱狀的支柱主體72。[〇〇29]支柱主體72上設(shè)置有向上方開放的長孔狀的槽73。槽73的底部形成有內(nèi)徑比由堆焊系統(tǒng)1處理的工件2的外徑大的下半圓部。支柱主體72的上部設(shè)置有能夠封閉槽73的入口的桿74。桿74的一端部可轉(zhuǎn)動地支承于支柱主體72,另一端部借由鎖銷固定于支柱主體72。 而且，通過使槽73的入口被桿74封閉，從而在可動支柱7上形成被工件2所插通的插通孔75。 在該插通孔75周圍的適當(dāng)位置設(shè)置有多個凸輪從動件(cam f〇ll〇Wer)76。各凸輪從動件76 具有在插通于插通孔75的工件2的表面上轉(zhuǎn)動的輥。根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的可動支柱7,以能夠三點(diǎn)支持工件2的形式在插通孔75的周圍平衡性良好地配置有三個凸輪從動件76,具體而言，桿74上配置一個凸輪從動件76和支柱主體72上配置兩個凸輪從動件76。但是，凸輪從動件76的數(shù)量、位置不限于本實(shí)施形態(tài)。
[0030]可動支柱7上的凸輪從動件76的位置可以固定，而為了對應(yīng)不同外徑的工件2，可動支柱7上的凸輪從動件76的相對位置也可以是可變的。通過改變凸輪從動件76相對于可動支柱7的相對位置，可以調(diào)節(jié)從插通孔75的中心至各凸輪從動件76的輥的周圍的距離(其與插通于可動支柱7的工件2的半徑相對應(yīng))。例如，對于設(shè)置于桿74的凸輪從動件76,通過在支柱主體72中設(shè)置鎖銷用的多個插入孔，并從這些多個插入孔中選擇插入鎖銷的一個插入孔，可以調(diào)節(jié)從插通孔75的中心至凸輪從動件76的距離。又，例如，對于設(shè)置于支柱主體 72的凸輪從動件76,通過使設(shè)置于支柱主體72的凸輪從動件76用的安裝孔有多個或者為長孔，并改變凸輪從動件76在支柱主體72上的安裝位置，可以調(diào)節(jié)從插通孔75的中心至凸輪從動件76的距離。[〇〇31]接著，說明行進(jìn)裝置6。行進(jìn)裝置6是使焊接裝置5向X軸方向移動的X軸移動單元。 行進(jìn)裝置6具備:在X軸方向上延伸的導(dǎo)軌61、在導(dǎo)軌61上行進(jìn)的作為X軸方向的滑動件的臺車62、和使臺車62移動的滑動件驅(qū)動機(jī)構(gòu)63。導(dǎo)軌61與作為前述工件治具3的一構(gòu)成要素的導(dǎo)軌共用。
[0032]圖3是沿圖1中的III一III箭頭觀察的端面剖視圖，主要示出從X軸方向觀察到的臺車62以及滑動件驅(qū)動機(jī)構(gòu)63。臺車62具備滑動件基座621和可旋轉(zhuǎn)地支承于滑動件基座 621且從上下夾入導(dǎo)軌61的輥622。臺車62上搭載有焊接裝置5和滑動件驅(qū)動機(jī)構(gòu)63的可動構(gòu)件。[〇〇33]滑動件驅(qū)動機(jī)構(gòu)63由作為動力源的馬達(dá)631、將馬達(dá)631的旋轉(zhuǎn)輸出減速的減速機(jī) 632、嵌裝于減速機(jī)632的輸出軸上的小齒輪633、和與小齒輪633嚙合的齒條634構(gòu)成。馬達(dá)631、減速機(jī)632以及小齒輪633是搭載于臺車62的可動部材，與臺車62—起移動。齒條634固定于導(dǎo)軌61上且沿著導(dǎo)軌61在X軸方向上延伸。[〇〇34]上述結(jié)構(gòu)的行進(jìn)裝置6中，馬達(dá)631的旋轉(zhuǎn)輸出由減速機(jī)632減速后，傳遞至小齒輪 633。而且，借由小齒輪633和齒條634的嚙合，臺車62在導(dǎo)軌61上行進(jìn)。馬達(dá)631的工作由后述的焊接控制裝置85控制。[〇〇35]接著，詳細(xì)說明焊接裝置5。圖4是從X軸方向觀察焊接裝置5的圖，圖5是從Y軸方向觀察焊接裝置5的圖，圖6是從Z軸方向觀察焊接裝置5的圖。如圖1以及圖4?6所示，焊接裝置5由配置于工件2的上方的焊接基座51、安裝于焊接基座51的至少一對輥58、支持于焊接基座51的焊接單元8、和使焊接基座51立于臺車62上的支架9構(gòu)成。[〇〇36]支架9由設(shè)置于臺車62上的Z軸移動機(jī)構(gòu)91、設(shè)置于Z軸移動機(jī)構(gòu)91上的Y軸移動機(jī)構(gòu)92、和設(shè)置于Y軸移動機(jī)構(gòu)92上的屏蔽箱93構(gòu)成。借由該支架9,焊接基座51能夠相對于臺車62向Y軸方向和Z軸方向這兩個軸方向發(fā)生相對位移。[〇〇37] Z軸移動機(jī)構(gòu)91具備:固定于臺車62的下基座911、固定于Y軸移動機(jī)構(gòu)92的上基座 912、固定于下基座911且可滑動地內(nèi)裝于上基座912的在Z軸方向上延伸的滑動件軸913、設(shè)置于下基座911與上基座912之間的作為彈性構(gòu)件的彈簧914、和介于滑動件軸913與上基座 912之間的軸承915。彈簧914以使下基座911和上基座912在Z軸方向上相斥的形式對上基座 912向上施力。[〇〇38]上述結(jié)構(gòu)的Z軸移動機(jī)構(gòu)91使焊接基座51能夠相對于臺車62向Z軸方向發(fā)生相對位移，并且在焊接基座51在Z軸方向上發(fā)生位移時作為緩沖器(damper)發(fā)揮功能。
[0039]Y軸移動機(jī)構(gòu)92具備在Y軸方向上延伸的導(dǎo)軌921和在導(dǎo)軌921上行進(jìn)的Y軸滑動件 922。導(dǎo)軌921固定于Z軸移動機(jī)構(gòu)91的上基座912, Y軸滑動件922固定于屏蔽箱93。借由該Y 軸移動機(jī)構(gòu)92,焊接基座51能夠相對于臺車62向Y軸方向發(fā)生相對位移。
[0040]屏蔽箱93是Z軸方向的一方(上方)開放的立方體狀箱，被工件2在X軸方向上插通。 屏蔽箱93的底部或側(cè)面下部設(shè)有保護(hù)氣體供給口 931(參照圖7)，通過該保護(hù)氣體供給口 931從保護(hù)氣體源向屏蔽箱93內(nèi)供給保護(hù)氣體。保護(hù)氣體優(yōu)選為與從后述焊炬81噴出的保護(hù)氣體相同的氣體，例如，氬氣、二氧化碳?xì)怏w等非活性氣體。
[0041]屏蔽箱93朝向X軸方向的兩面上分別設(shè)有從上端切除至工件2的插通位置的形態(tài)的槽9 3 2。從X軸方向觀察的槽9 3 2的入口側(cè)(上側(cè))形成向下方逐漸變窄的錐形的臺形。又， 從X軸方向觀察的槽932的底側(cè)形成內(nèi)徑比工件2的外徑大的半圓。工件2以通過該槽932的半圓部分的形式插通屏蔽箱93。但是，屏蔽箱93不與工件2直接接觸。[〇〇42]焊接基座51是覆蓋屏蔽箱93的上方的蓋的形態(tài)，與屏蔽箱93(即支架9)連接。焊接基座51的X軸方向的兩端部分形成為與屏蔽箱93的連接部511。連接部511的Y軸方向的一端通過支承軸56可轉(zhuǎn)動地支承于屏蔽箱93。又，連接部511的Y軸方向的另一端通過基端支承于屏蔽箱93的上部的銷57與屏蔽箱93結(jié)合。銷57從基端至焊接基座51的接合部的有效長度可以調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)該銷57的有效長度，可以應(yīng)對配置于屏蔽箱93與焊接基座51之間的工件2的外徑的大小差異。
[0043]焊接基座51的連接部511上設(shè)有在Z軸方向上垂下的垂下部512,該垂下部512為與屏蔽箱93的槽932的入口側(cè)的臺形部分相對應(yīng)的形狀。該垂下部512形成為填補(bǔ)屏蔽箱93的槽932的臺形部分的結(jié)構(gòu)。垂下部512上支承有相同形狀的一對輥58。一對輥58具有與X軸方向平行的旋轉(zhuǎn)軸581，一對輥58的旋轉(zhuǎn)軸581間在Y軸方向上相分離。而且，后述焊炬的梢端 (電極的梢端)的Y軸方向位置位于一對輥58的旋轉(zhuǎn)軸581彼此的Y軸方向之間。[〇〇44]各輥58在插通于屏蔽箱93的工件2的外周面上轉(zhuǎn)動。因此，以使各輥58在工件2的外周面上轉(zhuǎn)動且由各輥58壓接于工件2的比軸心C靠近上側(cè)的外周面的形式，確定各輥58在垂下部512上的安裝位置。如此，焊接基座51通過分別設(shè)置于X軸方向的兩端部的一對輥58 載置于工件2上。在此，從焊接基座51施加包含焊接基座51的至少一部分自重的載荷于一對輥58上以使各輥58壓接于工件2的外周面。
[0045]又，由于焊接基座51能夠借由支架9在Y軸方向和Z軸方向上移動，因此將設(shè)置于焊接基座51上的一對輥58旋轉(zhuǎn)軸581彼此連接的Y軸方向的直線不傾斜而維持水平。如上所述，通過安裝于焊接基座51的一對輥58與工件2的關(guān)系，一對輥58相對于工件2的相對位置保持一定。因此，工件2與一對輥58的接觸部分向Y軸方向以及Z軸方向中的至少一方向發(fā)生位移時，一對輥58與焊接基座51 —體地跟蹤工件2的位移而向Y軸方向和/或Z軸方向移動。
[0046]另外，設(shè)置于焊接基座51的兩個垂下部512中的一方上的一對輥58(焊接上游側(cè)的一對輥)與表面形成有堆焊層后的工件2(堆焊品)接觸，設(shè)置于另一方上的一對輥58(焊接下游側(cè)的一對輥)與工件2的表面接觸。即，在焊接上游側(cè)的一對輥和焊接下游側(cè)的一對輥處，所接觸的工件2的外徑不同。即使像這樣存在堆焊前后的工件2的外徑的差異、工件2的外徑的個體差異等，也可以調(diào)節(jié)一對輥58旋轉(zhuǎn)軸581間的Y軸方向的距離以使焊接基座51能夠保持適當(dāng)?shù)淖藙?即水平姿勢)。為此，垂下部512與輥58的結(jié)合部具有使各輥58相對于垂下部512的相對安裝位置能夠在Y軸方向上變化的結(jié)構(gòu)。具體而言，在垂下部512上形成有用于安裝輥58的Y軸方向的長孔，可以在該長孔的范圍內(nèi)改變輥58的旋轉(zhuǎn)軸581的安裝位置。 例如，以使焊接上游側(cè)的一對輥58的旋轉(zhuǎn)軸581間的Y軸方向的分離距離比焊接下游側(cè)的一對輥58的旋轉(zhuǎn)軸581間的分離距離大的形式確定各輥58的安裝位置，從而能夠使在堆焊前后與工件2接觸的一對輥58的旋轉(zhuǎn)軸581間的Y軸方向的距離不同。
[0047]焊接基座51的連接部511的X軸方向間形成支持焊接單元8的焊接單元支持部513。 圖7示出了焊接單元8的概略結(jié)構(gòu)和堆焊系統(tǒng)1的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。焊接單元8是用于進(jìn)行 TIG(Tungsten Inert Gas，媽極隋性氣體)焊接的裝置群，具備:焊炬81、向焊炬81供電的焊接電源82、向焊炬81供給冷卻水的冷卻水循環(huán)裝置88、向焊炬81供給保護(hù)氣體的保護(hù)氣體源83、向焊炬81的梢端附近供給作為堆焊材料21的焊補(bǔ)材料的焊補(bǔ)材料供給裝置84、和控制堆焊系統(tǒng)1的工作的焊接控制裝置85等。[〇〇48]焊炬81上設(shè)置有噴嘴、設(shè)于該噴嘴的中心部的鎢電極、和流通有冷卻水的冷卻通路等(均未圖示)。保護(hù)氣體例如使用氬氣、二氧化碳?xì)怏w等非活性氣體。[〇〇49]焊補(bǔ)材料供給裝置84形成為從焊補(bǔ)材料的線圈拉出焊補(bǔ)材料，以與焊接速度相應(yīng)的速度將焊補(bǔ)材料供給至焊炬81的梢端附近的結(jié)構(gòu)。另外，焊補(bǔ)材料供給裝置84上也可以設(shè)置有預(yù)熱焊補(bǔ)材料的預(yù)熱器。
[0050] 焊炬81和焊補(bǔ)材料供給裝置84保持于一個焊炬治具86上。焊炬治具86通過AVC單元87支持于焊接基座51 AVC單元87具備:豎立設(shè)置于焊接基座51上的Z軸方向的導(dǎo)軌871、 在導(dǎo)軌871上移動的滑動件872、作為滑動件872的驅(qū)動單元的Z軸移動馬達(dá)873、和AVC控制部46。滑動件872上安裝有焊炬治具86。焊炬治具86以能夠調(diào)節(jié)焊炬81的前后角的形式相對于滑動件872可移動(搖動)。
[0051]焊接控制裝置85是進(jìn)行用于操作堆焊系統(tǒng)1的運(yùn)算和控制的運(yùn)算控制裝置。焊接控制裝置85具有CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、以及R0M(Read Only Memory，只讀存儲器)、RAM(Random Access Memory，隨機(jī)存取存儲器:包括非易失性存儲器 (非易失性1^^))、1/^(1]^6”3。6，接口)、1/0(1即111:/〇1^。1^?〇1'1:，輸入/輸出端口)等(均未圖示XR0M中存儲有CPU所執(zhí)行的程序、各種固定數(shù)據(jù)等。CPU所執(zhí)行的程序保存于軟盤、 CD-ROM、存儲卡等各種存儲介質(zhì)中，從這些存儲介質(zhì)安裝于R0MAAM中暫時存儲有執(zhí)行程序時所需的數(shù)據(jù)。I/F進(jìn)行和外部裝置(與焊接控制裝置85連接的個人計(jì)算機(jī)等)的數(shù)據(jù)收發(fā)。 I/O進(jìn)行各種傳感器的檢測信號的輸入/輸出。焊接控制裝置85形成為借由存儲于ROM的程序等軟件和CHJ等硬件的協(xié)作，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)以下說明的焊接控制裝置85各功能處理的結(jié)構(gòu)。另夕卜，焊接控制裝置85可以借由單一的CPU執(zhí)行各處理，也可以借由多個CPU、或CPU與特定的處理電路的組合來執(zhí)行各處理。[〇〇52]焊接條件控制部851具有:控制從焊接電源82供給至電極的電壓以及電流的電壓?電流控制部41、控制冷卻水循環(huán)裝置88的動作的冷卻水供給控制部42、控制來自保護(hù)氣體源83的保護(hù)氣體的供給量的氣體供給控制部43、控制根據(jù)焊補(bǔ)材料供給裝置84的焊補(bǔ)材料供給速度的焊補(bǔ)材料供給控制部44等控制各種焊接條件的功能。焊接條件控制部851 根據(jù)預(yù)先在焊接控制裝置85中設(shè)定的焊接條件，進(jìn)行各種焊接條件的控制。[〇〇53] 焊接位置控制部852具有行進(jìn)控制部45、AVC控制部46等控制焊炬81的梢端的位置的功能，行進(jìn)控制部45借由行進(jìn)裝置6控制焊炬81X軸方向的位置、AVC控制部46借由AVC單元87控制從母材至焊炬81的非恪化電極的高度。行進(jìn)控制部45以使臺車62以與焊接速度對應(yīng)的規(guī)定速度移動的形式使行進(jìn)裝置6的滑動件驅(qū)動機(jī)構(gòu)63工作。又，AVC控制部46測定焊接中的電弧電壓，以使該電壓值為一定的形式驅(qū)動Z軸移動馬達(dá)873而使保持于焊炬治具86 的焊炬81在Z軸方向上移動。更詳細(xì)而言，將焊接中測定的電弧電壓與規(guī)定的基準(zhǔn)電壓比較，測定的電弧電壓比基準(zhǔn)電壓小時，使焊炬81上升而增大電弧電壓，測定的電弧電壓比基準(zhǔn)電壓大時，使焊炬81下降而降低電弧電壓，焊接中測定的電弧電壓與基準(zhǔn)電壓的差在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)時，停止焊炬81的Z軸方向的移動。借由像這樣的AVC控制，使焊接中的電弧長度保持一定。[〇〇54]在此，說明根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的堆焊系統(tǒng)1的堆焊加工的流程。首先，在焊接的準(zhǔn)備階段，將工件2安裝于工件治具3。具體而言，在設(shè)置于固定支柱31的夾頭313把持工件2的軸心方向端部。此外，使工件2插通于各可動支柱7的插通孔75。而且，使馬達(dá)321工作而使工件2 以軸心C為旋轉(zhuǎn)中心以規(guī)定速度旋轉(zhuǎn)。又，在焊接的準(zhǔn)備階段，向屏蔽箱93供給保護(hù)氣體，以在屏蔽箱93內(nèi)填充保護(hù)氣體。
[0055]接著，焊接控制裝置85以使焊炬81向初始X位置移動的形式使行進(jìn)裝置6工作。此夕卜，焊接控制裝置85控制行進(jìn)裝置6以使焊接中的焊炬81以與預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的焊接速度對應(yīng)的速度向X軸方向移動。又，焊接控制裝置85以使從焊接中的母材至焊炬81的非熔化電極的高度、即電弧長度保持一定的形式使AVC單元87工作。[〇〇56]接著，焊接控制裝置85分別開始從焊接電源82向焊炬81供給電壓以及電流、從保護(hù)氣體源83向焊炬81供給保護(hù)氣體、由冷卻水循環(huán)裝置88向焊炬81供給冷卻水、以及由焊補(bǔ)材料供給裝置84供給焊補(bǔ)材料。而且，焊接控制裝置85以使上述各種焊接條件與預(yù)先設(shè)定的焊接條件相對應(yīng)的形式控制焊接電源82、保護(hù)氣體源83、焊補(bǔ)材料供給裝置84以及冷卻水循環(huán)裝置88的動作。[〇〇57]借由上述堆焊系統(tǒng)1的工作，在保護(hù)氣體氣氛中在焊炬81的電極和母材(工件2)之間產(chǎn)生電弧，借由該電弧熱使焊補(bǔ)材料以及母材熔融，從而在母材表面實(shí)施堆焊。如此，在工件2的表面依次形成螺旋狀的堆焊材料21的焊珠。
[0058]上述堆焊加工的過程中，進(jìn)行堆焊期間，由于向工件2的熱量輸入而工件2發(fā)生形變。不修正該形變而繼續(xù)堆焊時，工件2相對于焊炬81的相對位置在Y軸方向和/或Z軸方向上發(fā)生位移。該位移量受工件2的偏心的影響而變大。在此，工件2中的工件2與一對輥58的接觸部分在Y軸方向以及Z軸方向中的至少一方上發(fā)生位移時，焊接基座51跟蹤工件2的位移而向Y軸方向和/或Z軸方向移動。如此，焊接基座51相對于工件2的相對位置保持一定，因此可以使焊炬81的梢端相對于工件2的相對位置也保持一定。[〇〇59]如上所述，借由至少一對在Y軸方向上分離的輥58、安裝有一對輥58的焊接基座 51、和將焊接基座51在Z軸方向和Y軸方向上可移動地支持的支架9,構(gòu)成了跟蹤工件2的位移而使焊炬81向Y軸方向以及Z軸方向移動的兩軸方向的跟蹤機(jī)構(gòu)。借由該兩軸方向的跟蹤機(jī)構(gòu)，焊炬81的梢端相對于焊接中的工件2的相對位置維持一定。換言之，焊接中的焊炬81 的梢端和母材的距離維持一定。因此，施于工件2的堆焊變得均一而能夠確保高的焊接品質(zhì)。
[0060]上述兩軸方向的跟蹤機(jī)構(gòu)中，無需檢測工件2的變形，也無需電氣控制焊炬81向Y 軸方向和/或Z軸方向的移動，因此能夠快速地追隨工件2的形變而使焊炬81跟蹤工件2的變形。即，上述兩軸方向的跟蹤機(jī)構(gòu)具有良好的跟蹤響應(yīng)性。又，上述兩軸方向的跟蹤機(jī)構(gòu)是機(jī)械性的結(jié)構(gòu)，因此能夠切實(shí)且穩(wěn)定地工作，并且無需電氣控制裝置、用于其的程序等，因此能夠抑制設(shè)備成本。
[0061]而且，堆焊系統(tǒng)1不僅具備上述兩軸方向的跟蹤機(jī)構(gòu)，而且還具備將電弧長度保持一定的AVC單元87。借由該AVC單元87,可以更精確地維持母材和焊炬81的梢端適當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)系。因此，能夠穩(wěn)定地提供尚的堆焊品質(zhì)。
[0062]以上說明了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形態(tài)，上述結(jié)構(gòu)可以例如以下那樣變更。[〇〇63]例如，上述堆焊系統(tǒng)1中，將一對輥58的旋轉(zhuǎn)軸581相連接的直線為大致水平，一對輥58借由包含焊接基座51的焊接裝置5以及屏蔽箱93等的重量的一部分壓接于工件2。如此，由于焊接基座51配置于工件2的鉛垂上方，且一對輥58借由重力壓接于工件2的外周面， 作為施加用于使一對輥58壓接于工件2的載荷的單元的功能的至少一部分能由焊接基座51 承擔(dān)，可以使堆焊系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)簡單化。但是，為了使一對輥58壓接于工件2的外周面，也可以向一對輥58施加彈簧載荷等載荷。該情況下，工件2的軸心方向(第一方向)不限于水平方向，也可以是任意方向。又，與工件2的軸心方向正交的方向(第二方向)不限于鉛垂方向，也可以從鉛垂方向傾斜。又，與這兩個方向正交方向(第三方向)不限于水平方向，也可以從水平方向傾斜。[〇〇64]又，例如，焊接單元8是用于進(jìn)行TIG焊接的裝置群，但由焊接單元8進(jìn)行的焊接方法不限于TIG焊接。由焊接單元8進(jìn)行的焊接方法例如也可以是作為一般用于堆焊的焊接方法的手工電弧焊、MIG焊接、MAG焊接、TIG焊接、埋弧焊、等離子弧焊等中的任意一種。
[0065]又，例如，根據(jù)上述實(shí)施形態(tài)的堆焊系統(tǒng)1中，焊接方法為TIG焊接，因此作為具備非熔化電極的焊炬的Z軸方向的非接觸式跟蹤機(jī)構(gòu)，采用一般利用的AVC單元87,但Z軸方向的非接觸式跟蹤機(jī)構(gòu)不限于AVC。例如，也可以不測量電弧電壓值，而由非接觸式位移傳感器測量母材和焊炬81的梢端之間的距離。該情況下，例如，為了由激光傳感器等非接觸式位移傳感器測量母材和焊炬81的梢端之間的距離，并將該距離維持為規(guī)定的值維持，可以使用形成為使焊炬治具86向Z軸方向移動的結(jié)構(gòu)的非接觸式跟蹤機(jī)構(gòu)。
[0066]又，例如，根據(jù)上述實(shí)施形態(tài)的堆焊系統(tǒng)1中，在焊接基座51的下部設(shè)置有屏蔽箱 93,該屏蔽箱93覆蓋焊炬81及其周圍。由于如此設(shè)置屏蔽箱93,因此屏蔽箱93的內(nèi)部是與大氣隔離的保護(hù)氣體(非活性氣體)氣氛，因而可以在工件2的表面形成高品質(zhì)的堆焊層。但是，也可以在焊接基座51的下部設(shè)置單純的框構(gòu)件取代屏蔽箱93。
[0067]又，例如，根據(jù)上述實(shí)施形態(tài)堆焊系統(tǒng)1中，在焊接基座51的Y軸方向的兩端部分別配置一對輥58，但輥58的數(shù)量也可以多于此。或者，在焊接基座51的X軸方向長度十分短的情況下，也可以不在焊接基座51的X軸方向的兩端分別設(shè)置一對輥58,而在焊接基座51的X 軸方向的中央附近設(shè)置一對輥58。[〇〇68] 符號說明 1堆焊系統(tǒng)；2工件；21堆焊材料；3工件治具；31固定支柱；32旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；5焊接裝置；51焊接基座；58輥；6行進(jìn)裝置；61導(dǎo)軌；62臺車；63滑動件驅(qū)動機(jī)構(gòu)；7可動支柱；71滑動件；72支柱主體；73槽；74桿；75插通孔；76凸輪從動件；8焊接單元；81焊炬；82焊接電源；83保護(hù)氣體源；84焊補(bǔ)材料供給裝置；85焊接控制裝置；851焊接條件控制部；852焊接位置控制部；88冷卻水循環(huán)裝置；9支架；91Z軸移動機(jī)構(gòu)(鉛垂方向移動機(jī)構(gòu))；92Y軸移動機(jī)構(gòu)(水平方向移動機(jī)構(gòu))； 93屏蔽箱；932 槽。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種堆焊系統(tǒng)，是在圓筒管狀的工件的外周面進(jìn)行堆焊的堆焊系統(tǒng)，具備:工件治具，所述工件治具以使所述工件的軸心方向?yàn)榈谝环较虻男问奖３衷摴ぜ?，?在周方向上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述工件；臺車，所述臺車沿著由所述工件治具保持的所述工件向所述第一方向移動；焊接基座，所述焊接基座以相對于所述臺車向與所述第一方向正交的第二方向、和與 所述第一方向以及第二方向正交的第三方向發(fā)生相對位移的形式支持于所述臺車；至少一對輥，所述至少一對輥是具有與所述第一方向平行的旋轉(zhuǎn)軸的至少一對輥，以 如下形式支承于所述焊接基座:該一對輥的旋轉(zhuǎn)軸彼此向所述第二方向分離且各輥壓接于 所述工件的外周面而將所述焊接基座與所述工件之間的距離保持一定;和焊炬，所述焊炬是支持于所述焊接基座的焊炬，該焊炬的梢端在所述第二方向上的位 置位于所述一對輥的旋轉(zhuǎn)軸之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆焊系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接基座配置于所述工件的鉛垂上方，所述一對輥借由重力壓接于所述工件的外周面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的堆焊系統(tǒng)，其特征在于，在所述臺車和所述焊接基座之間具備:使所述焊接基座相對于所述臺車在水平方向上 移動的水平方向移動機(jī)構(gòu)、和使所述焊接基座相對于所述臺車在鉛垂方向上移動的鉛垂方 向移動機(jī)構(gòu)，所述鉛垂方向移動機(jī)構(gòu)具有彈性構(gòu)件。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的堆焊系統(tǒng)，其特征在于，還具備:覆蓋所述焊炬的梢端及其周圍的屏蔽箱、和向所述屏蔽箱供給保護(hù)氣體的保護(hù)氣體源。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的堆焊系統(tǒng)，其特征在于，所述焊炬具有非熔化電極，所述堆焊系統(tǒng)還具備:保持所述焊炬的焊炬治具;和AVC單元，所述AVC單元形成為支持所述焊炬治具，并使該焊炬治具相對于所述焊接基 座向所述第三方向移動，以此將從所述非熔化電極至母材的電弧長度保持一定的結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的堆焊系統(tǒng)，其特征在于，所述一對輥以能夠改變該一對輥的旋轉(zhuǎn)軸間的所述第二方向上的距離的形式安裝于 所述焊接基座。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的堆焊系統(tǒng)，其特征在于，所述一對輥具備配置于所述焊炬的所述第一方向的兩側(cè)的第一輥對以及第二輥對， 所述第一輥對壓接于堆焊前的所述工件的外周面，所述第二輥對壓接于堆焊后的所述 工件的外周面。
【文檔編號】B23K9/167GK106029281SQ201580010553
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年3月6日
【發(fā)明人】赤松政彥, 米本臣吾, 上月崇功, 伊藤千秋
【申請人】川崎重工業(yè)株式會社