特開 2024-81191 伝熱パネルの溶接装置及び伝熱パネルの溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024081191

(43)【公開日】2024-06-18

(54)【発明の名称】伝熱パネルの溶接装置及び伝熱パネルの溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/04 20060101AFI20240611BHJP

   B23K 9/127 20060101ALI20240611BHJP

   B23K 9/00 20060101ALI20240611BHJP

   F28F 1/32 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

B23K9/04 A

B23K9/127 508Z

B23K9/00 501H

F28F1/32 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022194623

(22)【出願日】2022-12-06

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】森川 裕介

(72)【発明者】

【氏名】前田 圭佑

【テーマコード（参考）】

4E081

【Ｆターム（参考）】

4E081YH02

4E081YX05

(57)【要約】

【課題】肉盛溶接を行う際に省人化することができる伝熱パネルの溶接装置を提供する。
【解決手段】長手方向Ｄ１に伝熱パネルに対して相対的に移動し、伝熱パネルとの間でアークを発生させる溶接トーチ７と、アーク中に溶加材を供給する溶加材供給部と、溶接トーチ７の長手方向Ｄ１における相対移動方向前側で伝熱パネルの表面形状を計測するレーザセンサ８と、溶接トーチ７と伝熱パネルとの相対移動を制御する制御部６と、を備え、制御部６は、長手方向へ相対移動を行って肉盛溶接を行う工程中に、レーザセンサ８によって得られた表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向に延在する伝熱管の表面の頂部に対する側部に接続された板状のフィンを介して複数の該伝熱管が前記長手方向と直交する方向へ並列に設けられた伝熱パネルの表面に対して、アーク溶接によって肉盛溶接する伝熱パネルの溶接装置であって、
前記長手方向に前記伝熱パネルに対して相対的に移動し、前記伝熱パネルとの間でアークを発生させる溶接トーチと、
前記アーク中に溶加材を供給する溶加材供給部と、
前記溶接トーチの前記長手方向における相対移動方向前側で前記伝熱パネルの表面形状を計測する形状計測装置と、
前記溶接トーチと前記伝熱パネルとの相対移動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記長手方向へ前記相対移動を行って肉盛溶接を行う工程中に、前記形状計測装置によって得られた前記表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、該修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行う伝熱パネルの溶接装置。

【請求項2】

前記形状計測装置は、前記溶接トーチの前記長手方向における相対移動方向前側に取り付けられたレーザセンサを備えている請求項１に記載の伝熱パネルの溶接装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記形状計測装置によって得られた前記表面形状のうち予め定められた特定の検出点に基づいて前記修正溶接目標位置を演算し、
前記検出点の位置は、肉盛溶接の工程に応じて選定される請求項１に記載の伝熱パネルの溶接装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記フィンの表面に肉盛溶接を行うフィン肉盛溶接工程、前記伝熱管の頂部を除く側表面に肉盛溶接を行う側表面肉盛溶接工程、及び、前記伝熱管の頂部に肉盛溶接を行う頂部肉盛溶接工程に応じて、前記検出点の位置を変更する請求項３に記載の伝熱パネルの溶接装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記フィン肉盛溶接工程において、前記伝熱管と前記フィンとを接続する隅肉溶接部と前記伝熱管の表面との交差位置を第１の交差位置とし、かつ、前記フィンを挟んで該第１の前記検出点に向かい合う他の前記隅肉溶接部と他の前記伝熱管の表面との他の交差位置を第２の交差位置とし、前記第１の交差位置と前記第２の交差位置との間に前記検出点を設定する請求項４に記載の伝熱パネルの溶接装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記側表面肉盛溶接工程において、前記伝熱管の表面と直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部との交差位置を前記検出点とする請求項４に記載の伝熱パネルの溶接装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記頂部肉盛溶接工程において、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部の頂点を前記検出点とする請求項４に記載の伝熱パネルの溶接装置。

【請求項8】

長手方向に延在する伝熱管の表面の頂部に対する側部に接続された板状のフィンを介して複数の該伝熱管が前記長手方向と直交する方向へ並列に設けられた伝熱パネルの表面に対して、アーク溶接によって肉盛溶接する伝熱パネルの溶接方法であって、
前記長手方向に前記伝熱パネルに対して相対的に移動し、前記伝熱パネルとの間でアークを発生させる溶接トーチと、
前記アーク中に溶加材を供給する溶加材供給部と、
前記溶接トーチの前記長手方向における相対移動方向前側で前記伝熱パネルの表面形状を計測する形状計測装置と、
を用い、
前記長手方向へ相対移動を行って肉盛溶接を行う工程中に、前記形状計測装置によって得られた前記表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、該修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行う伝熱パネルの溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、伝熱パネルの溶接装置及び伝熱パネルの溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。この伝熱パネルの表面には、燃料燃焼時に発生する燃焼ガスに含まれる硫化物による腐食への対策として、インコネル（登録商標）等の固溶強化型ニッケル基合金を含む耐腐食材料や高クロム含有合金を含む耐腐食材料など肉盛溶接されているものがある（特許文献１）。上記のような伝熱パネルは形状が複雑であり、製作時の溶接による変形によって設計通りの形状となっていない場合がある。特許文献２には、レーザ変位計を用いて伝熱パネルの形状を計測する発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２１４０７１号公報

【特許文献2】特開２０１６－１５１５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献２は、肉盛溶接を行う前の伝熱パネルの形状を計測するものであり、肉盛溶接時の熱変形について何ら考慮されていない。肉盛溶接時の熱変形に対応するには、例えば、肉盛溶接を行っている最中に作業者が目視で熱変形による変位を把握し、溶接狙い位置（溶接目標位置）を修正する必要がある。しかし、作業者の作業環境や人工費を考えると、省人化することが好ましい。

【0005】

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、伝熱パネルに肉盛溶接を行う際に省人化することができる伝熱パネルの溶接装置及び伝熱パネルの溶接方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る伝熱パネル（１０）の溶接装置（１）は、長手方向（Ｄ１）に延在する伝熱管（１０ａ）の表面の頂部に対する側部に接続された板状のフィン（１０ｂ）を介して複数の該伝熱管（１０ａ）が前記長手方向（Ｄ１）と直交する方向へ並列に設けられた伝熱パネル（１０）の表面に対して、アーク溶接によって肉盛溶接する伝熱パネル（１０）の溶接装置であって、前記長手方向（Ｄ１）に前記伝熱パネル（１０）に対して相対的に移動し、前記伝熱パネル（１０）との間でアークを発生させる溶接トーチ（７）と、前記アーク中に溶加材（７ａ）を供給する溶加材供給部と、前記溶接トーチ（７）の前記長手方向（Ｄ１）における相対移動方向前側で前記伝熱パネル（１０）の表面形状を計測する形状計測装置（８）と、前記溶接トーチ（７）と前記伝熱パネル（１０）との相対移動を制御する制御部（６）と、を備え、前記制御部（６）は、前記長手方向（Ｄ１）へ前記相対移動を行って肉盛溶接を行う工程中に、前記形状計測装置（８）によって得られた前記表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、該修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行う。

【0007】

本開示の一態様に係る伝熱パネル（１０）の溶接方法は、長手方向（Ｄ１）に延在する伝熱管（１０ａ）の表面の頂部に対する側部に接続された板状のフィン（１０ｂ）を介して複数の該伝熱管（１０ａ）が前記長手方向（Ｄ１）と直交する方向へ並列に設けられた伝熱パネル（１０）の表面に対して、アーク溶接によって肉盛溶接する伝熱パネル（１０）の溶接方法であって、前記長手方向（Ｄ１）に前記伝熱パネル（１０）に対して相対的に移動し、前記伝熱パネル（１０）との間でアークを発生させる溶接トーチ（７）と、前記アーク中に溶加材（７ａ）を供給する溶加材供給部と、前記溶接トーチ（７）の前記長手方向（Ｄ１）における相対移動方向前側で前記伝熱パネル（１０）の表面形状を計測する形状計測装置（８）と、を用い、前記長手方向（Ｄ１）へ前記相対移動を行って肉盛溶接を行う工程中に、前記形状計測装置（８）によって得られた前記表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、該修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行う。

【発明の効果】

【0008】

伝熱パネルに肉盛溶接を行う際に省人化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る伝熱パネルの溶接装置を示した斜視図である。

【図2】溶接トーチ周りを示した側面図である。

【図3】伝熱パネルを示した斜視図である。

【図4】伝熱パネル上に形成された肉盛溶接部の一部を示した斜視図である。

【図5】伝熱パネル上に形成された肉盛溶接部の一部を上方から見た斜視図である。

【図6】伝熱パネル上に肉盛溶接部が形成された横断面図である。

【図7】肉盛溶接時にレーザセンサのレーザ光が照射された状態を示した横断面図である。

【図8】レーザセンサの計測範囲を示した説明図である。

【図9】フィン肉盛溶接工程前の伝熱パネルの要部を示した横断面図である。

【図10】フィン肉盛溶接工程を終えた状態の伝熱パネルを示した横断面図である。

【図11】側表面肉盛溶接工程前の伝熱パネルの要部を示した横断面図である。

【図12】側表面肉盛溶接工程を終えた状態の伝熱パネルを示した横断面図である。

【図13】頂部肉盛溶接工程前の伝熱パネルの状態を示した横断面図である。

【図14】頂部肉盛溶接工程を終えた状態の伝熱パネルを示した横断面図である。

【図15】頂部肉盛溶接工程前の伝熱パネルの要部を示した横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
以下の説明で、上方や上面などの上と下は鉛直方向での上や下を示すものとする。

【0011】

図１には、本実施形態に係る伝熱パネルの溶接装置１が示されている。溶接装置１は、平行に並べられた２本のレール２を備えている。レール２間には、作業空間が形成されており、伝熱パネルが上面に設置される架台３が水平に設けられている。架台３の上方を跨ぐように、門型走行装置としてガントリ５が設けられている。ガントリ５の両側に設けられた各脚部５ａは、対応する各レール２上を図示しないボールねじやラック＆ピニオンなどの移動装置により走行する。これにより、ガントリ５が進行方向である長手方向Ｄ１に移動できるようになっている。脚部５ａの走行は、制御部６による指令によって制御される。

【0012】

制御部６は、図示のようにガントリ５に設けられていても良いし、ガントリ５とは別の位置に設置しても良い。制御部６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。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

【0013】

ガントリ５の幅方向すなわち長手方向Ｄ１に直交する方向にわたって設けられた梁部５ｂには、複数の溶接トーチ７が設けられている。溶接トーチ７は、図１では４つとされているが、２つや３つであっても良く、また、５つ以上であっても良い。図示しないが、各溶接トーチ７は、梁部５ｂの延在方向（すなわちガントリ５の幅方向）に沿ってアクチュエータによって変位可能とされている。各溶接トーチ７の位置と移動速度は、制御部６によって制御される。また、各溶接トーチ７への給電量や溶接ワイヤの送給速度等は、制御部６によって制御される。

【0014】

各溶接トーチ７によって、アーク溶接が行われる。アーク溶接としては、例えば、ＭＩＧ（Metal Active Gas）溶接やＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接が用いられる。
図２には、ＭＡＧ溶接を採用した場合の溶接トーチ７の要部が示されている。同図に示すように、溶接トーチ７の中心軸線上にワイヤ電極（溶加材）７ａが設けられている。ワイヤ電極７ａとなるワイヤ金属は、図示しない溶加材供給部から制御部６の指令によって供給される。ワイヤ電極７ａには、制御部６の指令によって給電される。これにより、ワイヤ電極７ａの先端と伝熱パネル１０との間にアークＡＣが形成される。アークＡＣ内でワイヤ電極７ａが溶けて伝熱パネル１０上に滴下して溶接ビードＷＢが形成される。ワイヤ電極７ａのワイヤ金属が溶けて滴下される位置が肉盛溶接目標位置（肉盛溶接狙い位置）となる。溶接ビードＷＢの厚さｔは、所定範囲内となるように管理される。例えば、溶接ビードＷＢの厚さｔは、伝熱パネル１０の耐腐食に必要な厚さである１ｍｍ以上５ｍｍ以下とされる。

【0015】

溶接トーチ７の長手方向Ｄ１における移動方向の前方には、レーザセンサ（形状計測装置）８が設けられている。レーザセンサ８は、溶接トーチ７と共に固定されており、溶接トーチ７と同期して移動する。レーザセンサ８は、長手方向Ｄ１に直交する幅方向に広がるシート状のレーザ光ＬＳを出射する。レーザセンサ８は、レーザ光ＬＳの反射光を得ることによって伝熱パネル１０の外表面の形状を計測する。レーザセンサ８は、制御部６に対して計測データを送信するとともに、制御部６との間で各種データを送受信する。

【0016】

制御部６は、ＰＭＣ（Pulse Multi Control）機能を備えていても良い。ＰＭＣを利用することで、使用するワイヤ金属の滴下速度（溶滴速度）を制御することができる。例えば、パルス（電流変化）が１回発生すると溶滴が１回発生し、パルス（電流変化）が２回発生すると溶滴も２回発生する。つまり、パルス（電流変化）を増加させると溶滴回数も増加することから、溶滴速度が向上する。溶滴速度が向上すると母材（伝熱パネル１０）上における溶滴の間隔が短くなるため、溶接品質を維持したまま、溶接トーチ７の移動速度（溶接速度）を向上させることができる。

【0017】

本実施形態では、肉盛溶接材料すなわちワイヤ電極７ａの材料として、固溶強化型ニッケル基合金や高クロム含有合金やクロム―ニッケル含有合金などが適用されるが、以下の記載はより高価な材料として、例えばインコネル（登録商標）とされた固溶強化型ニッケル基合金を含む材料としたものを用いて説明をする。

【0018】

図３には、伝熱パネル１０が示されている。伝熱パネル１０は、長手方向Ｄ１に延在する複数の伝熱管１０ａを備えている。各伝熱管１０ａは所定間隔をおいて長手方向Ｄ１に直交する方向へ並列状態で配列されており、各伝熱管１０ａの間には板状のフィン１０ｂが接続されている。フィン１０ｂは、伝熱管１０ａの表面の頂部（水平方向に設置した伝熱管１０ａの横断面で最も高い位置）に対する側部（水平方向に設置した伝熱管１０ａの横断面で水平方向へ張り出した位置）に対して隅肉溶接によって固定されている。これにより、伝熱管１０ａの横断面が例えば円形とされている場合には、各フィン１０ｂは、伝熱管１０ａの横断面における高さ中央に位置するように接続されている。

【0019】

図３において、各伝熱管１０ａの端部には、冷却空気（冷却媒体）を各伝熱管１０ａの内部へ供給するための冷却配管１４が接続されている。各冷却配管１４には、図示しないファンから供給される冷却空気が導かれる。冷却空気は、溶接トーチ７による肉盛溶接時に供給される。なお、冷却配管１４は、全ての肉盛溶接による冷却が終了すると伝熱管１０ａから取り外される。

【0020】

制御部６は、各溶接トーチ７及び各レーザセンサ８を伝熱パネル１０に対して自動送りする。自動送りする速度は一定とされることが好ましい。ただし、肉盛溶接の工程に応じて自動送り速度を変化させても良い。

【0021】

図４及び図５には、伝熱パネル１０の表面上に形成された肉盛溶接部２０が示されている。肉盛溶接部２０は、複数の溶接ビードＷＢが積層された状態で形成されている。各溶接ビードＷＢは、伝熱管１０ａが延在する長手方向Ｄ１に沿って設けられている。

【0022】

各伝熱管１０ａとフィン１０ｂとは、長手方向Ｄ１に沿って設けられた隅肉溶接部２２によって固定されている。隅肉溶接部２２の側方のフィン１０ｂの表面上には、第１溶接ビードＷＢ１が形成されている。第１溶接ビードＷＢ１は、隅肉溶接部２２に側部の一部分が重なるように長手方向Ｄ１に沿って設けられている。第１溶接ビードＷＢ１のフィン１０ｂからの高さ（より具体的には最大高さ）は、隅肉溶接部２２のフィン１０ｂからの高さにつながるような高さとされている。第１溶接ビードＷＢ１の高さは、隅肉溶接部２２の高さと同等まで厚くされてもよい。

【0023】

第１溶接ビードＷＢ１の側方（図５において第１溶接ビードＷＢ１の右側）のフィン１０ｂの表面上には、第２溶接ビードＷＢ２が形成されている。第２溶接ビードＷＢ２は、第１溶接ビードＷＢ１に側部の一部分（例えば、溶接ビードＷＢの幅の約半分）が重なるように長手方向Ｄ１に沿って設けられている。また、第２溶接ビードＷＢ２の他方の側部は、他方の隅肉溶接部２２に一部分が重なるように設けられている。図５及び図６では、第１溶接ビードＷＢ１が重ねられる隅肉溶接部２２と第２溶接ビードＷＢ２が重ねられる隅肉溶接部２２は、同一のフィン１０ｂの表面に形成され、かつ対向する伝熱管１０ａのそれぞれを接続する別個の隅肉溶接部２２である。

【0024】

隅肉溶接部２２及び第１溶接ビードＷＢ１（又は第２溶接ビードＷＢ２）の表面上の一部には、第３溶接ビードＷＢ３が形成されている。第３溶接ビードＷＢ３は、隅肉溶接部２２及び第１溶接ビードＷＢ１（又は第２溶接ビードＷＢ２）に跨がるように、かつ伝熱管１０ａの側部の表面の一部を覆うように設けられている。

【0025】

第４溶接ビードＷＢ４は、第３溶接ビードＷＢ３の表面上の一部を覆うように、かつ伝熱管１０ａの側部の表面の一部を覆うように設けられている。

【0026】

第５溶接ビードＷＢ５は、第４溶接ビードＷＢ４の表面上の一部を覆うように、かつ伝熱管１０ａの側部の表面の一部を覆うように設けられている。

【0027】

第６溶接ビードＷＢ６は、第５溶接ビードＷＢ５表面上の一部を覆うように、かつ伝熱管１０ａの側部の表面の一部を覆うように設けられている。

【0028】

第７溶接ビードＷＢ７は、第６溶接ビードＷＢ６表面上の一部を覆うように、かつ伝熱管１０ａの頂部の表面を覆うように設けられている。第７溶接ビードＷＢ７は、伝熱管１０ａの頂部に形成されるため、これにより伝熱管１０ａの表面すべてを肉盛溶接することで肉盛溶接部２０が形成される。

【0029】

図５に示すように、伝熱管１０ａの頂部に形成された第７溶接ビードＷＢ７を中央に、第６溶接ビードＷＢ６、第５溶接ビードＷＢ５、第４溶接ビードＷＢ４、第３溶接ビードＷＢ３が、長手方向Ｄ１に直交する方向に対称に設けられている。なお、第１溶接ビードＷＢ１（又は第２溶接ビードＷＢ２）と第７溶接ビードＷＢ７との間の溶接ビードの数は、伝熱管１０ａの表面を隙間なく覆うことができれば、本実施形態のように４つ（第３～第６溶接ビード）に限定されるものではなく、１以上３以下であっても、５以上であっても良い。溶接ビードＷＢの幅の半分程度が重なるように、各溶接ビードＷＢが上下方向に積層されることが好ましい。

【0030】

なお、図６に示すように、第２溶接ビードＷＢ２を省略し、第１溶接ビードＷＢ１のみでフィン１０ｂ及び両側の隅肉溶接部２２を覆うようにしても良い。以下では、図６に示した溶接ビードＷＢ１，ＷＢ３，ＷＢ４，ＷＢ５，ＷＢ６，ＷＢ７を例として説明する。

【0031】

次に、上述した溶接装置１を用いて上述した伝熱パネル１０上に肉盛溶接する工程について説明する。
伝熱パネル１０は、肉盛溶接を行う前に、隅肉溶接によって複数の伝熱管１０ａと複数のフィン１０ｂとが接続されている。これにより、隅肉溶接部２２（図４参照）が形成される。この状態すなわち肉盛溶接前の伝熱パネル１０に対して、設定溶接目標位置が設定され、制御部６の記憶部に格納される。伝熱パネル１０は、図１に示した溶接装置１の架台３上に水平に設置される。

【0032】

そして、制御部６の指令によって、ガントリ５を長手方向Ｄ１に走行させつつ溶接トーチ７で肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、長手方向Ｄ１に沿って第１溶接ビードＷＢ１から第７溶接ビードＷＢ７まで順に行う。すなわち、伝熱パネル１０のフィン１０ｂ側の表面から上方の伝熱管１０ａ側の表面に向かって各溶接ビードＷＢが積層されるように肉盛溶接が行われる。肉盛溶接は、複数の溶接トーチ７を用いて並列的に行われる。肉盛溶接時には、図３に示したように、冷却配管１４から伝熱管１０ａの内部へ冷却空気を供給して伝熱パネル１０の冷却を行う。

【0033】

図７に示されているように、肉盛溶接を行う場合は、レーザセンサ８によって溶接トーチ７による肉盛溶接が行われる直前の伝熱パネル１０の形状が計測される。
制御部６には、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置が記憶部に格納されている。設定溶接目標位置は、肉盛溶接を行う前の伝熱パネル１０の形状に基づいて設定される。このように、設定溶接目標位置は、肉盛溶接によって熱変形を受けていないことを前提としているため、実際に肉盛溶接を行っている工程中に伝熱パネル１０が熱変形を生じると、設定溶接目標位置は所望の溶接狙い位置からずれることになる。制御部６は、この設定溶接目標位置とレーザセンサ８によって計測した肉盛溶接直前の伝熱パネルの形状との偏差を演算し、設定溶接目標位置を修正して修正溶接目標位置を算出する。制御部６は、溶接トーチ７のワイヤ電極７ａの位置が修正溶接目標位置を通過するように、溶接トーチ７を駆動するアクチュエータを制御して適正な溶接位置で肉盛溶接を行う。

【0034】

図８には、肉盛溶接時に行われる計測例が示されている。図８の左側には、レーザセンサ８によって計測された検出画面が示されている。検出画面には、伝熱パネル１０の表面形状が示されており、伝熱管１０ａの一部の形状や肉盛溶接による溶接ビードＷＢの形状が確認できる。レーザセンサ８の検出画面は、肉盛溶接を行う直前の伝熱パネル１０の形状に相当し、現在までの肉盛溶接による熱変形を反映した形状となっている。

【0035】

図８において破線で囲った範囲がレーザセンサ８による検出範囲ＳＡである。肉盛溶接工程に応じて検出範囲ＳＡを視野範囲よりも限定することによって、検出点ＳＰの検出精度を上げることができる。検出点ＳＰは、肉盛溶接工程に応じて特定の位置に予め指定されており、修正肉盛溶接目標位置を指定する際に基準となる位置である。
図８の右側には、伝熱パネル１０の横断面に対する検出範囲ＳＡと検出点ＳＰが示されている。同図では、第４溶接ビードＷＢ４と伝熱管１０ａとの交差位置が検出点ＳＰとされている。

【0036】

次に、肉盛溶接の工程に応じた検出点ＳＰの選定について説明する。肉盛溶接の工程（以下のグループ１～３）に応じて、検出点ＳＰの選定が制御部６にプログラムされている。
＜グループ１：フィン肉盛溶接工程＞
フィン１０ｂ上に肉盛溶接を行って第１溶接ビードＷＢ１を形成するフィン肉盛溶接工程では、制御部６は、レーザセンサ８から得られる伝熱パネル１０の表面形状から検出点ＳＰを以下のように選定する。

【0037】

図９に示すように、隅肉溶接部２２と伝熱管１０ａの表面との交差位置を第１の交差位置ＣＰ１とし、かつ、フィン１０ｂを挟んで第１の交差位置ＣＰ１に向かい合う他の隅肉溶接部２２と他の伝熱管１０ａの表面との他の交差位置を第２の交差位置ＣＰ２とする。そして、フィン１０ｂ上における交差位置ＣＰ１，ＣＰ２間の中間位置を検出点ＳＰとする。

【0038】

上述のように交差位置ＣＰ１，ＣＰ２を用いて検出点ＳＰを選定した理由は以下の通りである。
レーザセンサ８によって得られた表面形状から検出点ＳＰを抽出する際には、形状上の変曲点が誤差なく検出しやすい。フィン１０ｂ上に肉盛溶接を行う際には、形状上の変曲点としては、隅肉溶接部２２とフィン１０ｂとの交差位置ＷＰ１、又は、隅肉溶接部２２と伝熱管１０ａの表面との交差位置（すなわちＣＰ１，ＣＰ２）が挙げられる。隅肉溶接部２２とフィン１０ｂとの交差位置ＷＰ１は、隣の隅肉溶接部２２とフィン１０ｂとの交差位置との距離Ｗ２が近くなるので検出する位置精度が低下するおそれがある。そこで、対向する隅肉溶接部２２と伝熱管１０ａとの交差位置を第１の交差位置ＣＰ１及び第２の交差位置ＣＰ２として交差位置間の距離Ｗ１（＞Ｗ２）を大きくとって検出する位置精度を向上させることとした。
なお、検出点ＳＰとしては、第１の交差位置ＣＰ１と第２の交差位置ＣＰ２との中間位置を用いることとしたが、本開示はこれに限定されるものではなく、交差位置ＣＰ１，ＣＰ２間の内分点を用いても良い。
上述のように検出点ＳＰを得て、設計肉盛溶接目標位置を修正した後に修正肉盛溶接目標位置を定めて肉盛溶接を行う。これにより、第１溶接ビードＷＢ１を形成することによって、図１０に示した形状の伝熱パネル１０を得る。

【0039】

＜グループ２：側表面肉盛溶接工程＞
フィン肉盛溶接の後に、伝熱管１０ａの頂部を除く側表面に肉盛溶接を行う側表面肉盛溶接工程が行われる。具体的には、図６に示した伝熱パネル１０の形状の場合には、第３溶接ビードＷＢ３，第４溶接ビードＷＢ４、第５溶接ビードＷＢ５及び第６溶接ビードＷＢ６が形成される。

【0040】

側表面肉盛溶接工程では、制御部６は、レーザセンサ８から得られる伝熱パネル１０の表面形状から検出点ＳＰを以下のように選定する。
図１１に示すように、伝熱管１０ａの表面と直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部（同図では第３溶接ビードＷＢ３）との交差位置を検出点ＳＰとする。

【0041】

伝熱管１０ａの側表面に肉盛溶接する際には、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部（具体的には、第１溶接ビードＷＢ１又は第３溶接ビードＷＢ３又は第４溶接ビードＷＢ４又は第５溶接ビードＷＢ５）が存在するので、この肉盛溶接部と伝熱管１０ａの表面との交差位置を検出点ＳＰとすることが好ましい。
溶接目標位置としては、検出点ＳＰとしても良いし、矢印Ａ１で示したように、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部側に所定距離だけシフトした位置を修正溶接目標位置としても良い。

【0042】

図１２のように側表面肉盛溶接工程によって第６溶接ビードＷＢ６まで形成した後に、同一の伝熱管１０ａの反対側の側表面に対して同様に第３溶接ビードＷＢ３から第６溶接ビードＷＢ６まで順次肉盛溶接を行う（図１３）。

【0043】

＜グループ３：頂部肉盛溶接工程＞
図１３のように同一の伝熱管１０ａに対して両側表面の肉盛溶接が終了すると、次に、伝熱管１０ａの頂部に肉盛溶接を行う頂部肉盛溶接工程が行われる。具体的には、図１４に示すように、第７溶接ビードＷＢ７が形成される。

【0044】

頂部肉盛溶接工程では、図１５に示すように、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部（同図の場合において第６溶接ビードＷＢ６）の頂点を検出点ＳＰとする。

【0045】

上述のように検出点ＳＰを選定した理由は以下の通りである。
伝熱管１０ａの頂部に肉盛溶接する際に、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部（第６溶接ビードＷＢ６）と伝熱管１０ａの表面との交差位置ＷＰ２を検出点とすると、同一の伝熱管１０ａの他の側面に形成された対向する肉盛溶接部（第６溶接ビードＷＢ６）と伝熱管１０ａの表面との交差位置ＷＰ２との距離Ｗ３が近くなり検出する位置精度が低下するおそれがある。そこで、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部（第６溶接ビードＷＢ６）の頂点を検出点ＳＰとして用いることが好ましい。また、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部（第６溶接ビードＷＢ６）の頂点は、伝熱管１０ａの頂点よりも高い位置となりレーザセンサ８に近い位置となるため、レーザセンサ８による検出がしやすいという利点もある。

【0046】

以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
溶接トーチ７の長手方向Ｄ１における移動方向前側にレーザセンサ８を設け、肉盛溶接を行う前の伝熱パネル１０の長手方向Ｄ１に直交する二次元の表面形状を得ることとした。これにより、肉盛溶接によって熱変形が伝熱パネル１０に生じたとしても、熱変形後の形状を肉盛溶接の直前に計測することができる。
そして、計測した表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行うこととした。肉盛溶接によって生じた熱変形に応じて修正溶接目標位置が決定されることになるので、所望の溶接狙い位置からのずれが抑制されて溶接品質を向上させることができる。
また、制御部によって自動肉盛溶接が実現されることになり、人工費の低減が可能となる。

【0047】

レーザセンサ８は、溶接トーチ７の長手方向Ｄ１における移動方向前側に取り付けられている。これにより、溶接トーチ７とレーザセンサ８との相対位置を一定とした状態で計測が行われるので、正確な計測を行うことができる。

【0048】

レーザセンサ８によって得られた表面形状のうち予め定められた特定の検出点ＳＰに基づいて修正溶接目標位置を演算することとした。そして、肉盛溶接の工程に応じて、レーザセンサ８によって得られる表面形状が異なるので、肉盛溶接の工程に応じて検出点ＳＰを選定することとした。これにより、肉盛溶接の工程に応じた適切な検出点ＳＰを用いることができ、溶接品質を向上させることができる。

【0049】

フィン肉盛溶接工程と、側表面肉盛溶接工程と、頂部肉盛溶接工程とは、レーザセンサ８によって得られる伝熱パネル１０の表面形状が大きく異なるので、それぞれの工程に応じた検出点ＳＰを選定することとした。これにより、検出点ＳＰの誤差を可及的に小さくでき、溶接品質を向上させることができる。

【0050】

なお、上述した実施形態では、静止した伝熱パネル１０に対して溶接トーチ７及びレーザセンサ８が移動する構成として説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、伝熱パネル１０と溶接トーチ７及びレーザセンサ８とが相対移動すれば良く、例えば、静止した溶接トーチ７及びレーザセンサ８に対して伝熱パネル１０を移動させる構成としても良し、伝熱パネル１０と溶接トーチ７及びレーザセンサ８とをそれぞれ移動方向が交差する方向に移動させる構造としても良い。

【0051】

また、レーザセンサ８で伝熱パネル１０の形状を検出して修正溶接目標位置を再設定する間隔（例えば移動距離）は、溶接ビードＷＢの長手方向Ｄ１に対する蛇行が所定範囲内に収まるように設定することが好ましい。例えば、設定間隔が短い場合は、僅かな歪みにも過敏に対応してしまい溶接ビードＷＢが細かく蛇行するおそれがある。一方で、設定間隔が長い場合は、歪みに対応できず、溶接ビードＷＢが蛇行し、適切な溶接ができないおそれがある。

【0052】

以上説明した各実施形態に記載の伝熱パネルの溶接装置及び伝熱パネルの溶接方法は、例えば以下のように把握される。

【0053】

本開示の第１態様に係る伝熱パネルの溶接装置（１）は、長手方向（Ｄ１）に延在する伝熱管（１０ａ）の表面の頂部に対する側部に接続された板状のフィン（１０ｂ）を介して複数の該伝熱管が前記長手方向と直交する方向へ並列に設けられた伝熱パネル（１０）の表面に対して、アーク溶接によって肉盛溶接する伝熱パネルの溶接装置であって、前記長手方向に前記伝熱パネルに対して相対的に移動し、前記伝熱パネルとの間でアークを発生させる溶接トーチ（７）と、前記アーク中に溶加材（７ａ）を供給する溶加材供給部と、前記溶接トーチの前記長手方向における相対移動方向前側で前記伝熱パネルの表面形状を計測する形状計測装置（８）と、前記溶接トーチと前記伝熱パネルとの相対移動を制御する制御部（６）と、を備え、前記制御部は、前記長手方向へ前記相対移動を行って肉盛溶接を行う工程中に、前記形状計測装置によって得られた前記表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、該修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行う。

【0054】

溶接トーチの長手方向における相対移動方向前側に形状計測装置を設け、肉盛溶接を行う前の伝熱パネルの表面形状を得ることとした。これにより、肉盛溶接によって熱変形が伝熱パネルに生じたとしても、熱変形後の形状を肉盛溶接の直前に計測することができる。
そして、計測した表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行うこととした。肉盛溶接によって生じた熱変形に応じて修正溶接目標位置が決定されることになるので、溶接品質を向上させることができる。
また、制御部によって自動肉盛溶接が実現されることになり、人工費の低減が可能となる。

【0055】

本開示の第２態様に係る伝熱パネルの溶接装置は、前記第１態様において、前記形状計測装置は、前記溶接トーチの前記長手方向における相対移動方向前側に取り付けられたレーザセンサ（８）を備えている。

【0056】

形状計測装置は、溶接トーチの長手方向における相対移動方向前側に取り付けられたレーザセンサを備えている。これにより、溶接トーチとレーザセンサとの相対位置を一定とした状態で計測が行われるので、正確な計測を行うことができる。レーザセンサとしては、長手方向に直交する方向に広がりを持ったシート状のレーザ光を発振するものが好ましい。これにより、伝熱管に直交する方向で所定幅の範囲を同時に計測できる。

【0057】

本開示の第３態様に係る伝熱パネルの溶接装置は、前記第１態様又は前記第２態様において、前記制御部は、前記形状計測装置によって得られた前記表面形状のうち予め定められた特定の検出点（ＳＰ）に基づいて前記修正溶接目標位置を演算し、前記検出点の位置は、肉盛溶接の工程に応じて選定される。

【0058】

形状計測装置によって得られた表面形状のうち予め定められた特定の検出点に基づいて修正溶接目標位置を演算することとした。そして、肉盛溶接の工程に応じて、形状計測装置によって得られる表面形状が異なるので、肉盛溶接の工程に応じて検出点を選定することとした。これにより、肉盛溶接の工程に応じた適切な検出点を用いることができ、溶接品質を向上させることができる。

【0059】

本開示の第４態様に係る伝熱パネルの溶接装置は、前記第３態様において、前記制御部は、前記フィンの表面に肉盛溶接を行うフィン肉盛溶接工程、前記伝熱管の頂部を除く側表面に肉盛溶接を行う側表面肉盛溶接工程、及び、前記伝熱管の頂部に肉盛溶接を行う頂部肉盛溶接工程に応じて、前記検出点の位置を変更する。

【0060】

フィン肉盛溶接工程と、側表面肉盛溶接工程と、頂部肉盛溶接工程とは、形状計測装置によって得られる表面形状が大きく異なるので、それぞれの工程に応じた検出点を選定することとした。

【0061】

本開示の第５態様に係る伝熱パネルの溶接装置は、前記第４態様において、前記制御部は、前記フィン肉盛溶接工程において、前記伝熱管と前記フィンとを接続する隅肉溶接部（２２）と前記伝熱管の表面との交差位置を第１の交差位置（ＣＰ１）とし、かつ、前記フィンを挟んで該第１の前記検出点に向かい合う他の前記隅肉溶接部と他の前記伝熱管の表面との他の交差位置を第２の交差位置（ＣＰ２）とし、前記第１の交差位置と前記第２の交差位置との間に前記検出点を設定する。

【0062】

形状計測装置によって得られた表面形状から検出点を抽出する際には、形状上の変曲点が誤差なく検出しやすい。フィン上に肉盛溶接を行う際には、形状上の変曲点としては、隅肉溶接部とフィンとの交差位置、又は、隅肉溶接部と伝熱管の表面との交差位置が挙げられる。隅肉溶接部とフィンとの交差位置は、隣の隅肉溶接部とフィンとの交差位置との距離が近くなるので誤検出や位置精度が低下するおそれがある。そこで、対向する隅肉溶接部と伝熱管との交差位置を第１の交差位置及び第２の交差位置とし、交差位置間の距離を大きくとり位置精度を向上させることとした。検出点としては、第１の交差位置と第２の交差位置との間に検出点を設定する。例えば、交差位置間の中間位置を検出点とすることが好ましい。

【0063】

本開示の第６態様に係る伝熱パネルの溶接装置は、前記第４態様において、前記制御部は、前記側表面肉盛溶接工程において、前記伝熱管の表面と直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部との交差位置を前記検出点とする。

【0064】

伝熱管の側表面に肉盛溶接する際には、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部が存在するので、この肉盛溶接部と伝熱管の表面との交差位置を検出点とすることが好ましい。

【0065】

本開示の第７態様に係る伝熱パネルの溶接装置は、前記第４態様において、前記制御部は、前記頂部肉盛溶接工程において、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部の頂点を前記検出点とする。

【0066】

伝熱管の頂部に肉盛溶接する際に、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部と伝熱管の表面との交差位置を検出点とすると、同一の伝熱管の他の側面に形成された対向する肉盛溶接部と伝熱管の表面との交差位置と近くなり誤検出のおそれがある。そこで、直近に肉盛溶接を行った肉盛溶接部の頂点を検出点として用いることとした。

【0067】

本開示の伝熱パネルの溶接方法は、長手方向に延在する伝熱管の表面の頂部に対する側部に接続された板状のフィンを介して複数の該伝熱管が前記長手方向と直交する方向へ並列に設けられた伝熱パネルの表面に対して、アーク溶接によって肉盛溶接する伝熱パネルの溶接方法であって、前記長手方向に前記伝熱パネルに対して相対的に移動し、前記伝熱パネルとの間でアークを発生させる溶接トーチと、前記アーク中に溶加材を供給する溶加材供給部と、前記溶接トーチの前記長手方向における相対移動方向前側で前記伝熱パネルの表面形状を計測する形状計測装置と、を用い、前記長手方向へ前記相対移動を行って肉盛溶接を行う工程中に、前記形状計測装置によって得られた前記表面形状に基づいて、肉盛溶接前に予め設定された設定溶接目標位置を修正した修正溶接目標位置を演算し、該修正溶接目標位置を用いて肉盛溶接を行う。

【符号の説明】

【0068】

１ 溶接装置
２ レール
３ 架台
５ ガントリ
５ａ 脚部
５ｂ 梁部
６ 制御部
７ 溶接トーチ
７ａ ワイヤ電極（溶加材）
８ レーザセンサ（形状計測装置）
１０ 伝熱パネル
１０ａ 伝熱管
１０ｂ フィン
１４ 冷却配管（冷却媒体供給部）
２０ 肉盛溶接部
２２ 隅肉溶接部
ＡＣ アーク
Ｄ１ 長手方向
ＳＡ 検出範囲
ＳＰ 検出点
ＣＰ１ 第１の交差位置
ＣＰ２ 第２の交差位置
ＷＢ 溶接ビード
ＷＢ１ 第１溶接ビード
ＷＢ２ 第２溶接ビード
ＷＢ３ 第３溶接ビード
ＷＢ４ 第４溶接ビード
ＷＢ５ 第５溶接ビード
ＷＢ６ 第６溶接ビード
ＷＢ７ 第７溶接ビード
ｔ 溶接ビードの厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】