(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアーク発生用の電極をそれぞれ溶接母材に向けて突き出すように設け、これら電極の近傍に溶接ワイヤを溶接母材上に連続供給するためのワイヤガイドを設けた多電極溶接トーチにおいて、上記複数の電極及びワイヤガイドを互いに平行に配置すると共に、ワイヤガイドの先端を斜めに折り曲げ、その先端曲部をそれぞれの電極に振り向けるためのワイヤガイド振向手段を設けたことを特徴とする多電極溶接トーチ。
【請求項２】
上記ワイヤガイド振向手段は、上記ワイヤガイドをその軸の回りに回転させる回転駆動機構からなることを特徴とする請求項１記載の多電極溶接トーチ。
【請求項３】
上記ワイヤガイドの先端曲部は、これより露出する溶接ワイヤの先端が上記電極によるアーク領域中に伸び出されるように傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載の多電極溶接トーチ。
【請求項４】
上記電極は上記ワイヤガイドに対してトーチ進行方向に位置し、上記電極同士はトーチ進行方向の左右に位置することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の多電極溶接トーチ。
【請求項５】
上記電極は、その先端に溶接母材に対して最も近くなるような鋭角尖端部を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の多電極溶接トーチ。
【請求項６】
複数のアーク発生用の電極にそれぞれ電流を印加する複数のアーク用電源と、溶接ワイヤに電流を印加するワイヤ用電源と、これら電極及び溶接ワイヤを搭載したトーチをその進行方向の左右に移動させるトーチオシレート部と、上記溶接ワイヤをそれぞれの電極によるアーク領域に振り向けるワイヤオシレート部と、これらアーク用電源、ワイヤ用電源、トーチオシレート部及びワイヤオシレート部を所定の位相で同期制御する位相同期制御手段とを備えたことを特徴とする多電極溶接トーチの制御装置。
【請求項７】
上記トーチが左端に位置するときに、上記溶接ワイヤが左側又は右側いずれかの電極によるアーク領域に振り向き、上記トーチが右端に位置するときに、上記溶接ワイヤが右側又は左側いずれかの電極によるアーク領域に振り向くよう制御することを特徴とする請求項６記載の多電極溶接トーチの制御装置。
【請求項８】
上記トーチが左端又は右端に位置するときと左右の中間に位置するときとで、アーク電流及びワイヤ電流が大小交番に変化するよう制御することを特徴とする請求項６又は７記載の多電極溶接トーチの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアーク発生用の電極を使用する多電極溶接トーチ及びその制御装置に係り、特に、溶接欠陥の防止を容易にし、無人化を可能にする多電極溶接トーチ及びその制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＩＧ溶接の溶接ムラ（溶接欠陥）の防止及び高速化を図るために複数の電極を使用する多電極溶接の方法が提案されている（特願平６−０４４７３０号）。これによると、ちょうど円筒を半割りしたような２つの電極に絶縁体を挟み込み、その絶縁体の軸心に溶接ワイヤを通して供給するようになっている。溶接ワイヤの溶け込み量を調整するためには溶接ワイヤを増減させればよい。また、幅広の開先に対してはトーチオシレートを行う、即ち電極及び溶接ワイヤを搭載したトーチをその進行方向の左右に移動させればよい。また、電流の大小の要求に合わせて、電極の先端が平坦なもの、尖ったものを使用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術にあっては、手動又は電動により溶接ワイヤを上下させているが、いずれの場合も、作業員が調整することにより溶接状況に適応させるものであり、無人化は困難であった。また、トーチオシレートを行う場合、開先の両端と中央とではアークの形成に若干の差があるため、溶接ワイヤ供給位置の調整が必要となる。しかし、トーチオシレートと溶接ワイヤの調整或いは電流制御とを連動させる方法がないため、この点でも無人化は困難であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、溶接欠陥の防止を容易にし、無人化を可能にする多電極溶接トーチ及びその制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、複数のアーク発生用の電極をそれぞれ溶接母材に向けて突き出すように設け、これら電極の近傍に溶接ワイヤを溶接母材上に連続供給するためのワイヤガイドを設けた多電極溶接トーチにおいて、上記複数の電極及びワイヤガイドを互いに平行に配置すると共に、ワイヤガイドの先端を斜めに折り曲げ、その先端曲部をそれぞれの電極に振り向けるためのワイヤガイド振向手段を設けたものである。
【０００６】
上記ワイヤガイド振向手段は、上記ワイヤガイドをその軸の回りに回転させる回転駆動機構からなってもよい。
【０００７】
上記ワイヤガイドの先端曲部は、これより露出する溶接ワイヤの先端が上記電極によるアーク領域中に伸び出されるように傾斜してもよい。
【０００８】
上記電極は上記ワイヤガイドに対してトーチ進行方向に位置してもよく、上記電極同士はトーチ進行方向の左右に位置してもよい。
【０００９】
上記電極は、その先端に溶接母材に対して最も近くなるような鋭角尖端部を有してもよい。
【００１０】
また、制御装置は、複数のアーク発生用の電極にそれぞれ電流を印加する複数のアーク用電源と、溶接ワイヤに電流を印加するワイヤ用電源と、これら電極及び溶接ワイヤを搭載したトーチをその進行方向の左右に移動させるトーチオシレート部と、上記溶接ワイヤをそれぞれの電極によるアーク領域に振り向けるワイヤオシレート部と、これらアーク用電源、ワイヤ用電源、トーチオシレート部及びワイヤオシレート部を所定の位相で同期制御する位相同期制御手段とを備えたものである。
【００１１】
上記トーチが左端に位置するときに、上記溶接ワイヤが左側又は右側いずれかの電極によるアーク領域に振り向き、上記トーチが右端に位置するときに、上記溶接ワイヤが右側又は左側いずれかの電極によるアーク領域に振り向くよう制御してもよい。
【００１２】
上記トーチが左端又は右端に位置するときと左右の中間に位置するときとで、アーク電流及びワイヤ電流が大小交番に変化するよう制御してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
多電極溶接トーチは、図１に示されるように、主に、電極を支持するために絶縁体で構成されたトーチ本体１と、開先にガスを供給するためにトーチ本体１の下部に設けられたガスノズル２と、そのガスノズル２の下部より溶接母材に向けて突出する２つのアーク発生用の電極３，３と、その電極３，４の近傍に設けられ溶接ワイヤ５を溶接母材上に連続供給するワイヤガイド６と、トーチ本体１に取り付けられた回転駆動機構７とからなる。８は、電極の着脱に用いるトーチキャップ、９は溶接母材である。
【００１５】
２つのアーク発生用の電極３，４は互いに同等のものであるが、ここではＡ電極、Ｂ電極と呼ぶ。Ａ電極３、Ｂ電極４は、図２（ｂ）に示されるように、板状に形成したものを互いに向き合わせるか、又は図２（ｃ）に示されるように、円筒を半割りしたような形状のものを組み合わせるかして、電極間に絶縁体１０を挟み込んである。この実施形態では、２つの電極３，４が溶接母材９に対して垂直な姿勢に置かれ、これら電極同士はトーチ進行方向の左右に振り分けて互いに対称な位置を占めている。そして、図２（ａ）に示されるように電極３，４の先端は平坦ではなく傾斜し、トーチ進行方向の前方で溶接母材９に最も近く後方で最も遠くなるような鋭角尖端部１１を形成している。鋭角尖端部１１はトーチ進行方向の後方に形成してもよい。
【００１６】
ワイヤガイド６は、図１に示されるように、溶接ワイヤ５を案内するために絶縁体を管状に形成したものである。ワイヤガイド６は、トーチ本体１を上部より貫通してガスノズル２の下部に先端を出している。電極３，４及びワイヤガイド６は互いに平行であって、図２（ｂ）に示されるように、電極同士がトーチ進行方向の左右に位置するのに対し、ワイヤガイド６は両電極の中間点の後方に位置している。ワイヤガイド６の先端は斜めに折り曲げられている。この部分を先端曲部と呼ぶ。先端曲部１２は、鋭角尖端部１１の傾斜にほぼ沿って傾斜している。このように先端曲部１２が傾斜しているのは、先端曲部１２より露出する溶接ワイヤ５の先端が電極３，４によるアーク領域中に伸び出されるようにしたものであり、ワイヤガイド６と電極３，４とが互いに平行であっても、先端曲部１２から出てくる溶接ワイヤ５が電極３，４のほぼ直下に入る。
【００１７】
回転駆動機構７は、ワイヤガイド６を軸としワイヤガイド６と共に回転する歯車１３と、これに噛合されトーチ本体１に支持される駆動歯車１４と、この駆動歯車１４に連結されたモータ１５とからなる。この構成からわかるように、回転駆動機構７はワイヤガイド６を回転させるものであるが、ワイヤガイド６の先端曲部１２をＡ電極３乃至Ｂ電極４の方向に振り向けることを目的として設けられたものであり、ワイヤガイド振向手段１６の一形態である。
【００１８】
多電極溶接トーチの制御装置は、Ａ電極３及びＢ電極４にそれぞれ電流を印加するＡ電源１７及びＢ電源１８と、溶接ワイヤ５に電流を印加するワイヤ用電源１９と、多電極溶接トーチを搭載した台車（図示せず）を開先の長手方向に進行させる進行制御部（図示せず）と、溶接ワイヤの供給速度（供給量）を加減するワイヤ供給部（図示せず）と、多電極溶接トーチをその進行方向の左右に移動させるトーチオシレート部（図示せず）と、溶接ワイヤ５をそれぞれの電極３，４によるアーク領域に振り向けるワイヤオシレート部（図示せず）と、これらアーク用電源１７，１８、ワイヤ用電源１９、ワイヤ供給部、トーチオシレート部及びワイヤオシレート部を所定の位相で同期制御する位相同期制御手段（図示せず）とからなる。
【００１９】
ワイヤオシレート部は、ワイヤガイド振向手段１６を制御するものであり、ここでは回転駆動機構７のモータ１５の回転角を制御することによってワイヤガイド６の先端曲部１２の方向を変えることができる。
【００２０】
図１の多電極溶接トーチの動作を図２、図３、図４により説明する。
【００２１】
まず、図２（ａ）において、Ａ電極３又はＢ電極４に電流を印加すると、電極３，４と溶接母材９との間で放電が起きる。２０はそのアークが存在するアーク領域である。このとき電極側のアーク発生点は鋭角尖端部１１に集中するので、アーク領域は電極３，４の前方寄りに拡がる。ワイヤガイド６の先端曲部１２より露出する溶接ワイヤ５の先端が電極３，４の後方からアーク領域中に伸び出される。電流印加により予熱された溶接ワイヤ５はアークの熱により溶け込み、溶融プール２１が形成される。
【００２２】
このように、鋭角尖端部１１を有することによりＡ，Ｂ電極３，４が前後に非対称な構造になっていると共に、溶接ワイヤ５が両電極の前後から直下に入る構造になっているので、溶接ワイヤ５の先端をアーク領域中に確実に送り込むことができ、従って、溶融プール２１を確実に形成することができる。
【００２３】
次に、図３を見ると、この溶接母材９上の開先３１は断面が逆台形の溝状になっており、平坦な底部３２と左右両側の傾斜した壁３３，３４とを有している。開先３１の左右両側の壁間はＡ電極３からＢ電極４までの左右幅よりかなり広くなっている。電極は図の右がＡ電極３、左がＢ電極４である。この図の場合、電極は、鋭角尖端部１１が互いに左右に開いた構造のものとなっている。溶接ワイヤ５はその断面のみ示されている。
【００２４】
図３のような開先に対して、トーチオシレート部は、図３（ａ）の状態から図３（ｃ）の状態までの範囲で多電極溶接トーチを左右移動させる。図３（ａ）では、Ｂ電極４が開先３１の左端に位置し、反対に図３（ｃ）ではＡ電極３が右端に位置する。図３（ｂ）は開先３１の左右の中心にＡ，Ｂ電極３，４の中心が来た状態を示している。
【００２５】
同時に、ワイヤオシレート部は、モータ１５の回転角を制御することによりワイヤガイド６を回転させて先端曲部１２の方向を変え、図３（ａ）の状態から図３（ｃ）の状態までの範囲で溶接ワイヤ５を振る。図３（ａ）では、溶接ワイヤ５がＢ電極４のほぼ直下にあり、このとき図３に示されるように、溶接ワイヤ５の先端がＢ電極４によるアーク領域に入る。図３（ｃ）では溶接ワイヤ５がＡ電極３のほぼ直下にあり、このときは、溶接ワイヤ５の先端がＡ電極３によるアーク領域に入る。図３（ｂ）はＡ，Ｂ電極の中心のほぼ直下に溶接ワイヤ５が来た状態であるから、例えば、Ａ，Ｂ電極３，４に印加する電流が同じならば、溶接ワイヤ５の先端がＡ，Ｂ電極３，４それぞれによるアーク領域の重なる領域に入る。
【００２６】
このようにトーチオシレート部とワイヤオシレート部とは、多電極溶接トーチが開先３１の左端に位置するときに、溶接ワイヤ５が左側のＢ電極４によるアーク領域に振り向き、多電極溶接トーチが右端に位置するときに、溶接ワイヤ５が右側のＡ電極３によるアーク領域に振り向くように、左右の位相を一致させて同期制御される。もちろん、これとは逆に、多電極溶接トーチが開先３１の左端に位置するときに、溶接ワイヤ５が右側のＡ電極３によるアーク領域に振り向き、多電極溶接トーチが右端に位置するときに、溶接ワイヤ５が左側のＢ電極３によるアーク領域に振り向くように、左右の位相を反転（位相差＝１８０°）させて同期制御してもよいし、左右の位相を適宜ずらせて同期制御してもよい。
【００２７】
次に、図４には、電流の印加の様子が示されている。横軸は時間、縦軸は電流の大きさを示し、ＩＡはＡ電源１７、ＩＢはＢ電源１８、ＩＣはワイヤ用電源１９の電流を表している。この図には代表的な３つの電流パターン（ア）（イ）（ウ）が示されている。また、併せてトーチオシレートＴ及びワイヤオシレートＷのパターンも示されており、縦軸は上が右への移動、下が左への移動に対応する。
【００２８】
電流パターン（ア）では、Ａ電源１７、Ｂ電源１８、ワイヤ用電源１９の電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ共に一定周期でパルス状に、かつ位相を一致させて電流を大小変化させている。ここでは電流の最大をピークＰ、最小をベースＢと呼ぶ。図示のオシレートパターンとの組み合わせでは、電流の大小変化の位相とトーチオシレート部及びワイヤオシレート部の左右の位相とが一致している。ただし、電流の大小変化の周期はオシレートの周期の半分である。従って、多電極溶接トーチが右端に位置し、溶接ワイヤ５がＡ電極３によるアーク領域に振り向くとき、及び多電極溶接トーチが左端に位置し、溶接ワイヤ５がＢ電極４によるアーク領域に振り向くときに、全ての電流が大きく、多電極溶接トーチが左右の中心に位置し、溶接ワイヤ５がＡ，Ｂ電極３，４の中心にあるときに、全ての電流が小さくなる。
【００２９】
電流パターン（イ）では、Ａ電源１７、Ｂ電源１８、ワイヤ用電源１９の電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ共に一定時間間隔でパルス状に電流を大小変化させているが、電流同士の大小変化の位相はＩＡのみ反転し、ＩＢとＩＣとは一致している。図示のオシレートパターンとの組み合わせでは、電流の大小変化の周期はオシレートの周期の半分である。Ａ電源の電流Ａの大小変化の位相とトーチオシレート部の左右の位相とが一致しており、トーチオシレート部とワイヤオシレート部との左右の位相は反転している。従って、多電極溶接トーチが右端に位置し、溶接ワイヤ５がＢ電極４によるアーク領域に振り向くとき、及び多電極溶接トーチが左端に位置し、溶接ワイヤ５がＡ電極３によるアーク領域に振り向くときに、Ａ電源の電流ＩＡのみが大きく、Ｂ電源及びワイヤ用電源の電流ＩＢ，ＩＣが小さくなり、多電極溶接トーチが左右の中間に位置し、溶接ワイヤ５がＡ，Ｂ電極３，４の中心にあるときに、Ａ電源の電流ＩＡのみが小さくなり、Ｂ電源及びワイヤ用電源の電流ＩＢ，ＩＣが大きくなる。
【００３０】
電流パターン（ウ）では、Ａ電源１７、Ｂ電源１８、ワイヤ用電源１９の電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ共に一定電流であり、かつその電流の大きさはピークＰ及びベースＢの中間程度である。オシレートパターンは図示しないが、例えばトーチオシレート部、ワイヤオシレート部が共に左右の中心を維持するパターンでもよい。
【００３１】
以上の電流パターン及びオシレートパターンは代表的なものであり、各電流の大小、大小変化の周期及びパルスデューティ、各オシレートの周期、並びに各電流の大小変化の位相、各オシレートの左右の位相は、任意に組み合わせることができる。
【００３２】
組み合わせの代表例を表１に示しておく。
【００３３】
【表１】
0003629805.tif 000002
【００３４】
表１は、図３の各状態と図４の各電流パターンとの組み合わせの好適例を丸印で示してある。また、経過時とあるのは、トーチオシレート部或いはワイヤオシレート部が左右に移動中に図３（ｂ）の状態を経過するという意味である。
【００３５】
次に、位相同期制御手段が上記のようなパターンで、各アーク用電源、ワイヤ用電源、トーチオシレート部及びワイヤオシレート部を所定の位相で同期制御することによる作用効果を説明する。
【００３６】
例えば、図３（ａ）の状態では、Ｂ電極４が開先２１の左壁に接近し、溶接ワイヤ５がＢ電極４のほぼ直下にある。このときＢ電源１８の印加電流ＩＢをピークＰとし、Ａ電源１７の印加電流ＩＡをベースＢとする。溶接ワイヤ５の溶け込みはもっぱらＢ電極４によるアーク領域内で生じ、開先２１の左壁寄りに集中的に溶融プールが形成され、溶接欠陥が防止される。一方、Ａ電極３は溶融プールの形成にあまり関与しない。
【００３７】
図３（ａ）の状態から図３（ｃ）の状態に転じたとき、Ｂ電源１８の印加電流ＩＢをベースＢとし、Ａ電源１７の印加電流ＩＡをピークＰとすれば、左右対称の動作となり、開先２１の右壁寄りに集中的に溶融プールが形成されることになる。
【００３８】
また、図３（ｂ）の状態において、Ａ電源１７、Ｂ電源１８、ワイヤ用電源１９の電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ共にピークＰ及びベースＢの中間程度の印加電流としたとき、Ａ，Ｂ電極３，４による重複したアーク領域内で溶接ワイヤ５が溶け込むが、各電流があまり大きくないので、開先２１の左右での溶け込みに対して過大になることなく、溶接欠陥が防止される。
【００３９】
このように電流パターン及びオシレートパターンを組み合わせることにより、溶け込みの量や偏りを調整することができる。また、上記実施形態には示さなかったが、多電極溶接トーチの進行速度やワイヤ供給量を併せて制御するようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４１】
（１）ワイヤガイドの先端を斜めに折り曲げ、その先端曲部をそれぞれの電極に振り向けるようにしたので、溶接ワイヤの供給調整が容易かつ自在となり、しかも、このワイヤオシレートに組み合わせて、アーク電流、予熱電流、トーチオシレートを同期制御することにより、開先の任意の位置での溶け込みを任意に調整できる。従って、無人化、溶接欠陥の防止は勿論、ビード形状の制御も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す多電極溶接トーチ及びその制御装置の構成図である。
【図２】本発明の多電極溶接トーチの要部側面図及び底面図である。
【図３】本発明のトーチ進行方向から見た開先の断面図である。
【図４】本発明の多電極溶接トーチの制御装置の制御パターンの図である。
【符号の説明】
３  Ａ電極
４  Ｂ電極
５  溶接ワイヤ
６  ワイヤガイド
７  回転駆動機構
９  溶接母材
１１  鋭角尖端部
１２  先端曲部
１６  ワイヤガイド振向手段
１７  Ａ電源
１８  Ｂ電源
１９  ワイヤ用電源
【図１】
0003629805.tif 000003
【図２】
0003629805.tif 000004
【図３】
0003629805.tif 000005
【図４】
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