(57)【要約】【課題】略水平面に対して傾斜した面、又は、略鉛直面に沿って溶接しても、溶接金属の垂れ下がりを生じさせることなく、溶接を良好に行うことのできる溶接トーチの提供。【解決手段】溶接トーチ（１）は、シールドガスを開口部（３ｂ）から流す筒体のノズル（２）と、開口部（３ｂ）から突き出る棒状体の電極（４）とを備える。シールドガスは、電極（４）の中心軸（Ｃ２）より上側の上側領域を流れる上部シールドガス（Ｆｕ）と、電極（４）の中心軸（Ｃ２）より下側の下側領域を流れる下部シールドガス（Ｆｄ）とを有する。下部シールドガス（Ｆｕ）は、上部シールドガス（Ｆｄ）と比べて高い気圧を有する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスを開口部から流す筒体のノズルと、
前記開口部から突き出る棒状体の電極とを備え、
前記シールドガスは、前記電極の中心軸より上側の上側領域を流れる上部シールドガスと、前記電極の中心軸より下側の下側領域を流れる下部シールドガスとを有し、
前記下部シールドガスの気圧は、前記上部シールドガスの気圧と比べて高い横向き溶接用の溶接トーチ。
【請求項２】
前記開口部は、前記電極の中心軸より上側の上側開口部と、前記電極の中心軸より下側の下側開口部とを有し、
前記上側開口部は、前記下側開口部と比較して小さい断面積を有することを特徴とする請求項１に記載される横向き溶接用の溶接トーチ。
【請求項３】
前記電極の中心軸は、前記ノズルの中心軸より上方に位置しつつ、前記ノズルの中心軸に平行な軸であることを特徴とする請求項２に記載される横向き溶接用の溶接トーチ。
【請求項４】
シールドガスを開口部から流出させる筒体のノズルと、
前記開口部から突き出る棒状体の電極とを備え、
前記シールドガスは、前記電極の中心軸より上側の上側領域を流れる上部シールドガスと、前記電極の中心軸より下側の下側領域を流れる下部シールドガスとを有し、
前記下部シールドガスの気圧は、前記上部シールドガスの気圧と比べて高い横向き溶接用の溶接トーチを用いて、
前記開口部から前記シールドガスを流し、前記電極と被溶接体との間にアークを発生して、アーク溶接を行う溶接方法。
【請求項５】
前記開口部は、前記電極の中心軸より上側の上側開口部と、前記電極の中心軸より下側の下側開口部とを有し、
前記上側開口部は、前記下側開口部と比較して小さい断面積を有することを特徴とする請求項４に記載される溶接方法。
【請求項６】
前記電極の中心軸は、前記ノズルの中心軸より上方に位置しつつ、前記ノズルの中心軸に平行な軸であることを特徴とする請求項５に記載される溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接トーチ及びこれを用いた溶接方法に関し、特に、シールドガスを流して、アークをシールドガス雰囲気中に発生させる横向き溶接用の溶接トーチ及びこれを用いた溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドガスを電極から被溶接部へ流して、電極と被溶接体との間にアークを発生させて、アーク溶接を行う溶接方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、不活性ガスからなる第１のシールドガスを電極を囲むように被溶接体に向けて流しつつ、酸化性ガスを含む第２のシールドガスを第１のシールドガスの周辺側に被溶接体に向けて流して、アーク溶接を行う溶接方法が開示されている。このような溶接方法によれば、溶接品質を低下させることなく溶接金属部を深くし、かつ容易に溶接施工が可能であり、しかも溶接効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０３８３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、略水平面に対して傾斜する面、又は、略鉛直面に沿って溶接する横向き溶接がある。特許文献１に開示される溶接トーチを用いて横向き溶接を行うと、溶接金属が垂れ下がり、溶接を良好に行えないことがあった。
【０００６】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、略水平面に対して傾斜する面、又は、略鉛直面に沿って溶接しても、溶接金属の垂れ下がりを生じさせることなく、溶接を良好に行うことのできる横向き溶接用の溶接トーチ及び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】
【０００７】
本発明にかかる溶接トーチは、
シールドガスを開口部から流す筒体のノズルと、
前記開口部から突き出る棒状体の電極とを備え、
前記シールドガスは、前記電極の中心軸より上側の上側領域を流れる上部シールドガスと、前記電極の中心軸より下側の下側領域を流れる下部シールドガスとを有し、
前記下部シールドガスの気圧は、前記上部シールドガスの気圧と比べて高いのである。
【０００８】
このような構成により、略水平面に対して傾斜した面、又は、略鉛直面に沿って溶接しても、溶接金属の垂れ下がりを生じさせることなく、溶接を良好に行うことのできる横向き溶接用の溶接トーチを提供することができる。
【０００９】
また、前記開口部は、前記電極の中心軸より上側の上側開口部と、前記電極の中心軸より下側の下側開口部とを有し、前記上側開口部は、前記下側開口部と比較して小さい断面積を有することを特徴としてもよい。また、前記電極は、前記ノズルの中心軸より上方に位置しつつ、前記ノズルの中心軸に平行な軸であることを特徴としてもよい。
【００１０】
他方、本発明にかかる溶接方法は、シールドガスを開口部から流出させる筒体のノズルと、前記開口部から突き出る棒状体の電極とを備え、前記シールドガスは、前記電極の中心軸より上側の上側領域を流れる上部シールドガスと、前記電極の中心軸より下側の下側領域を流れる下部シールドガスとを有し、前記下部シールドガスの気圧は、前記上部シールドガスの気圧と比べて高い横向き溶接用の溶接トーチを用いて、前記開口部から前記シールドガスを流し、前記電極と被溶接体との間にアークを発生して、アーク溶接を行う溶接方法である。また、前記開口部は、前記電極の中心軸より上側の上側開口部と、前記電極の中心軸より下側の下側開口部とを有し、前記上側開口部は、前記下側開口部と比較して小さい断面積を有することを特徴としてもよい。また、前記電極は、前記ノズルの中心軸より上方に位置しつつ、前記ノズルの中心軸に平行な軸であることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、略水平面に対して傾斜した面、又は、略鉛直面に沿って溶接しても、溶接金属の垂れ下がりを生じさせることなく、溶接を良好に行うことのできる横向き溶接用の溶接トーチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】第１実施形態にかかる溶接トーチの側断面図である。
【図１Ｂ】第１実施形態にかかる溶接トーチの断面図である。
【図２】第１実施形態にかかる溶接トーチを用いた溶接方法を表す模式図である。
【図３Ａ】第２実施形態にかかる溶接トーチの側断面図である。
【図３Ｂ】第２実施形態にかかる溶接トーチの断面図である。
【図４Ａ】第３実施形態にかかる溶接トーチの側断面図である。
【図４Ｂ】第３実施形態にかかる溶接トーチの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂを用いて、第１実施形態にかかる溶接トーチについて説明する。図１Ａは第１実施形態にかかる溶接トーチの側断面図を示す。図１Ｂは第１実施形態にかかる溶接トーチの断面図を示す。
【００１４】
図１Ａに示すように、溶接トーチ１は、ボディ２と、ノズル３と、電極４とを備える。溶接トーチ１は、シールドガスを電極４を包むように流して、電極４と被溶接体との間にアークを発生させて、アークを大気からシールドしてアーク溶接を行うためにＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas Welding）用溶接トーチである。
【００１５】
ボディ２は、ノズル３と電極４を支持する支持体である。ボディ２は、産業ロボットへの取付けを容易にするための取付け部や、溶接作業者に把持させるための把持部を更に備えてもよい。
【００１６】
ノズル３は、ノズル中心軸Ｃ１を有する略円筒体である。ノズル３は、その端部をボディ２に支持されている。ノズル３は、図示しない溶接装置に接続されて、シールドガスを供給される。ノズル３は、このシールドガスを開口部３ｂから流すことができる。シールドガスとしては、例えば、不活性ガスや混合ガスを利用することができる。このような不活性ガスとして、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガスがあげられる。また、混合ガスとして、例えば、アルゴンと酸素とを混合した混合ガス、アルゴンと二酸化炭素とを混合した混合ガス、アルゴンと水素とを混合した混合ガスなどを利用することができる。
【００１７】
電極４は、例えば、タングステン又はタングステン合金からなる棒状体である。電極４は、ノズル３の内側に挿し込まれるとともに、電極中心軸Ｃ２に沿ってボディ２に支持されている。電極中心軸Ｃ２は、ノズル中心軸Ｃ１より上方に位置しつつノズル中心軸Ｃ１に平行な軸である。電極４の一端部は、ノズル３の開口部３ｂから外方へ突出している。電極４は、図示しない溶接装置に接続される。
【００１８】
図１Ｂに示すように、開口部３ｂのうち、電極中心軸Ｃ２より上側を上側開口部３ｕとし、電極中心軸Ｃ２より下側を下側開口部３ｄとする。上側開口部３ｕは、下側開口部３ｄと比較して小さな断面積を有する。
【００１９】
（溶接方法）
次に、図２を用いて、第１実施形態にかかる溶接トーチを用いた溶接方法について説明する。図２は、第１実施形態にかかる溶接トーチを用いた溶接方法を表す模式図を示す。なお、ここでは略鉛直面に沿う被溶接体を溶接する場合について説明する。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、溶接トーチ１を、被溶接体８に対して所定の位置に配置する。被溶接体８は、例えば、２枚の同種又は異種の金属材料からなる板状体である。このような金属材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、ジルコニウム、ニッケル又はこれらの合金を利用することができる。被溶接体８は、その主面を略鉛直面に沿って、互いに突き合わせて設置される。被溶接体８において、２体を突き合わせた箇所が被溶接部９である。
【００２１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、シールドガスを流す（シールドガス流入ステップＳ１）。シールドガスの流量は、大気から被溶接体８の被溶接部９及びアークＲ（後述）をシールドできる程度の量を少なくとも必要とする。上記したように、上側開口部３ｕの断面積は、下側開口部３ｄの断面積と比較して小さい。シールドガスは、電極中心軸Ｃ２の上側の上部シールドガスＦｕと、電極中心軸Ｃ２の下側の下部シールドガスＦｄとを含む。従って、上部シールドガスＦｕは、下部シールドガスＦｄと比較して低い速度で流れる。これにより、上部シールドガスＦｕの気圧は、下部シールドガスＦｄの気圧と比較して小さくなる。下部シールドガスＦｄと上部シールドガスＦｕの気圧差により、下部シールドガスＦｄが被溶接部９を上方向に押す力が生じる。
【００２２】
最後に、図２（ｃ）に示すように、電極４と被溶接部９との間に、電圧をかけて放電させ、アークＲを発生させる（アーク発生ステップＳ２）。アークＲの熱が、被溶接部９の一部を溶融し、溶融池Ｍを形成する。また、溶融池Ｍの一部が熱を大気や被溶接体８に奪われて凝固し、ビードＢが形成する。溶融池ＭとビードＢが、溶接金属として形成される。
【００２３】
ここで、溶融池Ｍ及び／又はビードＢが重力により下方へ垂れ下がろうとするものの、下部シールドガスＦｄと上部シールドガスＦｕの気圧差による力が、溶融池Ｍ及び／又はビードＢを上方へ押して保持する。これにより、溶融池Ｍ及び／又はビードＢの垂れ下がりを抑制できる。また、他の部材への溶着、外観不良、コールドラップの発生を抑制し、良好に溶接できる。さらに、良好に溶接を行える溶接条件を見つけ出すために行う試作を省略することができる。また、被溶接体８の向きを変えることなく、そのまま溶接できるので、被溶接体８の向きを変えるための押さえ治具を必要としない。すなわち、設備を簡易化して、設備投資を削減できるとともに、様々な製品にも容易に対応できる。
【００２４】
なお、上記した使用方法では、シールドガス流入ステップＳ１、アーク発生ステップＳ２の順で実施したが、シールドガス流入ステップＳ１、アーク発生ステップＳ２を同時に開始して実施しても構わない。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、図３Ａ及び図３Ｂを用いて第２実施形態にかかる溶接トーチについて説明する。図３Ａは第２実施形態にかかる溶接トーチの側断面図を示す。図３Ｂは第２実施形態にかかる溶接トーチの断面図を示す。第２実施形態にかかる溶接トーチは、第１実施形態にかかる溶接トーチ１と、電極とノズルのみ異にしている。その他の構成については共通するため、相当の符号を付し、説明を省略する。
【００２６】
図３Ａに示すように、ノズル２３は、ボディ２２に支持される被支持部２３ａと、開口部２３ｂとを有する筒体である。ノズル２３は、被支持部２３ａから開口部２３ｂに向うにしたがい、電極２４の電極中心軸Ｃ２２より上側のノズル２３の断面積を減少させた絞部２３ｃを有する。開口部２３ｂは、上側開口部２３ｕと、下側開口部２３ｄとを有する。上側開口部２３ｕは、下側開口部２３ｄと比較して小さな断面積を有する。
【００２７】
電極２４は、ノズル２３の内側に挿し込まれるとともに、電極中心軸Ｃ２２に沿ってボディ２２に支持されている。電極中心軸Ｃ２２は、被支持部２３ａの中心点を通る軸である。電極２４の一端部は、ノズル２３の開口部２３ｂから外方へ突出している。電極２４は、図示しない溶接装置に接続される。
【００２８】
ここで、第２実施形態にかかる溶接トーチ２１を用いて、略鉛直面に沿う被溶接体を溶接すると、第１実施形態にかかる溶接トーチ１を用いた場合と同様に、下部シールドガス、上部シールドガスの気圧差による力が、溶融池及び／又はビードを上方へ押す。これにより、溶融池Ｍ及び／又はビードＢの垂れ下がりを抑制できる。また、コールドラップの発生を抑制し、溶融不良を防止して、良好に溶接できる。また、良好な溶接条件を見つけ出すための試作を省略することができる。また、被溶接体の向きを変えることなく、そのまま溶接できるので、被溶接体の向きを変えるための押さえ治具を必要としない。すなわち、押さえ治具を省略し、設備を簡易化して、設備投資を削減できるとともに、様々な製品にも容易に対応できる。
【００２９】
（第３実施形態）
次に、図４Ａ及び図４Ｂを用いて第３実施形態にかかる溶接トーチについて説明する。図４Ａは第３実施形態にかかる溶接トーチの側断面図を示す。図４Ｂは第３実施形態にかかる溶接トーチの断面図を示す。第３実施形態にかかる溶接トーチは、第１実施形態にかかる溶接トーチ１と、電極とノズルのみ異にしている。その他の構成については共通するため、相当の符号を付し、説明を省略する。
【００３０】
図４Ａに示すように、ノズル３３は、ボディ３２に支持される被支持部３３ａと、開口部３３ｂとを有する筒体である。ノズル３３は、被支持部３３ａから開口部３３ｂに向うにしたがい、電極３４の電極中心軸Ｃ３２より下側のノズル３３の断面積を増加させた拡大部３３ｃを有する。開口部３３ｂは、上側開口部３３ｕと、下側開口部３３ｄとを有する。上側開口部３３ｕは、下側開口部３３ｄと比較して小さな断面積を有する。
【００３１】
電極３４は、ノズル３３の内側に挿し込まれるとともに、電極中心軸Ｃ３２に沿ってボディ３２に支持されている。電極中心軸Ｃ３２は、被支持部３３ａの中心点を通る軸である。電極３４の一端部は、ノズル３３の開口部３３ｂから外方へ突出している。電極３４は、図示しない溶接装置に接続される。
【００３２】
ここで、第３実施形態にかかる溶接トーチ３１を用いて、略鉛直面に沿う被溶接体を溶接すると、第１実施形態及び第２にかかる溶接トーチ１を用いた場合と同様に、下部シールドガス、上部シールドガスの気圧差による力が、溶融池及び／又はビードを上方へ押す。これにより、溶融池及び／又はビードの垂れ下がりを抑制できる。また、コールドラップの発生を抑制し、溶融不良を防止して、良好に溶接できる。また、良好な溶接条件を見つけ出すための試作を省略することができる。また、被溶接体の向きを変えることなく、そのまま溶接できるので、被溶接体の向きを変えるための押さえ治具を必要としない。すなわち、押さえ治具を省略し、設備を簡易化して、設備投資を削減できるとともに、様々な製品にも容易に対応できる。
【００３３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００３４】
また、上記した実施形態では、ノズルの下側開口部の断面積を上側開口部の断面積よりも大きくすることで、シールドガスの気圧差を出したが、他の方法を用いてシールドガスの気圧差を出しても構わない。例えば、２つのノズルを電極の上側と下側にそれぞれ設置して、上側に設置したノズルから、下側に設置したノズルよりもシールドガスを高い流速で流すことで、シールドガスの気圧差を出してもよい。
【００３５】
また、上記した実施形態では、ＴＩＧ溶接を行うための溶接トーチについて説明したが、アークをシールドガスで大気からシールドするガスシールドアーク溶接であれば、ＴＩＧ溶接以外の溶接方法を行うための溶接トーチであってもよい。ＴＩＧ溶接の溶接方法としては、例えば、ＭＡＧ溶接（Metal Active Gas Welding）、ＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas Welding）、プラズマ溶接がある。ＴＩＧ溶接以外の溶接方法では、電極、シールドガス、被溶接体の材料を適宜変更したり、必要な溶接装置を追加したりすればよい。
【００３６】
また、上記した実施形態では、略鉛直面に沿う被溶接体を溶接したが、同様に、水平面に対して傾斜する被溶接体を溶接することが可能である。つまり、上記した実施形態では、いずれも横向き溶接を実施することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１、２１、３１  溶接トーチ、    ２、２２、３２  ボディ、    
３、２３、３３  ノズル、    ４、２４、３４    電極、    ８  被溶接体、
９  被溶接部、    ２３ａ、３３ａ  被支持部、    ２３ｂ、３３ｂ  開口部、
２３ｃ  絞部、３３ｃ  拡大部、    ３ｄ、２３ｄ、３３ｄ  下側開口部、    
Ｒ  アーク、    ３ｕ、２３ｕ、３３ｕ  上側開口部、    Ｂ  ビード、    
Ｃ１  ノズル中心軸、    Ｃ２、Ｃ２２、Ｃ３２  電極中心軸、    
Ｆｄ  下部シールドガス、    Ｆｕ  上部シールドガス、    Ｍ  溶融池
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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