(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極と、を備え、さらに当該先行ガスシールドアーク溶接電極と当該後行ガスシールドアーク溶接電極との間に中間電極を備える多電極ガスシールドアーク溶接装置を用いる多電極ガスシールドアーク溶接方法であって、
前記先行ガスシールドアーク溶接電極と、前記後行ガスシールドアーク溶接電極との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定し、
前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極に逆極性の直流電流を流すとともに、前記中間電極に、定電流特性または垂下特性の交流電流を流して溶接することを特徴とする多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極は、フラックス入りワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
前記極間距離を設定する工程において、前記先行ガスシールドアーク溶接電極を後退角に保持し、前記後行ガスシールドアーク溶接電極を前進角に保持し、
前記溶接する工程において、前記中間電極を、前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極が形成した溶融池に接触するように供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】
水平すみ肉溶接に適用されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項５】
先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極と、を備え、さらに当該先行ガスシールドアーク溶接電極と当該後行ガスシールドアーク溶接電極との間に中間電極を備える多電極ガスシールドアーク溶接装置であって、
前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極が、それぞれ正極に接続され、被溶接材料が負極に接続されるとともに、定電圧特性を有する２つの直流電源と、
前記中間電極および前記被溶接材料に接続されるとともに、定電流特性または垂下特性を有する中間電極用交流電源と、を備え、
前記先行ガスシールドアーク溶接電極と、前記後行ガスシールドアーク溶接電極との極間距離が１５乃至５０ｍｍに設定されていることを特徴とする多電極ガスシールドアーク溶接装置。
【請求項６】
前記先行ガスシールドアーク溶接電極、前記後行ガスシールドアーク溶接電極、および前記中間電極を、それぞれ一定の速度により送給する電極送給手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の多電極ガスシールドアーク溶接装置。
【請求項７】
前記先行ガスシールドアーク溶接電極および前記後行ガスシールドアーク溶接電極をそれぞれ支持する２つの溶接電極用トーチと、前記中間電極を支持する中間電極用トーチと、
前記溶接電極用トーチ、前記中間電極用トーチをそれぞれ支持するそれぞれのトーチクランプと、
前記各トーチクランプが支持されるベースと、を備え、
前記トーチクランプをそれぞれ所定角度回動させて前記溶接電極用トーチ及び前記中間電極用トーチの設置角度をそれぞれ調整するそれぞれの角度調整機構と、
前記角度調整機構を全方向へ移動させて前記溶接電極用トーチ、前記中間電極用トーチの位置をそれぞれ位置調整するそれぞれの位置調整機構と、を備えていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の多電極ガスシールドアーク溶接装置。
【請求項８】
前記位置調整機構は、前記各トーチクランプをそれぞれ垂直方向へ移動させて位置調整することができる垂直位置決め機構と、
前記各トーチクランプをそれぞれ突合せ方向へ移動させて位置調整することができる水平位置決め機構と、を備えていることを特徴とする請求項７に記載の多電極ガスシールドアーク溶接装置。
【請求項９】
前記ベースは、前記溶接電極用トーチ及び前記中間電極用トーチを溶接方向に移動させて、各電極間の距離を調整する溶接方向位置調整機構を備えていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の多電極ガスシールドアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先行ガスシールドアーク溶接電極、後行ガスシールドアーク溶接電極、および中間電極を備える多電極ガスシールドアーク溶接装置、およびこれを用いた多電極ガスシールドアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接においては、溶接作業の効率化のためには多電極アーク溶接法が有効である。そこで、例えば特許文献１では、３電極アーク溶接制御方法が提案されており、従来の２電極アーク溶接制御方法に比べて高能率化が図れている。しかしながら、並行に流れるアーク電流は、その電流により発生する磁場により干渉が生じ、個々のアークが偏向することから溶接ビード形状が乱れ、高能率施工としては安定性に欠けていた。
【０００３】
そこで、例えば特許文献２では、３電極アーク溶接制御方法において、中間電極に、その両側の電流とは逆となる極性の電流を供給し、かつ両側電極により構成される湯だまりの安定形成を図るために、アークではなくジュール加熱で溶融させる溶接制御方法が提案されている。
【０００４】
この特許文献２に提案されている方法の具体化に当たっては、両側電極はアークを安定に保つ直流逆極性（ワイヤプラス極）に接続されている。そして中間電極は、ジュール発熱溶融を安定に保ち、かつ先行電極および後行電極の平行電流に伴う磁場干渉を打ち消すように、磁場を反対方向に発生する直流正極性（ワイヤマイナス極）に接続されている。これらにより、安定しての高能率溶接が実現できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１９５７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６１８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に提案されている従来技術においては、自動溶接ながら、時として溶接ビードの乱れが生じ、ビード外観、ビード形状不良、溶融池の湯だまり不安定を招き、溶接欠陥を生じさせる。そのため、溶接装置においては、溶接の際に手動調整が要求される場合がある。この原因を本発明者が検討した結果、以下の問題点があることを見出した。
【０００７】
上記特許文献２に提案されている従来技術においては、中間電極ワイヤがアーク溶融によらずに、湯だまりに接触した状態での通電電流によるジュール発熱溶融を起こす必要がある。しかしその現象下では、前記湯だまりに接触した状態での印加電圧は低く、溶接装置としては、一定の電圧を保つべく電流を変化させながら制御する定電圧直流正極性電源を用いることができない。そのため、前記の問題を生ずる。
【０００８】
また、定電流直流正極性電源を用いた場合には、溶接装置は、中間電極ワイヤの供給速度の増減制御を行なわないと電極ワイヤの溶融と電極ワイヤの送給量とのバランスが取れない。ここで、当該溶接方法に用いられる中間電極ワイヤには、１．２ｍｍφ程度の細径ワイヤが用いられることが一般的であり、３電極ワイヤが先端に集まっている溶接ヘッド部分での送給速度変化を制御することは困難である。また、溶接装置においては、溶接部から離れた遠い部分から、コンジットケーブルを経て送給速度変化を制御をすることはさらに困難であることから、一定速度の送給制御が行われている。
【０００９】
そこで、従来技術における中間電極の具体的な構成としては、定電流直流正極性電源と電極ワイヤ定速度制御送給装置との組合せで用いることとなる。この場合、この組合せでは、溶接装置は自動的に安定ポイントを得たワイヤ溶融の継続はできず、かつ中間電極ワイヤの過剰供給は、溶融池への未溶融ワイヤの突っ込みを生じることとなる。そのため、溶接装置としては、ジュール熱溶融にほぼ見合う、あるいは若干遅い中間電極ワイヤの一定速度送給制御を選択することとなる。
【００１０】
しかしながらこの場合において、溶接装置においては、ワイヤ送給抵抗の変化や溶接物状態の変化により、中間電極ワイヤが溶融池から離れる現象が生じ、その場合には、定電流直流正極性電源によるアークが発生する。このアークは、アーク反力により高能率溶接における溶融池の安定に不可欠な湯だまりの安定を乱し、かつ外乱により一旦発生したアーク熱により中間電極ワイヤの溶融が加速されることとなる。そのため、再び短絡の状態に復帰するまでの期間に溶接部に溶接欠陥を発生させることとなる。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、その課題は、３電極により高能率溶接を行なう場合においても、ビード外観が良好で、ビード形状不良の防止効果および湯だまりの安定化を得ることができる多電極ガスシールドアーク溶接方法および多電極ガスシールドアーク溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法は、先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極と、を備え、さらに当該先行ガスシールドアーク溶接電極と当該後行ガスシールドアーク溶接電極との間に中間電極を備える多電極ガスシールドアーク溶接装置を用いる多電極ガスシールドアーク溶接方法であって、前記先行ガスシールドアーク溶接電極と、前記後行ガスシールドアーク溶接電極との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定し、前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極に逆極性の直流電流を流すとともに、前記中間電極に、定電流特性または垂下特性の交流電流を流して溶接することを特徴とする。
【００１３】
かかる手順によれば、多電極ガスシールドアーク溶接方法は、中間電極に定電流特性または垂下特性の交流電流を流して溶接することでアーク長の変動等により電圧が変化しても、また中間電極が溶融池から離れても、アークが発生し続けるという状態にはならない。そのため、多電極ガスシールドアーク溶接方法は、アーク反力により、高能率溶接における溶融池の安定に不可欠な湯だまりの安定を乱すことがなく、溶接部に溶接欠陥が発生しない。また、アークが発生しないため、溶融池への入熱量が増大せず、溶接欠陥の発生が抑制され、またプール形状が保たれる。
さらに、先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定することで、多電極ガスシールドアーク溶接方法は、２電極で１つの溶融池を形成することが可能となり、かつ、先行ガスシールドアーク溶接電極、および後行ガスシールドアーク溶接電極のアークが安定する。
【００１４】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法は、前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極が、フラックス入りワイヤであることが好ましい。
多電極ガスシールドアーク溶接方法は、フラックス入りワイヤを用いることにより、フラックスがアークを安定化させるので、良好な溶接部を得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法は、前記極間距離を設定する工程において、前記先行ガスシールドアーク溶接電極を後退角に保持し、前記後行ガスシールドアーク溶接電極を前進角に保持し、前記溶接する工程において、前記中間電極を、前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極が形成した溶融池に接触するように供給することが好ましい。
【００１６】
かかる手順によれば、多電極ガスシールドアーク溶接方法は、先行ガスシールドアーク溶接電極を後退角に保持し、後行ガスシールドアーク溶接電極を前進角に保持することで、溶接がより行いやすくなる。また、中間電極を溶融池に接触するように供給することで、アークブロー等の磁場干渉の発生が防止され、溶融池の湯だまりが安定する。
【００１７】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法は、水平すみ肉溶接に適用されることが好ましい。
本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法を水平すみ肉溶接に適用することにより、発明の効果をより適切に得ることができる。
【００１８】
本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置は、先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極と、を備え、さらに当該先行ガスシールドアーク溶接電極と当該後行ガスシールドアーク溶接電極との間に中間電極を備える多電極ガスシールドアーク溶接装置であって、前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極が、それぞれ正極に接続され、被溶接材料が負極に接続されるともに、定電圧特性を有する２つの直流電源と、前記中間電極および前記被溶接材料に接続されるとともに、定電流特性または垂下特性を有する中間電極用交流電源と、を備え、前記先行ガスシールドアーク溶接電極と、前記後行ガスシールドアーク溶接電極との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定されていることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、多電極ガスシールドアーク溶接装置は、中間電極および被溶接材料に接続されるとともに、定電流特性または垂下特性を有する中間電極用交流電源を備えることで、溶接の際に、アーク長の変動等により電圧が変化しても、また中間電極が溶融池から離れても、中間電極用交流電源と、中間電極や被溶接材料との間に、アークが発生し続けることはない。そのため、多電極ガスシールドアーク溶接装置は、アーク反力により、高能率溶接における溶融池の安定に不可欠な湯だまりの安定を乱すことがなく、溶接部に溶接欠陥が発生しない。また、中間電極からアークが発生しないことでワイヤが適度に溶ける。これにより、溶融池への入熱量が増大せず、溶接欠陥の発生が抑制され、またプール形状が保たれる。
また、多電極ガスシールドアーク溶接装置は、先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定することで、２電極で１つの溶融池を形成することが可能となり、かつ、先行ガスシールドアーク溶接電極、および後行ガスシールドアーク溶接電極のアークが安定する。
【００２０】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置は、前記先行ガスシールドアーク溶接電極、前記後行ガスシールドアーク溶接電極、および前記中間電極を、それぞれ一定の速度により送給する電極送給手段を備えることが好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、多電極ガスシールドアーク溶接装置は、電極送給手段によって、各電極、すなわちワイヤの供給速度を一定に制御することができる。
【００２２】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置は、前記先行ガスシールドアーク溶接電極および前記後行ガスシールドアーク溶接電極をそれぞれ支持する２つの溶接電極用トーチと、前記中間電極を支持する中間電極用トーチと、前記溶接電極用トーチ、前記中間電極用トーチをそれぞれ支持するそれぞれのトーチクランプと、前記各トーチクランプが支持されるベースと、を備え、前記トーチクランプをそれぞれ所定角度回動させて前記溶接電極用トーチ及び前記中間電極用トーチの設置角度をそれぞれ調整するそれぞれの角度調整機構と、前記角度調整機構を全方向へ移動させて前記溶接電極用トーチ、前記中間電極用トーチの位置をそれぞれ位置調整するそれぞれの位置調整機構と、を備えていることが好ましい。
ここで、全方向とは、溶接進行方向に直交する水平方向（以下「突合せ方向」または「Ｘ方向」という）と、鉛直な上下方向である垂直方向（以下適宜に「Ｙ方向」という）と、溶接進行方向（以下「溶接方向」または「Ｚ方向」という）と、を含む方向をいう。
【００２３】
かかる構成によれば、多電極ガスシールドアーク溶接装置は、角度調整機構を有することによって、溶接電極用トーチ及び中間電極用トーチをそれぞれ所定角度回動させて溶接電極用トーチ及び中間電極用トーチのトーチ角度をそれぞれ適切な角度に微調整することができる。また、多電極ガスシールドアーク溶接装置は、全方向へ移動させて位置調整することができる位置調整機構を有するトーチ支持機構によって支持されているので、被溶接材料の被溶接箇所に合わせてトーチの脚長を変更するときなどに、３電極を有する複雑、かつ、狭い電極間距離の機構であっても、それぞれのトーチの位置を上下左右前後方向の全方向に自由に調整して、その先端の電極及びフィラーワイヤの位置を所定の狙い位置に容易に位置調整することができる。
【００２４】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置は、前記位置調整機構が、前記各トーチクランプをそれぞれ垂直方向へ移動させて位置調整することができる垂直位置決め機構と、前記各トーチクランプをそれぞれ突合せ方向へ移動させて位置調整することができる水平位置決め機構と、を備えていることが好ましい。
【００２５】
かかる構成によれば、多電極ガスシールドアーク溶接装置の位置調整機構は、垂直位置決め機構によってトーチ支持機構を垂直方向へ移動させて、電極の垂直方向の位置を調整することができると共に、水平位置決め機構によりトーチ支持機構を突合せ方向へ移動させて、電極の突合せ方向の位置を被溶接材料の被溶接箇所に合わせて調整することができる。このため、垂直位置決め機構と水平位置決め機構とによってそれぞれ容易に垂直方向及び突合せ方向の位置を調整することができるので、対象となる被溶接材料の被溶接箇所が変化しても直ぐに対処することができる。
【００２６】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置は、前記ベースが、前記溶接電極用トーチ及び前記中間電極用トーチを溶接方向に移動させて、各電極間の距離を調整する溶接方向位置調整機構を備えていることが好ましい。
【００２７】
かかる構成によれば、多電極ガスシールドアーク溶接装置は、各電極間の距離を容易に調整するこができる。特に、先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極との極間距離を１５乃至５０ｍｍに容易に設定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法によれば、湯だまりの安定化が確実に得られ、優れたビード外観およびビード形状が得られる。さらに、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法によれば、溶接不良に対する手直しという作業負担から解放され、生産性を大幅に向上させることができる。
本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置によれば、本発明の多電極ガスシールドアーク溶接方法を行うことができるので、溶接において、優れたビード外観およびビード形状が得られる。また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置によれば、湯だまりの安定化が確実に得られる。さらに、溶接不良に対する手直しという作業負担から解放され、生産性を大幅に向上させることができる。
【００２９】
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置は、角度調整機構や位置調整機構を備えることで、溶接作業開始時及び溶接作業中に容易に微調整して最適な溶接条件に設定することにより、良好な溶接ビードを形成することができると共に、発生するアークの安定性を向上させてスパッタの発生を抑制することができる。また、トーチの位置等の微調整を行うための作業者の負担を極めて軽減することができる。さらに、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置は、溶接方向位置調整機構を備えることで、各電極間の距離の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置の概略を示す概略図である。
【図２】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置により溶接を行った場合の被溶接材料の状態を示す概略図である。
【図３】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置の電極送給手段および速度制御手段の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態を示す概略斜視図である。
【図５】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態のヘッドユニット装置を示す概略斜視図である。
【図６】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の溶接ヘッド部の概略平面図である。
【図７】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の溶接ヘッド部の概略右側面図である。
【図８】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の溶接ヘッド部の概略斜視図である。
【図９】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の垂直位置決め機構を示す概略正面図である。
【図１０】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の水平位置決め機構を示す概略正面図である。
【図１１】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の角度調整機構を示す図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）はトーチクランプの縦断面図である。
【図１２】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の中間電極用トーチクランプ機構及び中間電極トーチ位置調整機構を示す図であり、（ａ）正面方向から見た概略斜視図、（ｂ）は背面方向から見た概略斜視図である。
【図１３】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の中間電極用トーチ支持機構を示す概略側面図である。
【図１４】本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態の位置決めドグ部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法および多電極ガスシールドアーク溶接装置を実施するための形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、多電極ガスシールドアーク溶接装置について説明した後、多電極ガスシールドアーク溶接方法について説明する。
【００３２】
《多電極ガスシールドアーク溶接装置》
図１、２に示すように、多電極ガスシールドアーク溶接装置Ｓ（以下、適宜、溶接装置Ｓという）は、先行ガスシールドアーク溶接電極１１（以下、適宜、先行電極１１という）と、後行ガスシールドアーク溶接電極２１（以下、適宜、後行電極２１という）と、を備え、さらに先行電極１１と後行電極２１との間に中間電極３１を備える。また、２つの直流電源、すなわち、先行電極１１に接続された直流電源Ｌおよび後行電極２１に接続された直流電源Ｒと、中間電極用交流電源Ｍと、を備える。なお、中間電極３１はフィラー電極、すなわちフィラーワイヤである。
【００３３】
溶接装置Ｓは、ガスで溶接箇所を空気から遮断しつつ複数の電極を用いて溶接を行う装置である。
なお、溶接装置Ｓは、図１に示すように、水平すみ肉溶接に好適に適用される。詳細には、溶接装置Ｓは、被溶接材料１である下板２と立板３の隅部（溶接箇所）に沿うようにして、先行電極１１、後行電極２１、および中間電極３１の３つの電極が一組として配置され、図１の矢印方向に移動しながら溶接を行う。なお、符号６は配電盤である。
【００３４】
また、溶接装置Ｓは、下板２と立板３の両側の隅部を同時に溶接できるように、立板３を挟んで２組の先行電極１１、１１、後行電極２１、２１、中間電極３１、３１、を対向するように配置し、２組の電極が同時に移動するような構成であってもよい。さらに、下板２と複数の立板３、３を同時に溶接できるように、それぞれの立板３に対して、２組の先行電極１１、１１、後行電極２１、２１、中間電極３１、３１、を配置し、２組以上の電極が同時に移動するような構成であってもよい。
【００３５】
なお、溶接装置Ｓは、ガスについては特に限定されず、ガスシールドアーク溶接に用いられる公知のガス、例えば、二酸化炭素や、これと不活性ガスの混合ガス等を用いればよい。
【００３６】
次に、溶接装置Ｓの各構成について説明する。
＜先行電極、後行電極、中間電極＞
先行電極１１、および後行電極２１は、各電極の先端にアークを発生させ、被溶接材料１である下板２と立板３との溶接箇所に溶融池８を形成させるものである（図２参照）。一方、中間電極３１は、溶融池８の湯だまり５に挿入され、アークブロー等の磁場干渉の発生を防止し、当該湯だまり５を安定させるものである（図２参照）。
なお、先行電極１１、および後行電極２１により発生した溶融池８が、凝固することにより溶接金属７となり、当該溶接金属７が下板２と立板３を溶接することとなる。そして、溶接スラグ１９は、溶接金属７の表面に形成される。
【００３７】
先行電極１１および後行電極２１は消耗電極であり、フラックス入りワイヤにより構成されることが好ましい。フラックス入りワイヤを用いることにより、フラックスがアークを安定化させるので、良好な溶接部を得ることができる。ただし、ワイヤとしてはフラックス入りワイヤに限定されるものではなく、ソリッドワイヤ等により構成されていてもよい。
また、中間電極３１も消耗電極であり、ワイヤとしてはソリッドワイヤやフラックス入りワイヤ等により構成されるが、特に限定されるものではない。
なお、各電極を構成するフラックス入りワイヤやソリッドワイヤ等の成分、径、設置角度等は特に限定されず、特開２００４−２６１８３９号公報に開示されているような条件で行えばよい。
また、先行電極１１、後行電極２１、および中間電極３１は、送給速度が一定速度に制御され溶接箇所に供給されることが好ましい。
【００３８】
＜先行電極に接続された直流電源、後行電極に接続された直流電源＞
直流電源Ｌ、Ｒは、先行電極１１、または後行電極２１に電流を供給する電源である。
直流電源Ｌは、正極に先行電極１１が接続され、負極に被溶接材料１（下板２または立板３）が接続される。そして、直流電源Ｒは、正極に後行電極２１が接続され、負極に被溶接材料１（下板２または立板３）が接続される。そして、直流電源Ｌ、および直流電源Ｒは、定電圧特性を有する。なお、定電圧特性の電源とは、一定速度に制御されて送給されている消耗電極の送給速度が、何らかの外乱によって送給速度の変化が生じ、アーク電圧が変化した場合にあっても、常に一定の電圧に制御するように自動的に電流値を増減して安定なアーク溶接を持続できるように制御する電源のことである。
直流電源Ｌ、および直流電源Ｒから、先行電極１１、および後行電極２１に供給される電流の値については、特に限定されず、例えば、先行電極１１に供給される電流を２５０Ａ以上、後行電極２１に供給される電流を２００Ａ以上とすればよい。
【００３９】
＜中間電極用交流電源＞
中間電極用交流電源Ｍは、中間電極３１および被溶接材料１（下板２または立板３）に接続されるとともに、定電流特性または垂下特性を有する電源である。
なお、定電流特性とは、電流を意図的に制御する場合を除き、負荷電圧が増大しても、電流がほとんど変化しない特性である。また、垂下特性とは、溶接電源の出力が正弦波状に変化する特性である。垂下特性においては、アーク長の変化によって電圧はかなり変化するが、電流の変化はわずかである。
定電流特性および垂下特性においては、アーク長の変動等により電圧が変化しても、ほとんど一定の電流を流すことができる。
【００４０】
そして、定電流特性または垂下特性を有する中間電極用交流電源Ｍを用いると、中間電極３１はアークを出さないため、アーク反力により、高能率溶接における溶融池８の安定に不可欠な湯だまり５の安定を乱すことがなく、溶接部に溶接欠陥が発生しない。
また、定電流特性または垂下特性を有する中間電極用交流電源Ｍを用いると、中間電極３１はアークを出さないため、ワイヤが適度に溶けて冷却効果が向上する。
ここで、溶接金属７は、溶融池８への入熱量が増大すると、ブローホール、ピットなどの溶接欠陥が増える。また、溶融池８がさらさらな状態となり、プール形状を保ちにくくなる（すなわち、垂れ落ちやすくなる）。しかしながら、中間電極３１の作用により溶融池８が冷却されると、溶接欠陥の発生が抑制され、またプール形状が保たれやすくなる。
【００４１】
ここで、中間電極３１の電流値は３０〜２００Ａが好ましい。電流値が３０Ａ以上であればワイヤが溶けきり、２００Ａ以下であれば、アークが発生しにくい。
なお、中間電極用交流電源Ｍの構成自体は、従来公知のものと同様である。
【００４２】
また、先行電極１１と、後行電極２１との極間距離は１５乃至５０ｍｍに設定する。
ここで、極間距離とは、各電極におけるワイヤ先端間の距離である。すなわち、溶接時における先行電極１１の先端のワイヤ径の中心と後行電極２１の先端のワイヤ径の中心とを結んだ距離が、１５乃至５０ｍｍになるように設定する。
直流電源を用いて溶接を行う場合、磁気吹き及び１つの溶融池形成の点から先行電極１１及び後行電極２１の極間距離が問題となる。この極間距離が１５ｍｍよりも小さいと、先行電極１１、後行電極２１において共にアークが安定せず、ビード外観・形状が悪くなり、またスパッタの発生量が多くなる。一方、極間距離が５０ｍｍよりも大きいと、２電極で１つの溶融池を形成することが不可能となり、耐ピット性が悪くなる。従って、先行電極１１と後行電極２１の極間距離を１５乃至５０ｍｍの範囲とする。なお、より好ましい範囲は、２５乃至３５ｍｍである。
【００４３】
溶接装置Ｓは、先行電極１１、後行電極２１、および中間電極３１を、それぞれ一定の速度により送給する電極送給手段を備えることが好ましい。
＜電極送給手段＞
図３に電極送給手段の構成を示す。ここでは、中間電極３１を取り上げて説明するが、先行電極１１、後行電極２１においても同様の構成である。
【００４４】
図３に示すように、電極送給手段１３は、中間電極３１を一定の速度により溶接箇所に送給する手段である。そして、電極送給手段１３は、図３に示すように、電極送給モータ１６と、電極送給ローラ１７と、を備えている。
電極送給モータ１６は、電極送給ローラ１７を介して中間電極３１を被溶接材料１の表面の所定位置に送給する。この電極送給ローラ１７は、例えば、中間電極３１を挟み込むように配置された２個のローラで構成されているものを用いればよい。
電極送給モータ１６は、速度制御手段１８により制御されている。
【００４５】
＜速度制御手段＞
速度制御手段１８は、中間電極３１を一定の速度に制御する手段である。そして、速度制御手段１８は、図３に示すように、電極送給速度設定器１４と、電極送給モータ制御回路１５と、を備えている。
電極送給速度設定器１４は、予め設定された電極の送給速度を示す送給速度信号を電極送給モータ制御回路１５に出力するものである。なお、電極送給速度設定器１４は、送給速度を外部より入力することができる。
電極送給モータ制御回路１５は、電極送給速度設定器１４から入力された送給速度信号に基づいて電極送給モータ１６を制御する回路である。
なお、電極の送給速度については、特に限定されず、好ましくは、１〜３ｍ／ｍｉｎである。
【００４６】
また、溶接装置Ｓは、各電極の角度を調整する角度調整機構や、各電極の位置を調整する位置調整機構を備えることが好ましい。さらには、各電極間の距離を調整する溶接方向位置調整機構を備えることが好ましい。
次に、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接装置のより具体的な一実施形態として、このような調整機構を備えた多電極ガスシールドアーク溶接装置の具体的な形態の一例について図４〜１４を参照して説明する（詳細については、特願２０１１−４２７３９参照）。
【００４７】
［多電極ガスシールドアーク溶接装置の具体的な形態］
≪溶接装置の構成≫
図４及び図５に示すように、溶接装置Ｓは、被溶接材料１である下板２と立板３とを被溶接箇所１ａ（溶接線）に沿って溶接ヘッド部４を移動させながら溶接する多電極ガスシールドアーク溶接装置である。溶接装置Ｓは、移動装置１００と、制御盤４００と、操作盤４１０と、集塵機５００と、ワイヤ収容器６００と、溶接用電源と冷却水供給装置とシールドガス供給装置（図示省略）と、溶接ヘッド部４（溶接機）と、を備えている。
ここで、Ｘ方向は溶接方向に直交する水平方向である突合せ方向、Ｙ方向は鉛直な上下方向である垂直方向、Ｚ方向は溶接方向であり、以下、適宜に使用して説明する。なお、本溶接装置は、特願２０１１−４２７３９の溶接装置と同様である。
【００４８】
そしてここでは、先行電極１１および後行電極２１をそれぞれ支持する２つの溶接電極用トーチ（すなわち、先行電極用トーチ１０、後行電極用トーチ２０）と、中間電極３１を支持する中間電極用トーチ３０と、溶接電極用トーチ（１０，２０）、中間電極用トーチ３０をそれぞれ支持するそれぞれのトーチクランプ４５，４５Ｃ（図８、１２参照）と、各トーチクランプ４５，４５Ｃが支持されるベース５０と、を備えている。さらに、トーチクランプ４５，４５Ｃをそれぞれ所定角度回動させて溶接電極用トーチ（１０，２０）及び中間電極用トーチ３０の設置角度をそれぞれ調整するそれぞれの角度調整機構４４（図１１、１２（ｂ）参照）と、角度調整機構４４を全方向へ移動させて溶接電極用トーチ（１０，２０）、中間電極用トーチ３０の位置をそれぞれ位置調整するそれぞれの位置調整機構６０と、を備えている。さらに、ベース５０は、溶接電極用トーチ（１０，２０）及び中間電極用トーチ３０を溶接方向に移動させて、各電極間の距離を調整する溶接方向位置調整機構６０Ｄを備えている。
【００４９】
≪移動装置の構成≫
図５に示すように、移動装置１００は、溶接ヘッド部４（溶接機）を溶接方向（Ｚ方向）、突合せ方向（溶接方向に直交するＸ方向）、垂直方向（Ｙ方向）へ移動させる走行装置である。移動装置１００は、例えば、溶接方向移動装置１１０（図４参照）と、ヘッドユニット装置２００と、上下動用シリンダ２７０と、溶接ヘッド部移動装置８０と、を備えて構成されている。
【００５０】
＜溶接方向移動装置の構成＞
図４に示す溶接方向移動装置１１０は、その背面側に配置された溶接装置Ｓの多数の溶接ヘッド部４（図５参照）を溶接方向へ移動させる搬送装置である。溶接方向移動装置１１０は、一対のレール１５０と、走行ローラ１２０と、走行モータ１３０と、架台フレーム１４０と、を備えている。溶接方向移動装置１１０は、走行モータ１３０を回転駆動させることによって、各溶接ヘッド部４がベース５０と共に溶接方向に移動して溶接が行われる。
【００５１】
＜ヘッドユニット装置の構成＞
図５に示すように、ヘッドユニット装置２００は、溶接ヘッド部４を突合せ方向へ移動させるためのアーチ形状の装置であり、例えば、架台フレーム１４０（図４参照）に沿って設けられている。ヘッドユニット装置２００には、スタンション２１０（図４参照）と、横方向ガイド２２０と、摺動板２３０と、固定フレーム２４０と、上下動フレーム２５０と、ヘッドユニット横動モータ２６０と、上下動用シリンダ２７０と、右溶接ヘッド部上下動用シリンダ８１と、左溶接ヘッド部上下動用シリンダ８２と、操作盤４１０と、が備えられている。
【００５２】
図４に示すように、スタンション２１０は、先行電極１１（図５参照）及び後行電極２１となる溶接ワイヤを収納するワイヤ収容器６００を移動自在に吊設するアーチ状の支柱フレームである。スタンション２１０は、柱フレーム２１１と、架設フレーム２１２と、吊具２１３と、を備えている。
【００５３】
図５に示すように、横方向ガイド２２０は、デッキ１４２に架設されて左右方向に延設されたフレーム部材であり、突合せ方向に延設された一対の走行ガイド部２２０ａを有している。摺動板２３０は、走行ガイド部２２０ａに案内されて突合せ方向にスライド移動する部材である。固定フレーム２４０は、垂直方向に延設された枠状フレームである。
【００５４】
図５に示すように、上下動フレーム２５０は、溶接ヘッド部４及び操作盤４１０を保持するためのフレームである。なお、各上下動フレーム２５０には、溶接ヘッド部４が左右対称な状態に二台配置されているため、以下、右側の溶接ヘッド部４を説明し、左側のものの説明は適宜省略する。
【００５５】
ヘッドユニット横動モータ２６０は、固定フレーム２４０を走行させて、左右の溶接ヘッド部４を横方向に移動させるためのモータ駆動装置である。
上下動用シリンダ２７０は、固定フレーム２４０に鉛直方向ガイド２８０を介して上下動フレーム２５０を横方向ガイド２２０及び摺動板２３０に対して上下動させる装置であり、例えば、エアシリンダ装置からなる。上下動用シリンダ２７０は、枠状の上下動フレーム２５０の上端部下側中央部に連結されたシリンダ２７１と、上端部がシリンダ２７１内に上下動自在に設けられ、下端部が摺動板２３０に固定されたピストンロッド２７２と、を備えている。
【００５６】
＜溶接ヘッド部移動装置の構成＞
図５に示すように、前記溶接ヘッド部移動装置８０は、前記溶接方向移動装置１１０（図４参照）、ヘッドユニット装置２００（図４参照）及び上下動用シリンダ２７０よりも、溶接ヘッド部４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に短い距離を移動させて溶接ヘッド部４の位置を調整するための装置である。この溶接ヘッド部移動装置８０は、右溶接ヘッド部上下動用シリンダ８１と、左溶接ヘッド部上下動用シリンダ８２と、突合せ用エアシリンダ８３と、を備えている。
【００５７】
図５に示すように、右溶接ヘッド部上下動用シリンダ８１は、上下動フレーム２５０の右側に配置された右側の溶接ヘッド部４を垂直方向（Ｙ方向）に移動させるための装置である。左溶接ヘッド部上下動用シリンダ８２は、上下動フレーム２５０の左側に配置された左側の溶接ヘッド部４を垂直方向（Ｙ方向）に移動させるためのシリンダ装置である。
【００５８】
突合せ用エアシリンダ８３（突合せ方向移動装置）は、ベース５０と共に溶接ヘッド部４全体を突合せ方向（Ｘ方向）に移動させる装置である。この突合せ用エアシリンダ８３は、ベース５０に固定され、内部に供給された圧縮空気によって進退するシリンダ８３ａと、一端部がシリンダ８３ａ内に配置され、他端部が連結フレーム８３ｃに固定されたピストンロッド８３ｂと、上下動フレーム２５０に連結された前記連結フレーム８３ｃと、シリンダ８３ａの溶接方向側の側面に突合せ方向に向けて延設された上下一対のスライダ８３ｄと、このスライダ８３ｄが摺動自在に係合してシリンダ８３ａの突合せ方向の移動をガイドするガイドレール８３ｅと、ガイドレール８３ｅを右溶接ヘッド部上下動用シリンダ８１の側面に固定するための保持プレート８３ｆと、を備えている。
【００５９】
操作盤４１０は、ヘッドユニット横動モータ２６０、上下動用シリンダ２７０、溶接ヘッド部移動装置８０及び溶接用電源と冷却水供給装置とシールドガス供給装置（図示省略）を操作して左右の溶接ヘッド部４の位置及び駆動を制御するためのコントローラであり、上下動フレーム２５０に取り付けられている。
【００６０】
不図示の電源は、図５に示す溶接装置Ｓの先行電極１１及び後行電極２１の各電極部に電力を供給するそれぞれの溶接用電源（給電装置）と、走行モータ１３０（図４参照）及びヘッドユニット横動モータ２６０の駆動源に電力を供給する電源と、からならなり、例えば、溶接方向移動装置１１０の床下内等の所定位置に設置されている。
また、不図示の冷却水供給装置とシールドガス供給装置も同様である。
【００６１】
≪溶接ヘッド部の構成≫
図５に示すように、溶接ヘッド部４（溶接機）は、先行電極用トーチ１０、後行電極用トーチ２０及び中間電極用トーチ３０（すなわち、フィラーワイヤ用トーチ３０）と、それらのトーチ（１０，２０，３０）をそれぞれ支持するトーチクランプ機構４０と、それらのトーチ（１０，２０，３０）に電流を供給する溶接用電源（図示省略）と、それらのトーチ（１０，２０，３０）が支持されるベース５０と、ベース５０等の溶接ヘッド部４を移動させる溶接ヘッド部移動装置８０と、を備えている。
この溶接ヘッド部４は、溶接方向移動装置１１０で走行させながらガスシールドアーク溶接を行うものであり、前記トーチ（１０，２０，３０）に電流を供給する構成や、不活性のガスを噴射する構成などは、公知のガスシールドアーク溶接装置の構成を用いているため、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図６及び図７に示すように、各トーチ（１０，２０，３０）が配置される各溶接ヘッド部４は、先行電極１１、後行電極２１及び中間電極３１（すなわち、フィラーワイヤ３１）が送り込まれるように構成されると共に、角度調整機構４４及び位置調整機構６０を有するトーチクランプ機構４０を介在してベース５０上にＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置及び角度を微調整できるように設けられている。
なお、先行電極用トーチ１０および後行電極用トーチ２０は、各々独立した不図示のシールドガス供給ノズルを有している。また、中間電極３１の先端の所定位置には、ワイヤが露出するように、ワイヤを通電状態で供給するためのチップ構造体が設けられている。すなわち、中間電極用トーチ３０の内部には、通電チップＰが設けられており、溶接電源からの溶接電流が当該通電チップＰを介して中間電極３１に供給されるように構成されている。
【００６３】
≪トーチクランプ機構の構成≫
トーチクランプ機構４０は、先行電極用トーチ１０、後行電極用トーチ２０、中間電極用トーチ３０をそれぞれ支持する支持機構であって、先行電極用トーチ１０を支持する先行電極用トーチクランプ機構４０Ａと、後行電極用トーチ２０を支持する後行電極用トーチクランプ機構４０Ｂと、中間電極用トーチ３０を支持する中間電極用トーチクランプ機構４０Ｃとからなる。先行電極用トーチクランプ機構４０Ａと後行電極用トーチクランプ機構４０Ｂとは、対称形状の機構であるため、先行電極用トーチクランプ機構４０Ａを主に説明して後行電極用トーチクランプ機構４０Ｂの説明は適宜省略する。
【００６４】
図８に示すように、先行電極用トーチクランプ機構４０Ａは、先行電極用トーチ１０を着脱自在に支持する支持機構であり、それぞれ後記するトーチクランプ４５と、トーチクランプ取付ステイ４６と、支軸部材４７と、トーチクランプ支持具４８と、添金４９と、締結部材Ｔ１と、角度調整機構４４と、を備えている。
【００６５】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、各トーチクランプ４５は、先行電極用トーチ１０、後行電極用トーチ２０をそれぞれ支持する部材である。各トーチクランプ４５には、保持孔４５ａと、切欠溝４５ｂと、ねじ孔４５ｃと、突片４５ｄと、固定雌ねじ部４５ｅと、が形成されている。
【００６６】
保持孔４５ａは、各トーチ（１０，２０）がそれぞれ絶縁ブッシュ９を介して周方向に回動可能に挿入される孔であり、切欠溝４５ｂが外周に形成されていることによって平面視して略Ｃ字状に形成されている。
切欠溝４５ｂは、トーチクランプ４５の外周部から保持孔４５ａに亘って切欠形成された部位であり、一対の突片４５ｄが所定の隙間間隔で配置されたことによって形成されている。
ねじ孔４５ｃは、切欠溝４５ｂに直交して形成された締付具合調整用の締結部材Ｔ１が螺入される孔である。ねじ孔４５ｃは、締結部材Ｔ１がねじ込まれることによって、保持孔４５ａの径と、一対の突片４５ｄ間の切欠溝４５ｂの間隔とが調整されて、先行電極用トーチ１０を保持する保持孔４５ａの締付力が調整されるように突片４５ｄに形成されている。
突片４５ｄは、切欠溝４５ｂ及びねじ孔４５ｃが形成された一対の厚板状のものからなる。突片４５ｄは、締結部材Ｔ１を強くねじ孔４５ｃに螺合させれば、突片４５ｄ，４５ｄ間の間隔が狭くなり、トーチクランプ４５が先行電極用トーチ１０を締め付ける締付力が強くなって、トーチクランプ４５がしっかりとクランプされる。締結部材Ｔ１を緩めれば、保持孔４５ａの内径が先行電極用トーチ１０を締め付ける締付力が弱くなり、その先行電極用トーチ１０を保持孔４５ａの中心線を中心として周方向（矢印ｂ方向）に回動させたり、前記中心線の方向（矢印ａ方向）に進退させてトーチクランプ４５からの先行電極用トーチ１０の突き出し長さを調整したり、引き抜いたりすることが可能となる。
固定雌ねじ部４５ｅは、トーチクランプ取付ステイ４６がトーチクランプ４５に固定するトーチクランプ支持具４８の先端部の雄ねじ部が螺合する部位である。
【００６７】
トーチクランプ取付ステイ４６は、トーチクランプ４５を支軸部材挿入孔４６ａを中心とする円弧状長孔４６ｂの円周方向の長さ分だけ回動可能に支持するための支持板部材であり、トーチクランプ４５に隣設されている。トーチクランプ取付ステイ４６は、下端部が締結部材Ｔ２によってスライダ６７に連結されて共にＸ，Ｙ方向に移動可能になっている。
【００６８】
支軸部材４７は、トーチクランプ支持具４８を添金４９の垂直方向に長い調整孔４９ａを挿通してトーチクランプ４５の固定雌ねじ部４５ｅに螺合されて、トーチクランプ４５がトーチクランプ取付ステイ４６に対して回動可能な状態のときに、この支軸部材４７を中心としてトーチクランプ４５を回動可能にさせるねじ部材である。支軸部材４７は、トーチクランプ取付ステイ４６に形成された支軸部材挿入孔４６ａに挿入される。
【００６９】
トーチクランプ支持具４８は、先端が、調整孔４９ａ、円弧状長孔４６ｂを介して固定雌ねじ部４５ｅにねじ止めされるねじ部材であり、トーチクランプ４５の回動を規制するための左右一対の部材である。一対のトーチクランプ支持具４８は、トーチクランプ取付ステイ４６に形成された円弧状長孔４６ｂに挿入される。
【００７０】
添金４９は、二つのトーチクランプ支持具４８がそれぞれ挿入される垂直方向に長い左右一対の調整孔４９ａを有する金属製厚板材であり、円弧状長孔４６ｂを覆うようにして配置される。
締結部材Ｔ１は、切欠溝４５ｂの隙間間隔を調整して保持孔４５ａによるトーチクランプ４５の締付力を調整する調整用ねじ部材であり、例えば、二本のねじ部材からなる。
【００７１】
＜角度調整機構の構成＞
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、角度調整機構４４は、先行電極用トーチ１０を所定角度回動させて先行電極用トーチ１０の設置角度を調整する機構である。角度調整機構４４は、先行電極用トーチ１０を支軸部材４７を中心として垂直方向（Ｙ方向）へ回動可能に軸支して先行電極１１の垂直方向の向きを調整できる。
角度調整機構４４は、トーチクランプ４５に隣設接続されトーチクランプ取付ステイ４６と、トーチクランプ取付ステイ４６に形成された支軸部材挿入孔４６ａに挿入される支軸部材４７と、トーチクランプ取付ステイ４６に形成された円弧状長孔４６ｂを挿通してトーチクランプ４５に締結されるトーチクランプ支持具４８と、を備えてなる。
このため、支軸部材４７及びトーチクランプ支持具４８は、トーチクランプ４５に締結される締付具合を緩めることによって、先行電極１１の垂直方向の角度を調整する角度調整機構４４を構成する。
なお、角度調整機構４４は、図１２（ｂ）、図１３に示すように、中間電極用トーチ３０の中間電極用トーチクランプ機構４０Ｃにも、円弧状長孔を利用した同様な角度調整機構４４が設けられている。このため、その説明は省略する。
【００７２】
≪位置調整機構の構成≫
図６及び図７に示すように、位置調整機構６０は、先行電極用トーチ１０、後行電極用トーチ２０、中間電極用トーチ３０（図１２参照）をそれぞれ突合せ方向及び垂直方向へ移動させて、それらのトーチ（１０，２０，３０）の位置をそれぞれ位置調整する機構である。位置調整機構６０は、先行電極用トーチ１０を位置を調整する先行電極トーチ位置調整機構６０Ａと、後行電極用トーチ２０の位置を調整する後行電極トーチ位置調整機構６０Ｂと、中間電極用トーチ３０の位置を調整する中間電極トーチ位置調整機構６０Ｃとを有している。先行電極トーチ位置調整機構６０Ａ、後行電極トーチ位置調整機構６０Ｂ及び中間電極トーチ位置調整機構６０Ｃは、各トーチクランプ４５，４５Ｃをそれぞれ垂直方向（Ｙ方向）へ移動させて位置調整することができる図９に示す垂直位置決め機構６１と、各トーチクランプ４５をそれぞれ突合せ方向（Ｘ方向）へ移動させて位置調整することができる図１０に示す水平位置決め機構６２，６１Ｃ（図１２参照）と、を備えている。
また、位置調整機構６０は、後記する溶接方向位置調整機構６０Ｄと一体となって、先行電極用トーチ１０、後行電極用トーチ２０、中間電極用トーチ３０をそれぞれ溶接方向（Ｚ方向）に移動させて、それらのトーチ（１０，２０，３０）の位置をそれぞれ位置調整する機能を有している。
【００７３】
＜垂直位置決め機構の構成＞
図６及び図９に示すように、先行電極トーチ位置調整機構６０Ａ（位置調整機構６０）の垂直位置決め機構６１は、それぞれ後記するノブ６４と、送りねじ部材６５と、固定台６６と、スライダ６７（垂直スライダ部６７Ｙ）と、締結部材Ｔ５と、を備えている。垂直位置決め機構６１により各トーチ（１０，２０，３０）は、ノブ６４を回動させることによって送りねじ部材６５を介在して垂直スライダ部６７Ｙを垂直方向（Ｙ方向）へ移動させることにより、この垂直スライダ部６７Ｙに連結された水平位置決め機構６２の左右ガイド部６９ａと共に水平スライダ部６７Ｘ、トーチクランプ取付ステイ４６、トーチクランプ４５及び各トーチ（１０，２０，３０）を垂直方向に対して一体に移動させ、垂直方向へ移動調整することができるようになっている。
【００７４】
図９に示すように、ノブ６４は、先行電極用トーチ１０をベース５０に対して垂直方向へ微動させるための回転操作用つまみである。
送りねじ部材６５は、ノブ６４を回転操作することによって一体に回転するねじ棒状の部材であり、中央部に垂直スライダ部６７Ｙが進退自在に螺合され、基端部側が固定台６６の上下ガイド部６６ａに回動自在に片持ち支持されている。
固定台６６は、上下ガイド部６６ａ（支持板部）を有する正面視して略溝形鋼状の形状をした部材であり、ベース５０の長孔５０ａに挿入した締結具Ｔ３を上下ガイド部６６ａの下板部に形成された雌ねじ部６６ｄにねじ込むことによってベース５０上に固定されている。固定台６６は、垂直スライダ部６７Ｙに挿通してその垂直スライダ部６７Ｙを摺動自在に支持する左右一対のガイドシャフト６６ｃを架設している。
スライダ６７は、送りねじ部材６５に形成された雄ねじ部６５ａに螺合する雌ねじ部６７Ｙｂを有し、送りねじ部材６５の回転に伴って上下ガイド部６６ａ，６６ａ間をスライド移動する部材である。スライダ６７は、垂直方向へ移動可能な垂直スライダ部６７Ｙと、突合せ方向へ移動可能な水平スライダ部６７Ｘ（図１０参照）を支持するガイド部材６９とを締結部材Ｔ５で連結して一体化させ、固定台６６に対して一緒に垂直方向へ動くようになっている。
締結具Ｔ３は、後記する溶接方向位置調整機構６０Ｄの位置調整用のボルトである。
前記したように締結部材Ｔ５は、水平位置決め機構６２のガイド部材６９を垂直位置決め機構６１の垂直スライダ部６７Ｙに固定するためのボルトである。
【００７５】
＜水平位置決め機構の構成＞
図１０に示すように、先行電極トーチ位置調整機構６０Ａ（位置調整機構６０）の水平位置決め機構６２は、後記するノブ６３と、送りねじ部材６８と、スライダ６７の水平スライダ部６７Ｘと、ガイド部材６９と、締結部材Ｔ２と、を備えてなる。水平位置決め機構６２により各トーチ（１０，２０，３０）は、ノブ６３を回動させることによって送りねじ部材６８を介在して水平スライダ部６７Ｘを突合せ方向（Ｘ方向）へ移動させることにより、この水平スライダ部６７Ｘに連結されたトーチクランプ取付ステイ４６と共にトーチクランプ４５及び各トーチ（１０，２０，３０）を突合せ方向に対して一体に移動させ、突合せ方向へ移動調整することができるようになっている。
【００７６】
ノブ６３は、先行電極用トーチ１０をベース５０に対して突合せ方向へ微動させるための回転操作用つまみである。なお、符号Ｎはナットである。
送りねじ部材６８は、ノブ６３を回転操作することによって一体に回転するねじ棒状の部材であり、中央部に水平スライダ部６７Ｘが進退自在に螺合され、基端部側がガイド部材６９の左右ガイド部６９ａに回動自在に片持ち支持されている。
スライダ６７の水平スライダ部６７Ｘは、送りねじ部材６８を回転自在に軸支する左右ガイド部６９ａと、送りねじ部材６８に形成された雄ねじ部６８ａに螺合する雌ねじ部６７Ｘｂと、を有し、送りねじ部材６８の回転に伴って突合せ方向（Ｘ方向）へ水平にスライド移動する。
ガイド部材６９は、平面視して略溝形鋼状の形状をした部材であり、水平スライダ部６７Ｘに挿通してその水平スライダ部６７Ｘを摺動自在に支持する上下一対のガイドシャフト６９ｃを架設している。図１１に示すように、ガイド部材６９の外側側面は、このガイド部材６９の内側内壁面から垂直スライダ部６７Ｙ側に向けて形成された４つの座ぐり孔に、それぞれ締結部材Ｔ５がねじ込められて垂直スライダ部６７Ｙの側面に当接した状態にボルト締めされている。
前記締結部材Ｔ２は、トーチクランプ取付ステイ４６の側面からスライダ６７にねじ込められて、トーチクランプ取付ステイ４６とスライダ６７とを連結するためのボルトである。
【００７７】
≪中間電極用トーチクランプ機構の構成≫
図１２〜図１３に示す中間電極用トーチ３０には、前記したように先行電極用トーチ１０に設けられた先行電極用トーチクランプ機構４０Ａと略同一の中間電極用トーチクランプ機構４０Ｃ、及び、角度調整機構４４が設けられている。
【００７８】
＜中間電極トーチ位置調整機構の構成＞
図１２〜図１３に示すように、中間電極トーチ位置調整機構６０Ｃは、前記先行電極用トーチ１０の先行電極トーチ位置調整機構６０Ａと同様に、中間電極用トーチ３０を水平な突合せ方向（矢印ｃ方向）へ移動させ、そのトーチ（３０）の位置を調整する水平位置決め機構６１Ｃを有しているものの、垂直位置決め機構６１に相当する機構を備えていない点で相違している。つまり、中間電極トーチ位置調整機構６０Ｃは、ノブ６３Ｃの回転操作でスライダ６７Ｃを溶接方向（Ｚ方向）に摺動させることによって、トーチクランプ４５Ｃを突合せ方向（矢印ｃ方向）へ移動させて位置調整することができる構造になっている。
中間電極トーチ位置調整機構６０Ｃは、前記先行電極トーチ位置調整機構６０Ａと同様に、ノブ６３Ｃと、送りねじ部材６５Ｃと、固定台６６Ｃと、スライダ６７Ｃと、を備え、ベース５０に配置される。なお、中間電極トーチ位置調整機構６０Ｃは、ベース５０と固定台６６Ｃとの間に、適宜な厚さのスペーサ（図示省略）を介在することによって、垂直方向の高さを調整することも可能である。
【００７９】
中間電極用トーチ３０を移動させるノブ６３Ｃは、１つである。
送りねじ部材６５Ｃは、固定台６６Ｃに設けられた支持板部６６Ｃａに支持されてベース５０に対して水平に配置されている。
固定台６６Ｃは、突合せ方向（Ｘ方向）に向けて延設されたガイドシャフト６６ｃの両端部を保持する支持板部６６Ｃａと、スライダ６７Ｃが摺動する摺動面６６Ｃｅと、を有する側面視して略溝形鋼状の形状をした部材であり、ベース５０上の所定位置にボルト締めされる。
スライダ６７Ｃは、ノブ６３Ｃの回動操作による送りねじ部材６５Ｃの回転に伴って水平な摺動面６６Ｃｅ上を水平方向（矢印ｃ方向）に摺動させて、トーチクランプ４５Ｃを突合せ方向（Ｘ方向）へ移動させる。
【００８０】
≪ベースの構成≫
図７に示すように、ベース５０は、先行電極トーチ位置調整機構６０Ａ、後行電極トーチ位置調整機構６０Ｂ及び中間電極トーチ位置調整機構６０Ｃの固定台６６，６６Ｃをそれぞれ所定位置に載置するための載置用のテーブルであり、厚板金属からなる。ベース５０には、固定台６６，６６Ｃを溶接方向の所定位置に固定する溶接方向位置調整機構６０Ｄの締結具Ｔ３をこのベース５０の板面に沿って移動可能に挿入させる長孔５０ａ（図５参照）が複数形成されている。また、ベース５０には、このベース５０を昇降させる前記右溶接ヘッド部上下動用シリンダ８１（昇降装置）（図５参照）と、ベース５０を突合せ方向に移動させる突合せ用エアシリンダ８３（突合せ方向移動装置）及び不図示の溶接方向エアシリンダ（移動装置）と、このベース５０から被溶接材料１の突合せ方向に突出して配置された位置決めドグ部７０と、がボルト締めされている。
【００８１】
≪溶接方向位置調整機構の構成≫
図１４に示すように、溶接方向位置調整機構６０Ｄは、ベース５０に載置された固定台６６，６６Ｃを溶接方向に水平移動させて、先行電極用トーチ１０、後行電極用トーチ２０、中間電極用トーチ３０の位置をそれぞれの溶接方向の所定位置に調整して固定するものである。溶接方向位置調整機構６０Ｄは、固定台６６，６６Ｃに形成された雌ねじ部６６ｄと、ベース５０に溶接方向に長く形成された長孔５０ａと、この長孔５０ａに溶接方向に微調整できるように移動可能に挿入して固定台６６，６６Ｃの雌ねじ部６６ｄ，６６Ｃｄ（図１３参照）に螺合して固定台６６，６６Ｃを所定位置に固定する位置調整用の締結具Ｔ３と、を備えて構成されている。
【００８２】
≪位置決めドグ部の構成≫
図６及び図７に示すように、位置決めドグ部７０は、ベース５０上に載設された溶接電極用トーチ（１０，２０）及び中間電極用トーチ３０の被溶接材料１に対する水平位置及び垂直位置を正確に倣い決めするための装置である。位置決めドグ部７０は、右溶接ヘッド部上下動用シリンダ８１（図５参照）（昇降装置）と、ベース５０を突合せ方向に移動させる突合せ用エアシリンダ８３（突合せ方向移動装置）等によってベース５０と共にその位置を調整できるようになっている。このため、位置決めドグ部７０は、被溶接材料１に対する各トーチ（１０，２０，３０）の位置を初期調整する際に、突合せ方向の距離を判断できるため、突合せ方向の位置を決定し易くすることができる。
【００８３】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、位置決めドグ部７０は、ベース５０の下面に締結部材Ｔ４で固定された略四角の厚板形状のものからなる。位置決めドグ部７０は、ベース５０に水平な状態に固定された長尺部材７１である。なお、被溶接材料１の近接距離を検出するセンサを備えてもよい。
【００８４】
≪溶接装置の動作≫
次に、図４〜図１１を参照して溶接装置Ｓの動作について説明する。
図４に示すように、溶接装置Ｓで溶接する際には、まず、被溶接材料１の下板２を架台フレーム１４０の脚部１４１，１４１間にレール１５０に沿って配置し、下板２上の所定位置に立板３を載置して固定する。
次に、図５に示す溶接ヘッド部４をヘッドユニット装置２００で被溶接箇所１ａの上方近傍まで送る。そして、溶接ヘッド部４を上下動用シリンダ２７０で被溶接箇所１ａの高さ近傍まで送る。
【００８５】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すトーチクランプ４５の締結部材Ｔ１を一旦緩めて、被溶接材料１の被溶接箇所１ａに対する先行電極用トーチ１０（後行電極用トーチ２０）の軸方向（矢印ａ方向）及び軸回り方向（矢印ｂ方向）の位置を調整する。
なお、この場合、先行電極用トーチ１０は、曲げ部１０ａが屈曲または湾曲状に曲がって形成されたカーブドトーチからなるので、そのトーチを回動させれば、先行電極１１が保持孔４５ａの中心線を中心として軸回り方向（矢印ｂ方向）に回動し、先行電極１１の被溶接箇所１ａに対する前進角及び後退角を調整することが可能である。
【００８６】
次に、トーチクランプ４５の支軸部材４７及びトーチクランプ支持具４８を一旦緩めて、被溶接材料１の被溶接箇所１ａに対する先行電極用トーチ１０（後行電極用トーチ２０）の垂直方向（Ｙ方向）の角度を適切な角度に調整する。
同じようにして、中間電極用トーチ３０の軸方向及び軸回り方向の位置を調整と、被溶接材料１の被溶接箇所１ａに対する先行電極用トーチ１０の垂直方向（Ｙ方向）の角度を適切な角度に調整と、を行なう。
【００８７】
次に、図６及び図１０に示すように、水平位置決め機構６２のノブ６３を回転操作して送りねじ部材６８を回転させることによって、トーチクランプ４５と一体的に移動する水平スライダ部６７Ｘを突合せ方向に移動させて、先行電極用トーチ１０の突合せ方向（Ｘ方向）の位置を微調整する。
【００８８】
さらに、図７〜図９に示すように、垂直位置決め機構６１のノブ６４を回転操作して送りねじ部材６５を回転させることによって、トーチクランプ４５と一体的に移動する垂直スライダ部６７Ｙを垂直方向（Ｙ方向）に移動させて、先行電極用トーチ１０の垂直方向の位置を微調整する。
これと同様にして後行電極用トーチ２０に垂直方向及び突合せ方向の位置を微調整する。
【００８９】
図１２及び図１３に示すように、中間電極用トーチ３０は、ノブ６３Ｃを回動操作させることによって送りねじ部材６５Ｃを回転させることにより、トーチクランプ４５Ｃと一体的に移動するスライダ６７Ｃを突合せ方向（矢印ｃ方向）に移動させて、中間電極用トーチ３０の水平方向の位置を微調整する。
【００９０】
また、各トーチ（１０，２０，３０）の溶接方向の位置を調整する場合は、図１４に示すように、溶接方向位置調整機構６０Ｄの締結具Ｔ３の締結力を緩めて固定台６６，６６Ｃを溶接方向へ移動させて微調整する。これにより、先行電極１１と後行電極２１の極間距離を１５乃至５０ｍｍの範囲に調整する。
【００９１】
《多電極ガスシールドアーク溶接方法》
次に、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法について、適宜、図１〜１４を参照して説明する。
本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法は、前記した多電極ガスシールドアーク溶接装置Ｓを用いて行うことができる。
すなわち、多電極ガスシールドアーク溶接方法は、先行電極１１と、後行電極２１と、を備え、さらに先行電極１１と後行電極２１との間に中間電極３１を備える溶接装置Ｓを用いる溶接方法である。ここで、この溶接方法においては、先行電極１１と、後行電極２１との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定し、先行電極１１、および後行電極２１に逆極性の直流電流を流すとともに、中間電極３１に、定電流特性または垂下特性の交流電流を流して溶接することを特徴とするものである。
【００９２】
次に、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法の具体的な一例について、以下に説明する。
この溶接方法においては、設定工程と、溶接工程と、を有する。以下、各工程について説明する。
【００９３】
（設定工程）
設定工程は、先行電極１１、および後行電極２１をそれぞれ定電圧特性を有する直流電源Ｌ，Ｒの正極に接続し、被溶接材料１を負極に接続する工程と、中間電極３１および被溶接材料１を、定電流特性または垂下特性を有する中間電極用交流電源Ｍに接続する工程と、先行電極１１と、後行電極２１との極間距離を１５乃至５０ｍｍとする工程と、を含む工程である。なお、設定工程中の各工程は、順番は特に規定されるものではなく、順不同で行えばよい。一例として、以下の手順より、設定工程を行なうことができる。
【００９４】
溶接を行う際には、まず、先行電極１１、および後行電極２１をそれぞれ定電圧特性を有する直流電源Ｌ，Ｒの正極に接続し、被溶接材料１を負極に接続する。また、中間電極３１および被溶接材料１を、定電流特性または垂下特性を有する中間電極用交流電源Ｍに接続する。
【００９５】
次に、先行電極１１および後行電極２１の角度を調整する場合には、先行電極１１を後退角に保持し、後行電極２１を前進角に保持する。これらの調整は、溶接装置Ｓが角度調整機構４４を備える場合には、角度調整機構４４により行う。角度調整機構４４については、前記説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
【００９６】
次に、先行電極１１と、後行電極２１との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定する。さらには、必要に応じて、中間電極３１の位置を調整するとともに、各電極の被溶接材料１からの位置を調整する。その際、中間電極３１を、先行電極１１、および後行電極２１が形成した溶融池８に接触するように供給されるように調整することが好ましい。これらの調整は、溶接装置Ｓが位置調整機構６０や溶接方向位置調整機構６０Ｄを備える場合には、位置調整機構６０、溶接方向位置調整機構６０Ｄにより行う。位置調整機構６０、溶接方向位置調整機構６０Ｄについては、前記説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
【００９７】
なお、前記したとおり、これらの手順においては、先行電極１１、後行電極２１および被溶接材料１の直流電源Ｌ，Ｒへの接続、中間電極３１および被溶接材料１の中間電極用交流電源Ｍへの接続、先行電極１１および後行電極２１の角度の調整、各電極の位置の調整などは、本発明の実施に支障がない範囲において、どの順に行ってもよい。
【００９８】
（溶接工程）
溶接工程は、前記設定工程の後に、先行電極１１、後行電極２１、および中間電極３１に電流を供給して溶接を行う工程である。
溶接工程において、直流電源Ｌ，Ｒにより先行電極１１および後行電極２１に逆極性の直流電流を流し、中間電極用交流電源Ｍにより中間電極３１と被溶接材料１との間に定電流特性または垂下特性の交流電流を流して溶接する。
その際、電極送給手段１３および速度制御手段１８により、先行電極１１、後行電極２１、および中間電極３１をそれぞれ、一定の速度により送給することが好ましい。また、中間電極３１を、先行電極１１、および後行電極２１が形成した溶融池８に接触するように供給することが好ましい。
なお、電流を流すこと自体に関しては、各電極に電流を流す順番は特に規定されるものではなく、順不同で行えばよい。また、同時に行ってもよい。
【００９９】
このような多電極ガスシールドアーク溶接方法では、まず、先行電極１１、および後行電極２１の先端にアークを発生させ、被溶接材料１である下板２と立板３との溶接箇所に溶融池８を形成させる。一方、中間電極３１を、溶融池８の湯だまり５に挿入する。その状態で、溶接装置Ｓは各電極を溶接方向へ移動させる。そして、移動した後の溶融池８が、凝固して溶接金属７となる。また、溶接金属７の表面に溶接スラグ１９が形成される。
【０１００】
なお、本発明の溶接方法は前記方法に限定されるものではなく、先行電極１１と、後行電極２１との極間距離を１５乃至５０ｍｍに設定し、先行電極１１、および後行電極２１に逆極性の直流電流を流し、中間電極３１に、定電流特性または垂下特性の交流電流を流して溶接するものであれば、他の方法を採用することもできる。
【０１０１】
このように、従来技術においては、中間電極に直流定電流電源から電流を供給していたが、本発明においては、中間電極に交流定電流電源もしくは交流垂下特性電源を用いる。また、中間電極ワイヤは、ここでは一定速度にて供給する。この場合において、中間電極ワイヤの送給速度は、前記中間電極に交流定電流電源もしくは交流垂下特性電源から供給される電流によるジュール発熱溶融に一致もしくは若干遅い速度に設定しておく。この場合にあっては、前記従来技術で説明したように、中間電極は、前記先行極と、前記後行極とにより形成された溶融池に接触した状態がほぼ維持されるものの、中間電極ワイヤの送給抵抗の変化や溶接物の変化等の外乱により、時として中間電極は前記溶融池から離間する現象が生じる。従来技術においては、この離間時に発生するアークにより溶接が不安定となる現象に基づく溶接欠陥を招く。しかしながら、本発明の構成によれば、前記中間電極と溶融池との離間が生じても、交流電流に伴う交番電流のゼロ点にてアークは切れるため、実質的なアーク発生はなく、従って前記溶融池が乱されることもない。
【０１０２】
さらには、前記先行極の電流と、前記後行極の電流とのアーク磁場干渉が中間電極を流れる交流電流により緩和される。さらに、前記先行極の電流と、前記後行極の電流を高めて高速度溶接を行う条件下においても、それぞれのアーク集中が中間電極を流れる交流電流による発生磁場の影響を受けて溶接方向に広がった状態となる。これにより、高能率溶接下にあっても溶融池が安定して形成される。
【０１０３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１      被溶接材料
１ａ    被溶接箇所
２      下板（被溶接材料）
３      立板（被溶接材料）
４      溶接ヘッド部
５      湯だまり
６      配電盤
７      溶接金属
８      溶融池
９      絶縁ブッシュ
１０    先行電極用トーチ
１１    先行ガスシールドアーク溶接電極（先行電極（電極））
１３    電極送給手段
１４    電極送給速度設定器
１５    電極送給モータ制御回路
１６    電極送給モータ
１７    電極送給ローラ
１８    速度制御手段
１９    溶接スラグ
２０    後行電極用トーチ
２１    後行ガスシールドアーク溶接電極（後行電極（電極））
３０    中間電極用トーチ
３１    中間電極（フィラーワイヤ）
４０    トーチクランプ機構
４０Ａ  先行電極用トーチクランプ機構（トーチ支持機構）
４０Ｂ  後行電極用トーチクランプ機構（トーチ支持機構）
４０Ｃ  中間電極用トーチクランプ機構（トーチ支持機構）
４４    角度調整機構
４５，４５Ｃ  トーチクランプ
４５ａ  保持孔
４５ｂ  切欠溝
４５ｃ  ねじ孔
４６    トーチクランプ取付ステイ
４６ａ  支軸部材挿入孔
４６ｂ  円弧状長孔
４７    支軸部材
４８    トーチクランプ支持具
５０    ベース
５０ａ  長孔
６０    位置調整機構
６０Ａ  先行電極トーチ位置調整機構（位置調整機構）
６０Ｂ  後行電極トーチ位置調整機構（位置調整機構）
６０Ｃ  中間電極トーチ位置調整機構（位置調整機構）
６０Ｄ  溶接方向位置調整機構
６１    垂直位置決め機構
６２    水平位置決め機構
６３，６３Ｃ，６４  ノブ
６５，６５Ｃ，６８  送りねじ部材
６５ａ  雄ねじ部
６６，６６Ｃ  固定台
６６ａ，６６Ｃａ  支持板部
６６ｄ  雌ねじ部
６７，６７Ｃ  スライダ
６９    ガイド部材
７０    位置決めドグ部
８０    溶接ヘッド部移動装置
８１    右溶接ヘッド部上下動用シリンダ（昇降装置）
８２    左溶接ヘッド部上下動用シリンダ（昇降装置）
８３    突合せ用エアシリンダ（突合せ方向移動装置）
１００，１００Ａ  移動装置
１１０  溶接方向移動装置
１２０  走行ローラ
１３０  走行モータ
１４０  架台フレーム
１５０  レール
２００  ヘッドユニット装置
２１０  スタンション
２２０  横方向ガイド
２３０  摺動板
２４０  固定フレーム
２５０  上下動フレーム
２６０  ヘッドユニット横動モータ
２７０  上下動用シリンダ
Ｌ      直流電源（先行電極に接続された直流電源）
Ｎ      ナット
Ｍ      中間電極用交流電源
Ｐ      通電チップ
Ｒ      直流電源（後行電極に接続された直流電源）
Ｓ      溶接装置（多電極ガスシールドアーク溶接装置）
Ｔ１    締結部材
Ｔ３    締結具
【図１】
0005883674.tif 000002
【図２】
0005883674.tif 000003
【図３】
0005883674.tif 000004
【図４】
0005883674.tif 000005
【図５】
0005883674.tif 000006
【図６】
0005883674.tif 000007
【図７】
0005883674.tif 000008
【図８】
0005883674.tif 000009
【図９】
0005883674.tif 000010
【図１０】
0005883674.tif 000011
【図１１】
0005883674.tif 000012
【図１２】
0005883674.tif 000013
【図１３】
0005883674.tif 000014
【図１４】
0005883674.tif 000015