(57)【要約】【課題】  容易かつ安価でしかも高品質な溶接を可能とするための溶接装置を提供する。【解決手段】  シールドガスホース４によりシールドガス供給系統２に接続される溶接トーチ３を備えるアーク溶接装置１において、シールドガスホース４の出来るだけ溶接トーチ３に近い個所にシールドガス中の水分を除去するための精製装置５を介設すると共に、シールドガスホース４における精製装置５のシールドガス出口から溶接トーチ３のシールドガス出口に至る部分４−１を含んで少なくとも一部を、ガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースにより形成してなることを特徴とする高品質ガスシールドアーク溶接装置である。【選択図】    図２ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスホース（４）によりシールドガス供給系統（２）に接続される溶接トーチ（３）を備えるアーク溶接装置（１）において、前記シールドガスホース（４）の出来るだけ溶接トーチ（３）に近い個所にシールドガス中の水分を除去するための精製装置（５）を介設すると共に、前記シールドガスホース（４）における前記精製装置（５）のシールドガス出口から溶接トーチ（３）のシールドガス出口に至る部分（４−１）を含んで少なくとも一部を、ガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースにより形成してなることを特徴とする高品質ガスシールドアーク溶接装置。
【請求項２】
前記精製装置（５）が、モレキュラーシーブ3A、モレキュラーシーブ４A、モレキュラーシーブ5A、モレキュラーシーブ13X及びこれらの相当品を、単独で、または組み合わせて形成した吸着剤と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属から形成した活性金属触媒を収蔵してなる精製ユニットであり、前記フレキシブルホースが、水分透過係数を０．０３cc・mm/sec・cm2・cmHg×１０10以下とし、かつ曲げ半径を５０ｍｍ以下とするフッ素系樹脂を主材料としてなるホースである請求項２記載の高品質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、溶接欠陥の無い高品質な溶接を行うためのガスシールドアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスシールドアーク溶接としては、消耗電極式のシールドガス溶接法であるミグ溶接やマグ溶接、あるいは、非消耗電極式のシールドガス溶接法であるティグ溶接が知られており、シールドガスとしてAr、CO2、O2、Heなどの単体或いは混合ガスが用いられている。
アルミニウム及びアルミニウム合金、チタン及びチタン合金溶接の場合、溶接は大きく異なる事はなく、ミグ溶接やティグ溶接が用いられている。例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金溶接にあってはアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを用いたティグ溶接が使用されている。
このようなガスシールドアーク溶接の際、品質上での問題となるのは、溶接内部に発生するブローホールや変色である。
【０００３】
そこで、ブローホール、変色を低減させる方法として次のような技術が提案されている。例えば、ブローホールに関しては特許文献１では、溶接ワイヤ供給ノズルからArガスを溶接ワイヤに併せて供給することでアーク雰囲気中に巻き込まれる周辺空気によって生じるブローホールを低減させるものがある。チタン及びチタン合金溶接で問題となる変色に関しては、特許文献２では、酸素を微量添加したシールドガスおよび電流波形制御にてワンダリング現象を抑え、シールドガス治具内にフラップを設け溶融池に純シールドガスを噴出させる溶接方法によって、変色を抑えていることが提案されている。
【特許文献１】特開平５−２３７６６１号公報
【特許文献２】特開２０００−２８００７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、チタン及びチタン合金溶接の場合、変色は酸素によるものであるとされ、チタン及びチタン合金の温度が４００℃付近で酸素と結びつきTiO2となり変色の要因となる。その酸素発生起因としては、母材及び溶接ワイヤ中に固溶、付着している酸素及び酸化物、シールドガス中の酸素、アーク雰囲気中に巻き込まれた周辺空気等が原因である。
その内、特にアーク雰囲気中に巻き込まれた周辺空気とシールドガス中の酸素よる影響が大きいと考えられている。
【０００５】
また、アルミニウム及びアルミニウム合金溶接、またはチタン及びチタン合金溶接の場合、ブローホールの主たる要因は、水素によるものであるとされ、アルミニウム、アルミニウム合金及びチタンの溶融金属が凝固する際、急激に水素の溶解度が低下することが知られている。その水素発生起因としては、母材及び溶接ワイヤに付着または吸着された水分、有機物、腐食生成物などがアーク中で分解することにより水素が生じること、母材及び溶接ワイヤ中に水素が固溶していること、アーク雰囲気中に巻き込まれた周辺空気とシールドガス中の水分が原因で水素が発生することが挙げられる。その内、特にアーク雰囲気中に巻き込まれた周辺空気とシールドガス中の水分による影響が大きいと考えられている。
【０００６】
ところで、トーチ出口におけるシールドガスはトーチまでのガス経路で外部の酸素、水分の浸入により著しく不純物を含むことが知られている。水分を例に挙げると、元々ボンベ内にて水分濃度が１０mg/ｍ3(露点−６０℃)であったシールドガスが、調整器、ホース、ジョイント部、トーチを通る間に外部から水分が混入し、トーチ出口では１３０ mg/ｍ3 (露点−３７℃)になることが、図1の溶接シールドガスの純度低下傾向図（『マグ・ミグ溶接の欠陥と防止対策』注：社団法人
日本溶接協会より抜粋）にて示されている。
このトーチ出口にて不純物が多い状況で溶接する際、溶接欠陥を低減する方法として、現状では溶接技術者のテクニック、勘などの経験に頼るケースが多い。アルミニウム溶接及びアルミニウム合金溶接の場合、水分に起因するブローホールの低減のためにホース内のパージを長時間行い、トーチ出口までの配管内の水分を除去する方法が取られているが、溶接時以外、大量にガスを用いるため効率的ではなく、また、シールドガスに用いるガスに高純度ガスを用いる方法もあるが、ガスコストが高くなる欠点がある。
【０００７】
シールドガスに外部より浸入する不純物を低減する方法として、金属配管を用いる方法があるが、配管に柔軟性が無いため、作業性を著しく低下する欠点がある。現在、アルミニウム溶接及びアルミニウム合金溶接、チタン溶接及びチタン合金溶接の場合、トーチ出口部分におけるシールドガスの不純物が、溶接欠陥の発生に大きく関係しているにも係わらず、作業性を維持しながらトーチ出口のシールドガス中の不純物を低減する容易で汎用的な先行技術は前掲の特許文献を含めて窺われるものが殆ど見受けられない。
【０００８】
本発明は、ガスシールドアーク溶接時に溶接機直前にてシールドガスの高純度化を行わせると共に、柔軟性があり、ガスバリア性、撥水性が高いシールドホースを用いる手段を採用することで、容易かつ安価でしかも高品質な溶接を可能とするための溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述する目的を達成して課題を解決するべく、本発明に係る請求項１に記載の発明においては、シールドガスホース４によりシールドガス供給系統２に接続される溶接トーチ３を備えるアーク溶接装置１において、前記シールドガスホース４の出来るだけ溶接トーチ３に近い個所にシールドガス中の水分を除去するための精製装置５を介設すると共に、前記シールドガスホース４における前記精製装置５のシールドガス出口から溶接トーチ３のシールドガス出口に至る部分４−１を含んで少なくとも一部を、ガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースにより形成してなることを特徴とする高品質ガスシールドアーク溶接装置である。
【００１０】
又、上記課題を解決するべく、本発明に係る請求項２に記載の発明においては、上記の請求項１記載の高品質ガスシールドアーク溶接装置に関して、前記精製装置５が、モレキュラーシーブ3A、モレキュラーシーブ4A、モレキュラーシーブ5A、モレキュラーシーブ13X及びこれらの相当品を、単独で、または組み合わせて形成した吸着剤と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属から形成した活性金属触媒を収蔵してなる精製ユニットであり、前記フレキシブルホースが、水分透過係数を０．０３cc・mm/sec・cm2・cmHg×１０10以下とし、かつ曲げ半径を５０ｍｍ以下とするフッ素系樹脂を主材料としてなるホースである構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述する構成を備える本発明によれば、溶接トーチの出口におけるシールドガスの水分濃度を１０ppm以下に下げてシールドガスを再高純度化させることができるので、特にアルミニウム及びアルミニウム合金の溶接に際してブローホールが発生せず、安価で極めて高品質な溶接部を得ることが可能である。また、チタン及びチタン合金の溶接においては、変色が低減できて、安価で極めて高品質な溶接部を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら以下に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るアーク溶接装置の装置系統図である。図示のアーク溶接装置１は被溶接材に再接近してアーク溶接を行わせるための溶接トーチ３を備える。
【００１３】
上記溶接トーチ３は該トーチ内のホースを可撓性（フレキシブル）のシールドガスホース４によりシールドガス供給系統２に接続させて工業用アルゴンガス等のシールドガスが供給されるようになっている。図２ではシールドガス供給系統２として工業用のボンベが例示されるが、その他に溶接工場内に張り巡らしたシールドガス供給管路等がある。
【００１４】
上記シールドガスホース４には、その途中で出来るだけ溶接トーチ３に近い個所にシールドガス中の水分を除去するための精製装置５を介設される。この精製装置５は、シールドガス中の水分除去のための吸着剤と活性金属触媒を筐体内に収蔵してらなる精製ユニットが用いられ、吸着剤としては合成ゼオライトなどの水分除去能力の高いもの、例えばモレキュラーシーブ3A、モレキュラーシーブ４A、モレキュラーシーブ5A、モレキュラーシーブ13X及びこれらの相当品を、単独で、または組み合わせて使用することでき、一方、活性金属触媒としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属が用いられている。
【００１５】
さらに、上記シールドガスホース４は、前記精製装置５のシールドガス出口から溶接トーチ３のシールドガス出口に至る部分４−１を含んで一部又は全部を、ガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースにより形成されている。このガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースとしては、水分透過係数を０．０３cc・mm/sec・cm2・cmHg×１０10以下とし、かつ曲げ半径を５０ｍｍ以下とするフッ素系樹脂を主材料としてなるホースが好適なものとして挙げられる。
【００１６】
このように、精製装置５をアーク溶接装置１の直前に介設することでシールドガスの再高純度化を行い、また、シールドガスホース４としてガス透過性が極めて低く、撥水性が高いフレキシブルホースを用いることにより、溶接トーチ３出口部分におけるシールドガス中の不純物を大幅に低減することが可能であって、その結果、低コストで高品質な溶接を行うことができる。
【００１７】
即ち、溶接トーチ出口でのシールドガス中水分濃度の推移が示される図３を参照すれば明らかなように、本発明に係る装置では太実線で示される通り、溶接トーチ出口での水分濃度が10ppm以下となり、また、溶接トーチの出口でのシールドガス中酸素濃度の推移が示される図４を参照すると、本発明に係る装置では太実線示の通り、溶接トーチ出口での酸素濃度が0.3ppm以下であって、これらによって極めて高純度化された状態のシールドガスが溶接部に供給されることから、高品質な溶接を行うことができるのである。
【００１８】
ここで、シールドガス中の水分量が溶接部におけるブローホールの発生にどのような影響を与えるかについて再度検討すると、図５におけるシールドガス中水分量に対するブローホール発生状況比較を示す図面代用写真から判るように、水分濃度が４０ppmのときにはブローホールが多く発生しており、３０ppmから２０ppmに減少するにつれてブローホール発生が著しく緩和されるに至り、６ppmになるとブローホールは全く発生しなくなっていて、このように溶接トーチの出口におけるシールドガスの水分濃度を１０ppm以下に下げてシールドガスを再高純度化させることで、特にアルミニウム及びアルミニウム合金の溶接に際してブローホールが発生せず、安価で極めて高品質な溶接部を得ることが明らかにされる。
【００１９】
また、シールドガスホース４としてガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースを用いる点に関して考察するに、シールドガスホースの材質別によるガス離脱性能比較線図である図6を参照すれば判るように、可撓性を備える各材料の中ではPTFEが銅（金属）よりも優れ、かつステンレス鋼にも匹敵する有利性を持つことが明らかである。このことは、シールドガスホースの材質別による水分透過係数及び最少曲げ半径の比較表である図7によっても表される通り、本発明に係るフレキシブルホースが水分透過係数及び最小曲げ半径の２点で優れていて溶接トーチ用のシールドガスホースに好適であることを明示している。
【実施例】
【００２０】
次に本発明の効果を確認するため、実際にアルミニウム溶接及びチタン溶接を行い、前者の場合においてはブローホール発生状況を評価し、後者の場合においてはチタン変色程度を評価した。
アルミニウム溶接の場合、先ず、シールドガスホースとして一般ガスホースを用いてガスアルゴン中の水分濃度を変化させたときのブローホール発生数を調べた。このときの溶接条件は、６０°V開先（下向き、２層盛）、ガスアルゴン、流量：１０L/min、母材A5052、溶接ワイヤ：A5356−WYとした。その結果は、下記表１に示す通りである。
【００２１】
【表１】
2006263734.tif 000003
【００２２】
同じくアルミニウム溶接の場合で、シールドガスホースとして本発明に係る再高純度化を図らせたもの、即ち、シールドガスホース全部がガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースであってその途中に前記精製装置５を介設したものについて、比較例として挙げた一般ガスホースを用いたものとの２者に関して、それぞれブローホール発生数を調べた。このときの溶接条件は、６０°V開先（下向き、２層盛）、ガスアルゴン、流量：１０L/min、母材A5052、溶接ワイヤ：A5356−WYとした。その結果は、下記表２に示す通りである。
【００２３】
【表２】
2006263734.tif 000004
【００２４】
上記表１，２の結果から判るように、本発明の実施によってアルミニウム（アルミニウム合金）の溶接に際してブローホールが全く発生しないことが正しく評価されるものである。
【００２５】
次いで、チタン溶接の場合、先ず、シールドガスホースとして一般ガスホースを用いてガスアルゴン中の水分濃度を変化させたときの溶接部変色の程度を調べた。このときの溶接条件は、下向き、ガスアルゴン、流量：１０L/min、母材JIS１種  突出し長さ 5mm アークタイム 10secとした。その結果は、下記表３に示す通りである。
【００２６】
【表３】
2006263734.tif 000005
【００２７】
同じくチタン溶接の場合で、シールドガスホースとして本発明に係る再高純度化を図らせたもの、即ち、シールドガスホース全部がガスバリア性及び高撥水性を備えるフレキシブルホースであってその途中に前記精製装置５を介設したものについて、比較例として挙げた一般ガスホースを用いたものとの２者に関して、それぞれブローホール発生数を調べた。このときの溶接条件は、下向き、ガスアルゴン、流量：１０L/min、母材JIS１種  突出し長さ 5mm アークタイム 10secとした。その結果は、下記表４に示す通りである。
【００２８】
【表４】
2006263734.tif 000006
【００２９】
上記表３，４の結果から判るように、本発明の実施によってチタン（チタン合金）の溶接に際して変色がなくて銀白色の本来の地色を保持し得ることが正しく評価されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】アーク溶接装置における溶接シールドガスの純度低下傾向図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るアーク溶接装置の装置系統図である。
【図３】溶接トーチ出口でのシールドガス中水分濃度の比較示推移線図である。
【図４】溶接トーチ出口でのシールドガス中酸素濃度の比較示推移線図である。
【図５】シールドガス中水分量に対するブローホール発生状況比較を示す図面代用写真である。
【図６】シールドガスホースの材質別によるガス離脱性能比較線図である。
【図７】シールドガスホースの材質別による水分透過係数及び最少曲げ半径の比較表である。
【符号の説明】
【００３１】
１…アーク溶接装置
２…シールドガス供給系統
３…溶接トーチ
４…シールドガスホース
４−１…シールドガスホースの部分
５…精製装置  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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