(57)【要約】【課題】作業環境に影響されることなく、溶接後の溶接金属のシールド及び冷却を可能にしたアーク溶接装置及びアーク溶接方法を提供する。【解決手段】溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤ１と被溶接物４の間にアーク１０を発生させて溶接金属１１を形成するためのアーク溶接装置であって、アーク１０の熱影響を受ける被溶接物４の溶接部３表面にドライアイス８ａを供給するドライアイス供給装置８が具備されている。また、このドライアイス供給装置８は、略円筒状に形成されたノズル８ｂと、ノズル８ｂの内孔を給送されて先端から溶接部３に供給するドライアイス８ａの量を制御可能な開閉機構８ｃと、ドライアイス８ａを一時的に貯留可能なホッパー部８ｆとを備えている。【選択図】図２
2007237228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと被溶接物の間にアークを発生させて溶接金属を形成するためのアーク溶接装置であって、
前記アークの熱影響を受ける前記被溶接物の溶接部表面にドライアイスを供給するドライアイス供給装置が具備されていることを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載のアーク溶接装置において、
前記ドライアイス供給装置は、略円筒状に形成されたノズルと、前記ノズル内孔を給送されて前記ノズルの先端から前記溶接部に供給する前記ドライアイスの量を制御可能な開閉機構と、前記ドライアイスを一時的に貯留可能なホッパー部とを備えていることを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項３】
請求項２記載のアーク溶接装置において、
前記ドライアイス供給装置は、前記溶接トーチの溶接の進行方向前方側に前記先端が配されて、前記溶接トーチに一体とされていることを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項４】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと被溶接物の間にアークを発生させて溶接金属を形成するアーク溶接方法であって、
前記アークの熱影響を受ける前記被溶接物の溶接部表面にドライアイスを供給しながら前記溶接金属を形成してゆくことを特徴とするアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製のパネルやフレームなどの母材（被溶接物）同士の接合や肉盛に用いられるアーク溶接装置及びアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば金属製の母材（被溶接物）同士の接合などには、母材と溶加材（溶接ワイヤ、溶接棒）の電極間に発生させたアークによって母材と溶加材を溶融し、この溶融した溶接金属で母材同士を接合するアーク溶接装置が多用されている。この種のアーク溶接装置には、例えば図３に示すような、先端に、送給された溶接ワイヤ１に通電させるコンタクトチップ２ａ及びシールドガスを溶接部３に供給するためのガスノズル２ｂを備えた溶接トーチ２と、母材４とコンタクトチップ２ａに電力を供給する溶接機５と、ドラム６ａに糸巻き状に巻かれた溶接ワイヤ１を溶接トーチ２に送り込む送給装置６と、溶接トーチ２に接続され、溶接トーチ２の先端から噴射させるシールドガスを供給するシールドガス供給装置７とから構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。このアーク溶接装置では、送給装置６から溶接トーチ２に送り込まれた溶接ワイヤ１が、溶接トーチ２の先端から随時外側に送り出される際にコンタクトチップ２ａで通電され、溶接ワイヤ１の先端と母材４の間にアーク１０が形成される。そして、アーク１０の熱により溶接ワイヤ１が溶融するとともに母材４が溶融し、互いが混ざり合った溶接金属（溶接ビード）１１が形成される。一般に、溶接金属１１は、供給した溶接ワイヤ１の分だけ母材４に対し盛り上がるように形成され、この溶接金属１１が硬化（固化）することによって母材４同士が接合する。
【０００３】
一方、溶接直後など未硬化状態の溶接金属１１に大気が接触すると、大量の窒素が溶接金属１１中に溶け込んでしまう。このように大量の窒素が溶け込んだ状態で溶接金属１１が凝固すると、窒素が一気に泡となって析出しそのまま溶接金属１１中に包含されてブローホールやピットなどの溶接欠陥が生じ、溶接部分の著しい機械的強度の低下を招いてしまう。このため、溶接時には、溶接ワイヤ１とともに溶接トーチ２からシールドガスを供給し、アーク１０とともにアーク１０によって溶融した溶融池１２をこのシールドガスで覆って大気から遮断するようにしている。この種のシールドガスには、一般に、炭酸ガス（二酸化炭素）や、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスが用いられている。ちなみに、シールドガスとして炭酸ガスのみを供給したり、炭酸ガスと不活性ガスの混合ガスを供給して行なう溶接は、ＭＡＧ溶接（Metal Active Gas arc welding）と呼ばれ、不活性ガスのみを供給して行なう溶接は、ＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas arc welding）と呼ばれている。
【特許文献１】特開平８−９９１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のアーク溶接装置及びアーク溶接方法においては、溶接直後の溶接金属を覆うように溶接トーチの先端から供給したシールドガスが、風の影響を受け易く、風が吹いている作業環境で溶接を行った場合には、シールドガスが除去されて好適に溶接欠陥の発生を防止できなくなるため、例えば別途防風対策を必要とするなどの問題があった。
【０００５】
また、上記のアーク溶接装置においては、シールドガスが、送り出される溶接ワイヤとともに溶接トーチの先端から噴出するように構成されているため、すなわち溶接トーチのコンタクトチップやこれに送給される溶接ワイヤと同軸でシールドガスを噴射するためのガスノズルが設けられているため、溶接トーチの溶接方向（進行方向）への移動に合わせてシールドガスの供給位置も移動する。このため、溶融直後の溶融池の溶接金属とアークはシールドガスで保護できるが、溶接後の溶接方向後方に位置する未硬化状態の溶接金属の表面を保護することができず、溶接金属の酸化やスラグ生成量の増大を招くという問題があった。これに対し、溶接方向後方側の未硬化状態の溶接金属が十分に冷却されてある程度硬化するまでの間、この前記後方側の溶接金属に別途シールドガスを供給する（アフターシールド）場合もあるが、このような対策を講じることで作業効率の低下を招くという問題があった。
【０００６】
さらに、溶接金属の形成と硬化時の加熱と冷却の温度差によって溶接部に歪みが生じてしまうことがある。このため、溶接直後の溶接金属近傍（溶接部）に、水、低温ガス、ドライアイスなどの冷却剤を吹き付けて早期に冷却を行ない、溶接歪みの発生を防止する場合もあるが、やはり作業効率の低下を招くため、より簡便で確実に溶接歪みの発生を防止できる対策が強く望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑み、作業環境に影響されることなく、簡便でかつ確実に溶接金属のシールド及び早期冷却を施して好適な溶接金属を形成できるアーク溶接装置及びアーク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】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明のアーク溶接装置は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと被溶接物の間にアークを発生させて溶接金属を形成するためのアーク溶接装置であって、前記アークの熱影響を受ける前記被溶接物の溶接部表面にドライアイスを供給するドライアイス供給装置が具備されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のアーク溶接装置において、前記ドライアイス供給装置は、略円筒状に形成されたノズルと、前記ノズル内孔を給送されて前記ノズルの先端から前記溶接部に供給する前記ドライアイスの量を制御可能な開閉機構と、前記ドライアイスを一時的に貯留可能なホッパー部とを備えていることが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明のアーク溶接装置において、前記ドライアイス供給装置は、前記溶接トーチの溶接の進行方向前方側に前記先端が配されて、前記溶接トーチに一体とされていることがより望ましい。
【００１２】
また、本発明のアーク溶接方法は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと被溶接物の間にアークを発生させて溶接金属を形成するアーク溶接方法であって、前記アークの熱影響を受ける前記被溶接物の溶接部表面にドライアイスを供給しながら前記溶接金属を形成してゆくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、溶接部にドライアイスを供給することによって、風が吹いている作業環境においても、溶接直後の溶接金属が大気と接触することを確実に防止できる。
【００１４】
すなわち、溶接部にドライアイスが供給された状態で溶接が行なわれるため、このドライアイスが溶接時の熱によって順次昇華されて、気化した炭酸ガスによって溶接金属を覆うことができる。このため、風が吹いている作業環境においても、ドライアイスで囲まれた溶接金属は、順次昇華して供給される炭酸ガスで常時覆われ、確実に大気との接触が遮断される。これにより、溶接欠陥が生じることが確実に防止できる。
【００１５】
また、シールドガスを流す必要がないため、シールドガス供給装置が不要になるとともに、溶接トーチにガスノズルが不要となり、コンタクトチップのみの構成となることから、狭い箇所での溶接が可能となる。
【００１６】
また、溶接方向後方側の未硬化状態の溶接金属の周辺にドライアイスが残存するように、その供給を行なうことによって、溶接後の溶接金属をも残存したドライアイスの昇華によって炭酸ガスで覆うことができる。さらに、このようにドライアイスを供給することで、溶接直後の溶接部を早期に冷却できるため、溶接歪みを低減させることも可能になる。
【００１７】
さらに、本発明のアーク溶接装置においては、ドライアイス供給装置のホッパー部にドライアイスを供給することにより、ノズル内孔にドライアイスが送給され、ノズルの先端から溶接部にドライアイスを供給することができる。また、開閉機構で内孔の開閉状態を制御することによって、ドライアイスの供給量を調整することができる。これにより、簡易な構成によって簡便で確実にドライアイスを溶接部に供給して上記効果を得ることができる。
【００１８】
また、本発明のアーク溶接装置においては、ドライアイス供給装置が、ドライアイスを供給する先端を溶接トーチの溶接進行方向前方側に配した状態で、溶接トーチに一体とされていることによって、溶接前の溶接部上（被溶接物上）に予めドライアイスを供給でき、溶接部の冷却及び溶接直後の溶接金属のシールドを確実に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法について説明する。本実施形態は、金属製のパネルやフレームなどの母材（被溶接物）同士の接合や肉盛に用いられるアーク溶接装置及びアーク溶接方法に関し、特に粒状のドライアイスを溶接部に供給しながら溶接を行なうアーク溶接装置及びアーク溶接方法に関するものである。
【００２０】
本実施形態のアーク溶接装置Ａは、図１及び図２に示すように、溶接ワイヤ１を通電させるためのコンタクトチップ２ａを備えた溶接トーチ２と、例えば炭素鋼などの金属製の母材４とコンタクトチップ２ａに電気的に接続され、コンタクトチップ２ａに電力を供給する溶接機５と、ドラム６ａに巻かれた溶接ワイヤ１を溶接トーチ２に供給する送給装置６と、溶接部３にドライアイス８ａを散布するドライアイス供給装置８とから構成されている。ここで、溶接部３とは、母材４の溶接に伴う熱により影響を受ける部分を示している。
【００２１】
溶接トーチ２は、図２に示すように、略円筒状のコンタクトチップ２ａが収容されている。また、溶接トーチ２は、送給装置６から送られた溶接ワイヤ１が、コンタクトチップ２ａの内孔に挿通し溶接トーチ２の先端から外側に向けて送給可能とされている。
【００２２】
ドライアイス供給装置８は、略円筒箱状のホッパー部８ｆと、略円筒状のノズル８ｂと、ノズル８ｂの内孔を開閉する開閉弁（開閉機構）８ｃとが主な構成要素とされている。ノズル８ｂは、後端側から先端に向けて漸次その径が小となるテーパー部８ｄと、テーパー部８ｄから一定の径で後端側に延設する供給管部８ｅとから構成されている。また、ノズル８ｂは、その後端にフレキシブルな配管８ｉが接続され、このフレキシブル管８ｉを介して、供給管部８ｅの径よりも大きな径を備えたホッパー部８ｆと接続されている。さらに、ホッパー部８ｆには、開口する後端に、この開口部を閉塞させる蓋体８ｇが着脱可能に設けられている。このように構成されたドライアイス供給装置８は、ホッパー部８ｆを上方に配して使用され、蓋体８ｇを取り外し、ホッパー部８ｆに粒状のドライアイス８ａを供給すると、ホッパー部８ｆに一時的にドライアイス８ａが貯留されるとともに、重力によってこのドライアイス８ａがフレキシブル管８ｉから供給管部８ｅの内孔を自由落下してゆき、ノズル８ｂの先端から散布される。
【００２３】
一方、開閉弁８ｃは、供給管部８ｅの軸線Ｏ１方向略中央に設けられており、ハンドル８ｈを正逆回転させることによって内孔を開閉可能とされている。また、この開閉弁８ｃは、ハンドル８ｈの回転操作によって内孔の開閉状態を調整（制御）でき、ノズル８ｂの先端から散布するドライアイス８ａの量を調整できる。
【００２４】
そして、このように構成されたドライアイス供給装置８は、溶接トーチ２の外周面に接続され軸線Ｏ２略直交方向外側に突出した支持部材９に供給管部８ｅが支持されて、溶接トーチ２と一体とされている。このとき、ノズル８ｂは、溶接トーチ２に対し、溶接時に溶接トーチ２を移動させる進行方向（矢印Ｔ方向）側に位置するように設けられている。また、ドライアイス供給装置８は、ドライアイス８ａを散布するノズル８ｂの先端が、溶接トーチ２の先端と軸線Ｏ２方向の同位置、もしくは僅かに下方に突出するようにして設けられている。
【００２５】
ついで、上記の構成からなるアーク溶接装置Ａを用いてアーク溶接を行なう方法について説明し、本実施形態のアーク溶接装置Ａの作用及び効果について説明する。
【００２６】
本実施形態において、母材４に溶接を施す際には、はじめに、開閉弁８ｃのハンドル８ｈを回転操作してドライアイス供給装置８のノズル８ｂの内孔を閉塞させた状態とする。この状態で、蓋体８ｇを取り外しホッパー部８ｆにドライアイス８ａを供給する。ついで、溶接機５からコンタクトチップ２ａに電力を供給可能な状態にするとともに、送給装置６から溶接ワイヤ１を供給可能な状態にする。これにより、溶接作業の準備が完了する。
【００２７】
このように溶接準備が完了した段階で、溶接作業者は、溶接トーチ２の先端を所定の位置に向けるとともに、溶接トーチ２に対し溶接方向（溶接トーチ２の進行方向）Ｔ側にドライアイス供給装置８のノズル８ｂを位置させる。そして、ハンドル８ｈを回転操作しノズル８ｂの内孔を開放させる。これにより、ドライアイス８ａが供給管部８ｅ内を自由落下してゆき、先端からドライアイス８ａが溶接トーチ２の溶接方向前方に散布されはじめる。このようにドライアイス８ａの散布を開始するとともに、溶接作業者は、例えば溶接トーチ２のレバー２ｃを操作して、コンタクトチップ２ａに電力を供給しつつ溶接トーチ２の先端から溶接ワイヤ１の供給を開始する。これにより、溶接トーチ２の先端から送り出された溶接ワイヤ１の先端と母材４の間にアーク１０が発生し、継続して送り出される溶接ワイヤ１を順次溶融させてゆくとともに、母材４を溶融させてゆく。このとき、アーク発生部には、ドライアイス８ａの昇華による炭酸ガスが存在するため、従来のように別途シールドガスを供給する必要はない。そして、溶接作業者が、溶接トーチ２を溶接方向Ｔに移動させることにより、順次溶融する溶接ワイヤ２と母材４とが混合されて溶接金属１１が形成されてゆく。
【００２８】
ここで、溶接金属１１は、特に形成直後の未硬化状態で大気と接触すると、大量の窒素が内部に取り込まれ、硬化後にブローホールやピットなどの溶接欠陥が発生してしまう。このため、溶接金属１１を覆って大気の接触を阻止するシールドガスの供給を行なっているが、例えば風が吹いている作業環境で溶接を行った場合には、このシールドガスが溶接金属１１の表面から除去されてしまい、好適な溶接金属１１を形成できないという問題があった。
【００２９】
これに対し、本実施形態のアーク溶接装置においては、母材４の溶接部３に溶接に先行してドライアイス８ａを順次供給している。すなわち、溶接方向Ｔに溶接トーチ２を移動させるとともに、ドライアイス供給装置８からドライアイス８ａが溶接トーチ２の進行方向Ｔ前方の母材４上に供給される。このため、アーク１０が母材４を溶融させ、この溶融した母材４と溶融した溶接ワイヤ１が混合する溶融池１２には、常にドライアイス８ａが存在することになる。そして、アーク１０の熱によってドライアイス８ａが昇華し、溶接直後の溶接金属１１の表面を炭酸ガスが覆うことになる。これにより、例えば風が吹いた作業環境で溶接を行なった場合においても、ガス状で供給するシールドガスが溶接金属１１の表面から除去されてしまうのに対し、粒状で供給したドライアイス８ａは、アーク１０の熱が作用する、すなわち母材４を溶融させると同時に昇華して炭酸ガスを発生させるため、溶接金属１１の表面を随時覆って大気の接触を阻止する。
【００３０】
また、本実施形態において、溶接トーチ２の反進行方向側の溶接金属１１の周辺（母材４がアーク１０による熱影響を受ける溶接部３）に、ドライアイス８ａが残存する量とすることで、溶接後の未硬化状態の溶融金属１１が、ドライアイス８ａの昇華で発生する炭酸ガスによりシールドされる。すなわち、溶接後の未硬化状態の溶融金属１１は、その近傍に残存したドライアイス８ａが昇華することにより、炭酸ガスに継続的に覆われて大気との接触が遮断される。このため、本実施形態では、未硬化状態の溶融金属１１が硬化するまで、大気中の窒素がその内部に溶け込むようなことがなく、ブローホールやピットが発生しない好適な溶接金属１１が形成される。
【００３１】
さらに、溶接金属１１は、その形成直後からドライアイス８ａによって冷却され、また、未硬化状態で溶接トーチ２の反進行方向側に位置する溶接金属１１も残存したドライアイス８ａによって冷却されることになるため、溶接金属１１の硬化によって溶接歪みの発生が低減される。
【００３２】
なお、ドライアイス供給装置８からドライアイス８ａが順次母材４上に供給され、ドライアイス供給装置８内のドライアイス８ａが供給に必要な下限レベルまで消費された場合には、溶接を停止して、蓋体８ｇを取り外し新たにドライアイス８ａをホッパー部８ｆ内に供給する。
【００３３】
したがって、本実施形態のアーク溶接装置Ａ及びアーク溶接方法によれば、溶接部３にドライアイス８ａを供給しながら溶接を行なうことによって、風が吹いているなどの作業環境においても好適な溶接金属１１を形成することができる。
【００３４】
また、開閉弁８ｃを調整することにより、ドライアイス８ａの供給量を調整することができ、溶接後の溶融金属１１の周辺にドライアイス８ａを残存させることができるため、溶接後の溶接金属１１をも炭酸ガスで覆って確実に好適な溶接金属１１の形成を行なうことができる。さらに、このようにドライアイス８ａを供給することで、溶接直後の溶接金属１１を早期に冷却できるため、溶接歪みを低減させることが可能になる。
【００３５】
さらに、ドライアイス供給装置８が、ドライアイス８ａを供給する先端を溶接トーチ２の溶接進行方向前方側に配した状態で、溶接トーチ２に一体とされていることによって、溶接前の溶接部３上に予めドライアイス８ａを供給でき、溶接部３の冷却及び溶接直後の溶接金属１１のシールドを確実に行なうことができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ドライアイス供給装置８が溶接トーチ２に支持部材９を介して一体とされているものとしたが、ドライアイス供給装置８は、溶接トーチ２と分離して設けられてもよい。また、本実施形態では、ドライアイス供給装置８のホッパー部８ｆに供給したドライアイス８ａが、重力によって自由落下して供給されるものとしたが、例えばホッパー部８ｆ内を加圧状態として、圧力によって供給するようにしてもよい。このとき、ホッパー部８ｆ内に気体を供給して加圧状態とした場合には、ドライアイス８ａとともにこの気体が先端から噴出することになるため、この気体がアーク１０に影響しないようにドライアイス供給装置８を設置する必要がある。また、この気体は、ドライアイスと同じ成分である炭酸ガスや、その他アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスあるいはこれらの混合ガスであることが望ましい。
【００３７】
また、ホッパー部８ｆとノズル８ｂとがフレキシブル管８ｉで接続されているものとしたが、ホッパー部８ｆをノズル８ｂに一体化してもよい。さらに、ノズル８ｂの先端に、後端側から先端に向けて漸次その径が小となるテーパー部８ｄが設けられているものとしたが、必ずしも先端がテーパー状に形成されていなくてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、ドライアイス８ａが粒状であるものとしたが、スノー状やパウダー状のドライアイス８ａであってもよい。
【００３９】
さらに、本実施形態では、アーク１０及び溶融した溶融金属１１を覆い、かつ溶接後に溶接部３に残存する適正量でドライアイス８ａを供給するものとしたが、例えばサブマージアーク溶接におけるフラックスの供給のように、溶接トーチ２の先端側もしくはこの先端側から外側に送り出された溶接ワイヤ１が、ドライアイス８ａで埋設されるようにドライアイス８ａを供給してもよい。この場合には、ドライアイス８ａ内でアーク１０が発生して母材４が溶融した溶融池１２を完全にドライアイス８ａで覆うことができるため、本実施形態よりもさらに確実に大気と溶接金属１１が接触することを防止できる。
【００４０】
また、従来より使用される溶接トーチを利用し、ドライアイス供給装置８を追加して、シールドガス供給装置７を使用しないことにより、従来装置を転用することができる。また、必要に応じてシールドガス供給装置７からシールドガスを供給することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置を示す図である。
【図２】図１のアーク溶接装置に具備するドライアイス供給装置を示す図である。
【図３】従来のアーク溶接装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１      溶接ワイヤ
２      溶接トーチ
２ａ    コンタクトチップ
２ｂ    ガスノズル
３      溶接部
４      母材
５      溶接機
６      送給装置
７      シールドガス供給装置
８      ドライアイス供給装置
８ａ    ドライアイス
８ｂ    ノズル
８ｃ    開閉弁（開閉機構）
８ｄ    テーパー部
８ｅ    供給管部
８ｆ    ホッパー部
８ｇ    蓋体
１０    アーク
１１    溶接金属
１２    溶融池
Ａ      アーク溶接装置
Ｔ      進行方向（溶接方向）
【図１】
2007237228.tif 000003
【図２】
2007237228.tif 000004
【図３】
2007237228.tif 000005