(57)【要約】【課題】シールドガスの使い捨てを避けることができるアーク溶接装置を提供する。【解決手段】ガス供給機構１から供給されるシールドガス９を溶接トーチ２から噴射しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置１００である。このアーク溶接装置１００は、溶接トーチ２の近傍で溶接トーチ２から噴射されたシールドガス９を回収し、ガス供給機構１に導入するガス回収機構３を備える。ガス回収機構３を備えるアーク溶接装置１００によれば、アーク溶接に使用したシールドガス９を回収して、シールドガス９に含まれる成分を再利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給機構から供給されるシールドガスを溶接トーチから噴射しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置であって、
前記溶接トーチの近傍で前記溶接トーチから噴射されたシールドガスを回収し、前記ガス供給機構に導入するガス回収機構を備えるアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスを用いたアーク溶接を行うアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からシールドガスを用いたアーク溶接を行うアーク溶接装置が知られている（例えば特許文献１参照）。アーク溶接装置は、溶接ワイヤを供給しながらアーク放電を発生させる溶接トーチと、溶接トーチに給電する溶接機と、アークを空気から遮断するシールドガスを溶接トーチに供給するガス供給機構と、溶接トーチに溶接ワイヤを供給するワイヤ供給機構と、を備える。
【０００３】
アークを大気から遮断するシールドガスには、炭酸ガスや不活性ガスを用いることができる。また、複数種のガスを混合した混合ガスをシールドガスに用いることもできる。例えば炭酸ガスにアルゴンガスや酸素ガス、ヘリウムガスを混合した混合ガスをシールドガスとして用いることが挙げられる。混合ガスを用いる場合、各ガスの混合比を調整することで、アーク溶接時のスパッタの発生を抑制したり、溶接による接合強度を高めたりすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１４３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のアーク溶接装置では、溶接トーチから噴射されるシールドガスを使い捨てにしているという問題がある。特に、溶接の品質を向上させるヘリウムなどの不活性ガスは高価で貴重な資源であるため、シールドガスの使い捨てを避けたいというニーズがある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、シールドガスの使い捨てを避けることができる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】
【０００７】
本発明は、ガス供給機構から供給されるシールドガスを溶接トーチから噴射しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置に係る。この本発明のアーク溶接装置は、前記溶接トーチの近傍で前記溶接トーチから噴射されたシールドガスを回収し、前記ガス供給機構に導入するガス回収機構を備える。
【発明の効果】
【０００８】
ガス回収機構を備えるアーク溶接装置によれば、アーク溶接に使用したシールドガスを回収して、シールドガスに含まれる成分を再利用することができる。その結果、貴重な不活性ガスを含むシールドガスの使用頻度を増やすことができる。
【０００９】
また、シールドガスを再利用することができる上記アーク溶接装置によれば、アーク溶接のランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に示すアーク溶接装置の概略図である。
【図２】実施形態２に示すアーク溶接装置の溶接トーチ近傍の概略図である。
【図３】実施形態３に示すアーク溶接装置の溶接トーチ近傍の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のアーク溶接装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
＜実施形態１＞
【００１３】
図１に示す本例のアーク溶接装置１００は、ガス供給機構１から供給されるシールドガス９を溶接トーチ２の先端から噴射しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置１００であって、さらに溶接トーチ２の近傍で溶接トーチ２から噴射されたシールドガス９を回収し、ガス供給機構１に導入するガス回収機構３を備える。なお、アーク溶接装置１００は、従来の構成と同様に溶接機およびワイヤ供給機構を備えているが、図１ではこれらの図示を省略している。
【００１４】
≪溶接トーチ≫
溶接トーチ２は、トーチ本体２０と、トーチ本体２０の先端に形成されるノズル２１と、を備える。トーチ本体２０は、溶接ワイヤ８をノズル２１の先端に案内すると共に、溶接ワイヤ８に給電するコンタクトチップ２２を備えている。また、トーチ本体２０は、ガス供給機構１からのシールドガス９をノズル２１内に導入し、アーク溶接の間中、ノズル２１の先端からシールドガス９を噴射させる。
【００１５】
≪ガス供給機構≫
本例のガス供給機構１は、バッファタンク１０と、第一ガス９１を貯留する第一タンク１１と、第二ガス９２を貯留する第二タンク１２と、を備える。第一タンク１１と第二タンク１２とは、バッファタンク１０に繋がっており、両タンク１１，１２からバッファタンク１０に供給されたガス９１，９２がバッファタンク１０内で混合され、シールドガス９として溶接トーチ２に供給される。さらに、シールドガス９を構成するガス９１，９２とは異なるガス（シールドガス９を構成するガス）を貯留するタンクをバッファタンク１０に繋げても構わない。
【００１６】
第一ガス９１および第二ガス９２には、炭酸ガス、アルゴンガス、酸素ガス、一酸化炭素ガス、ヘリウムガス、あるいはこれらのうちの二種類以上を混合した混合ガスなどを利用することができる。例えば、第一ガス９１として炭酸ガスを、第二ガス９２としてアルゴンガスを利用することが挙げられる。
【００１７】
ここで、本例のガス供給機構１では、バッファタンク１０内の第一ガス９１と第二ガス９２の濃度を測定する濃度計１０ｃが設けられている。その濃度計１０ｃの測定結果を考慮して、各タンク１１，１２からバッファタンク１０へのガス９１，９２の供給量を制御することで、被溶接部分の溶接に最適なシールドガス９を作製することができる。ガス９１，９２の供給量は、図示しないティーチングペンダントなどを用いて作業者が調節しても良いし、コンピュータが自動で調節しても良い。後者の場合、バッファタンク１０内のガス９１，９２の濃度と、タンク１１，１２からのガス９１，９２の供給量と、の相関関係に基づいて、コンピュータにガス９１，９２の供給量を調節させると良い。例えば、上記相関関係をコンピュータのメモリに予め記憶させておき、コンピュータが、その相関関係に濃度計１０ｃの測定結果を照らし合わせて、ガス９１，９２の供給量を制御するように構成する。
【００１８】
≪ガス回収機構≫
本例のガス回収機構３は、回収配管３０と、窒素除去機構３１と、リターン配管３２と、吸引機３３と、を備える。回収配管３０の一端は溶接トーチ２の先端近傍に開口し、その開口部から使用済みのシールドガス９を吸引・回収する。回収配管３０の他端は窒素除去機構３１に繋がっている。回収配管３０の内部には、アーク溶接の際に発生するスパッタをフィルタリングするスパッタ除去フィルタ３０ｆが設けられている。
【００１９】
窒素除去機構３１は、回収した気体から窒素を除去する機能を有し、必要に応じて設けられる。回収配管３０で吸引した気体には、シールドガス９の他に大気が混入する。大気中の窒素は、アーク溶接において溶接の品質を低下させる要因となる。そのため、窒素除去機構３１によって、回収配管３０で回収した気体からでき得る限り窒素を除去することが好ましい。窒素除去機構３１には公知の構成を利用することができる。
【００２０】
リターン配管３２は、窒素除去機構３１を経た気体を、前述のガス供給機構１に導入する配管である。本例においては、リターン配管３２はバッファタンク１０に繋がっており、回収配管３０を介して回収されたシールドガス９を含む気体は、バッファタンク１０に導入される。バッファタンク１０では、上述したようにシールドガス９の成分の調節を行っているので、回収した気体を導入してもシールドガス９がアーク溶接に不適切なものとなる可能性は低い。
【００２１】
ここで、リターン配管３２の位置にバルブを設け、回収した気体のバッファタンク１０への供給量を調整可能に構成しても良い。この場合、バルブでバッファタンク１０への気体の供給量を調整しつつ、タンク１１，１２からのガス供給量を多くすれば、バッファタンク１０内の混合ガス（シールドガス９）中の窒素濃度を許容できるレベルにまで低減することが可能である。
【００２２】
上記リターン配管３２には、吸引機３３が設けられている。吸引機３３は、回収配管３０から気体を吸い込ませるための構成であって、公知の構成を利用することができる。
【００２３】
≪効果≫
以上説明したアーク溶接装置によれば、以下の効果を得ることができる。
【００２４】
［１］ガス回収機構３を備えるアーク溶接装置１００によれば、アーク溶接に使用したシールドガス９を再利用することができる。その結果、貴重な不活性ガスを含むシールドガス９の使用頻度を増やすことができる。例えば、複数の被溶接部分を有する溶接対象（例えば、車両など）を生産する際、貴重な不活性ガスを用いた溶接品質に優れる被溶接部分の数を増やすことができ、溶接対象全体の品質を向上させることができる。
【００２５】
［２］シールドガス９を再利用することができる上記アーク溶接装置１００によれば、アーク溶接のランニングコストを低減できる。そのため、例えば、複数の被溶接部分を有する溶接対象を生産する際、その生産コストを下げることができる。
【００２６】
＜実施形態２＞
実施形態２では、実施形態１とは異なるガス回収機構４を備えるアーク溶接装置を図２に基づいて説明する。実施形態２のアーク溶接装置は、溶接トーチの一部とガス回収機構４の回収配管４０の構成のみが実施形態１と異なる。従って、図２では、溶接トーチとその近傍に設けられる回収配管４０のみを図示し、それ以外の構成については説明を省略する。
【００２７】
実施形態２の溶接トーチは、実施形態１の溶接トーチ２よりも長いノズル２４を備え、それ以外のトーチ本体２０とコンタクトチップ２２は、実施形態１と同様である。ノズル２４は、コンタクトチップ２２と溶接ワイヤ８を内部に収納する長さを有している。そのため、溶接ワイヤ８の先端近傍のアーク放電部をシールドガス９で確実に覆うことができる。
【００２８】
上記ノズル２４に対して、本例のガス回収機構４の回収配管４０は、ノズル２４の先端側の側面に繋がっている。そのため、ノズル２４内でアーク放電部に噴射された使用済みシールドガス９は、図中の矢印に示すように、回収配管４０に回収される。ノズル２４における回収配管４０の接続位置は、コンタクトチップ２２の先端よりも溶接ワイヤ８側に設けておくことが好ましい。より好ましくは、ノズル２４の先端ぎりぎりの位置に回収配管４０を接続する。
【００２９】
実施形態２の構成によれば、ノズル２４でアーク放電部全体が覆われているため、回収配管４０から回収する気体に空気（窒素など）が含まれ難くなる。また、ノズルの先端部に回収配管が繋がっているため、ノズルの移動に伴って、回収配管４０も追従させることができる。
【００３０】
＜実施形態３＞
実施形態３では、実施形態１，２とは異なるガス回収機構５を備えるアーク溶接装置を図３に基づいて説明する。実施形態３のアーク溶接装置は、ガス回収機構５の回収配管５０の構成のみが実施形態１と異なる。従って、図３では、溶接トーチとその近傍に設けられる回収配管５０のみを図示し、それ以外の構成については説明を省略する。
【００３１】
本例のガス回収機構５の回収配管５０は、溶接トーチ２の大部分をほぼ同軸状に内部に収納する構成となっている。回収配管５０と溶接トーチ２との間には、両者のクリアランスを確保すると共に回収された気体の流通を許容する適宜なスペーサ（図示略）が介在される。この構成の場合、ノズル２１の先端から噴射されたシールドガス９は、回収配管５０の内周面と溶接トーチ２の外周面との隙間から回収される。この回収配管５０の先端は、ノズル２１の先端よりも短くすることが好ましい。そうすることで、ノズル２１から噴射されたシールドガス９がアーク放電部を覆う前に回収配管５０から回収されることを抑制することができる。
【００３２】
実施形態３の構成によれば、回収配管５０の開口部がノズル２１の先端のごく近傍に配置されるため、実施形態２と同様に、回収配管５０から回収する気体に空気が含まれ難くなる。また、回収配管５０が溶接トーチ２と一体の長尺材として構成されるため、溶接トーチ２と回収配管５０を個別に取り回す必要がない。
【００３３】
＜実施形態４＞
図１に示す実施形態１のリターン配管３２は、バッファタンク１０とは別の貯留タンクに繋がっていても良い。その場合、貯留タンクで回収した気体から時間をかけて不要な気体（窒素など）を除去することができる。この貯留タンクを必要に応じてバッファタンク１０に繋げ、回収した気体を適宜バッファタンク１０に導入すると良い。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のアーク溶接装置は、鉄鋼材料の溶接に好適に利用可能である。特に、本発明のアーク溶接装置は、車両の各部の溶接に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１００  アーク溶接装置
１  ガス供給機構
１０  バッファタンク  １１  第一タンク  １２  第二タンク  １０ｃ  濃度計
２  溶接トーチ
２０  トーチ本体  ２１，２４  ノズル  ２２  コンタクトチップ
３，４，５  ガス回収機構
３０，４０，５０  回収配管  ３１  窒素除去機構  ３２  リターン配管
３３  吸引機  ３０ｆ  スパッタ除去フィルタ
８  溶接ワイヤ
９  シールドガス  ９１  第一ガス  ９２  第二ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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