(57)【要約】【課題】被溶接部分の溶接に最適な組成のシールドガスを速やかにアーク近傍に供給することができるアーク溶接装置を提供する。【解決手段】複数の原料ガス９１，９２の混合比を調整した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、複数の原料ガス９１，９２の混合を溶接トーチ１内で行えるように、少なくとも一つの原料ガス９１（９２）を溶接トーチ２の外部から内部に導入するガス配管５１（５２）と、溶接トーチ１への各原料ガス９１，９２の導入量を個別に制御するガス導入量制御機構６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の原料ガスの混合比を調整した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、
前記複数の原料ガスの混合を前記溶接トーチ内で行えるように、少なくとも一つの前記原料ガスを前記溶接トーチの外部から内部に導入するガス配管と、
前記溶接トーチへの前記各原料ガスの導入量を個別に制御するガス導入量制御機構と、
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】
図４に示すように、従来からシールドガス９を用いたアーク溶接を行うアーク溶接装置１００が知られている（例えば特許文献１参照）。アーク溶接装置１００は、溶接ワイヤ８を供給しながらアーク放電を発生させる溶接トーチ１と、溶接トーチ１に給電する溶接機２と、アークを空気から遮断するシールドガス９を溶接トーチ１に供給するガス供給機構３と、溶接トーチ１に溶接ワイヤ８を供給するワイヤ供給機構４と、を備える。
【０００３】
アークを大気から遮断するシールドガス９には、炭酸ガスや不活性ガスを用いることができる。また、複数種の原料ガスを混合した混合ガスをシールドガス９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９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。
【０００４】
図４に示すアーク溶接装置１００のガス供給機構３は、原料ガス９１を貯留するガスタンク３１と、原料ガス９１とは異なる原料ガス９２を貯留するガスタンク３２と、を備えており、これら原料ガス９１,９２の混合を混合機３０のバッファタンク３０ｔで行っている。各タンク３１，３２からの原料ガス９１，９２は、溶接機２を介して溶接トーチ１に導入され、シールドガス９としてアーク近傍に噴射される。また、この構成では、各タンク３１，３２からの原料ガス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組成（混合比）を有するシールドガス９をバッファタンク３０ｔで生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかし、従来のアーク溶接装置では、被溶接部分の溶接に最適な組成のシールドガスを速やかにアーク近傍に供給することが困難であるという問題がある。従来のアーク溶接装置では、溶接機２よりも上流側の混合機３０でガスの混合を行っており、その混合機３０から溶接トーチ１までの間に、混合比を切り換える前の最適でないシールドガスが残存しているからである。残存しているシールドガスを用いて溶接を行うと、溶接の品質が低下する恐れがある。一方、最適なシールドガスに切り替わるまで残存しているシールドガスを排気すれば溶接の品質が低下することはないが、シールドガスが無駄に消費されるという問題がある。
【０００７】
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、被溶接部分の溶接に最適な組成のシールドガスを速やかにアーク近傍に供給す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】
【０００８】
本発明は、複数の原料ガスの混合比を調整した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、前記複数の原料ガスの混合を前記溶接トーチ内で行えるように、少なくとも一つの前記原料ガスを前記溶接トーチの外部から内部に導入するガス配管と、前記溶接トーチへの前記各原料ガスの導入量を個別に制御するガス導入量制御機構と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の構成によれば、従来の構成よりも速やかに、被溶接部分の溶接に最適な組成のシールドガスをアーク近傍に供給することができる。そのため、最適でないシールドガスを用いた溶接が行われることを回避することができる。加えて、従来のアーク溶接装置に用いられていた原料ガスの混合機を省略することができる。
【００１０】
また、本発明の構成によれば、シールドガスの組成を速やかに切り換えることができるため、無駄なシールドガスの排出を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係るアーク溶接装置に備わる溶接トーチとガス導入量制御機構の概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、トーチ本体に対するインジェクタの取付状態を示す概略図である。
【図３】実施形態２に係るアーク溶接装置に備わる溶接トーチとガス導入量制御機構の概略構成図である。
【図４】アーク溶接装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
＜実施形態１＞
アーク溶接装置は、図４に示す従来の構成と同様に、溶接トーチ１と、溶接機２と、ガス供給機構３と、ワイヤ供給機構４と、を備える。本例のアーク溶接装置の従来との主な相違点は、溶接トーチ１とガス供給機構３に関連する部分にある。
【００１４】
本例の溶接トーチ１は、図１に示すように、トーチ本体１０と、トーチ本体１０の先端に形成されるノズル１１と、を備える。トーチ本体１０は、溶接ワイヤ８をノズル１１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１２を備えている。また、トーチ本体１０は、ノズル１１内にシールドガス９を導入し、アーク溶接の間中、ノズル１１の先端からシールドガス９を噴射させる。
【００１５】
上記溶接トーチ１のトーチ本体１０には、原料ガス９１をトーチ本体１０の外部から内部に導入するガス配管５１と、原料ガス９１とは異なる原料ガス９２をトーチ本体１０の外部から内部に導入するガス配管５２と、が接続されている。これらガス配管５１とガス配管５２とはそれぞれ、図４に示すような原料ガス９１を貯留するガスタンク３１と原料ガス９２を貯留するガスタンク３２とに接続されている。しかし、本例の構成では、図４に例示する混合機３０が設けられておらず、また図４の例示と異なり、ガス配管５１とガス配管５２とはトーチ本体１０以外の部分では繋がっていない。
【００１６】
上記配管５１，５２を流れる原料ガス９１および原料ガス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、原料ガス９１として炭酸ガスを、原料ガス９２としてアルゴンガスを利用することが挙げられる。原料ガス９１と原料ガス９２はトーチ本体１０内で混合され、混合ガスになる。この混合ガスは、ノズル１１内に導入され、シールドガス９としてノズル１１の先端から噴射される。
【００１７】
本例におけるガス配管５１とガス配管５２のトーチ本体１０との接続部分は、電磁弁を備えるインジェクタ５１ｉ，５２ｉで構成されている。電磁弁は信号線６ｓを介してガス導入量制御機構６に繋がっており、各インジェクタ５１ｉ，５２ｉの電磁弁の開度は個別に制御される。つまり、ガス導入量制御機構６によって、各ガス配管５１，５２からトーチ本体１０の内部への原料ガス９１と原料ガス９２の導入量が個別に制御される。インジェクタ５１ｉ，５２ｉにおける流量の管理、即ち原料ガス９１，９２の導入量の管理は、電磁弁の開度だけでなく開放する回数（パルス制御）で調整しても良い。ここで、原料ガス９１または原料ガス９２の導入量をゼロとする制御を行うことも可能である。例えば、原料ガス９２（原料ガス９１）の導入量をゼロとし、原料ガス９１（原料ガス９２）のみからなるシールドガス９を用いてアーク溶接を行っても良い。なお、このガス導入量制御機構６に、溶接トーチ１を保持するロボットアーム（図４参照）の駆動を制御させても良い。また、ロボットアームを制御するコンピュータに、インジェクタ５１ｉ，５２ｉを制御させても良い。
【００１８】
ガス導入量制御機構６による原料ガス９１と原料ガス９２の導入量は、作業者がティーチングペンダント６０で入力した情報に基づいて調節することができる。その他、アーク溶接装置に備わるコンピュータが、各原料ガス９１，９２の導入量を自動で調節する構成とすることもできる。例えば、図４に示すような溶接トーチ１をアームで支持するアーク溶接装置で車両の溶接を行う場合、アームの位置に基づいて、車両のどの位置の被溶接部分の溶接を行っているかをコンピュータに把握させる。そして、特定の被溶接部分に最適な混合比となるように、コンピュータにガス導入量制御機構６を制御させる。各被溶接部分に最適な混合比は、コンピュータのメモリに予め記憶させておいたものを利用すれば良い。
【００１９】
上記ガス配管５１とガス配管５２は、トーチ本体１０の内部で原料ガス９１と原料ガス９２とが十分に混合されるようにトーチ本体１０に取り付ける。その具体例を、図１のＡ−Ａ断面の概略図である図２（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。いずれの図も、トーチ本体１０を断面視したときのインジェクタ５１ｉ，５２ｉの配置を、模式平面的に示しているが、実際の各インジェクタ５１ｉ，５２ｉは、図１に示すように、ノズル１１の先端側に開口部を向けて傾斜されている。
【００２０】
図２（Ａ）に示す例では、トーチ本体１０の断面における紙面上１２時の位置と６時の位置にそれぞれ、ガス配管５１とガス配管５２のインジェクタ５１ｉ，５２ｉが取り付けられている。インジェクタ５１ｉの開口部は９時の方向、インジェクタ５２ｉの開口部は３時の方向を向いている。つまり、両インジェクタ５１ｉ，５２ｉの開口部は、トーチ本体１０の中心（溶接ワイヤ８が配置される位置）から左右にズレた位置で互いに逆方向に向いている。そのため、原料ガス９１と原料ガス９２はトーチ本体１０の内部で反時計回りに螺旋を描き、両原料ガス９１，９２が混合される。
【００２１】
図２（Ｂ）に示す例では、トーチ本体１０の断面における紙面１２時の位置に取り付けられているインジェクタ５１ｉの開口部と、６時の位置に取り付けられているインジェクタ５２ｉの開口部と、がトーチ本体１０の中央を挟んで対向している。そのため、原料ガス９１と原料ガス９２がトーチ本体１０の中央でぶつかり、両原料ガス９１，９２が混合される。
【００２２】
図２（Ｃ）に示す例では、トーチ本体１０の断面における紙面１時の位置と７時の位置にそれぞれ、インジェクタ５１ｉ，５２ｉが取り付けられている。つまり、インジェクタ５１ｉ，５２ｉは、トーチ本体１０の中心を挟んで並行な状態になっている。インジェクタ５１ｉの開口部は５時の方向、インジェクタ５２ｉの開口部は１１時の方向を向いている。また、この例では、各開口部に対向するトーチ本体１０の内壁が、トーチ本体１０の内方側に突出している。そのため、原料ガス９１と原料ガス９２とがそれぞれ、異なる内壁にぶつかってトーチ本体１０の内部で螺旋を描き、両原料ガス９１，９２が混合される。
【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］従来の構成よりも速やかに、被溶接部分の溶接に最適なシールドガス９を溶接トーチ１から噴射させることができる。シールドガス９を構成する原料ガス９１と原料ガス９２をそれぞれ個別に溶接トーチ１のトーチ本体１０に導入し、トーチ本体１０の位置で両原料ガス９１、９２を混合してシールドガス９を作製しているからである。そのため、最適でないシールドガス９を用いた溶接が行われることを回避することができる。また、トーチ本体１０の位置で原料ガス９１，９２の混合を行う構成であれば、図４の従来技術で必要であった混合機３０を省略することができるので、アーク溶接装置の構成をコンパクトにできる。
【００２５】
［２］速やかにシールドガス９の組成を変化させることができるため、従来の構成のように、最適でないシールドガス９を排気する必要が殆どない。その結果、排気の時間を省略することができ、溶接対象（例えば車両）の生産性を向上させることができる。また、最適でないシールドガス９の排気に伴う無駄なガス９１，９２の消費を無くすことができる。ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスは高価であるため、不活性ガスの無駄な消費を抑えることができれば、溶接対象（例えば車両）の生産コストを下げることができる。
【００２６】
［３］本例では、インジェクタ５１ｉ，５２ｉによってアーク本体１０の内部にガス９１，９２を導入しているため、配管５１，５２の流量計を省略することができる。
【００２７】
＜実施形態２＞
実施形態２では、溶接トーチへの原料ガスの導入の仕方が実施形態１と異なるアーク溶接装置を図３に基づいて説明する。
【００２８】
図３に示す構成では、溶接トーチ１のトーチ本体１０の内部に原料ガスのガス流路が形成されている。さらに、その原料ガスとは異なる原料ガスを溶接トーチ１に導入するガス配管５３が、インジェクタ５３ｉを介してトーチ本体１０に繋がっている。インジェクタ５３ｉは、トーチ本体１０の内部のガス流路に繋がっている。つまり、この構成では、ガス流路から溶接トーチ１に導入される原料ガスに、ガス配管５３からの原料ガス９３を追加することでシールドガス９を作製する構成である。この構成においても、二つの原料ガスが十分に混合されるように、インジェクタ５３ｉの取付角度などを調整することが好ましい。
【００２９】
＜実施形態３＞
実施形態１，２において、さらに、原料ガス９１，９２とは異なる原料ガスを導入するガス配管をトーチ本体１０に繋げても構わない。つまり、３種類以上のガスを混合してシールドガス９を構成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
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】
【００３１】
１００  アーク溶接装置
１  溶接トーチ
１０  トーチ本体  １１  ノズル  １２  コンタクトチップ
２  溶接機
３  ガス供給機構
３０  混合機  ３１，３２  タンク  ３０ｔ  バッファタンク
４  ワイヤ供給機構
５１，５２，５３  ガス配管  ５１ｉ，５２ｉ，５３ｉ  インジェクタ
６  ガス導入量制御機構  ６０  ティーチングペンダント  ６ｓ  信号線
８  溶接ワイヤ
９  シールドガス  ９１，９２，９３  原料ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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