CN108698155B - 焊接用焊炬 - Google Patents

Abstract

在保护气体的气氛中进行电弧焊的焊接用焊炬(100)，其具有如下：送给焊丝(13)的导电嘴(25)；包围焊丝的周围，从与焊丝之间所形成的空间吸引气体的吸嘴(23)；设于吸嘴(23)的外周，从与吸嘴23之间所形成的空间将保护气体供给到焊接部的保护气体供给喷嘴(21)。设从导电嘴(25)的前端至保护气体供给喷嘴(21)的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Lts[mm]，且设从导电嘴(25)的前端至吸嘴(23)的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Ltk[mm]时，满足7≤Ltk≤17，0≤Lts≤18。

Description

焊接用焊炬

技术领域

本发明涉及焊接用焊炬。

背景技术

在焊接工业中，因焊接金属中的扩散氢(氢原子H)造成的焊接金属的氢脆化和氢致裂纹成为问题。焊接金属中的扩散氢，聚集在钢组织的晶界和/或微小空间而成为氢分子(H₂)，使体积膨胀。该膨胀压力使焊接金属发生裂纹，招致结构物的破坏。关于这样的氢致裂纹，随着钢的强度增加，氢致裂纹敏感性提高，但近年来，在焊接中有使用强度高的高抗张强度钢的倾向。

图11是用于说明扩散氢被焊接金属吸收的过程的图。在图11中，焊丝使用的是含熔剂芯的焊丝，即，作为使用药芯焊丝的情况进行说明。另外，图12是表示药芯焊丝的截面的图。

作为药芯焊丝的焊丝201，由构成外周的钢制外箍202和中心部203构成。药芯焊丝的情况下，在中心部203包含金属或合金等的金属粉和焊剂。而后，焊丝201通过导电嘴208被送给同时，焊接电流从导电嘴208流通到焊丝201，由焊丝201前端的电弧209熔化焊丝201而成为焊接金属210。这时，因为在从导电嘴208突出的焊丝201的焊丝突出部211流通焊接电流，所以产生电阻热，温度上升。关于该上升温度，例如有在距导电嘴208的前端5mm左右达到100℃，在距导电嘴208的前端20mm的焊丝前端邻域上升至大约600℃的情况。

若焊丝突出部211的温度上升而高于100℃，则首先，焊丝表面的氢源205气化而从焊丝201被释放。接着，由于来自被加热的钢制外箍202的热传导，中心部203被加热，焊剂内和金属粉内的氢源205也气化，通过作为接缝的焊缝204而被释放到焊丝201外。从焊丝201释放的氢源205的一部分，随着电弧等离子体气流，以及气体保护电弧焊时从喷嘴206被供给到焊接部的保护气体的流动(箭头207所示的方向)，流向箭头213所示的方向，被引导至电弧209。因为电弧209为数千度的高温，所以氢源205，例如H₂O分解而成为扩散氢212，并被弧柱内的熔滴和焊接金属210吸收，进入焊接金属210内。

如此，存在于焊丝表面的氢源、和/或焊丝所使用的焊剂和金属粉中包含的氢源，在被高温加热的焊丝突出部气化。而后，气化的氢源随着电弧等离子体气流和气体保护电弧焊时所供给的保护气体的流动，被运送到弧柱内及其邻域。运送的氢源分解成为氢原子(即，扩散氢)，吸收到焊接金属中。

作为因扩散氢而发生的氢脆化和氢致裂纹的对策，为了促进扩散氢从焊接金属向外部释放，有进行预热(焊接前加热焊接钢材)和/或后热(焊接后，加热焊接部)的情况。另外，在焊接中使用药芯焊丝时，也有使用通过在焊剂中添加CaF₂和/或Na₃AlF₆等的氟化物，使扩散氢减少的方法。此外，还提出有在气体保护电弧焊中所供给的保护气体中微量混合CF₄的方法。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特表2002－506736号公报

焊丝中的氢源，是附着在焊丝表面的油和水分，附着在药芯焊丝和/或金属芯焊丝中内含的焊剂和金属粉上的水分和有机物。一般来说，相对于附着在焊丝表面的氢源，附着在焊剂和/或金属粉上的氢源这一方比较多。因此，为了减少附着在焊剂和金属粉上的氢源，有采用如下方法的情况，即在制造焊丝前，以高温加热焊剂和金属粒子，从而除去氢源的手法。另外，还需要在制造工序之中防止吸湿，但会花费巨大的成本。此外，制品化之后，因为保管中和在湿度高的焊接现场的操作中，也会从空气中吸附水分，所以使氢源减少存在各种障碍。

另外，作为氢脆化和氢致裂纹的对策，在进行预热和/或后热时，会进行150～250℃的加热，这会花费巨大的能源费用和劳动力。另外，还会存在高温的操作给焊接操作者造成严酷负担的问题。在焊剂中添加氟化物时，随着添加物的量增加，会使电弧的稳定性劣化，因此有无法充分降低扩散氢的情况。此外，在保护气体中混合CF₄的方法中，也有安全性的问题和电弧的稳定性劣化的问题，普及上可以说存在阻碍。

关于专利文献1所示的焊炬，由围绕从导电嘴突出的焊丝的周围并朝向焊丝前端部的开口部吸引烟尘。专利文献1中虽未公开，但可以解释为，在此焊炬中，焊接中会将从焊丝离脱的氢源与烟尘同时吸引，并排出到焊接部外，从而减少焊接金属中的扩散氢量。但是，在专利文献1中，只图示了粗略的焊炬的构成，各喷嘴和焊嘴的尺寸及相对位置的详细构成没有记述。若考虑到减少扩散氢量的系统的实用性和有效性，则在焊炬中，基于氢吸引性能、防止焊接金属的气孔缺陷、及保护焊炬零件的观点而考虑最佳的构成，但并没有涉及到这些。若追究氢吸引性能，则因为是不能耐受长时间的使用的构造，所以需要适当的设计。另外，由于吸嘴的构造，会使保护气体的流通状态恶化，所以保护性恶化，卷入大气，从而带来气孔缺陷的发生。

发明内容

本发明鉴于上述状况而做，其目的在于，提供一种焊接用焊炬，其能够一边保护焊接用焊炬一边发挥高超的氢吸引性能，提高焊接品质。

本发明的一例由下述结构构成。

一种焊接用焊炬，是在保护气体的气氛中进行电弧焊的焊接用焊炬，其特征在于，具有如下：将供给有焊接电流的焊丝可朝前端部送给而支承的导电嘴；包围从所述导电嘴的前端部突出的所述焊丝的周围，从与所述焊丝之间所形成的空间(间隙)吸引气体的吸嘴；设于所述吸嘴的外周，从与所述吸嘴之间所形成的空间(间隙)朝向所述焊丝的前端的焊接部供给所述保护气体的保护气体供给喷嘴，设从所述导电嘴的前端至所述保护气体供给喷嘴的前端的沿焊丝纵长方向的距离为Lts[mm]，设从所述导电嘴的前端至所述吸嘴的前端的沿焊丝纵长方向的距离为Ltk[mm]时，满足下述(1)式，7≤Ltk≤17，0≤Lts≤18…(1)。

根据本发明，能够一边保护焊接用焊炬，一边发挥高超的氢吸引性能，防止焊接金属的气孔缺陷等的发生而提高焊接品质。

附图说明

图1是表示实施方式的焊接装置的概略构成的一例的图。

图2是图1的A－A线截面图。

图3是图1所示的焊接用焊炬的前端部的要部放大图。

图4是吸嘴具有锥形的变形例的焊接用焊炬的要部放大图。

图5是变更吸嘴的前端部的形状的变形例的焊接用焊炬的要部放大图。

图6是吸嘴在与焊嘴主体的接合部具有耐热性绝缘构件的第二构成例的焊接用焊炬的要部放大图。

图7是吸嘴在吸嘴的前端部具有耐热性绝缘构件的第三构成例的焊接用焊炬的要部放大图。

图8是吸嘴的管嘴整体由耐热性绝缘原材形成的第四构成例的焊接用焊炬的要部放大图。

图9是用于气孔缺陷的试验的试验板的截面图。

图10是图9所示的试验板的俯视图。

图11是用于说明扩散氢被焊接金属吸收的过程的图。

图12是表示药芯焊丝的截面的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

＜焊接系统的构成＞

本构成例的焊接装置10，是通过消耗电极式气体保护电弧焊进行焊接的装置。所谓消耗电极，表示在电弧焊中，因电弧热而熔融的电极。另外，所谓气体保护电弧焊，是利用喷射的保护气体遮断焊接部与外部空气接触而进行焊接的焊接方法。此外，焊接装置10，一边吸引喷射到焊接部的保护气体的之中在焊丝突出部的邻域含有氢源11的保护气体，一边进行焊接。

图1是表示实施方式的焊接装置10的概略构成的一例的图。如图1所示，本构成例的焊接装置10，具备使用焊丝13对工件W进行焊接的焊接用焊炬100，和吸引保护气体的吸引装置15。另外，还具备连接焊接用焊炬100和吸引装置15的吸引保护气体路径17。

焊接用焊炬100利用从焊接电源(未图示)供给的焊接电流，向焊丝13供电而焊接工件W。作为焊丝13，例如，使用的是在中心部添加有金属粉和焊剂的药芯焊丝，在中心部主添加有金属粉的金属芯焊丝，或由钢等的合金构成的实芯焊丝。

焊接用焊炬100，具备保护气体供给喷嘴21、吸嘴23、导电嘴25、吸引路径27、焊嘴主体29，此外，在保护气体供给喷嘴21和焊嘴主体29之间，设有使双方绝缘的绝缘用零件28。

吸引装置15具备流量控制阀31和喷射器33，从焊接用焊炬100的吸嘴23吸引保护气体。保护气体从保护气体瓶等的未图示的外部的保护气体供给装置被供给到保护气体供给喷嘴21。作为吸引装置15，例如有25L/min左右的抽吸能力即可，可以采用小型而不需要大的能量并可廉价供给的。

吸引保护气体路径17连接焊接用焊炬100的吸引路径27和吸引装置15，构成吸引的保护气体流通的路径。吸引保护气体路径17，例如由橡皮管形成。

接下来，对于焊接用焊炬100的构成进行说明。

保护气体供给喷嘴21具有筒状的形状，从图1的下侧嵌入形成为筒状的焊嘴主体29中而被固定。在焊嘴主体29的图中上方的外周面29a，设有绝缘用树脂零件28，保护气体供给喷嘴21与焊嘴主体29被绝缘。该保护气体供给喷嘴21对焊接部供给保护气体。另外，因为保护气体供给喷嘴21形成为筒状，所以保护气体被以包围焊接部而遮断外部空气的方式被供给。

吸嘴23配置在保护气体供给喷嘴21的内部，具有筒状的形状。该吸嘴23，嵌入到焊嘴主体29的向图1的下侧突出的筒状部的外周面29b中并被固定。在保护气体供给喷嘴21，与连接于吸嘴23的焊嘴主体29的外周面29b之间，配置有节流孔30，其是用于使从未图示的保护气体供给装置送给的保护气体均匀的节流口。

另外，吸嘴23拥有包围从导电嘴25突出的焊丝13的焊丝突出部37的周围的结构，且朝向焊丝13的前端部具有开口部39。图2是焊接装置10的图1的A－A线的截面图。如图2所示，在导电嘴25的中心设有焊丝13，以包围导电嘴25的周围的方式存在吸嘴23。另外，以包围吸嘴23的周围的方式设有保护气体供给喷嘴21。

在此，吸嘴23其构成方式为，朝向焊丝13的前端方向，即，电弧41发生的方向开口，吸引在焊丝前端部的邻域释放的含有氢源11的保护气体。通过吸嘴23的吸引，含有氢源11的保护气体，朝向焊接部外的方向，即箭头43的方向流动，被排出到焊接部外。

为了吸引在焊丝前端部的邻域释放的氢源11，以加长吸嘴23而包围至焊丝前端部的方式构成即可，但存在吸嘴23因电弧热而熔融的可能性。因此，吸嘴23其构成为，以考虑到电弧热的影响的长度，朝向焊丝前端部开口。作为吸嘴23，例如，使用导热优异的铜合金，或耐热优异的陶瓷。此外，为了防止飞溅的附着，也可以使用实施过镀铬等的材料。

导电嘴25设于吸嘴23的内径部，具有筒状的形状。导电嘴25，在焊嘴主体29的图1的下侧的内径部29c中，嵌入导电嘴上部而被固定。该导电嘴25引导焊丝13，并且向焊丝13供给焊接电流。在导电嘴25的内部，形成有可接触到焊丝13这样直径的焊丝送给通道，向焊丝13供电。另外，导电嘴25可装卸地安装于焊嘴主体29上，因长时间的使用而消耗时可更换。

吸引路径27，将由吸嘴23吸引的保护气体引导至吸引装置15。该吸引路径27，是在焊嘴主体29上，以钻头穿孔4处例如直径1.5mm左右的孔洞而形成的通路，使这4处的孔洞形成通路在圆周方向的汇流槽45汇合，其后，经由吸引保护气体路径17与吸引装置15连接。但是，作为吸引路径27并不限于这样的构成，只要构成从吸嘴23向吸引装置15引导保护气体和/或氢源11的路径，哪种方式都可以。

焊嘴主体29为焊接用焊炬100的实体部。焊嘴主体29具有筒状的形状，支承经由绝缘用树脂零件28而连接的保护气体供给喷嘴21、吸嘴23，导电嘴25。

接着，对于吸引装置15的构成进行说明。

流量控制阀31，例如由针形阀构成，具备未图示的电动机等的致动装置，控制吸引流量。流量控制阀31设于后述的喷射器33的吸入口47与吸引保护气体路径17之间。

喷射器33为T字管，具有一般性的喷射器的功能。即，在水平方向上流通压缩空气等的驱动气体，从而在管内成为细径的部分流速增加，相当于T字的垂直线的管为进气口，经由吸嘴23进行保护气体的吸引。喷射器33具备驱动喷嘴52、供气口51、吸入口47、排气口35。

在此喷射器33中，向供气口51供给压缩空气等的驱动气体。另外，从供气口51引导至驱动喷嘴52的驱动气体，朝向排气口35喷出。这时，吸引力作用于吸入口47，从经由吸引保护气体路径17、吸引路径27而连接的吸嘴23，含有氢源11的保护气体被引导至吸入口47。而后，吸引到吸入口47的含有氢源11的保护气体被输送至排气口35。

如此，在本构成例的焊接装置10中，吸引装置15通过吸嘴23，从焊丝突出部37的周围和焊丝13的前端部邻域进行吸引。然后，从被加热的焊丝13释放的含有氢源11的保护气体，流向焊接部外的方向，即箭头43的方向而被吸引。不使用吸引装置15进行吸引时，因为氢源11处于电弧41的正上方，所以其大部分被引导向电弧41而被吸收到焊接金属中。另一方面，通过使用本构成例的焊接装置10，氢源11流向电弧41而在电弧41之内成为扩散氢，可抑制被吸收到焊接金属中，焊接金属中的扩散氢的量减少。而后，由于焊接金属中的扩散氢量减少，则可防止焊接金属的氢脆化和氢致裂纹。

一般认为，通过减少焊接金属中的扩散氢1mL/100g，便能够使需要的预热温度下降约25℃。例如，扩散氢减少4mL/100g时，在预热温度需要125℃的焊接中，便能够使预热温度下降100℃，预热温度为25℃，结果是不需要预热。另外，即使在例如预热温度需要200℃的焊接中，截至100℃的预热也就够了。这样的预热温度的降低，能够取得预热用能源的节约，和/或预热所需要的劳动力和时间削减等的经济效果。另外，200℃的预热作业这样严酷的劳动环境得到改善。

此外，虽然焊丝13由保管环境吸湿，但目视时不清楚是否吸湿，因此要求彻底管理保管环境。通过使用本构成例的焊接装置10，因为焊接金属中的扩散氢量减少，所以保管环境的管理水平降低，即便因人为的错误造成吸湿，这一差错的影响也得到缓解。

图3是图1所示的焊接用焊炬的前端部的要部放大图。

本构成例的焊接用焊炬100，在保护气体的气氛中进行电弧焊。而且，具有如下：将供给有焊接电流的焊丝可以朝向前端部送给而支承的导电嘴25；包围从导电嘴25的前端部突出的焊丝的周围，并从与焊丝之间所形成的空间吸引气体的吸嘴23；和设于吸嘴23的外周，从与吸嘴23之间所形成的空间将保护气体朝向焊丝的前端的焊接部供给的保护气体供给喷嘴21。

在此，焊接用焊炬100中，导电嘴25、保护气体供给喷嘴21、和吸嘴23的位置关系为以下所示。

即，设从导电嘴25的前端到保护气体供给喷嘴21的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Lts[mm]，设从导电嘴25的前端至吸嘴23的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Ltk[mm]时，焊接用焊炬100满足下述(1)式。

7≤Ltk≤17，0≤Lts≤18…(1)

还有，距离Ltk优选为Ltk≥9，并优选为Ltk≤15，更优选为Ltk≤14。

另外，距离Lts优选为Lts≥4，并优选为Lts≤16，更优选为Lts≤15。

另外，焊接用焊炬100，关于保护气体供给喷嘴21和吸嘴23的直径，则满足下式。

即，设保护气体供给喷嘴21的内径为Dsi[mm]，设吸嘴23的内径为Dki[mm]，且设吸嘴23的外径为Dko[mm]时，焊接用焊炬100满足下述(2)式。

Dsi－Dko≥2

Dko－Dki≥1.2

8≤Dsi≤40

1.5≤Dki≤12…(2)

还有，保护气体供给喷嘴21的内径Dsi与吸嘴23的外径Dko的差Dsi－Dko，优选为Dsi－Dko≥3。另外，Dko－Dki优选为Dko－Dki≥2。

另外，保护气体供给喷嘴21的内径Dsi优选为Dsi≥13，更优选为Dsi≤35。

另外，吸嘴23的内径Dki优选为Dki≥1.8，更优选为Dki≤8。

但是，装配有多个吸嘴23时，从导电嘴25的前端至各吸嘴23的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离Ltk，为其中的最大值。

另外，焊接用焊炬100中，焊嘴主体29与吸嘴23的前端之间的电阻为50Ω以上。更优选为500Ω以上。

另外，焊接用焊炬100中，吸嘴内面的表面粗糙度满足下式。

即，设吸嘴内面的算术平均粗糙度为Ra[μm]时，焊接用焊炬100的吸嘴23中，管嘴内周面的表面粗糙度Ra满足

0.05≤Ra≤50。

还有，算术平均粗糙度Ra优选为Ra≤20，更优选为Ra≤10。另外，优选为Ra≥0.3，更优选为Ra≥1。

另外，焊接用焊炬100中，设吸嘴23的吸引气体流量为Qk[L/min]时，满足下述(3)式。

Ltk≥10－0.6×Qk…(3)

还有，距离Ltk优选为Ltk≥10－0.4×Qk。

另外，焊接用焊炬100中，设保护气体供给喷嘴21的前端的保护气体出口的截面积为Ss[mm²]，保护气体流量为Qs[L/min]，且保护气体出口的流速为Vs[m/s]时，满足下述(4)式。

Ss＝(Dsi²－Dko²)π/4

Vs＝1000×Qs/(60×Ss)≤7…(4)

还有，流速Vs优选为Vs≤5，更优选为Vs≤4。

图4是吸嘴23具有锥形的变形例的焊接用焊炬的要部放大图。本变形例的焊接用焊炬100A，以使吸嘴23A具有朝向前端而慢慢缩径的锥形的方式形成。吸嘴23A具有尖端细的锥形，能够使吸引路径27的流速朝向前端开口而慢慢加快。另外，焊接用焊炬100A中，通过以锥形形成吸嘴23A，能够扩展吸嘴23A的外周与保护气体供给喷嘴21之间所形成的空间。由此，容易使保护气体出口的流速Vs达到优选的范围。

图5是变更吸嘴23B的前端部的形状的变形例的焊接用焊炬的要部放大图。

本变形例的焊接用焊炬100B中，由焊嘴主体29的外周面29b支承吸嘴23B，并由内径部29c支承导电嘴25。

在图3、图4所示的例子中，吸嘴23、23A的前端部内面，在内周侧缩径，壁厚形成得很厚，但也可以像图5所示的吸嘴23B这样，前端部以等同于其他的部分的壁厚形成。

接下来，说明上述构成的作用。

焊接用焊炬100，为了减少焊接金属中的扩散氢量，而吸引保护气体的一部分。这时，作为应该注意的项目，有氢吸引性能、防止焊接金属的气孔缺陷发生、及焊炬零件的保护。

＜氢吸引性能＞

(氢吸引性能的确保)

焊接中，从导电嘴25送出的焊丝13，因为从这一瞬间开始便流通焊接电流，所以受到焦耳热而温度上升。该温度随着距导电嘴25的距离远离而上升。另外，施加的能量越高，从焊丝13释放的氢源11的释放率越高。因此，如果考虑到氢吸引性能，则优选吸嘴23(以下，符号23A、23B也同样)覆盖焊丝13直至焊丝温度达到更高的位置。即，优选吸嘴23从导电嘴25的前端至吸嘴23的前端的沿焊丝纵长方向的距离Ltk长。

(氢吸引性能的确保)

吸引流量Qk多时，借助在管嘴前端的流动，也能够在吸引在远离吸嘴23的位置释放的氢源11。对此，发明者们根据实验，导出了优选的吸引流量与吸嘴位置的关系式(参照前述的(3)式)。

(防止吸嘴的堵塞)

使用吸嘴23进行长时间的焊接时，若吸嘴23的内面的表面粗糙度过粗，则烟尘容易堆积。若烟尘堆积，则使导电嘴25与吸嘴间的堵塞发生，不能进行气体的吸引。焊接用焊炬100(100A、100B也同样)中，为了对此加以防止，优选吸嘴内面的表面粗糙度光滑。

＜防止焊接金属的气孔缺陷发生＞

(确保屏蔽性、和防止吸嘴的飞溅)

在使用焊接用焊炬100的焊接法中，因为是吸引保护气体的一部分，所以与一般的气体保护电弧焊比较，焊接部的屏蔽性劣化。若屏蔽性变差，则会发生焊接金属发生气孔缺陷等的问题。为了对此加以防止，优选屏蔽嘴前端与工件W的位置近。另一方面，在进行焊接施工时，进行导电嘴25与工件W的距离调整，使之大致为20～30mm，这从焊接操作性的观点出发而优选。关于焊接用焊炬100，若考虑实用，通过将导电嘴前端与保护气体供给喷嘴前端的相对位置关系(从导电嘴前端至保护气体供给喷嘴前端为止的沿焊丝纵长方向的距离Lts)设定在规定范围，则能够确保高屏蔽性。

另外，吸嘴23是导电性材质而与焊嘴主体29不进行绝缘时，吸嘴前端与焊丝13为同电位。因此，在进行半自动焊接时等情况下，无意识地使吸嘴23与工件接触时，在吸嘴－工件间会发生飞溅，吸嘴23有可能熔损。但是，根据本构成的焊接用焊炬100，因为屏蔽嘴长，为大体覆盖吸嘴23的状态，所以能够防止无意识的飞溅造成的熔损。

(确保屏蔽性)

此外，吸嘴23的外径与保护气体供给喷嘴21的内径狭窄时，确保屏蔽性的气体的层厚变薄，外部空气容易侵入到内部。准确地说，为了确保屏蔽性，要考虑的是保护气体的流速与流量关系，在恰当流量的保护气体供给下，将保护气体供给喷嘴21的内径Dsi与吸嘴23的外径Dko的差设定在规定范围，则能够确认屏蔽性提高。

(确保屏蔽性和防止紊流)

保护气体优选以周围气体卷入少的层流状态被输送。但是，吸嘴23的外径粗时，和/或保护气体供给喷嘴21细时，即使在适当流量的保护气体供给下，保护气体供给喷嘴21的出口的保护气体流速仍然快，成为紊流状态。这时，会过剩地卷入大气。焊接用焊炬100中，为了对此加以防止，优选保护气体供给喷嘴21的气体出口流速的近似值低。

＜焊炬零件的保护＞

(吸嘴的保护)

在上述的氢吸引性能的确保中，优选加长距离Ltk，另一方面，为了防止吸嘴23因飞溅和/或电弧41的辐射热而损伤，优选工件W与吸嘴23的距离远。关于导电嘴25与工件W的距离，如果考虑到焊接的操作，则有适当的范围。因此，焊接用焊炬100中，需要缩短距离Ltk，这是为了保护吸嘴23。

(焊炬耐久性、和绝缘用树脂的保护)

在上述的确保屏蔽性·防止吸嘴的飞溅中，优选增长距离Lts，另一方面，为了防止保护气体供给喷嘴21因电弧41的辐射热而过热，烧毁焊嘴主体周边的绝缘用树脂零件28，优选工件W与保护气体供给喷嘴21的距离远。关于导电嘴25与工件W的距离，如果考虑到焊接的操作性，则有适当的范围。因此，焊接用焊炬100中，需要缩短距离Lts，这是为了保护吸嘴23。

(吸嘴23的耐久性)

吸嘴23强烈受到电弧41的辐射热。吸嘴23通常被保护气体气流冷却，因此不受损伤，但管嘴前端部的壁厚薄时，则热容低，导热也差。因此，管嘴前端部有可能熔融。为了防止该吸嘴23的熔损，需要加厚前端部的壁厚(Dko－Dki)。

(防止吸嘴23的飞溅)

吸嘴23由导电性材料构成时，与焊嘴主体29、和/或导电嘴25为同电位。因此，无意识地使工件W与吸嘴23接触时，从吸嘴23发生电弧41，吸嘴23立即熔损。为了对此加以防止，优选提高焊嘴主体29与吸嘴前端间的电阻。另外，根据其制品形态，焊丝13会拥有一定的曲度(弯曲)。该弯曲成为要因，在焊丝13与吸嘴前端接触时，经由吸嘴23的不稳定的支路电流流通。该不稳定的支路电流除了使焊接操作性恶化以外，还使吸嘴23所覆盖的这部分的焊丝放热量降低。于是，氢源11的释放量降低，因此扩散氢降低效果也有恶化的可能性。

作为良导体的焊丝13的电阻非常低，在导电嘴与母材大约25mm的间隔下约为20mΩ。因此，为了防止来自吸嘴23的电弧发生，和/或焊丝13与吸嘴前端的接触造成的在吸嘴内流通的高支路电流，使焊嘴主体与吸嘴前端之间的电阻为50Ω以上即可。焊接用焊炬100中，为了成为更安全的设计，优选使焊嘴主体－吸嘴前端间的电阻为500Ω以上。

在本构成的焊接用焊炬100中，从导电嘴25的前端至保护气体供给喷嘴21的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离Lts，和从导电嘴25的前端至吸嘴23的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离Ltk，因为满足

0≤Lts≤18，7≤Ltk≤17，

所以能够确保氢吸引性能，保护吸嘴23，确保屏蔽性·防止吸嘴的飞溅，以及焊炬耐久性·绝缘用树脂的保护。

另外，在焊接用焊炬100中，保护气体供给喷嘴21与吸嘴23的前端，因为满足

Dsi－Dko≥2

Dko－Dki≥1.2

8≤Dsi≤40，

1.5≤Dki≤12，

所以能够确保屏蔽性，以及确保吸嘴23的耐久性。

另外，在焊接用焊炬100中，焊嘴主体29与吸嘴23的前端之间的电阻因为在50Ω以上，所以能够防止吸嘴23的飞溅。

另外，在焊接用焊炬100中，因为吸嘴23的管嘴内周面的表面粗糙度Ra为0.05μm以上，且为50μm以下，所以烟尘难以附着乃至堆积在管嘴内周面，能够防止长时间使用时的吸嘴23的堵塞。

另外，在焊接用焊炬100中，设吸嘴23的吸引气体流量为Qk时，因为满足

Ltk≥10－0.6×Qk，

所以能够确保氢吸引性能。

此外，在焊接用焊炬100中，设保护气体供给喷嘴21的前端的保护气体出口的截面积为Ss，设保护气体流量为Qs，且设保护气体出口的流速为Vs时，因为满足

Ss＝(Dsi²－Dko²)π/4

Vs＝1000×Qs/(60×Ss)≤7，

所以能够提高屏蔽性，防止紊流的发生。

接下来，对于焊接用焊炬的其他的构成例进行说明。

图6是吸嘴23C在与焊嘴主体29的接合部61具有耐热性绝缘构件63的第二构成例的焊接用焊炬的要部放大图。

本构成的焊接用焊炬200，在支承导电嘴25的焊嘴主体29，与吸嘴23C的接合部61，配置有熔点为400℃以上的耐热性绝缘构件63。使耐热性绝缘构件63的熔点处于400℃以上，这是因为，使用热电偶实测焊接中的吸嘴23C的支承部的温度，结果可确认上升至大约350℃，这是为了使耐加热温度有富余量。

在此焊接用焊炬200中，因为在接合部61具有熔点为400℃以上的耐热性绝缘构件63，所以能够防止吸嘴23C与工件之间的飞溅。另外，也能够防止在焊接中因焊丝与吸嘴接触而造成的焊接操作性和扩散氢降低效果的恶化。

图7是吸嘴23在吸嘴23D的前端部具有耐热性绝缘构件63的第三构成例的焊接用焊炬的要部放大图。

关于本构成的焊接用焊炬300，吸嘴23D在焊接部侧的吸嘴23的前端部，具有熔点为1700℃以上的耐热性绝缘构件63。

在此焊接用焊炬300中，因为在吸嘴23D的前端部，具有熔点为1700℃以上的耐热性绝缘构件63，所以能够防止吸嘴23D与工件之间的飞溅。另外，也能够防止在焊接中因焊丝与吸嘴接触造成的焊接操作性、扩散氢降低效果的恶化。在吸嘴23D的前端部，因为有大约1500℃的熔融状态的飞溅附着，所以为了防止管嘴的损伤，需要比熔融飞溅的熔点高的材料。因此，使耐热性绝缘构件63的熔点为1700℃以上。

图8是吸嘴23的管嘴整体由耐热性绝缘原料形成的第四构成例的焊接用焊炬的要部放大图。

本构成的焊接用焊炬400中，吸嘴23E的管嘴整体由熔点1700℃以上的耐热性绝缘原料形成。

在此焊接用焊炬400中，因为吸嘴23E的管嘴整体，由熔点1700℃以上的耐热性绝缘原料形成，所以能够避免吸嘴23E的组装复杂化，防止吸嘴23E与工件之间的飞溅。另外，也能够防止焊接中因焊丝与吸嘴接触造成的焊接操作性、扩散氢降低效果的恶化。

另外，焊接用焊炬100(100A、100B、200、300、400也同样)也能够构成为，以导电嘴25为中心，将截面长圆形或截面椭圆形的吸嘴23(以下，23A、23B、23C、23D、23E也同样)和保护气体供给喷嘴21，配置在同心圆上。

此外，焊接用焊炬100也能够构成为，以导电嘴25为中心，将截面四边形或截面多边形(例如三角形，五边形，六边形及八边形等)的吸嘴23和保护气体供给喷嘴21配置在同心圆上。

还有，作为吸嘴23的材质，能够适用Cu、Cu合金和钢等各种各样的金属。也可以实施Cr等的镀覆。但是，因为配置在受到来自电弧41的辐射热的影响的位置，所以不优选Al和Mg等的低熔点金属

另外，作为电阻高的材料，可以使用陶瓷。作为陶瓷，例如可列举氧化铝、氮化硅和氧化锆等。

因此，根据本构成例的焊接用焊炬100，能够一边保护焊接用焊炬一边发挥高超的氢吸引性能，提高焊接品质。

【实施例】

＜试验方法＞

供试焊丝全部使用50kgf级钢用药芯焊丝A。焊丝的直径为

(扩散氢量)

基于“JIS Z 3118(2007)钢焊接部的氢量测量方法”，根据“JIS Z3118(2007)7.2项熔敷金属的单位质量的氢量的计算”所示的算式，求得实施的结果，采用3次试行数的平均值作为结果值。

以下显示焊接条件。焊接为使用移动台车的自动焊接。

极性：DCEP

焊接电流：270A

电弧电压：32V

焊接速度：350mm/min

导电嘴－母材间距离：25mm

焊接姿势：向下

对以不具备用于进行氢的吸引的管嘴的焊炬进行试验结果(表4的实验例20)，能够确认到十分重大的差异(3mL/100ml以上的差异)时，判断为本焊接炬有效(5.1mL/100ml以下时合格)。

(焊接金属的气孔缺陷)

对于图9、图10所示的坡口·尺寸的母材进行单道焊接，并以由此得到的试验板为对象，基于“JISZ 3104(1995)钢焊接接头的放射线透射试验方法”拍摄透射照片。对于拍摄的透射照片，根据“JIS Z 3104(1995)附录4透射照片的疵点的像的分类方法加以独自的判定并分类，其结果显示在表1中。此次的试验中，未见第二种、第三种和第四种疵点，全部为第一种。

以下显示焊接条件。焊接是半自动焊接。

极性：DCEP焊接电流：270A

电弧电压：32V

焊接速度：270～300mm/min

导电嘴－母材间距离：25mm

焊接姿势：向下

母材材质：SM490A(焊接结构用轧制钢材JIS G3106)

母材尺寸：长L1＝200mm，宽L2＝150mm，厚ta＝6mm

坡口角度α＝45°

母材间距d＝4mm

衬垫：厚tb＝6mm

【表1】

表中的评价A～D为合格，评价E为不合格。

(连续焊接试验)

进行10分钟的连续焊接，确认焊炬和管嘴的耐久性。焊接结束后，观察各零件并评价损伤。进行吸嘴和保护气体供给喷嘴的评价时，除去附着的飞溅，根据附着厚度和除去后的表面状态进行判断。评价标准显示在表2中。

关于吸嘴，以A～E这5个等级进行评价，关于保护气体供给喷嘴和绝缘用树脂零件，以A、C和E这3个等级进行评价，双方的评价之内，接近E的评价为本试验的综合评价。

【表2】

表中的评价A～D为合格，评价E为不合格。

(气体的影响)

气体密度[kg/m³](0℃1atm[101kPa])

【表3】

H<sub>2</sub>	CO<sub>2</sub>	Ar	He
				0.0899	1.977	1.783	0.1786

＜焊炬构造的制作例＞

(实验例1～26)

从导电嘴的前端至吸嘴的前端为止的距离Ltk为17mm的实验例6中，连续焊接性降低。但是，这可以判断为，在进行10分钟的连续焊接后，吸嘴前端附着大量的飞溅，若再继续焊接，则管嘴的堵塞发生。此外，在距离Ltk长的实验例19中，连续焊接性不合格。另外，在距离Ltk为7mm的实验例1中，气孔缺陷和连续焊接试验的结果良好，但在距离Ltk更短的实验例18中，扩散氢试验结果变得比较高。

从导电嘴的前端至保护气体供给喷嘴的前端的距离Lts为0mm的实验例7中，气孔缺陷的评价低。若合并距离Lts为－3mm的实验例16的结果来看，在使用了由吸嘴吸引保护气体的一部分的本焊炬的焊接中，保护气体流容易发生紊乱，气孔缺陷的试验结果为D的Lts＝0是界限。

另外，在距离Lts为18mm的实验例11中，连续焊接性降低。在此实验例11中，进行连续焊接之后在保护气体供给喷嘴的前端大量附着飞溅，附着的飞溅发生红热。若除去飞溅，则未见醒目的损伤，若再继续焊接，则可判断连接管嘴的绝缘构件损伤。距离Lts更长的实验例17中，连续焊接试验为不合格。

在保护气体供给喷嘴的内径Dsi与吸嘴的外径Dko的间隙小的实验例12中，气孔缺陷的评价低。这可以判断为，因为保护气体流的层厚薄至2mm，所以由于来自大气的扩散，导致少许氮成分混入到电弧气氛内。此外，在Dsi与Dko的间隙小至1.5mm的实验例25中，气孔缺陷的评价低。

＜变更了流量的实验例＞

(实验例27～35)

变更了流量的实验例中，保护气体出口的流速Vs快的实验例34、35，气孔缺陷的评价低。该流量是在吸引保护气体路径17的途中配置浮子式流量计而测量的值。

＜绝缘方法和管嘴内面粗糙度的研究例＞

(实验例36～40)

绝缘方法和管嘴内面粗糙度的研究例中，吸嘴的管嘴内周面的表面粗糙度Ra在0.13μm以上、且70μm以下的范围，在连续焊接试验后取下吸嘴，确认内周面时，未见造成问题这样的烟尘的堆积。其中，实验例40的烟尘堆积量略多。在此实验例40中，若再继续焊接，则由于烟尘堆积导致吸嘴与导电嘴之间堵塞，有可能无法进行吸引。在进行了抛光研磨加工的实验例36和车床加工状态下的实施例37中，烟尘堆积量未见重大差异，从加工成本的观点出发，优选车床加工的状态

＜其他(保护气体的影响)＞

(实验例41～44)

关于保护气体的影响，氢因为密度低(粒子轻)，所以保护气体为密度高的气体时，则被高效率地排出。如果保护气体像He这样是密度低的气体，则有氢的排出量相对减少的倾向。

如此，本发明不受上述的实施方式，使实施方式的各构成相互组合，以及基于说明书的记载和从所周知的技术，本领域技术人员进行变更、应用，也是本发明的预定内容，包含在要求保护的范围内。

如以上，本说明书公开有以下事项。

(1)一种焊接用焊炬，其特征在于，是在保护气体的气氛中进行电弧焊的焊接用焊炬，具有如下：将供给有焊接电流的焊丝可朝向前端部送给而支承的导电嘴；包围从所述导电嘴的前端部突出的所述焊丝的周围，并从与所述焊丝之间所形成的空间吸引气体的吸嘴；和设于所述吸嘴的外周，从与所述吸嘴之间所形成的空间，将所述保护气体朝向所述焊丝的前端的焊接部供给的保护气体供给喷嘴，设从所述导电嘴的前端至所述保护气体供给喷嘴的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Lts[mm]，设从所述导电嘴的前端至所述吸嘴的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Ltk[mm]时，满足7≤Ltk≤17，0≤Lts≤18。

根据该焊接用焊炬，能够一边确保氢吸引性能，一边保护吸嘴。另外，能够确保屏蔽性，防止吸嘴与工件之间的飞溅，防止焊炬因热而受到损伤。

(2)根据(1)的焊接用焊炬，其特征在于，在所述保护气体供给喷嘴和所述吸嘴的前端，设所述保护气体供给喷嘴的内径为Dsi[mm]，设所述吸嘴的内径为Dki[mm]，且设所述吸嘴的外径为Dko[mm]时，满足Dsi－Dko≥2，Dko－Dki≥1.2，8≤Dsi≤40，1.5≤Dki≤12。但是，装配有多个所述吸嘴时，从所述导电嘴的前端到各吸嘴的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离Ltk为其中的最大值。

根据该焊接用焊炬，屏蔽性提高，能够提高吸嘴的耐久性。

(3)根据(1)或(2)的焊接用焊炬，其特征在于，焊嘴主体与所述吸嘴的前端之间的电阻为50Ω以上。

根据该焊接用焊炬，能够更确实地防止吸嘴与工件之间的飞溅，也能够防止焊接中因焊丝与吸嘴接触造成的焊接操作性、扩散氢的降低效果的恶化。

(4)根据(3)的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴在焊接部侧的所述吸嘴的前端部具有熔点为1700℃以上的耐热性绝缘构件。

根据该焊接用焊炬，能够更确实地防止吸嘴与工件之间的飞溅，也能够防止焊接中因焊丝与吸嘴接触造成的焊接操作性和扩散氢的降低效果的恶化。

(5)根据(3)或(4)的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴在与支承所述导电嘴的焊嘴主体的接合部具有熔点为400℃以上的耐热性绝缘构件。

根据该焊接用焊炬，能够更确实地防止吸嘴与工件之间的飞溅，也能够防止焊接中因焊丝与吸嘴接触造成的焊接操作性和扩散氢的降低效果的恶化。

(6)根据(3)的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴中，管嘴整体由熔点1700℃以上的耐热性绝缘原材形成。

根据该焊接用焊炬，能够避免吸嘴的组装复杂化，更确实地防止吸嘴与工件之间的飞溅，也能够防止焊接中因焊丝与吸嘴接触造成的焊接操作性和扩散氢的降低效果的恶化。

(7)根据(1)～(6)中任一项的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴中，管嘴内周面的表面粗糙度Ra为0.05μm以上，且在50μm以下。

根据该焊接用焊炬，能够防止的烟尘堆积到内周面所造成的吸嘴堵塞。

(8)根据(1)或(2)的焊接用焊炬，其特征在于，设所述吸嘴的吸引气体流量为Qk[L/min]时，满足Ltk≥10－0.6×Qk。

根据该焊接用焊炬，能够提高氢吸引性能。

(9)根据(1)的焊接用焊炬，其特征在于，设所述保护气体供给喷嘴的前端的保护气体出口的截面积为Ss[mm²]，设保护气体流量为Qs[L/min]，且保护气体出口的流速为Vs[m/s]时，满足Ss＝(Dsi²－Dko²)π/4，Vs＝1000×Qs/(60×Ss)≤7。

根据该焊接用焊炬，能够防止紊流，提高屏蔽性。

【符号的说明】

13 焊丝

21 保护气体供给喷嘴

23、23A、23B、23C、23D、23E 吸嘴

25 导电嘴

29 焊嘴主体

61 接合部

63 耐热性绝缘构件

100 焊接用焊炬

Claims (9)

1.一种焊接用焊炬，其特征在于，是在保护气体的气氛中进行电弧焊的焊接用焊炬，具有如下：

将供给有焊接电流的焊丝可朝向前端部送给而进行支承的导电嘴；

包围从所述导电嘴的前端部突出的所述焊丝的周围，并从与所述焊丝之间所形成的空间吸引气体的吸嘴；和

设于所述吸嘴的外周，并从与所述吸嘴之间所形成的空间，朝向所述焊丝的前端的焊接部供给所述保护气体的保护气体供给喷嘴，

设从所述导电嘴的前端至所述保护气体供给喷嘴的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Lts，且从所述导电嘴的前端至所述吸嘴的前端为止的沿焊丝纵长方向的距离为Ltk时，满足下述(1)式，其中，Lts、Ltk的单位为mm，

7≤Ltk≤17，

0≤Lts≤18…(1)。

2.根据权利要求1所述的焊接用焊炬，其特征在于，

在所述保护气体供给喷嘴和所述吸嘴的前端，

设所述保护气体供给喷嘴的内径为Dsi，所述吸嘴的内径为Dki，且所述吸嘴的外径为Dko时，满足下述(2)式，其中，Dsi、Dki、Dko的单位为mm，

Dsi－Dko≥2，

Dko－Dki≥1.2，

8≤Dsi≤40，

1.5≤Dki≤12…(2)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的焊接用焊炬，其特征在于，焊嘴主体与所述吸嘴的前端之间的电阻为50Ω以上。

4.根据权利要求3所述的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴在焊接部侧的所述吸嘴的前端部具有熔点为1700℃以上的耐热性绝缘构件。

5.根据权利要求3所述的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴在与支承所述导电嘴的焊嘴主体的接合部上具有熔点为400℃以上的耐热性绝缘构件。

6.根据权利要求3所述的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴中，管嘴整体由熔点1700℃以上的耐热性绝缘原料形成。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的焊接用焊炬，其特征在于，所述吸嘴中，管嘴内周面的表面粗糙度Ra为0.05μm以上、且在50μm以下。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的焊接用焊炬，其特征在于，设所述吸嘴的吸引气体流量为Qk时，满足下述(3)式，其中，Qk的单位是L/min，

Ltk≥10－0.6×Qk…(3)。

9.根据权利要求1所述的焊接用焊炬，其特征在于，设所述保护气体供给喷嘴的前端的保护气体出口的截面积为Ss，设保护气体流量为Qs，设保护气体出口的流速为Vs，并设所述保护气体供给喷嘴的内径为Dsi，且所述吸嘴的外径为Dko时，满足下述(4)式，其中，Ss的单位是mm²，Qs的单位是L/min，Vs的单位是m/s，Dsi、Dko的单位为mm，

Ss＝(Dsi²－Dko²)π/4，

Vs＝1000×Qs/(60×Ss)≤7…(4)。

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