JP2001259847A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストを高くしないで溶接速度を高めること
ができる溶接装置を実現する。 【構成】 予備加熱装置３０は、モータ３１と、その回
転シャフトに取付けられた回転部材３２と、モータ３１
を矢印Ｆ１方向に付勢するバネ３３とを備える。モータ
３１の駆動により回転する回転部材３２の先端を鋼板４
０の突き合わせ線Ｌ１上に押し付けることにより、溶接
対象部位に摩擦熱を発生し、予備加熱する。そしてその
予備加熱された部位にトーチ２１のノズル２３から高温
のプラズマ流２２を噴射し、溶接対象部位を溶接する。
このように、摩擦熱を利用した機械的な予備加熱を行う
ため、プラズマやレーザなどのエネルギーを用いた予備
加熱手段よりもコストを低減できる。また、プラズマ溶
接を行う前に摩擦熱による予備加熱を行うため、予備加
熱を行わない場合よりも溶接対象部位の温度を目標の溶
接温度に早く至らせることができるので溶接速度を高め
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶接装置に関し、た
とえば鋼板などの端面同士を突き合わせ溶接する溶接装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の溶接装置としては、たと
えばプラズマ溶接装置が知られている。図４（Ａ）は、
プラズマ溶接装置によって鋼板を溶接する様子を示す説
明図である。同図においてＬ１は、鋼板４０の端面同士
を突き合わせて形成された突き合わせ線である。プラズ
マ溶接装置に備えられたトーチ５０の先端から高温のプ
ラズマ流５１を突き合わせ線Ｌ１上に噴射することによ
り、鋼板４０の端面同士を溶接する。ところで、このよ
うなプラズマ溶接を行う分野では、いかに溶接速度を高
めるかが課題となっている。溶接速度を高める手段の１
つとして、出力電流を大きくしてプラズマエネルギーを
大きくする手段がある。図５は、出力電流が１００Ａの
場合と２００Ａの場合とにおける鋼板４０の板厚と溶接
速度との関係を示すグラフである。図５に示すように、
出力電流を２００Ａにすると、１００Ａの場合よりも溶
接速度が約２倍に速くなることが分かる。また、他の手
段として、図４（Ｂ）に示すように、プラズマ溶接装置
５０を２つ使用した手段がある。これは、溶接範囲を２
つのプラズマ溶接装置５０によって分担して同時に溶接
を行い、溶接速度を高めるというものである。さらに、
プラズマ溶接装置による溶接箇所に重ねてレーザ溶接装
置により溶接する技術が知られている（特開平７−２４
６４８４号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の手段の
ように、出力電流を大きくする手段は、高出力化により
トーチ５０の劣化が早まるため、ランニングコストが増
加してしまうという問題がある。また、後者２つの手段
のように、プラズマ溶接装置を２つ使用する手段や、プ
ラズマ溶接装置およびレーザ溶接装置を使用する手段
は、初期投資に必要な設備費が高くなってしまうという
問題がある。つまり、従来の溶接装置は、コストが高い
という問題がある。

【０００４】そこでこの発明は、上記諸問題を解決する
ためになされたものであり、その目的とするところは、
コストを高くしないで溶接速度を高めることができる溶
接装置を実現することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段、作用および発明の効果】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし
請求項５に記載の発明では、溶接対象物同士を突き合わ
せて形成された突き合わせ線上を摩擦し、その摩擦熱で
予備加熱する予備加熱手段と、この予備加熱手段により
予備加熱された部分を他の加熱手段によりさらに加熱し
て前記溶接対象物同士を溶接する溶接手段とを備えると
いう技術的手段を用いる。

【０００６】つまり、溶接対象物同士を突き合わせて形
成された突き合わせ線上を摩擦し、その摩擦熱で予備加
熱しておくことにより、その後の溶接において溶接対象
部位の温度を目標の溶接温度に早く至らせることができ
るため、溶接速度を高めることができる。特に、一方の
溶接対象物の板厚が厚い場合は、入り熱不足になり易い
が、その板厚の厚い方を予備加熱することにより、その
後の溶接における入り熱不足を補うことができる。ま
た、突き合わせ線上を摩擦熱により予備加熱するという
手段は、プラズマやレーザなどによって予備加熱する他
の手段よりもコストを低減できる。たとば、請求項２に
記載するように、突き合わせ線上を摩擦する回転部材
と、この回転部材を回転駆動するモータとによる簡易な
機械構造によって実現できるため、溶接装置を２つ使用
する場合よりもコストを低減できる。また、溶接装置を
高出力化する必要がないので、たとえば請求項５に記載
するように、溶接手段としてプラズマアーク溶接を使用
する場合は、トーチの劣化が早まらないため、ランニン
グコストを低減できる。

【０００７】また、請求項３に記載の発明のように、付
勢手段によって上記回転部材を突き合わせ線上に付勢す
ることにより、突き合わせ線において溶接対象物が浮き
上がるのを阻止できるため、安定した溶接を行うことが
できる。

【０００８】さらに、請求項４に記載の発明では、請求
項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の溶接装置に
おいて、前記溶接手段は、プラズマアーク溶接を使用す
るものであるという技術的手段を用いる。

【０００９】つまり、プラズマアーク溶接は、エネルギ
ー密度が高いため、高速で低電流溶接が可能であり、そ
の結果として、溶接歪みの少ないからである。また、溶
け込み量の調整が容易だからである。さらに、アークの
安定性および方向性に優れているからである。またさら
に、電極の先端がノズルから突出しないため、その先端
を誤って溶加棒や溶融池に接触することがないので、電
極の保守に有利だからである。

【００１０】また、溶接手段としてプラズマアーク溶接
を使用する場合は、請求項５に記載するように、上記回
転部材を非導電性材料により形成することにより、プラ
ズマアークが回転部材に横飛するのを防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る溶接装置の
一実施形態について図を参照して説明する。図１は、こ
の実施形態に係る溶接装置の主要構成を示す説明図であ
り、図２は、図１に示す溶接装置の使用状態を示す説明
図である。図１に示すように、溶接装置１０は、プラズ
マ溶接装置２０と、予備加熱装置３０とを備える。 ［プラズマ溶接装置２０の主要構成］プラズマ溶接装置
２０は、先端のノズル２３から高温のプラズガス流２２
を噴射するトーチ２１を備える。ノズル２３の内部に
は、たとえばタングステンなどにより形成された電極を
備えており、その電極の周囲には、たとえばアルゴンな
どの動作ガスが流入する空間が形成されている。ノズル
２３および上記電極は、ケーブル６２，６３によって制
御装置２４に備えられたパイロットアーク電源２６に接
続されており、そのパイロットアーク電源２６から供給
される電源によって上記電極とその周囲との間にアーク
を発生する。また、トーチ２１は、ケーブル６４によっ
て制御装置２４に備えられたガスボンベ２８に接続され
ており、そのガスボンベ２８から上記空間に供給される
動作ガスが上記アークの熱によってイオン化する。さら
に、上記電極および鋼板４０は、ケーブル６０，６１に
よって制御装置２４に備えられた電源２７に接続されて
おり、上記イオン化したアークを鋼板４０に導く。これ
により、ノズル２３から高温のプラズマガス流が噴射さ
れる。

【００１２】［予備加熱装置３０の主要構成］予備加熱
装置３０は、モータ３１と、このモータ３１の回転シャ
フトに取付けられた回転部材３２と、回転部材３２が溶
接対象部位へ押し付けられるようにモータ３１を矢印Ｆ
１で示す方向に付勢するバネ３３とを備える。回転部材
３２は、この実施形態では、先端が半球状の棒形状に形
成されており、強度および耐熱性に優れるという理由か
ら、たとえば高靱性セラミックス（セラミックス中に粒
子、短繊維または連続繊維などを強化相として混入させ
た複合セラミックス）や、ＷＣ（タングステン＋カーバ
イト）超硬合金などにより形成されている。また、モー
タ３１には、立上がり速度が速く、かつ、回転トルクが
大きく、回転が安定しているなどの理由からダイレクト
モータを使用する。トーチ２１および予備加熱装置３０
は、溶接方向（矢印Ｆ２で示す方向）へ移動する同じヘ
ッド７０に取付けられており、図示しない駆動装置によ
って同じ突き合わせ線Ｌ１上を移動する。つまり、回転
部材３２がトーチ２１に先行して移動する。

【００１３】［溶接方法］次に、溶接装置１０を使用し
た溶接方法について図２を参照して説明する。鋼板４
０，４０の端面同士を突き合わせて形成された突き合わ
せ線Ｌ１上に、モータ３１によって回転する回転部材３
２の先端を押し付ける。これにより、回転部材３２の先
端と鋼板４０との間に摩擦熱が発生し、その摩擦熱は、
鋼板４０に伝熱し、突き合わせ線Ｌ１上における溶接対
象部位を予備加熱する。続いてトーチ２１からプラズマ
流２２を上記溶接対象部位に噴射し、そのプラズマ流２
２によって突き合わせ線Ｌ１における鋼板４０，４０の
端面同士が溶融し、接合される。このとき、溶接対象部
位は、プラズマ溶接装置２０に先行して予備加熱装置３
０によって予備加熱されているため、予備加熱を行わな
い場合よりも溶融温度に短時間で上昇する。図中４１
は、溶融ビード４１である。

【００１４】［効果］以上のように、この実施形態に係
る溶接装置１０を使用すれば、プラズマ溶接を行う前に
回転部材３２の回転による摩擦熱によって予備加熱を行
うことができるため、予備加熱を行わない場合よりも、
溶接対象部位の温度を目標の溶接温度に早く上昇させる
ことができる。このため、溶接速度を速くすることがで
きる。本発明者の実験によれば、図３に示すように、本
発明品である溶接装置２０は、予備加熱を行わないプラ
ズマ溶接装置単体の従来品よりも溶接速度が約２倍であ
った。また、モータ３１、回転部材３２およびバネ３３
などの簡易な構成によって予備加熱を行うことができる
ため、従来のようにプラズマ溶接装置を２つ使用する構
成よりも設備費を低減できる。さらに、従来のように、
プラズマ溶接装置における出力電流を大きくする必要が
ないため、高出力化によるトーチ２１の寿命が短くなる
こともない。また、回転部材３２の回転速度を速くして
予備加熱温度を高くすれば、プラズマ溶接装置の出力電
流を小さくすることができるため、プラズマ溶接装置に
必要な電力を節約できる。さらに、回転部材３２は、バ
ネ３３によって突き合わせ線Ｌ１上に押し付けられるた
め、突き合わせ線Ｌ１において鋼板４０が浮き上がって
しまうのを阻止できるので、安定した溶接を行うことが
できる。

【００１５】［他の実施形態］上記実施形態では、モー
タ３１によって回転部材３２を回転させることにより、
回転部材３２と鋼板４０との間に摩擦熱を発生させる構
成を説明したが、たとえば高靱性セラミックスやＷＣ超
硬合金などで形成された部材を突き合わせ線Ｌ１上に接
触させて面方向に往復運動（振動）させることにより、
その接触部位に摩擦熱を発生させる構成を用いることも
できる。また、プラズマ溶接に代えてレーザ溶接、アー
ク溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接などを用いることもで
きる。

【００１６】［各請求項と実施形態との対応関係］鋼板
４０，４０が請求項１に係る溶接対象物に対応し、予備
加熱装置３０が予備加熱手段に対応し、プラズマ溶接装
置２０が溶接手段に対応する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係る溶接装置の主要構成
を示す説明図である。

【図２】図１に示す溶接装置の使用状態を示す説明図で
ある。

【図３】従来品および本発明品の溶接速度を示すグラフ
である。

【図４】図４（Ａ）は、プラズマ溶接装置によって鋼板
を溶接する様子を示す従来技術の説明図であり、図４
（Ｂ）は、２つのプラズマ溶接装置によって鋼板を溶接
する様子を示す従来技術の右側面説明図である。

【図５】出力電流が１００Ａの場合と２００Ａの場合と
における鋼板４０の板厚と溶接速度との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０ 溶接装置 ２０ プラズマ溶接装置（溶接手段） ２１ トーチ ３０ 予備加熱装置（予備加熱手段） ３１ モータ ３２ 回転部材 ３３ バネ ４０ 鋼板（溶接対象物） Ｌ１ 突き合わせ線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接対象物同士を突き合わせて形成され
   た突き合わせ線上を摩擦し、その摩擦熱によって予備加
   熱する予備加熱手段と、 この予備加熱手段により予備加熱された部分を他の加熱
   手段によりさらに加熱して前記溶接対象物同士を溶接す
   る溶接手段とを備えることを特徴とする溶接装置。
2. 【請求項２】 前記予備加熱手段は、 前記突き合わせ線上を摩擦する回転部材と、この回転部
   材を回転駆動するモータとを備えることを特徴とする請
   求項１に記載の溶接装置。
3. 【請求項３】 前記回転部材を前記突き合わせ線上に付
   勢する付勢手段を備えたことを特徴とする請求項２に記
   載の溶接装置。
4. 【請求項４】 前記溶接手段は、プラズマアーク溶接を
   使用するものであることを特徴とする請求項１ないし請
   求項３のいずれか１つに記載の溶接装置。
5. 【請求項５】 前記回転部材は、非導電性材料により形
   成されていることを特徴とする請求項４に記載の溶接装
   置。