JP2002144043A - ティグアークトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭くて底の深い開先であっても大きなアーク
電流によるティグ溶接を安価にかつ容易に行うことがで
き、タングステン電極の側面にアークが発生するのを防
止できるティグアークトーチを提供する。 【解決手段】 中継ブロック５に一端が支持された支柱
７の先端に取り付けられ、冷却水路９１中を流れる冷却
水により冷却された板状の電極保持部材９に穿設された
電極保持溝９０にタングステン電極４を嵌挿し、板ばね
２０で押圧保持させたティグトーチ１を母材２ａ，２ｂ
の開先１０の中に導き、遮蔽筒６の内部から遮蔽ガスを
流下させ、ガス孔９２からワーキングガスをアーク発生
部に向けて流出させつつ、タングステン電極４の先端と
開先１０底部との間にアーク放電を発生させるティグア
ーク溶接を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は厚板鋼材の溶接に用
いられ、特に、狭開先内でのティグ（タングステン・イ
ナート・ガス）溶接に好適に用いられるティグアークト
ーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】板厚が例えば、２０mmの厚板鋼材に対し
て開先幅が６mmというような非常に狭い溶接溝内でティ
グ（ＴＩＧ）溶接すると、溶接変形や残留応力が小さ
く、しかも、溶接作業時間も短くて済むことが期待でき
るので、かかる分野での技術開発がいろいろと進められ
ている。

【０００３】図７は二重ガス供給筒構造のティグトーチ
を用いた溶接方法を示す溶接部の断面図である。母材２
の開先１０の表面側に配置されたティグトーチ１はセン
ターノズル８と、その外側を覆うように配設されたシー
ルドノズル３を具えていて、センターノズル８の中心部
には丸針状のタングステン電極４が電極保持部材９によ
り上下動可能に保持されている。センターノズル８の内
部には上方よりタングステン電極４に沿って流下するヘ
リウムより成る高速のセンターガスＧc が流されてい
て、これによりタングステン電極４先端に形成されたア
ークＡc を冷却する共に、母材２の溶融能力の増強を図
っている。また、シールドノズル３の内部には上方より
アルゴンガスより成るアウターガスＧo が流下してい
て、溶接部を遮蔽する効果を果たしている。溶接作業時
には母材２の表面側にシールドノズル３を配置し、電極
保持部材９に装着されたタングステン電極４を下方に垂
下させて開先１０底まで届くように延ばし、その先端部
に発生したアークＡc により母材２を溶融して融着させ
る。

【０００４】ところで、母材２の板厚が例えば、５０mm
にもなると、電極保持部材９の先端からタングステン電
極４の先端までの長さ（突出し長さ）が６０mm以上にな
るため、例えば、３００Aのアーク電流を流そうとする
と、直径が３．２mmのタングステン電極４を使用して
も、電極線中の抵抗発熱量が多く、過熱溶融の虞がある
ため実用に供することはできない。従って、実際の溶接
作業に用いる場合にはアーク電流は例えば、２００Ａ程
度の低い電流値に設定せざるを得ず、その結果、母材溶
接能力が低下し、作業効率の低下を招くことになる。

【０００５】そこで、かかる不具合の発生を回避すべ
く、タングステン電極４の電極線に直径４．０mmのもの
を用いようとすると、６mmの開先幅に対して両側の間隔
は１mmずつしか取ることができない。しかも、上述のよ
うに、電極線中の抵抗発熱量が多いため、タングステン
電極４の突出し長さの１／２位の箇所でも１０００゜Ｃ
近い高温になる。そして、当該箇所を電気絶縁材料で被
覆することも難しいので、露出したタングステン電極４
の側面をアークＡc が這い上がってしまうため、溶接で
きなくなってしまう。

【０００６】このようなタングステン電極内部での抵抗
発熱の問題を回避するための工夫として、例えば、特開
平１０−７６３６７号公報にはタングステン電極とし
て、断面形状が溶接線方向に長い長方形の板状電極を用
いた発明が開示されている。図８は当該発明に係る溶接
部の要部をその一部を切り欠いて示す斜視図である。同
図に示すように、母材２a、２ｂの間に形成された狭い
開先１０中に図示しない電極保持部材により保持されて
挿入された板状のタングステン電極４の先端部は点状に
尖らせてあり、ワイヤガイド１５により案内されて送出
された添加ワイヤ１４ａ，１４ｂの先端部との間に形成
されたアークにより溶接が行われる。しかしながら、こ
のような工夫を施してもタングステン電極４の突出し長
さの１／２位の箇所はやはり１０００゜Ｃ近い高温にな
り、アークがしばしばタングステン電極４の側面を這い
上がってしまう。

【０００７】また、このようなアークの這い上がりを防
止した技術としては特開平１０−２８６６７号公報に、
図９および図１０にそれぞれ正面図および側面図として
示したタングステン電極４を薄い平板状にすると共に、
その先端部を残して外表面に絶縁性セラミックを溶射し
て被覆したティグトーチの発明が開示されている。しか
し、このような特殊な電極は非常に高価であるばかりで
なく、被覆したセラミックが熱履歴により剥がれ易く耐
久性に乏しいという欠点がある。このように、母材の間
に形成された開先間に長く延ばしたタングステン電極を
挿入して母材を溶接する溶接方式は開先幅が例えば、６
mm以下のように狭く、母材の板厚が例えば、１００mmを
越えるような、従って、開先底が深い鋼材の溶接を行う
場合には上述のように、タングステン電極内部での抵抗
発熱量が多過ぎて適用することができない。

【０００８】そこで、本発明者等は母材の板厚が１００
mmを越すような鋼材の溶接に適した狭開先ティグ溶接方
法を開発し、特公平３−６９６２９号公報に開示した。
図１１および図１２はそれぞれ同公報に開示された発明
に係るティグトーチ１の正面図および側面図である。電
極保持部材９により終端が締着されたタングステン電極
４はティグトーチ１の先端に取り付けられ、水冷された
銅製の通電チップ１９に穿設された丸孔１９１内に挿通
され、これに平行に設けられた板ばね２０に突設された
突起２０１が押圧接触して通電するような構造になって
いる。なお、電極保持部材９は上下動可能に支持されて
いて、溶接作業中にも タングステン電極４の突出し長
さを調整できるようになっている。そして、タングステ
ン電極４の先端と添加ワイヤ１４の先端付近には遮蔽ガ
スノズル２３ａ，２３ｂから遮蔽ガスが吹き付けて、ア
ークによる酸化を防止するようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
図１２に示すティグトーチ１の厚さは通電チップ１９の
厚さと同じであり、通電チップ１９はタングステン電極
４の周囲を囲むような構造になっているので、通電チッ
プ１９の厚さはタングステン電極４の直径よりも片側で
１mm 、両側で２mm 位厚くなる。例えば、直径２．４mm
のタングステン電極４を用いた時は、通電チップ１９の
厚さは約４mmになり、直径３．２mmのタングステン電極
４を用いた時は、通電チップ１９の厚さは約５mmにな
る。従って、これらのティグトーチ１は開先幅が７mm〜
１４mm程の開先の溶接には適しているが、開先幅が６mm
以下の開先の溶接には適しておらず、敢えてこのような
狭い開先幅の開先の溶接に用いる場合は、アーク電流を
２５０Ａ以下の低電流で駆動しなければならなかった。

【００１０】このように、従来技術は開先内に長いタン
グステン電極４を挿入して溶接することを基本にしてい
るため、大きなアーク電流で開先幅が６mm以下の開先の
溶接を行うことは困難であり、長いタングステン電極４
の側面を絶縁被覆することも難しかった。また、狭い開
先幅の開先の溶接を行うための工夫として提案された板
状電極やセラミック被覆したタングステン電極は非常に
高価であるため、実用的ではなかった。

【００１１】本発明の目的は狭くて底の深い開先であっ
ても大きなアーク電流によるティグ溶接を安価にかつ容
易に行うことができ、タングステン電極の側面にアーク
が発生するのを防止できるティグアークトーチを提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は１本のタング
ステン電極の焼損寿命を延長できると共に、タングステ
ン電極の先端が母材に融着してもタングステン電極を電
極保持部材から容易に取り外すことができるティグアー
クトーチを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、タングステン電極が電極保持部材の扁平面
に露出した状態で保持されるようにしたものであり、好
ましくは、電極保持部材の扁平面間の厚さをタングステ
ン電極の露出部分の径以下とし、タングステン電極は電
極保持部材の下端部に穿設された電極保持溝内に嵌入
し、該電極保持溝に対する押圧力により圧接保持され、
さらに、一端が電極保持部材の内部でタングステン電極
の後端部に当接し、該タングステン電極の後端位置を調
整すべく、上下動可能に保持された突出し部材を有し、
電極保持部材の扁平面のタングステン電極の露出部分以
外の位置に、前記扁平面から突出する絶縁性の案内ピン
を設けたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
例を詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係るティ
グアーク溶接トーチの正面図、図２は同じく、ティグア
ーク溶接トーチの開先中に挿入された状態での側面図、
図３は図１の切断線Ａ−Ａに沿ったティグトーチ１の断
面図である。これらの図において、５は図示しないトー
チスタンドに支持され、図示しないアーク電源からのア
ーク電流が導かれる黄銅製の中継ブロック、６は内部に
遮蔽ガスが流出する高さが４０mm程の遮蔽筒、７は一端
が中継ブロック５に一体的に支持され、他端がクロム銅
から成る電極保持部材９を保持する支柱、１１は中継ブ
ロック５から支柱７に沿って配置されたガイド管、１２
はガイド管１１内に挿入され、電極保持部材９内部まで
進入して他端がタングステン電極４の上端に当接する硬
質ピアノ線から成る突出し線、１３ａ，１３ｂは中継ブ
ロック５に一端がろう付け支持されて他端が電極保持部
材９に連結された２本の冷却水管、１６は同様に中継ブ
ロック５に一端がろう付け支持されて他端が電極保持部
材９に連結されたワーキングガス管である。

【００１４】また、２１はタングステン電極４を側面か
ら押し付ける耐熱性の板ばね２０を電極保持部材９に係
止する係止ピン、５１は中継ブロック５に螺着されて突
出し線１２の一端が固定され、回転操作することにより
タングステン電極４の突出し長さを例えば、１５mmに調
整するための調整撮み、９０は電極保持部材９の中央部
に穿設され、そこに嵌入したタングステン電極４を保持
する電極保持溝、９１は電極保持部材９中に穿設され、
接続された冷却水管１３ａ，１３ｂを経て供給された電
極保持部材９を冷却するための冷却水が通過する冷却水
路、９２は電極保持部材９中に穿設され、接続されたワ
ーキングガス管１６から供給されたヘリウムガスから成
るワーキングガスをタングステン電極４の横からアーク
発生部に向けて流出させるガス孔である。従来例と同一
または同一とみなせる箇所には同一の符号を附して重複
する説明を省略する。

【００１５】本実施例では直径が３．２mmのタングステ
ン電極４を使用する時は厚さ３mmの電極保持部材９を用
いて、その電極保持溝９０内に保持する。支柱７、ガイ
ド管１１、冷却水管１３ａ，１３ｂ、ワーキングガス管
１６および板ばね２０の開先幅方向の各寸法は全て電極
保持部材９の厚さ以下に設定されている。また、これら
の高さ方向の寸法を設定することにより、ティグトーチ
１の長さ寸法を任意の値に選定することができる。中継
ブロック５と母材２ａ，２ｂ表面との間に配置される遮
蔽筒６の高さを４０mm、中継ブロック５の下端からタン
グステン電極４の先端までの長さを２００mmとした時に
は、板厚が１５０mmの母材２ａ，２ｂであっても、その
開先底までタングステン電極４の先端を到達させて開先
底との間にアークを発生させることができる。

【００１６】次に、本実施例の動作を説明する。始め
に、狭い開先１０底で高周波アーク溶接を開始すると、
しばしばティグトーチ１の側面からアークが発生するこ
とがあるので、タングステン電極４の先端を開先１０底
まで下降させて、一旦、母材２ａ，２ｂと接触させてか
ら通電を開始させ、その儘ティグトーチ１を引き上げて
アークをタングステン電極４の先端から発生させる、い
わゆる、収縮始動法が採用されている。この収縮始動を
開始する際に、タングステン電極４は母材２によって押
されるが、タングステン電極４の後端が突出し線１２の
先端に当接しているだけなので、タングステン電極４の
突出し長さが短くなることはない。

【００１７】本実施例ではタングステン電極４の後端を
突出し線１２の先端に単に当接させているだけなので、
例えば、収縮始動開始時等の誤操作によりタングステン
電極４の先端が母材２に融着した場合に、アーク電流の
供給を絶った後でティグトーチ１を引き上げるだけで、
タングステン電極４をティグトーチ１から分離させるこ
とができる。従って、融着したタングステン電極４の取
外し作業をティグトーチ１に損傷を与えることなく行う
ことができる。

【００１８】また、タングステン電極４は板ばね２０に
よって電極保持部材９の電極保持溝９０内に強めに押し
付けられているだけなので、その交換を行う場合は、簡
単に手で引き抜き、あるいは押し込み挿入するだけで済
むから、交換作業に要する労力と時間を省くことができ
る。タングステン電極４の長さが例えば、１０mm短くな
っても、中継ブロック５の調整撮み５１を回して突出し
線１２を下降させ、突出し長さを１５mmに調整すること
ができるから、タングステン電極４の繰り返し使用寿命
を延ばすことができる。

【００１９】本実施例のタングステン電極４は通常は１
０〜１５mm程の短い突出し長さで使用されるので、大き
なアーク電流を流しても、タングステン電極４内部の抵
抗発熱量は多くならないから、開先底が深くても、アー
ク電流はタングステン電極４の直径に見合った常用の値
以上に設定することができる。なお、タングステン電極
４の突出し長さは３０mm程度までなら、流す最大アーク
電流が多少低下するものの、溶接作業に特に支障は生じ
ない。しかし、タングステン電極４の突出し長さが５０
mm以上になると、タングステン電極４は過熱されるた
め、溶接作業に支障が生じる。

【００２０】中継ブロック５および電極保持部材９は冷
却水により冷やされているので、２００°Ｃ程に予熱さ
れた母材２の開先１０中にティグトーチ１を挿入した場
合でも、ティグトーチ１は中間部を含めて６０°Ｃ以下
に保たれているから、例えば、厚さが０．２mm位の安価
な薄い耐熱性ガラステープで全体を捲くだけで、簡単か
つ安価にティグトーチ１と開先１０との間の電気絶縁を
確保できる。従って、誤ってティグトーチ１が開先１０
壁面に接触したときでも、ティグトーチ１側面からアー
クが発生することはない。

【００２１】開先幅が６mmというような極めて狭い開先
中でアーク溶接を行う場合は、従来は開先深さの影響を
受けるので、アークの母材溶融能力を高めるために高価
なヘリウムあるいはヘリウムを混合したアルゴンガスを
ワーキングガスとして用いなければならなかったが、本
実施例ではタングステン電極４の先端から発生するアー
クの直近の電極保持部材９の下端からアーク部分に向け
て、１：１の比のヘリウム・アルゴン混合ガスが吹き出
すと共に、遮蔽筒７からアルゴンガスが流出するように
なっているので、溶接作業の施工費用を低減できる。

【００２２】次に、本実施例のティグトーチ１の構造を
より簡素化した変形例について説明する。図４は本実施
例の変形例に係るティグアーク溶接トーチの正面図、図
５は図４の切断線Ｂ−Ｂに沿ったティグトーチ１の断面
図である。これらの図において、１７は一端が中継ブロ
ック５に一体的に固定され、他端に電極保持部材９がろ
う付けされた厚さ３mmの黄銅から成る中間部材、９３は
電極保持部材９の下端部に嵌合する窒化珪素から成る長
さ４．５mmの案内ピン、１７１は中間部材１７中に刳り
貫き形成された冷水が流れる冷却水路である。

【００２３】中間部材１７は電極保持部材９にアーク電
流を導く機能と電極保持部材９を中継ブロック５に対し
て支持する機能を兼ね具えているので、本実施例のティ
グトーチ１よりも丈夫な作りになっている。電極保持部
材９の構成および機能は本実施例のものと殆ど変わらな
い。しかし、この変形例では先の実施例の突出し線１２
に相当する部材を具えていないので、タングステン電極
４の後端が電極保持部材９に直接当接するようになって
おり、タングステン電極４が消耗すると、その突出し長
さが短くなるという欠点がある。

【００２４】図５に示すように、案内ピン９３は電極保
持部材９の幅より長く、主面より突出形成されているの
で、タングステン電極４や中間部材９３が直接開先１０
側壁に接触するのを防止すると共に、開先１０を倣う機
能を具えている。なお、アーク電流を例えば、３５０Ａ
流す場合は、タングステン電極４は直径が３．２mmのも
の、電極保持部材９は厚さが３mmのものを用い、アーク
電流が２５０Ａ以下の場合は、タングステン電極４は直
径が２．４mmのもので良く、電極保持部材９は厚さが
２．５mmのものを用いる。

【００２５】図６は直径が４mmのタングステン電極４を
研削して小径部の幅を２．５mmとしたものの径方向の断
面図である。このような扁平形状あるいは板状のタング
ステン電極４を用いると、電極保持部材９として厚さが
タングステン電極４の小径部の厚さと同じ２．５mmのも
のを用いても、アーク電流を例えば、３５０Ａ流すこと
ができる。この場合はティグトーチ１の厚さを薄くでき
るので、溶接作業をよりし易くなるという利点がある。
なお、電極保持部材９の厚さは４mm以上になると、開先
幅が例えば、６mmのように極めて狭い開先１０内では使
用できなくなる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、タングステン電極が電極保持部材の扁平面に
露出した状態で保持されるようにしたので、狭くて底の
深い開先であっても大きなアーク電流によるティグ溶接
を安価にかつ容易に行うことができ、タングステン電極
の側面にアークが発生するのを防止することができる。
請求項２記載の発明によれば、電極保持部材の扁平面間
の厚さをタングステン電極の露出部分の径以下としたの
で、狭くて底の深い開先であっても大きなアーク電流を
流すことができる。

【００２７】請求項３記載の発明によれば、タングステ
ン電極は電極保持部材の下端部に穿設された電極保持溝
内に嵌入し、該電極保持溝に対する押圧力により圧接保
持されるようにしたので、タングステン電極の先端が母
材に融着してもタングステン電極を電極保持部材から容
易に取り外すことができる。請求４項記載の発明によれ
ば、一端が電極保持部材の内部でタングステン電極の後
端部に当接し、該タングステン電極の後端位置を調整す
べく、上下動可能に保持された突出し部材を有したの
で、タングステン電極の突出し長さを一定に保つことが
できるから、１本のタングステン電極の焼損寿命を延長
できる。

【００２８】請求項５記載の発明によれば、電極保持部
材の扁平面のタングステン電極の露出部分以外の位置
に、前記扁平面から突出する絶縁性の案内ピンを設けた
ので、タングステン電極が開先側面に接触するのを確実
に防止できると共に、タングステン電極を開先壁面に倣
って移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るティグアーク溶接トーチ
の正面図

【図２】同じく、ティグアーク溶接トーチの開先中に挿
入された状態での側面図

【図３】図１の切断線Ａ−Ａに沿ったティグトーチの断
面図

【図４】本実施例の変形例に係るティグアーク溶接トー
チの正面図

【図５】図４の切断線Ｂ−Ｂに沿ったティグトーチの断
面図

【図６】研削して小径部を形成したタングステン電極の
径方向の断面図

【図７】従来例に係る二重ガス供給筒構造のティグトー
チを用いた溶接方法を示す溶接部の断面図

【図８】他の従来例に係る溶接部の要部をその一部を切
り欠いて示す斜視図

【図９】薄い平板状にしたタングステン電極を示す正面
図

【図１０】同じく、その側面図

【図１１】従来例に係るティグトーチの正面図

【図１２】同じく、ティグトーチの側面図

【符号の説明】

１ ティグトーチ ２（ａ，ｂ） 母材 ４ タングステン電極 ５ 中継ブロック ６ 遮蔽筒 ７ 支柱 ９ 電極保持部材 １０ 開先 １１ ガイド管 １２ 突出し線 １７ 中間部材 ２０ 板ばね ５１ 調整撮み ９０ 電極保持溝 ９１ 冷却水路 ９２ ガス孔 ９３ 案内ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 浩 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 Ｆターム(参考） 4E001 LD09 LF02 LH04 MD02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を循環する冷却水により冷却され、
   タングステン電極を先端部から露出した状態で保持する
   扁平形状を成す電極保持部材と、該電極保持部材に嵌入
   して保持されるタングステン電極と、前記電極保持部材
   下端部の前記タングステン電極に対抗する位置に設けら
   れた添加ワイヤと、前記タングステン電極と前記添加ワ
   イヤとの間に生じたアーク近傍に不活性ガスを吹き出さ
   せるガス孔とを有したティグアークトーチにおいて、前
   記タングステン電極は前記電極保持部材の扁平面に露出
   した状態で保持されることを特徴とするティグアークト
   ーチ。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、電極保持部材
   の扁平面間の厚さはタングステン電極の露出部分の径よ
   り大きくないことを特徴とするティグアークトーチ。
3. 【請求項３】 請求項１の記載において、タングステン
   電極は電極保持部材の下端部に穿設された電極保持溝内
   に嵌入し、該電極保持溝に対する押圧力により圧接保持
   されたことを特徴とするティグアークトーチ。
4. 【請求項４】 請求項１の記載において、一端が電極保
   持部材の内部でタングステン電極の後端部に当接し、該
   タングステン電極の後端位置を調整すべく、上下動可能
   に保持された突出し部材を有したことを特徴とするティ
   グアークトーチ。
5. 【請求項５】 請求項１の記載において、電極保持部材
   の扁平面のタングステン電極の露出部分以外の位置に、
   前記扁平面から突出する絶縁性の案内ピンを設けたこと
   を特徴とするティグアークトーチ。