JP2004188489A

JP2004188489A - アーク溶接装置

Info

Publication number: JP2004188489A
Application number: JP2002363064A
Authority: JP
Inventors: 柳平 ▲高▼木; Ryuhei Takagi; Takayuki Miyagi; 隆幸宮城; Bunji Naito; 聞治内藤; Hiroaki Suzuki; 宏明鈴木
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】給電チップの先端側にセラミック製の絶縁ガイドを設けることによって溶接ワイヤの突き出し長さを長く保持するようになしたアーク溶接装置において、溶接ワイヤの送給により給電孔内面が摩耗した場合であっても、確実に給電チップと溶接ワイヤとの接触を確保できるようにする。
【解決手段】溶接トーチ本体18と、給電チップ14と、セラミック製の絶縁ガイド30と、絶縁ガイド30を内側に保持する金属ガイド24とを備え、溶接ワイヤW先端と被溶接母材34との間にアークAを発生させて溶接を行うアーク溶接装置12において、給電チップ14の先端側の部分を軸直角方向に２等分割して、給電チップ14の本体14Aと一体の固定側の分割片44と、本体14Aと切り離した別体の可動側の分割片46とに分け、そしてそれら分割片44，46の給電孔38の内面で溶接ワイヤWを挟み込むように各分割片44，46を外周面に嵌合した板ばね48にて弾性結合する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は溶接ワイヤと被溶接母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来よりこの種のアーク溶接装置として、溶接トーチ本体に給電チップを連結し、中心部のワイヤ挿通孔を通じて溶接ワイヤを送給し、そのワイヤ挿通孔の一部を成す給電チップの給電孔において溶接ワイヤと給電チップとを接触させて溶接ワイヤに給電を行うようになしたものが一般に用いられている。
【０００３】
ここで従来のアーク溶接装置の場合、溶接ワイヤの自由曲りを利用して給電孔の先端と溶接ワイヤとの接触を確保している。即ち給電点の位置を一定に確保している。
溶接ワイヤ突き出し長さはこの給電点から溶接ワイヤ先端までの長さで規定され、従って上記アーク溶接装置によれば溶接ワイヤ突き出し長さを一定に保持することができる。
【０００４】
これに対して、給電チップから送り出された溶接ワイヤを中心部のガイド孔において案内する絶縁ガイドと、その絶縁ガイドを内側に保持する金属ガイドとを備えたアーク溶接装置が提案されている。
【０００５】
図１１はその一例を示している。
同図において２００は給電チップで、雄ねじ部２０２において溶接トーチ本体２０４の雌ねじ部２０６にねじ結合されている。
この給電チップ２００は給電孔２１６を有しており、その給電孔２１６において溶接ワイヤＷに接触し、これに給電を行う。
尚、２０８は溶接トーチ本体２０４内部に挿入されたコンジットチューブである。
【０００６】
２１０は筒状をなす金属ガイドであって、雌ねじ部２１２において給電チップ２００の雄ねじ部２１４にねじ結合されている。
この金属ガイド２１０の内側には、パイプ状をなすセラミック製の絶縁ガイド２１８が保持されている。この絶縁ガイド２１８は中心部にガイド孔２２０を有しており、このガイド孔２２０において溶接ワイヤＷの送給ガイドを行う。
尚２２２は被溶接母材を表しており、またＡは溶接ワイヤＷと被溶接母材２２２との間に発生するアークを表している。
【０００７】
この図１１に示すアーク溶接装置の場合、給電チップ２００の先端側に金属ガイド２１０及び絶縁ガイド２１８を設けることで、溶接ワイヤＷの突き出し長さを長く取ることができる。
而してこのように溶接ワイヤＷの突き出し長さが長くなれば、その突出した部分、即ち溶接ワイヤＷの給電チップ２００との接触点（給電点）から先端側の部分に流れる電流によって発生する発熱量（Ｉ^２Ｒ）がそれだけ大きくなる。
発熱量が大となれば、アークＡを発生する前に溶接ワイヤＷの温度が高くなって溶け易くなり、従って溶接ワイヤＷに対して供給するエネルギー量が少なくて済む利点が得られる。
【０００８】
しかしながら一方でこのように給電チップ２００の先端側に絶縁ガイド２１８を設けた場合、溶接ワイヤＷに対する給電点の位置が不安定化する不都合が生ずる。
従来のアーク溶接装置では、溶接ワイヤの自由曲りを利用して給電点の位置を一定に保持できたのが、給電チップ２００の先端側に絶縁ガイド２１８を設けることで給電チップ２００から出た溶接ワイヤＷが曲ることができなくなり、この結果溶接ワイヤＷと給電チップ２００との接触点（給電点）の位置が不安定化してしまうのである。
【０００９】
アーク溶接を良好に行うためには、溶接ワイヤＷの突き出し長さ、即ち給電点の位置が一定していて溶接ワイヤＷの突出した部分の加熱が一定に行われることが必要であり、この点において上記図１１に示すアーク溶接装置の場合未だ不十分な点を有しているのである。
【００１０】
そこで本発明者等は給電点を安定化すべく、図１２に示しているように給電チップ２００における給電孔２１６を細孔径として（例えばワイヤ径１．２０ｍｍに対して孔径を１．２３ｍｍ程度とする）アーク溶接試験を行ったが、満足すべき結果は得られなかった。
【００１１】
その理由は、当初においては給電孔２１６が一定位置で溶接ワイヤＷに接触していたとしても、溶接ワイヤＷを送給し続けるうちに給電孔２１６が早期に摩耗してしまい、接触点つまり給電点が不安定化してしまうことによる。
【００１２】
そこで本発明者等は給電孔２１６を斜めの孔とすることに着眼し、図１３に示すようなアーク溶接装置を案出した。このアーク溶接装置は下記特許文献１に開示されている。
しかしながらこのようにした場合においても、給電点を安定化する上で尚十分とは言えないものであった。
その理由については必ずしも十分明らかでないが、一応次のような理由によるものと考えられる。
【００１３】
即ち、給電孔２１６先端と溶接ワイヤＷとの確実な接触を確保しようとすると、給電孔２１６をある程度急角度の斜め孔とせざるを得ないが、このようにすると溶接ワイヤＷを送給する際に給電孔２１６の部分で局部的に大きな抵抗力が働いてしまって、溶接ワイヤＷを円滑に送ることができなくなるとともに、溶接ワイヤＷは一定の剛性を有しているため、給電孔２１６先端が摩耗することによって溶接ワイヤＷに対して給電孔２１６先端を接触させる強制力が漸次弱まるといったことが考えられる。
【００１４】
更にまた溶接ワイヤＷが給電孔２１６の部分で急激に曲げられることから、給電孔２１６より先端側の部分（溶接ワイヤの）がセラミック製の絶縁ガイド２１８に強く当って、場合によりその力が強過ぎると絶縁ガイド２１８が割れてしまうといった不都合を生ずる。
【００１５】
一方このような不都合を是正しようとして給電孔２１６の傾斜角度を小さくすると、今度は給電孔２１６と溶接ワイヤＷとの接触が不安定化してしまう。即ち図１１に示す従来の通常の給電孔２１６に近いものとなってしまう。
【００１６】
そこで本発明者等は、このような問題点を改善した新たなアーク溶接装置を開発し、先の特許願（特願２００１−１８０２１６：未公開）において提案した。
図１４はその具体例を示している。
図示のようにこのアーク溶接装置では、給電チップ２００の先端側の部分に割溝２２４を十字状に設けて同先端側の部分を、給電チップ２００の本体２００Ａと一体構成の４つの分割片２２４Ａに分割し、これによって各分割片２２４Ａに軸直角方向の変形能を付与するとともに、それらの外周面に開口２２６を有するＣリング状且つ板状のばね部材２２８を嵌め合せ、以って各分割片２２４Ａを求心方向に締め付けるようになしたものである。
【００１７】
この図１４に示すアーク溶接装置の場合上記問題をある程度改善できるものの、各分割片２２４Ａの求心方向の剛性が未だ大きいため、溶接ワイヤＷの送給を続けているうちに給電孔２１６の孔径が摩耗により拡大し、これにより引出抵抗（送給抵抗）が小さく変化して行くのと併せて給電安定性も損われてしまい、この点で未だ改善の余地のあることが判明した。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−２１９２７６号公報
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアーク溶接装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、（イ）溶接トーチ本体と、（ロ）該溶接トーチ本体に連結されるとともに中心部に給電孔を有し、該給電孔を挿通する溶接ワイヤと接触して給電を行う給電チップと、（ハ）該給電チップから送り出される溶接ワイヤを中心部のガイド孔において案内するセラミック製の絶縁ガイドと、（ニ）前記給電チップに連結されて該絶縁ガイドを内側に保持する金属ガイドとを備え、該溶接ワイヤ先端と被溶接母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、前記給電チップの先端側の部分を所定軸方向長に亘って軸直角方向に分割し、何れかの分割片を該給電チップの本体に一体に構成するとともに、他の分割片を該本体と切り離した別体構成とし、各分割片に形成した給電孔の内面で前記溶接ワイヤを挟み込むように且つ各分割片間にスリット状の隙間を形成する状態で、前記本体と別体となした可動側の分割片と該本体と一体となした固定側の分割片とを、それらの外周面に嵌め合せたばね部材により該可動側の分割片が該固定側の分割片に対して接近可能に弾性結合したことを特徴とする。
【００２０】
請求項２のものは、請求項１において、前記給電チップの先端側の部分が軸直角方向に半割りに２等分割されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記給電チップの先端側の部分には外周面に環状の段付凹部が形成されていて、該段付凹部に前記ばね部材が嵌め合わされていることを特徴とする。
【００２２】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記ばね部材が軸方向の異なった２箇所で嵌め合わされていることを特徴とする。
【００２３】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、給電チップの先端側の部分を軸直角方向に分割して、何れかの分割片を給電チップの本体に一体に構成するとともに、他の分割片を本体と切り離した別体構成とし、それら各分割片で溶接ワイヤを挟み込むように各分割片を外周面に嵌め合せたばね部材で弾性結合したもので、本発明では、溶接ワイヤを挟み込む複数の分割片の何れかが給電チップの本体とは切り離された別体の構成とされているため、溶接ワイヤの送給を続けることで給電孔内面が摩耗したとしても、可動側の別体構成の分割片がその摩耗による孔径の変化を補うように良好に追従することができる。
即ち摩耗によって給電孔の孔径が大きくなったとき、可動側の分割片が溶接ワイヤとの間に隙間を生ぜしめないように、ばね部材による弾性力で求心方向に微小移動し、固定側の分割片とともに溶接ワイヤを軸直角方向に適正な力で挟み続ける。
【００２４】
これによって適正な送給抵抗、即ち溶接ワイヤと給電孔内面との適正な摩擦力の下での接触を持続的に保持することができ、給電安定性を高め得て、アーク溶接性能を長期に亘り良好に保持することができる。
【００２５】
本発明においては、上記給電チップの先端側の部分を軸直角方向に２等分割しておくことができる。
即ち同先端側の部分を半割構成とし、その一方を給電チップの本体に一体に、また他方を分離した形態の別体構成としておくことができる（請求項２）。
【００２６】
本発明ではまた、給電チップの先端側の部分の外周面に環状の段付凹部を形成し、その段付凹部に上記ばね部材を嵌め合せておくことができる（請求項３）。
このようにすれば、その段付凹部の段付部によってばね部材を、更には可動側の分割片を良好に軸方向に位置決めすることができる。
【００２７】
本発明ではまた、上記ばね部材を軸方向の異なった２箇所において可動側の分割片及び固定側の分割片の外周面に嵌め合せておくことができる（請求項４）。
このようにすることで、給電孔内面と溶接ワイヤとの接触をより良好に確保することが可能となるとともに、可動側の分割片の軸方向の位置決機能も高めることができる。
【００２８】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図１においてＷは溶接ワイヤで、１０はコイル状に巻かれた溶接ワイヤＷを溶接部に供給するワイヤ送給装置である。
１２は本例のアーク溶接装置で、給電チップ１４を有している。
【００２９】
給電チップ１４は上端側に雄ねじ部１６を有しており、この雄ねじ部１６が、溶接トーチ本体１８の下端側の雌ねじ部２０にねじ結合されている。
尚、２２は溶接トーチ本体１８内部に挿入されたコンジットチューブである。
【００３０】
２４は筒状をなす金属ガイドで、図中上端側に雌ねじ部２６を有しており、この雌ねじ部２６において給電チップ１４の下端側の雄ねじ部２８にねじ結合されている。
金属ガイド２４の内側には、パイプ状をなすセラミック製の絶縁ガイド３０が保持されている。
【００３１】
この絶縁ガイド３０は中心部にガイド孔３２を有しており、このガイド孔３２において溶接ワイヤＷを案内するようになっている。
尚、３４は被溶接母材であり、Ａは溶接ワイヤＷと被溶接母材３４との間に発生したアークを表している。
【００３２】
図２に示しているように、給電チップ１４の中心部にはワイヤ挿通孔３６が形成されていて、その下端部が給電孔３８とされている。
上記絶縁ガイド３０の上端部にはフランジ部４０が形成されており、このフランジ部４０が金属ガイド２４の段付部４２により支持されている。
【００３３】
詳しくは、この段付部４２と給電チップ１４とによりフランジ部４０が上下に挟まれる状態で、絶縁ガイド３０が金属ガイド２４の内側に保持されている。
但しこれはあくまで絶縁ガイド３０の保持の一形態例を示したに過ぎないもので、他の様々の形態で絶縁ガイド３０を金属ガイド２４の内側に保持することが可能である。
【００３４】
図２の部分拡大図及び図３，図４に示しているように、本例では給電チップ１４の、給電孔３８を含む先端側の部分が所定軸方向長に亘って、詳しくはその先端から雄ねじ部２８に到るまでの部分が軸直角方向に２等分割されており（半割りされており）、２つの分割片４４，４６の内の一方の分割片（固定側の分割片）４４が、給電チップ１４における本体１４Ａと一体に構成され、また他方の分割片（可動側の分割片）４６が、本体１４Ａから切り離された別体構成のものとされている。
即ち他方の分割片４６は、本体１４Ａに対し軸方向の分割面で軸直角方向に分割されているとともに、軸直角方向の分割面において軸方向にも分割されている。
【００３５】
そしてそれら固定側の分割片４４と可動側の分割片４６とが、それぞれの給電孔３８内面において溶接ワイヤＷを軸直角方向に挟み込む状態で、且つそれら分割片４４と４６との間にスリット状の隙間４７を形成する状態で、各分割片４４，４６の外周面に嵌め合わされたＣリング状の板ばね４８により弾性的に結合されている（図３及び図４では溶接ワイヤＷは省略して示してある）。
即ち可動側の分割片４６が、Ｃリング状の板ばね４８により抱きかかえられるようにして、固定側の分割片４４により板ばね４８を介して固定側の分割片４４に対し接近可能に保持されている。
【００３６】
ここで板ばね４８には周方向所定箇所に開口５０が形成されており、かかる板ばね４８が給電チップ１４の先端側の部分、即ち固定側の分割片４４と可動側の分割片４６とに、段付部５４を有する環状の段付凹部５２において開口５０を通じ軸直角方向に弾性的に嵌め合わされている。
【００３７】
図５は本発明の他の実施例を示している。
この例は給電チップ１４の先端側の部分に、段付部５４を有する段付凹部５２を軸方向の異なった２箇所に設け、それぞれにＣリング状をなす板ばね４８を嵌め合せるようにした例である。
尚他の点については基本的に上記実施例と同様である。
【００３８】
以上のように本例では、溶接ワイヤＷを挟み込む半割形態の２つの分割片４４，４６の一方の分割片４６が、給電チップ１４の本体１４Ａとは切り離された、別体の可動側の分割片４６として構成されており、そしてその可動側の分割片４６が、固定側の分割片４４により板ばね４８にて抱きかかえられるようにして保持されているため、溶接ワイヤＷの送給を続けることで給電孔３８内面が摩耗したとしても、可動側の分割片４６がその変化に良好に追従することができる。
即ち摩耗によって給電孔３８の孔径が大きくなろうとしたとき、可動側の分割片４６が溶接ワイヤＷとの間に隙間を生ぜしめないように板ばね４８による弾性力で求心方向に微小移動（固定側の分割片４４に接近移動）し、固定側の分割片４４とともに溶接ワイヤＷを軸直角方向に適正な力で挟み続ける。
【００３９】
これによって適正な送給抵抗、即ち溶接ワイヤＷと給電孔３８内面との適正な摩擦力の下での接触を持続的に保持することができ、給電安定性を高め得て、アーク溶接性能を長期に亘り良好に保持することができる。
【００４０】
因みに図６〜図１０は、図１〜図４の第１の実施例及び図５の第２の実施例のアーク溶接装置について、溶接ワイヤＷの各種ワイヤ径の下で給電孔３８の孔径を変化させたときのワイヤ引出抵抗（送給抵抗）と給電孔３８の孔径との関係を調べた結果を、図１４に示す比較例のアーク溶接装置との比較において示したものである。
【００４１】
但し図６は、溶接ワイヤＷのワイヤ径を１．０ｍｍとし、アーク溶接装置として第１実施例のものを用いたときの測定結果を、また図７は、同じく溶接ワイヤＷのワイヤ径を１．０ｍｍとし、アーク溶接装置として第２実施例のものを用いたときの測定結果を示している。
【００４２】
また図８は、溶接ワイヤＷのワイヤ径を１．２ｍｍとし、第１の実施例のアーク溶接装置を用いたときの測定結果を、また図９は、溶接ワイヤＷのワイヤ径を１．２ｍｍとし、第２の実施例のアーク溶接装置を用いたときの測定結果を表している。
更に図１０は、溶接ワイヤＷのワイヤ径を１．６ｍｍとし、アーク溶接装置として第２の実施例のものを用いたときの測定結果を表している。
【００４３】
これらの結果から、本実施例のアーク溶接装置の場合良好なワイヤ引出抵抗（送給抵抗）、即ち給電安定性及びこれによるアーク溶接性能を長期に亘り適正に維持できることが分る。
【００４４】
本実施例の場合、給電チップ１４の先端側の部分の外周面に環状の段付凹部５２を形成して、そこにＣリング状の板ばね４８を嵌め合せていることから、その段付凹部５２の段付部５４によって板ばね４８及び可動側の分割片４６を良好に軸方向に位置決めすることができる。
【００４５】
また図５の実施例の場合、軸方向の異なった２箇所に板ばね４８を嵌め合せていることから、給電孔３８内面と溶接ワイヤＷとの接触をより良好に確保することができ、また可動側の分割片４６をより良好に軸方向に位置決めすることができる。
【００４６】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるアーク溶接装置を示す図である。
【図２】同実施例のアーク溶接装置の要部を拡大して示す図である。
【図３】同実施例のアーク溶接装置を各部材に分解して示す図である。
【図４】同実施例のアーク溶接装置における給電チップ単体の図である。
【図５】本発明の他の実施例における給電チップ単体の図である。
【図６】図１〜図４の実施例のワイヤ径１．０ｍｍの下でのワイヤ引出抵抗と給電孔の孔径との関係を表した図である。
【図７】図５の実施例のワイヤ径１．０ｍｍの下でのワイヤ引出抵抗と給電孔の孔径との関係を表した図である。
【図８】図１〜図４の実施例のワイヤ径１．２ｍｍの下でのワイヤ引出抵抗と給電孔の孔径との関係を表した図である。
【図９】図５の実施例のワイヤ径１．２ｍｍの下でのワイヤ引出抵抗と給電孔の孔径との関係を表した図である。
【図１０】図５の実施例のワイヤ径１．６ｍｍの下でのワイヤ引出抵抗と給電孔の孔径との関係を表した図である。
【図１１】従来のアーク溶接装置の一例を示す図である。
【図１２】図１１のアーク溶接装置の改良案の例を示す図である。
【図１３】図１２とは異なる改良案の例を示す図である。
【図１４】図１３の改良案として本発明者等が案出したアーク溶接装置を比較例として示す比較例図である。
【符号の説明】
１２アーク溶接装置
１４給電チップ
１４Ａ本体
１８溶接トーチ本体
２４金属ガイド
３０絶縁ガイド
３２ガイド孔
３４被溶接母材
３８給電孔
４４分割片（固定側の分割片）
４６分割片（可動側の分割片）
４７隙間
４８板ばね（ばね部材）
５２段付凹部
５４段付部
Ｗ溶接ワイヤ
Ａアーク

Claims

（イ）溶接トーチ本体と、（ロ）該溶接トーチ本体に連結されるとともに中心部に給電孔を有し、該給電孔を挿通する溶接ワイヤと接触して給電を行う給電チップと、（ハ）該給電チップから送り出される溶接ワイヤを中心部のガイド孔において案内するセラミック製の絶縁ガイドと、（ニ）前記給電チップに連結されて該絶縁ガイドを内側に保持する金属ガイドとを備え、該溶接ワイヤ先端と被溶接母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、
前記給電チップの先端側の部分を所定軸方向長に亘って軸直角方向に分割し、何れかの分割片を該給電チップの本体に一体に構成するとともに、他の分割片を該本体と切り離した別体構成とし、各分割片に形成した給電孔の内面で前記溶接ワイヤを挟み込むように且つ各分割片間にスリット状の隙間を形成する状態で、前記本体と別体となした可動側の分割片と該本体と一体となした固定側の分割片とを、それらの外周面に嵌め合せたばね部材により該可動側の分割片が該固定側の分割片に対して接近可能に弾性結合したことを特徴とするアーク溶接装置。
請求項１において、前記給電チップの先端側の部分が軸直角方向に半割りに２等分割されていることを特徴とするアーク溶接装置。
請求項１，２の何れかにおいて、前記給電チップの先端側の部分には外周面に環状の段付凹部が形成されていて、該段付凹部に前記ばね部材が嵌め合わされていることを特徴とするアーク溶接装置。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記ばね部材が軸方向の異なった２箇所で嵌め合わされていることを特徴とするアーク溶接装置。