JP2005111551A

JP2005111551A - ホットワイヤｔｉｇ溶接方法、この方法により溶接された部品及びホットワイヤｔｉｇ溶接装置

Info

Publication number: JP2005111551A
Application number: JP2003352334A
Authority: JP
Inventors: Makoto Niwa; 誠丹羽; Akira Takano; 明良高野; Tadashi Higuchi; 匡樋口; Shuhei Yamaguchi; 修平山口; Takashi Todoroki; 尚轟; Masahiro Tsunoda; 雅弘角田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin AW Co Ltd; Aisin AW Industries Co Ltd; Bab Hitachi Industrial Co
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Aisin AW Industries Co Ltd; Mitsubishi Power Industries Ltd; Aisin Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】ホットワイヤＴＩＧ溶接方法において、スパッタを生じることなく溶接可能な範囲を広げる。
【解決手段】互いに溶接される２つの部材Ｗａ，Ｗｂの接合縁に沿って電極３２を有するＴＩＧトーチ３０を移動するとともにＴＩＧ電源４２からの電圧を電極に印加して接合縁との間にアーク３３を形成し、またＴＩＧトーチと関連して支持された溶接ワイヤ３８を接合縁付近に送り込むとともに溶接ワイヤにワイヤ加熱電源４１からの電圧を印加することにより通電加熱して接合縁を溶接する。ワイヤ加熱電源は、溶接ワイヤに供給する電圧が一定となるように作動を制御する。このホットワイヤＴＩＧ溶接方法はトルクコンバータのハウジングＷの溶接などに適しているが、それ以外のスパッタを嫌う各種部品にも適している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホットワイヤＴＩＧ溶接方法、特にスパッタの発生を少なくすることができるホットワイヤＴＩＧ溶接方法、この方法により溶接された部品及びホットワイヤＴＩＧ溶接装置に関する。

流体伝動装置などの部品、例えばトルクコンバータのハウジングは、プレス加工されたフロントカバーとインペラシェルを接合させ、その接合縁をＭＡＧ溶接法（消耗電極である溶接ワイヤの周囲からアルゴンガスと炭酸ガスを混合したシールドガスを供給しながら行うアーク溶接方法）により液密に溶接するのが普通である。プレス加工されたフロントカバーとインペラシェルはそのままでは加工精度が充分ではないので両者の接合部に隙間を生じ、一方溶接ワイヤを消耗電極とするＭＡＧ溶接法では溶接の際にスパッタを生じるので、生じたスパッタが接合部の隙間からコンバータハウジング内に浸入して付着してしまう。コンバータハウジング内に付着したこのスパッタはトルクコンバータの完成後に作動油の流れを妨げて性能に悪影響を与え、またこのスパッタが離脱して作動油内に混入するとシール部あるいは軸受部に悪影響を与えるという問題がある。このような問題はコンバータハウジングに限らず、流体継ぎ手のハウジング、オイルリザーバ、配管部品などの作動油が収容されまたは流通される流体伝動装置の部品においても存在する。さらにこのような溶接される部品でスパッタの発生が問題となる部品は、流体伝動装置の部品にかぎらず、自動車等のドアフレーム（スパッタにより外観が損なわれる）、や車両用ドアのヒンジ等の取付面（スパッタにより平面度が損なわれ、ヒンジ等の取付精度に悪影響を及ぼす）、車両用シートのシートレールやサンルーフ等の摺動部品（部材に付着したスパッタが部品間に噛み込むと機能が損なわれる）、エンジンのインテークマニホールドやエキゾーストマニホールド等の気体流路の構成部品（内面に付着したスパッタが気体の流れに悪影響を及ぼし、脱落すればエンジンの各部に悪影響を与える）などがある。なおこのような問題は、プレス加工された部材に限られるものではない。

上述したトルクコンバータのハウジングにおいてはこのような問題を解決するために、従来は例えば図７に示すように、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂの各接合部を段状に切削加工し、フロントカバーＷａの切削加工された先端面Ｗａ１とインペラシェルＷｂの切削加工された段部Ｗｂ１を隙間なく当接させ、ＭＡＧ溶接法により溶接する際に生じるスパッタが接合部の隙間からコンバータハウジングＷ内に浸入しないようにしている。あるいはまた、フロントカバーとインペラシェルの接合部に雌ねじ部及び雄ねじ部を形成し、この両ねじ部を互いに螺合させてフロントカバーとインペラシェルを互いに固定したものもあり（特許文献１）、これによれば組立精度の向上及びスパッタの浸入による特性の悪化を防止を図ることができる。前述したその他の部品においても、スパッタによる問題を解決するために種々の構造上の工夫がなされている。
特許第２６９３０７４号公報（段落〔０００５〕、段落〔０００６〕、段落〔０００８〕、図１）。

しかしながら、図７及び特許文献１に示す従来技術は、何れもプレス加工されたフロントカバーとインペラシェルの各接合部に段状部またはねじ部を加工する必要があるので、製造コストが増大するという問題がある。前述したその他の部品においても、スパッタによる問題を解決するための構造上の工夫には製造コストの増大が伴うという問題がある。

これに対し、トルクコンバータのハウジングの例では、フロントカバーとインペラシェルはプレス加工されたままとし、ＭＡＧ溶接法の代わりにＴＩＧ溶接法（タングステンなどの高融点の金属の電極の周囲からアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを供給して電極と工作物との間にアークを発生させ、このアーク内に溶接ワイヤを送り込んで行うアーク溶接方法）により溶接を行うことが考えられる。このＴＩＧ溶接法はスパッタを殆ど生じないので、フロントカバーとインペラシェルがプレス加工したままで両者の接合部に隙間がある場合でも、コンバータハウジング内にスパッタが浸入して付着することはなく、従って前述したようなスパッタの付着による問題は生じない。しかしながら、このＴＩＧ溶接法はＭＡＧ溶接法に比して溶接速度が１／３程度と遅いので、生産性が低下するという問題がある。

このＴＩＧ溶接方法の溶接速度をＭＡＧ溶接法と同程度にまで向上させる技術としては、溶接ワイヤの先端部分に通電してこれを加熱するようにしたホットワイヤＴＩＧ溶接方法がある。従って前述した最後の技術において、ＴＩＧ溶接方法の代わりにホットワイヤＴＩＧ溶接方法を使用することが考えられ、そのようにすればフロントカバーとインペラシェルがプレス加工したままで両者の接合部に隙間がある場合でもコンバータハウジング内にスパッタが浸入して付着することなく、しかも溶接速度をＭＡＧ溶接法と同程度にまで向上させて生産性を向上させることが期待できる。

次に上述したようなコンバータハウジングＷをホットワイヤＴＩＧ溶接方法により溶接するのに使用する溶接装置を図１〜図３により説明する。この溶接装置は、図１に示すように、フロントカバーＷａ及びインペラシェルＷｂを支持するポジショナ１１と、この両部材Ｗａ，Ｗｂの接合縁を溶接するためのＴＩＧトーチ３０及び通電チップ３５を備えたウイービングユニット２０と、ＴＩＧトーチ３０に電圧を印加するＴＩＧ電源４２と、通電チップ３５に電圧を印加するワイヤ加熱電源４１と、通電チップ３５に溶接ワイヤ３８を供給するワイヤフィーダ４０よりなるものである。

溶接装置の機枠１０上に設けられたポジショナ１１は、プレス加工されたままで互いに対向する接合面が切削加工されていないフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを所定の位置関係に同軸的に保持して、所定の溶接送り速度が得られるように垂直軸線回りに回転駆動するものである。

ウイービングユニット２０は、図１〜図３に示すように、機枠１０上に立設された支柱２６上に垂直な軸線回りに回動調整可能に固定された第１支持部材２７と、この第１支持部材２７に水平な軸線回りに回動調整可能に固定された第２支持部材２８と、この第２支持部材２８に固定された保持ブラケット２９と、この保持ブラケット２９に長手方向位置調整可能に保持された筒状のＴＩＧトーチ３０と、このＴＩＧトーチ３０に支持ブラケット３４を介して位置決め支持された筒状の通電チップ３５よりなるものである。フロントカバーＷａ及びインペラシェルＷｂに対するＴＩＧトーチ３０及び通電チップ３５の位置関係は、各部材２７，２８，２９，３０の固定位置を調整することにより調節することができる。

ＴＩＧトーチ３０の先端部には、ポジショナ１１により位置決め支持されたフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂの接合縁に向かって突出する電極３２と、この電極の周囲を覆う筒状のノズル３１を備えており、ノズルからはアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスが吹き出すようになっている。通電チップ３５はその内部の先端部に、電極３２の先端に最も近い接合縁付近に向けて溶接ワイヤ３８を案内支持するセラミックノズル３６と、先端の給電ポイント３７ａにおいて溶接ワイヤ３８と接触してこれに給電する給電電極３７を備えている。図１におけるＴＩＧトーチ３０と通電チップ３５の関係は、見やすくするために互いに角度を持たせた状態で図示したが、実際は通電チップ３５が手前側となるように重なっている。

ＴＩＧ電源４２は、ＴＩＧトーチ３０の電極３２に直流電圧を印加して同電極３２の先端とこれに対向する接合縁付近の間にアーク３３を形成するものである。ワイヤ加熱電源４１は通電チップ３５の給電電極３７に直流のパルス電圧を印加して溶接ワイヤ３８のエクステンションＥ（溶接ワイヤ３８の給電ポイント３７ａと両部材Ｗａ，Ｗｂの接合縁の一部に形成される溶融プールＷｐとの間の部分。図３参照）に通電してこれを加熱するものであり、従来のホットワイヤＴＩＧ溶接方法では溶接ワイヤ３８に通電されるワイヤ電流Ｉｗが一定になるように電圧が制御されている。ワイヤフィーダ４０は、巻回されて保持された溶接ワイヤ３８を１対の給送ローラ４０ａにより送り出して、通電チップ３５に供給するものである。

この溶接装置では、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂは回転テーブル１１により所定の位置関係に同軸的に保持されて垂直軸線回りに回転駆動され、ＴＩＧトーチ３０と通電チップ３５はフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂの接合縁に沿って移動される。この移動と同時に、ＴＩＧトーチ３０の電極３２にはＴＩＧ電源４２からの電圧を印加して電極３２とこれに対向する接合縁の間にアーク３３を形成し、ワイヤフィーダ４０から送り出された溶接ワイヤ３８を通電チップ３５を通して電極３２と対向する接合縁付近に送り込み、またワイヤ加熱電源４１からの電圧を通電チップ３５の給電電極３７に印加して溶接ワイヤ３８のエクステンションＥの範囲にワイヤ電流Ｉｗを通電する。このワイヤフィーダ４０と通電チップ３５が、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂの接合縁付近に溶接ワイヤ３８を送り込むワイヤ送出手段を構成し、ワイヤ加熱電源４１と給電電極３７が、給電電極３７と接触する一部分と溶接縁の間となる溶接ワイヤ３８を加熱するワイヤ加熱手段を構成している。

これにより電極３２の先端と対向する接合縁付近のフロントカバーＷａ及びインペラシェルＷｂ及び送り込まれた溶接ワイヤ３８の先端部は加熱され溶融されて溶融プールＷｐが形成される（図３参照）。そして電極３２と溶接ワイヤ３８が接合縁に対して移動するにつれて溶融プールＷｐも移動し、その後側にはフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを溶接結合するビードＷｃが形成される。ＴＩＧトーチ３０のノズル３１と電極３２の間からは溶融プールＷｐ及び溶接ワイヤ３８の先端付近に不活性ガスを供給して、溶融金属の酸化及び電極３２の消耗を防いでいる。

このホットワイヤＴＩＧ溶接方法によれば、プレス加工された２つの部材Ｗａ，Ｗｂは互いに対向する接合面がプレス加工されたままであるので流体伝動装置の部品の製造コストを低下させることができ、また溶接ワイヤ３８のエクステンションＥの範囲はアーク３３により加熱されるだけでなくワイヤ電流Ｉｗによっても加熱されて速やかに温度が上昇するので、溶接速度はＭＡＧ溶接法と同程度まで増大され、従って生産性低下の問題は解決される。

この従来のホットワイヤＴＩＧ溶接方法は、スパッタが生じないとされているが、その範囲は比較的狭く、それを外れるとスパッタを生じるという問題がある。すなわち図４に示すように、ＴＩＧトーチ３０の電極３２の先端とインペラシェルＷｂとの距離ＸとフロントカバーＷａとの距離Ｙは、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂの精度や取付精度のばらつき等により、接合縁に沿って電極３２が移動するにつれて変化し、装置及び各部品Ｗａ，Ｗｂ側から与えられるこの距離Ｘと距離Ｙの変動範囲（溶接裕度必要範囲）は図５の実線で示す範囲Ａとなる。これに対しウイービングユニット２０の各部のディメンションの調整がなされていない初期トライの段階では、スパッタを生じることなく溶接可能な範囲は、例えば図５の一点差線で示す範囲Ｄであり、溶接裕度必要範囲Ａのごく一部しかカバーしていない。従ってフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを溶接している間に相当なスパッタを生じるという問題がある。

このスパッタは、発明者が実験により確認したところでは、溶接ワイヤ３８のエクステンションＥの溶融プールＷｐ側となる先端部が過熱されて溶断された際に発生するスパークに伴って生じるものである。このエクステンションＥの範囲では、溶接ワイヤ３８の各部分は溶融プールＷｐ側に進むにつれてアーク３３及びワイヤ電流Ｉｗによる加熱が蓄積されて次第に高温になる。前述のように距離Ｘと距離Ｙは接合縁に沿って電極３２が移動するにつれ変化し、これと同時にエクステンションＥの長さも変化する。この変化により溶接ワイヤ３８のエクステンションＥが長くなった場合には、エクステンションＥの範囲となる溶接ワイヤ３８の全体の抵抗としての抵抗ｒが増大し、前述のように従来のホットワイヤＴＩＧ溶接方法ではワイヤ電流Ｉｗが一定となるようにワイヤ加熱電源４１の電圧を制御しているので、エクステンションＥの範囲の溶接ワイヤ３８の発熱量（＝Ｉｗ²×ｒ）は抵抗ｒに比例して増大する。また溶接ワイヤ３８の素材である鉄の固有抵抗は図６(a) に示すように温度の上昇に応じて急激に増大（０〜８００℃の間で約１０倍に増大）し、一方鉄の平均見掛け比熱は図６(b) に示すように温度の上昇に応じて比較的緩やかに増大（０〜８００℃の間で約２倍に増大）するので、エクステンションＥの範囲の溶接ワイヤ３８の温度はエクステンションＥの長さの増大以上に増大される。なおエクステンションＥが長くなることによりアーク３３による加熱時間も増大するので、エクステンションＥの範囲の溶接ワイヤ３８は全体としてさらに一層加熱されて温度は上昇される。また前述のように溶接ワイヤ３８の溶融プールＷｐ側となる先端部は特に高温になり、従ってこの先端部の固有抵抗も増大するので先端部は局部的に一層加熱され、これにより溶接ワイヤ３８の先端部は過熱の程度も増大するので、溶断されてスパッタを生じ易くなる。

図５に示すスパッタを生じることなく溶接可能な範囲は、電極３２と溶接ワイヤ３８の交差角度、電極３２の先端と溶接ワイヤ３８との間の距離、電極３２の中心線に対する溶接ワイヤ３８の上下方向のオフセット量、等のディメンションを調整することにより広げることが可能である。しかしその範囲の最大の限度は、溶接ワイヤ３８に通電されるワイヤ電流Ｉｗが一定になるようにワイヤ加熱電源４１の電圧を制御している従来のホットワイヤＴＩＧ溶接方法では、例えば図５の二点鎖線で示す範囲Ｂまでであり、実線で示す溶接裕度必要範囲Ａの全範囲をカバーすることは困難である。従ってフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを溶接している間にスパッタが生じないようにすることはできず、スパッタがコンバータハウジングＷ内に浸入することによる前述した問題を解決することはできなかった。

以上はコンバータハウジングの場合について説明したが、このようなスパッタの発生による問題はこのような流体伝動装置の部品に限られるものではなく、前述した自動車等のドアフレームや車両用ドアのヒンジ等の取付面、車両用シートのシートレールやサンルーフ等の摺動部品、エンジンのインテークマニホールドやエキゾーストマニホールド等の気体流路の構成部品など、溶接により接合される各種の部品の場合にも存在する。またこのような問題は、コンバータハウジングのフロントカバー及びインペラシェルのようなプレス加工された部材に限られるものではない。

本発明は、ワイヤ加熱電源の制御方法を変更することにより、このようなスパッタが生じないようにして、このような問題を解決することを目的とする。

このために、請求項１に記載の発明によるホットワイヤＴＩＧ溶接方法は、互いに溶接される２つの部材の接合縁に向かって突出する電極を有するＴＩＧトーチにＴＩＧ電源からの電圧を印加して同電極とこれに対向する接合縁の間にアークを形成し、接合縁付近に送り込まれる溶接ワイヤの一部分にワイヤ加熱電源からの電圧を印加することによりその一部分と溶接される部材の間となる溶接ワイヤにワイヤ電流を通電してその間の溶接ワイヤを加熱してなるホットワイヤＴＩＧ溶接方法において、ワイヤ加熱電源は溶接ワイヤに供給する電圧が一定となるように作動を制御したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、請求項２に示すように、ワイヤ加熱電源はワイヤ電流を検出してその値が急激に減少した場合には溶接ワイヤに対する電圧の印加を停止するように作動を制御することが好ましい。

請求項１または請求項２に記載の発明は、請求項３に示すように、２つの部材は互いに接合されて液体が流通または収容される流体伝動装置の部品を形成する部材とし、電極は接合縁との間にアークを形成しながら同接合縁に沿って相対移動させるようにすることが好ましい。

請求項３に記載の発明は、請求項４に示すように、流体伝動装置の部品はフロントカバーとインペラシェルよりなるトルクコンバータのハウジングとし、フロントカバーとインペラシェルはこの両者を所定の位置関係に同軸的に保持するポジショナによりそれらの軸線回りに回転させることによりＴＩＧトーチ及び溶接ワイヤを接合縁に沿って相対的に移動させることが好ましい。

請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の発明は、請求項５に示すように、ＴＩＧトーチに対する溶接ワイヤの位置は接合縁に対する同ＴＩＧトーチの移動方向の後側とし、部材に対するワイヤ加熱電源による溶接ワイヤへの通電の向きと部材に対するＴＩＧ電源によるアークの通電の向きとは互いに逆向きとすることが好ましい。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のホットワイヤＴＩＧ溶接方法により溶接された部品である。

また、請求項７に記載の発明によるホットワイヤＴＩＧ溶接装置は、互いに溶接される２つの部材の接合縁に向かって突出する電極を有するＴＩＧトーチと、接合縁付近に溶接ワイヤを送り込むワイヤ送出手段と、電極と接合縁の間にアークを形成するための電圧をＴＩＧトーチに印加するＴＩＧ電源と、接合縁付近に送り込まれる溶接ワイヤの一部分に電圧を印加してその一部分と溶接される部材の間となる溶接ワイヤを加熱するワイヤ加熱手段とを備えてなるホットワイヤＴＩＧ溶接装置において、ワイヤ加熱手段のワイヤ加熱電源は溶接ワイヤに供給する電圧が一定となるように作動を制御したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、ワイヤ加熱電源は溶接ワイヤに供給する電圧が一定となるように作動を制御したので、溶接ワイヤのエクステンションが長くなってこの部分の溶接ワイヤの抵抗が増大した場合にはワイヤ電流が減少し、従ってエクステンションの範囲における溶接ワイヤの発熱量も減少するので、最も高温となる接合縁側となる溶接ワイヤの先端部が溶断されるおそれは大幅に減少し、従ってスパッタを生じることなく溶接が行われる範囲も増大して溶接裕度必要範囲の全範囲をカバーすることが可能となり、溶接された部品にスパッタが付着することはなくなる。なお溶接ワイヤのエクステンションが短くなった場合には、ワイヤ電流が増大して溶接ワイヤの発熱量は増大するが、アークによる加熱が減少するので相殺されて溶接ワイヤの先端部の温度上昇は少なくなり、従ってこの先端部分が溶断されるおそれは少ない。また溶接速度がＭＡＧ溶接法と同程度のホットワイヤＴＩＧ溶接方法による溶接であるので従来に比して生産性が低下することはない。

請求項１の発明によれば、上述のように最も高温となる溶接ワイヤの先端部が溶断されるおそれは大幅に減少するが、希にはそのような溶断が生じるおそれが存在する。しかしそのような場合には溶断の直前に溶接ワイヤの先端部にくびれを生じるので溶接ワイヤの抵抗が急激に増大し、従ってワイヤ電流が急激に減少する。しかし、ワイヤ加熱電源はワイヤ電流を検出してその値が急激に減少した場合には通電チップに対する電圧の印加を停止するように制御した請求項２に記載の発明によれば、上述したような溶接ワイヤの溶断が生じる直前にそれを検出して通電チップに対する電圧の印加を停止することができる。従って溶接ワイヤが溶断してもスパークが発生することはないので、スパッタが生じることはなくなる。

２つの部材は互いに接合されて液体が流通または収容される流体伝動装置の部品を形成する部材とし、電極は接合縁との間にアークを形成しながら同接合縁に沿って相対移動させるようにした請求項３に記載の発明によれば、２つの部材が高精度に加工されておらず、従ってその間に隙間がある場合であっても、スパッタを生じることがないので溶接された流体伝動装置の部品の内部にスパッタが侵入して部品の機能に悪影響を及ぼすことなく、しかも２つの部材は高精度に加工する必要がないので製造コストを低下させることができる。

流体伝動装置の部品はフロントカバーとインペラシェルよりなるトルクコンバータのハウジングとし、フロントカバーとインペラシェルはこの両者を所定の位置関係に同軸的に保持するポジショナによりそれらの軸線回りに回転させることによりＴＩＧトーチ及び溶接ワイヤを接合縁に沿って相対的に移動させるようにした請求項４に記載の発明によれば、ＴＩＧトーチと通電チップを接合縁に沿って相対的に移動させるための構造が簡略化される。これによりコンバータハウジングの溶接装置が簡略化されるので、設備費を減少させて製造コストを低下させることができる。

ＴＩＧトーチに対する溶接ワイヤの位置は接合縁に対する同ＴＩＧトーチの移動方向の後側とし、部材に対するワイヤ加熱電源による溶接ワイヤへの通電の向きと部材に対するＴＩＧ電源によるアークの通電の向きとは互いに逆向きにした請求項５に記載の発明によれば、アークを通電チップから離れる向き、すなわちＴＩＧトーチの移動方向の前側に偏らせることができる。これにより溶接される２つの部材の接合縁はＴＩＧトーチの移動方向の前側が加熱されるので予熱効果が得られ、これにより溶接速度を高めて生産性を向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、溶接された部品にスパッタが付着されることはないので、スパッタによる機能への影響や外観の低下のない部品が得られる。

請求項７に記載の発明によれば、ワイヤ加熱電源は溶接ワイヤに供給する電圧が一定となるように作動を制御したので、請求項１の発明と同様、溶接ワイヤのエクステンションが長くなった場合にはエクステンションの範囲における溶接ワイヤの発熱量が減少して溶接ワイヤの先端部が溶断されるおそれは大幅に減少し、またエクステンションが短くなった場合にもアークによる加熱の減少により溶接ワイヤの先端部の温度上昇は少なくなって溶接ワイヤの先端部分が溶断されるおそれは少ない。従ってスパッタを生じることなく溶接が行われる範囲も増大して溶接裕度必要範囲の全範囲をカバーすることが可能となり、溶接された部品にスパッタが付着することはなくなる。また溶接速度がＭＡＧ溶接法と同程度のホットワイヤＴＩＧ溶接方法による溶接であるので従来に比して生産性が低下することもない。

以下に図１〜図６により、本発明によるホットワイヤＴＩＧ溶接方法及びこの方法により溶接された部品、及びホットワイヤＴＩＧ溶接装置の最良の形態の説明をする。この実施形態は本発明をフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂよりなるコンバータハウジングＷの溶接に適用したものである。この実施形態のホットワイヤＴＩＧ溶接装置は、ワイヤ加熱電源４１の制御内容ならびにアーク電流Ｉａ及びワイヤ電流Ｉｗの向きを除き、先に図１〜図３により説明した従来技術と同じであるので、これらの相違点につき主として説明し、その他の部分は説明を省略する。

溶接ワイヤ３８の給電ポイント３７ａの位置（請求項１でいう溶接ワイヤの一部分）と溶融プールＷｐとの間の部分であるエクステンションＥの範囲を通電加熱するワイヤ加熱電源４１は、前述した従来技術のホットワイヤＴＩＧ溶接方法では、溶接ワイヤ３８に通電されるワイヤ電流Ｉｗが一定になるように電圧が制御されているが、この実施形態では、溶接ワイヤ３８に供給する電圧が一定となるように作動が制御されている。またこのワイヤ加熱電源４１は、エクステンションＥの範囲となる溶接ワイヤ３８に通電するワイヤ電流Ｉｗを検出して、その値が急激に減少した場合には溶接ワイヤ３８に給電する通電チップ３５に対する電圧の印加を停止し、所定の少時間後に電圧の印加を再開するように作動が制御されている。

また図３に示すように、ＴＩＧトーチ３０に対する通電チップ３５の位置は接合縁に対するＴＩＧトーチ３０の移動方向の後側とし、ワイヤ加熱電源４１による溶接ワイヤ３８のワイヤ電流Ｉｗの向きは通電チップ３５側から溶融プールＷｐ側に向かう向きとし、ＴＩＧ電源４２によるアーク３３のアーク電流Ｉａの向きは溶融プールＷｐ側からＴＩＧトーチ３０側に向かう向きとしている。このようにすればワイヤ電流Ｉｗにより生じる磁力線により、アーク電流Ｉａには矢印Ｆで示す向きの力が生じ、これによりアーク３３は通電チップ３５から離れる向き、すなわちＴＩＧトーチ３０の移動方向の前側に偏ったものとなる。

次にこの実施形態の作動の説明をする。前述した従来技術と同様、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂは所定の位置関係に同軸的に保持されて垂直な軸線回りに回転駆動され、ＴＩＧトーチ３０と通電チップ３５はフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂの接合縁に沿って移動される。この移動と同時に、ＴＩＧトーチ３０の電極３２にはＴＩＧ電源４２からの電圧を印加してアーク３３を形成し、ワイヤフィーダ４０からの溶接ワイヤ３８は通電チップ３５を通して電極３２と対向する接合縁付近に送り込み、またワイヤ加熱電源４１からの電圧を通電チップ３５の給電電極３７に印加して溶接ワイヤ３８のエクステンションＥの範囲にワイヤ電流Ｉｗを通電する。これにより電極３２の先端と対向する接合縁付近のフロントカバーＷａ及びインペラシェルＷｂと送り込まれた溶接ワイヤ３８の先端部は加熱され溶融されて溶融プールＷｐが形成される。そして電極３２及び溶接ワイヤ３８とともに移動する溶融プールＷｐの後側にはフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを溶接結合するビードＷｃが形成される。

この実施形態によれば、前述した従来技術と同様、プレス加工されたフロントカバーＷａ及びインペラシェルＷｂは互いに対向する接合面がプレス加工されたままであるので流体伝動装置の部品の製造コストを低下させることができ、また溶接ワイヤ３８のエクステンションＥの範囲はアーク３３により加熱されるだけでなくワイヤ電流Ｉｗによっても加熱されて速やかに温度が上昇するので、溶接速度はＭＡＧ溶接法と同程度まで増大され、従って生産性低下の問題は解決される。

また前述のように、電極３２の先端とインペラシェルＷｂ及びフロントカバーＷａとの間の距離Ｘと距離Ｙ（図４参照）は、インペラシェルＷｂとフロントカバーＷａの間の接合縁に沿って電極３２が移動するにつれて変化し、これと同時にエクステンションＥの長さも変化する。この変化により溶接ワイヤ３８のエクステンションＥが長くなった場合には、エクステンションＥの範囲となる溶接ワイヤ３８の抵抗ｒが増大するが、この実施形態ではワイヤ加熱電源４１は通電チップ３５に供給する電圧Ｖが一定となるように制御されているので、エクステンションＥの範囲の溶接ワイヤ３８は、発熱量（＝Ｖ²／ｒ）が抵抗ｒの増大に反比例して減少し、温度も低下する（ワイヤ電流Ｉｗも減少する）。溶接ワイヤ３８の素材である鉄の固有抵抗は前述の図６(a) に示すように温度の低下に応じて急激に減少（８００〜０℃の間で約１／１０に減少）し、一方鉄の平均見掛け比熱は前述の図６(b) に示すように温度の低下に応じて比較的緩やかに減少（８００〜０℃の間で約半分に減少）するので、エクステンションＥの範囲の溶接ワイヤ３８の温度はエクステンションＥの長さの増大以上に反比例して低下される。なおエクステンションＥが長くなることによりアーク３３による加熱時間も増大し、エクステンションＥの範囲の溶接ワイヤ３８の加熱量が増大するので、その分だけこの範囲の溶接ワイヤ３８の温度の低下は相殺され、適温に保たれる。

なお、溶接ワイヤ３８のエクステンションＥが短くなった場合には、溶接ワイヤ３８の発熱量は抵抗の減少に反比例して増大する（ワイヤ電流Ｉｗは増大する）が、この場合は溶接ワイヤ３８のエクステンションＥが短くなった分だけアーク３３による溶接ワイヤ３８の加熱時間、従って加熱量が減少して、抵抗の減少による溶接ワイヤ３８の発熱量の増大は相殺されるので、エクステンションＥの範囲の温度の上昇がそれほど急激になることはない。従って最も高温となる溶融プールＷｐ側となる溶接ワイヤ３８の先端部が溶断されるおそれは少ない。

上述したように、ワイヤ加熱電源４１を溶接ワイヤ３８に供給する電圧が一定となるように作動を制御したこの実施形態によれば、インペラシェルＷｂとフロントカバーＷａの間の接合縁に沿って電極３２が移動する前述した距離Ｘ及び距離Ｙが変化した際のエクステンションＥの範囲の溶接ワイヤ３８の温度の上昇は、ワイヤ加熱電源４１の電圧を通電チップ３５に供給するワイヤ電流Ｉｗが一定となるように作動を制御した従来技術に比して小さくなる。従ってこの実施形態によれば、電極３２と溶接ワイヤ３８の交差角度、電極３２の先端と溶接ワイヤ３８との間の距離、電極３２の中心線に対する溶接ワイヤ３８の上下方向のオフセット量、等のディメンションを適切に調整することにより、溶融プールＷｐに連通された溶接ワイヤ３８の先端部が溶断することなく、従ってスパッタを生じることなく溶接可能な範囲を、図５の破線で示すように、溶接裕度必要範囲Ａの全範囲をカバーする範囲Ｃまで広げることことができる。これにより溶接されたコンバータハウジングＷにスパッタが付着することはなくなる。なお、距離Ｘ及び距離Ｙは電極３２の消耗を防ぐために最少値が定められているので、各範囲Ａ〜Ｃの左側及び下側の縁は一致したものとなっている。

このようにフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを溶接している間にスパッタが生じることはなくなるので、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂがプレス加工したままで両者の接合部に隙間がある場合でも、コンバータハウジングＷ内にスパッタが浸入して付着することはない、従って、前述したようなスパッタの付着により作動油の流れを妨げて性能に悪影響を与えたり、このスパッタが離脱して作動油内に混入してシール部あるいは軸受部に悪影響を与えたり、また外観が低下するなどの問題も生じない。

上述した実施形態によれば、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを溶接している間にスパッタが生じることはなくなるはずであるが、希には何らかの原因により溶融プールＷｐの付近となる溶接ワイヤ３８の先端部が溶断されてスパッタを生じるおそれがある。このような場合には溶断の直前にその部分の溶接ワイヤ３８にくびれを生じるので溶接ワイヤ３８の抵抗が急激に増大し、従ってワイヤ電流Ｉｗが急激に減少する。上述した実施形態では、ワイヤ加熱電源４１は、エクステンションＥの範囲となる溶接ワイヤ３８に通電するワイヤ電流Ｉｗを検出して、その値が急激に減少した場合には通電チップ３５に対する電圧の印加を停止するように制御されているので、溶接ワイヤ３８の溶断の前触れである抵抗の急激な増大をワイヤ電流Ｉｗの急激な減少により検出し、通電チップ３５に対する電圧の印加を停止することができ、これによりその直後に溶接ワイヤ３８が溶断してもスパークが発生することはなくなる。従ってたまたま偶然に溶接ワイヤ３８の溶断が生じるような事態が発生した場合でも、スパッタが生じて前述したようなコンバータハウジングＷの内面へのスパッタの付着による問題を回避することができる。なお、ワイヤ加熱電源４１が電圧の印加を停止した場合でも、ワイヤフィーダ４０及びＴＩＧ電源４２は正常な作動を継続し、ワイヤ加熱電源４１は所定の少時間後に電圧の印加を再開するので、溶接作業が停止されることはない。

本発明をフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂの溶接に適用した上述の実施形態では、フロントカバーＷａとインペラシェルＷｂはこの両者を所定の位置関係に同軸的に保持するポジショナ１１によりそれらの軸線回りに回転させることによりＴＩＧトーチ３０及び通電チップ３５を接合縁に沿って相対的に移動させて接合縁を溶接しているので、ＴＩＧトーチ３０及び通電チップ３５を接合縁に沿って相対的に移動させるための構造が簡略化される。このようにすればコンバータハウジングＷの溶接装置が簡略化されるので、設備費を減少させて製造コストを低下させることができる。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、例えば流体伝動装置の部品Ｗの第１部材Ｗａ及び第２部材Ｗｂを互いに位置決めして固定し、ＴＩＧトーチ３０及び通電チップ３５を産業用ロボットのリスト部に取り付けて両部材Ｗａ，Ｗｂの接合縁に沿って移動させるようにして実施することも可能である。

また、上述した実施形態では、ＴＩＧトーチ３０に対する通電チップ３５の位置は接合縁に対する同ＴＩＧトーチ３０の移動方向の後側とし、溶接ワイヤ３８のワイヤ電流Ｉｗの向きは通電チップ３５側から溶融プールＷｐ側に向かう向きとし、アーク３３のアーク電流Ｉａの向きは溶融プールＷｐ側からＴＩＧトーチ３０側に向かう向きとしており、このようにすればアーク３３はＴＩＧトーチ３０の移動方向の前側に偏ったものとなるので、溶接される２つの部材Ｗａ，Ｗｂの接合縁はＴＩＧトーチ３０の移動方向の前側が加熱されるので予熱効果が得られ、これにより溶接速度を高めて生産性を向上させることができる。なお２つの部材Ｗａ，Ｗｂの接合縁に対して同じ側から接近されるＴＩＧトーチ３０と通電チップ３５のアーク電流Ｉａ及びワイヤ電流Ｉｗの向きは、互いに反対向きとすればアーク３３はＴＩＧトーチ３０の移動方向の前側に偏ったものとなるので、予熱効果により溶接速度を高めて生産性を向上させることが可能である。しかしながら安定したアーク３３を得るためには、上述した実施形態のようにアーク電流Ｉａの向きを溶融プールＷｐ側から電極３２側に向かう向きとすることが好ましい。

上述した実施形態では、本発明をフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂよりなるコンバータハウジングＷの溶接に適用した例につき説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、流体継ぎ手のハウジング、オイルリザーバ、配管部品などの作動油が収容されまたは流通される流体伝動装置の部品、さらには自動車等のドアフレームや車両用ドアのヒンジ等の取付面、車両用シートのシートレールやサンルーフ等の摺動部品、エンジンのインテークマニホールドやエキゾーストマニホールド等の気体流路の構成部品など、溶接により接合される各種の部品に適用することが可能である。

また上述した実施形態では、プレス加工されたフロントカバーＷａとインペラシェルＷｂを溶接するのに本発明を適用した例につき説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、プレス加工されたフロントカバーＷａと鍛造などにより形成されたセットブロックの溶接や、プレス加工されたインペラシェルＷｂと鍛造などにより形成されたスリーブの溶接、さらには鍛造された部材同士の溶接に適用することも可能であり、そのような場合でも前述と同様、機能的な悪影響を与えたり外観を低下させるなどの問題を防止することができる。

また上述した実施形態では、本発明を連続溶接に適用した例につき説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、アークスポット溶接に適用することも可能である。

ホットワイヤＴＩＧ溶接方法をコンバータハウジングの溶接に適用した場合に使用する溶接装置の全体構造を示す側面図である。図１のＴＩＧトーチ及び通電チップ付近を示す部分平面図である。図１及び図２に示すＴＩＧトーチ及び通電チップの構造及び作用を説明するための部分拡大断面図である。溶接される２つの部材とＴＩＧトーチの電極の先端部の関係を示す部分拡大断面図である。ホットワイヤＴＩＧ溶接方法におけるスパッタを生じることなく溶接可能な範囲と溶接裕度必要範囲を示す図である。溶接ワイヤの素材である鉄の温度に対する固有抵抗及び平均見掛け比熱の変化を示す図である。従来技術におけるコンバータハウジングの溶接部の構造を示す図である。

符号の説明

１１…回転テーブル、３０…ＴＩＧトーチ、３２…電極、３３…アーク、３８…溶接ワイヤ、４０，３５…ワイヤ送出手段、４１，３７…ワイヤ加熱手段、４１…ワイヤ加熱電源、４２…ＴＩＧ電源、Ｗ…部品（コンバータハウジング）、Ｗａ…部材（フロントカバー）、Ｗｂ…部材（インペラシェル）。

Claims

互いに溶接される２つの部材の接合縁に向かって突出する電極を有するＴＩＧトーチにＴＩＧ電源からの電圧を印加して同電極とこれに対向する前記接合縁の間にアークを形成し、前記接合縁付近に送り込まれる溶接ワイヤの一部分にワイヤ加熱電源からの電圧を印加することによりその一部分と前記部材の間となる前記溶接ワイヤにワイヤ電流を通電してその間の溶接ワイヤを加熱してなるホットワイヤＴＩＧ溶接方法において、前記ワイヤ加熱電源は前記溶接ワイヤに供給する電圧が一定となるように作動を制御したことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接方法。
請求項１に記載のホットワイヤＴＩＧ溶接方法において、前記ワイヤ加熱電源は前記ワイヤ電流を検出してその値が急激に減少した場合には前記溶接ワイヤに対する電圧の印加を停止するように作動を制御したことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接方法。
請求項１または請求項２に記載のホットワイヤＴＩＧ溶接方法において、前記２つの部材は、互いに接合されて液体が流通または収容される流体伝動装置の部品を形成する部材であり、前記電極は前記接合縁との間にアークを形成しながら同接合縁に沿って相対移動させることを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接方法。
請求項３に記載のホットワイヤＴＩＧ溶接方法において、前記流体伝動装置の部品はフロントカバーとインペラシェルよりなるトルクコンバータのハウジングであり、前記フロントカバーとインペラシェルはこの両者を所定の位置関係に同軸的に保持するポジショナによりそれらの軸線回りに回転させることにより前記ＴＩＧトーチ及び溶接ワイヤを前記接合縁に沿って相対的に移動させたことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接方法。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のホットワイヤＴＩＧ溶接方法において、前記ＴＩＧトーチに対する前記溶接ワイヤの位置は前記接合縁に対する同ＴＩＧトーチの移動方向の後側とし、前記部材に対する前記ワイヤ加熱電源による前記溶接ワイヤへの通電の向きと前記部材に対する前記前記ＴＩＧ電源による前記アークの通電の向きとは互いに逆向きとしたことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接方法。
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のホットワイヤＴＩＧ溶接方法により溶接された部品。
互いに溶接される２つの部材の接合縁に向かって突出する電極を有するＴＩＧトーチと、前記接合縁付近に溶接ワイヤを送り込むワイヤ送出手段と、前記電極と前記接合縁の間にアークを形成するための電圧を前記ＴＩＧトーチに印加するＴＩＧ電源と、前記接合縁付近に送り込まれる前記溶接ワイヤの一部分に電圧を印加してその一部分と前記部材の間となる前記溶接ワイヤを加熱するワイヤ加熱手段とを備えてなるホットワイヤＴＩＧ溶接装置において、前記ワイヤ加熱手段のワイヤ加熱電源は前記溶接ワイヤに供給する電圧が一定となるように作動を制御したことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接装置。