JP2009106973A - アーク溶接用トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】曲がり癖のある溶接ワイヤが供給されて、溶接ワイヤの曲がり癖による付勢を受けても、チップの軸孔の中心位置が安定し、溶接ワイヤの先端がふらつかずに安定状態を維持するアーク溶接用トーチを提供する。
【解決手段】リング７の中心孔７１にサブトーチ３を嵌入し、ノズル本体５から供給されるシールドガスがリング７の複数の通気孔７２，７２，・・・から流出し、サブトーチ３の中央付近の軸周りに設けたガス排出口３３から流出されるシールドガスを避けて、シールドガス間の間隙を通過するようにリング７の位置が誘導される作用により、リング７の中心孔７１に嵌入されたサブトーチ３をノズルカバー９の中心位置に維持させるように付勢するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接ワイヤを連続的に供給してアーク溶接するのに利用されるアーク溶接用トーチに関するものである。

アーク溶接では、トーチ本体の先端部にチップを同軸に装着し、チップの軸孔を挿通してトーチ先端から突出させた溶接ワイヤを被溶接物に接近し、炭酸ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどからなる溶接用酸化防止ガス（以下、シールドガスという）をトーチ先端より吹き出し、被溶接物と溶接ワイヤの間に発生するアークの周囲をシールドガスで覆い、大気中の空気が溶接部に流入するのを防止しながら、アークにより被溶接物及び溶接ワイヤを溶融させて溶接ビードを形成し溶接している。

例えば、特開２００７−５４８７２号公報に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチは、トーチ本体とチップが接合され連通形成される中空領域に、径が細くシールドガス噴出孔を有する小径通路が設けられることにより、シールドガスが径の細い小径通路を通過する際に、その流れを制限される。このことにより、シールドガスの噴出流量を低下させることができる。
特開２００７−５４８７２号公報

この種のアーク溶接用トーチは、軸孔に溶接ワイヤを挿通するチップがトーチ本体の先端部に根元部分で取付けられるとともに、チップを内包するように溶接ノズルがトーチ本体に取付けられ、溶接ノズルとチップ間にシールドガス流路としての空間部が設けられて、チップの先端がトーチ本体から突出して自由端となっている。また、チップの軸孔を挿通する溶接ワイヤは、アークで溶融して消耗するので図示しないリールに巻かれ、リールから定量づつ供給されている。そのため、溶接ワイヤの曲がり癖によりチップの先端部がふらついて、溶接時に溶接ワイヤ先端が狙い位置から外れたり、ビードが蛇行するという問題がある。

本発明は、前記課題を解決するもので、軸孔に溶接ワイヤを挿通するチップがトーチ本体から突出して自由端の配置となっているアーク溶接用トーチにおいて、リールに巻かれて曲がり癖のある溶接ワイヤがリールから供給されて、溶接ワイヤの曲がり癖による付勢を受けても、チップの軸孔の中心位置が安定し、溶接ワイヤの先端がふらつかずに安定状態を維持するアーク溶接用トーチを提供するものである。

また、本発明は、溶接時に飛散してノズルカバー先端に突進してくるスパッタをノズルカバーの吹出口の手前で遮蔽するアーク溶接用トーチを提供するものである。

また、本発明は、ノズルカバー先端のガス吹出口からシールドガスを外部に均等圧で噴射させるようにしたアーク溶接用トーチを提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１記載の発明は、シールドガス及び溶接ワイヤが通過する第１軸孔を有するとともに先端近傍の軸周りに前記第１軸孔に連通してシールドガスが流出される複数の横孔を設けたガス放出口を有するトーチ本体と、末端が前記トーチ本体の先端に同軸に装着されて前記トーチ本体から供給されるシールドガス及び前記溶接ワイヤが通過し先端がチップを装着するためのチップ受口に形成されている第２軸孔を有するとともに中央の軸周りに前記第２軸孔に連通してシールドガスが流出される複数の横孔を設けたガス排出口を有するサブトーチと、末端が前記トーチ本体の外周に絶縁して取付けられて前記トーチ本体及び前記サブトーチを内包し、前記ガス放出口から供給されるシールドガスを先端開口から流出させるノズル本体と、前記溶接ワイヤが挿通される第３軸孔を有し前記サブトーチの前記チップ受口に装着されるチップと、前記サブトーチが嵌入される中心孔を有し、軸方向の通気孔が前記中心孔のまわりに複数設けられ、前記ノズル本体の先端と前記サブトーチのガス排出口との間に配置され、前記ノズル本体から供給されるシールドガスを前記通気孔から流出させて、前記通気孔から流出するシールドガスが前記ガス排出口の各横孔から流出されるシールドガスの作用により前記各横孔から流出されるシールドガス間の間隙にくるように位置を誘導されるリングと、前記サブトーチの先端に取付けられて前記チップを内包し、前記溶接ワイヤが先端の孔に挿通されるワイヤガイドと、末端が前記ノズル本体に取付けられ、前記リングが筒内に遊嵌されて前記サブトーチを内包するとともに先端開口から前記ワイヤガイドを同軸に所定長さ突出させて前記先端開口と前記ワイヤガイドとの間に環状のガス吹出口が形成され、前記ノズル本体から供給されるシールドガスを前記ワイヤガイドの外周に沿って外部に噴射させるノズルカバーと、を備え、前記リングが、前記各通気孔から流出するシールドガスが前記ガス排出口の各横孔から流出されるシールドガス間の間隙にくるように位置を誘導されることで、前記中心孔に嵌入されたサブトーチを前記ノズルカバーの中心位置に維持させるように付勢することを特徴とするアーク溶接用トーチである。

また、請求項２記載の発明は、前記リングは多角筒の各角部を前記ノズルカバーの筒の内面と合致する曲面にした形状であって、前記ノズルカバーの筒内に遊嵌されて前記ノズルカバーの筒の内面と前記リングの外周面との間に軸方向に通気可能な透き間部が形成され、前記各角部に軸方向の通気孔が設けられた請求項１記載のアーク溶接用トーチである。

また、請求項３記載の発明は、前記リングは円筒形状であって、前記中心孔のまわりに軸方向の通気孔が前記ガス排出口の横孔の数に一致した数またはその倍数設けられた請求項１記載のアーク溶接用トーチである。

また、請求項４記載の発明は、前記ノズルカバーとワイヤガイドがセラミックス製であるとともに、前記サブトーチの末端に装着されて前記サブトーチの末端が前記トーチ本体の先端に装着される位置を設定して、前記ノズルカバーの前記ガス吹出口からワイヤガイドが突出する長さを設定する手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接用トーチである。

また、請求項５記載の発明は、前記ノズルカバーは、前記リングと前記ガス吹出口との間に前記ノズル本体の他端開口から供給されるシールドガスを溜める空部を有し、シールドガスを前記空部に溜めて他端側のガス吹出口から外部に圧力を高めて噴射させるようにしてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接用トーチである。

本発明のアーク溶接用トーチは、チップの軸孔を挿通する溶接ワイヤから、曲がり癖による付勢を受けても、チップの軸孔の中心位置が安定し、溶接ワイヤの先端がふらつかずに安定状態を維持するものである。

また、本発明のアーク溶接用トーチは、ノズルカバーとワイヤガイドがセラミックス製であって、溶接時に飛散してノズルカバー先端に突進してくるスパッタをノズルカバーの吹出口の手前でワイヤガイドが遮蔽するようにしている。そのため、ノズルカバーの吹出口にスパッタが付着せず溶接部近傍の確実な酸化防止ができる。また、セラミックス製のノズルカバー、ワイヤガイドは、表面が球面状のセラミックス製であるので付着しにくいし、一次的に付着しても後から衝突するスパッタにより剥離するので、ノズルカバー、ワイヤガイドの先端部にスパッタが付着してしまうことはない。

また、本発明のアーク溶接用トーチは、ノズルカバー内にシールドガスを溜める空部を設け、ノズル本体から供給されるシールドガスを空部に溜めて、先端のガス吹出口から外部に圧力を高めて噴射させるようにしたものである。

以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す縦断面図、図２（ａ）、（ｂ）は、リングの作用を説明するための部分拡大横断面図、図３（ａ）は分解斜視図、図３（ｂ）は左半分を断面にした分解正面図である。

図１〜図３において、アーク溶接用トーチ１は、トーチ本体２と、トーチ本体２の先端に同軸に装着されるサブトーチ３と、トーチ本体２の外周に絶縁して取付けられるフランジ筒４と、末端がフランジ筒４に取付けられてトーチ本体２の先端近傍及びサブトーチ３を内包するノズル本体５と、サブトーチ３の先端に装着されるチップ６と、サブトーチ３が嵌入されノズル本体５の内部に装着されるリング７と、サブトーチ３の先端に取付けられチップ６を内包するワイヤガイド８と、一端がノズル本体５の先端に取付けられるノズルカバー９とから構成されている。

トーチ本体２は、シールドガスが通過する第１軸孔２１を有するとともに先端近傍の軸周りに等角度に第１軸孔２１に連通してシールドガスが流出される複数の横孔２２，２２・・・を設けたガス放出口２３を有している。そして、第１軸孔２１を挿通して溶接ワイヤＷが供給されている。また、トーチ本体２の先端には、雌ねじ２ａが形成されている。

サブトーチ３は、真鍮製で両端に雄ねじ３ａ，３ｂが形成されるとともに、中心を貫通して第２軸孔３１が設けられている。サブトーチ３は、末端の雄ねじ３ｂにナット１０が螺合された状態で、トーチ本体２の先端の雌ねじ２ａに螺合されて、トーチ本体２の先端に固着される。そして、サブトーチ３は、第２軸孔３１が第１軸孔２１に連通して第１軸孔２１から供給される溶接ワイヤＷが第２軸孔３１を挿通する。この場合、サブトーチ３の末端の雄ねじ３ｂにナット１０が螺合する位置で、トーチ本体２の先端からサブトーチ３の先端が突出する長さが設定される。また、第２軸孔３１の先端近傍の孔内は、他の部分より径が大きく形成されて、チップ６を装着可能なチップ受口３０となっている。また、サブトーチ３は、中央付近の軸周りに、第２軸孔３１に連通する複数の横孔３２を等角度間隔に設けたガス排出口３３を有している。

フランジ筒４は、金属製でトーチ本体２の外周に絶縁部材４１を介して固着されており、先端に雄ねじ４ａが形成されている。

ノズル本体５は、アルミニウム製で末端に形成された雌ねじ５ｂがフランジ筒４の先端の雄ねじ４ａに螺合されてフランジ筒４を介してトーチ本体２の外周に絶縁して取付けられ、トーチ本体２及びサブトーチ３を内包し、ガス放出口２３から供給されるシールドガスを他端開口５１から流出させる。また、ノズル本体５の先端には、雄ねじ５ａが形成されている。

チップ６は、クロム銅製で中心を貫通して第３軸孔６１が設けられ、この第３軸孔６１に溶接ワイヤＷが挿通されて、サブトーチ３のチップ受口３０に装着される。

リング７は、セラミックス製で図２（ａ）に示す多角筒状（図２（ａ）では四角筒）のリング７ａと、図２（ｂ）に示す円筒状のリング７ｂが適用される。リング７ａ，７ｂのいずれの場合も、断面円形の中心孔７１が設けられ、また、中心孔７１のまわりに軸方向の複数の通気孔７２，７２，・・・が設けられて、中心孔７２にサブトーチ３が嵌入される。リング７は、ノズルカバー９に遊嵌してノズル本体５の先端に配置されることで、軸方向の通気孔７２の数が形状によって相違するが、この説明については後述する。

ワイヤガイド８は、セラミックス製で底部８ａを有する筒状であって、筒内に雌ねじ８ｂが形成されるとともに、先端の底部８ａの中心には、軸方向に孔８１が設けられている。そして、ワイヤガイド８は、先端の孔８１に溶接ワイヤＷが挿通されて、雌ねじ８ｂをサブトーチ３の先端の雄ねじ３ａに螺合してサブトーチ３に取付けられ、チップ６の先端を内包し支持する。

ノズルカバー９は、セラミックス製の筒状であって、末端に雌ねじ９ｂが形成されており、先端に開口９２が設けられている。そして、末端近傍の筒内９１にリング７を遊嵌した状態で、末端の雌ねじ９ｂをノズル本体５の先端に設けられた雄ねじ５ａに螺合してノズル本体５に取付けられる。これにより、ノズルカバー９は、サブトーチ３の先端に取付けたワイヤガイド８を開口９２から突出させてサブトーチ３を内包する。そのため、開口９２は、中央にワイヤガイド８が配置された環状の吹出口９２ａとなる。

また、リング７は、ノズル本体２の先端、且つサブトーチ３のガス排出口３３の真上に設置され、ノズル本体から供給されるシールドガスが複数の通気孔７２，７２，・・・から下部に流出するようになっているが、サブトーチ３のガス排出口３３の各横孔３２，３２から流出されるシールドガスが、通気孔７２から流出するシールドガスの流れを妨げるように作用する。そのため、リング７は、通気孔７２から流出するシールドガスが、ガス排出口３３の各横孔３２，３２から流出されるシールドガスを避けて、シールドガス間の間隙を通過するように位置を誘導される。このシールドガス間の間隙の数がガス排出口３３の各横孔３２，３２，・・・の数と同じであるから、通気孔７２の数をガス排出口の横孔の数に一致した数またはその倍数設けると、リング７は、通気孔７２から流出するシールドガスが、ガス排出口３３の各横孔３２，３２から流出されるシールドガスが、ガス排出口３３の各横孔３２，３２から流出されるシールドガス間の間隙を通過するように位置を誘導される作用により、中心孔７１に嵌入されたサブトーチ３をノズルカバー９の中心位置に維持させるように付勢する。

リング７として、多角筒状（図２（ａ）では四角筒）のリング７ａが適用される場合、ノズルカバー９の筒内に遊嵌されると、ノズルカバー９の筒の内面とリング７ａの外周面７ｂとの間に軸方向に通気可能な透き間部７３，７３、・・が形成される。これらの透き間部７３，７３、・・は、角部間の位置となり、また、図中Ｘで示した透き間部７３の中間の位置７３ａは角部間の中間位置となるので、軸方向の通気孔７２，７２，・・・をリング７ａの各角部に設けると、リング７ａの中心孔のまわりには、透き間部７３の数を含めて軸方向の通気孔７２，７２，・・・が、ガス排出口の横孔の数に一致して、等角度に設けられる。

また、リング７として、円筒状のリング７ｂが適用される場合、リング７ａの中心孔のまわりに軸方向の通気孔７２，７２，・・・をガス排出口の横孔の数に一致した数またはその倍数設けるとよい。

リング７の下部には、空部９３が設けられており、リング７を通過したシールドガスやサブトーチ３のガス排出口３３から流出されるシールドガスを溜めて、狭い環状の吹出口９２ａから吹出させると、シールドガスは、ガス圧が高められて略均等な圧力で筒状に吹出される。

次にアーク溶接用トーチ１の溶接時の動作について説明する。溶接時には、トーチ本体２に図示しないリールから溶接ワイヤＷが供給され、トーチ先端のワイヤガイド８から突出させた溶接ワイヤＷを被溶接物１００接近させて、吹出口９２ａからシールドガスを吹出しながらアークにより被溶接物１００及び溶接ワイヤＷを溶融させて溶接ビード１０１を形成し溶接する。

この溶接時には、チップ６は、溶接ワイヤＷから曲がり癖を受けるが、ノズルカバー９内において、ノズル本体５から供給されるシールドガスがリング７の複数の通気孔７２，７２，・・・から流出し、サブトーチ３のガス排出口３３から流出されるシールドガスを避けて、シールドガス間の間隙を通過するようにリング７の位置が誘導される。リング７は、前述の位置が誘導される作用により、中心孔７１に嵌入されたサブトーチ３をノズルカバー９の中心位置に維持させるように付勢する。これにより、チップ６が溶接ワイヤＷから曲がり癖による付勢を受けても、サブトーチ３がノズルカバー９の中心位置を維持するように付勢されるので、チップ６の位置が安定し、溶接ワイヤの先端がふらつかずなくなる。

また、ワイヤガード６は、先端の孔８１と溶接ワイヤＷとの間の隙間からシールドガスを噴射して、溶接部を冷却する。このとき、ノズルカバー９の筒内に遊嵌したリング７の下部に設けた空部９３にシールドガスが溜められて、狭い環状の吹出口９２ａから吹出させるので、ガス圧が高められ環状の吹出口９２ａから十分なガス圧のシールドガスが略均等の圧力で筒状に吹出される。そのため、吹出口９２ａから噴射されたシールドガスは、溶接部分に筒状に集中して、ワイヤガード６の先端の孔８１から噴射されるシールドガスを覆って筒状のガスカーテンを形成する。

この場合、サブトーチ３の末端の雄ねじ３ｂに螺合するナット１０の位置を予め調整して、トーチ本体２の先端から、サブトーチ３の先端に取付けたワイヤガイド８の突出する長さを、溶接時に飛散してノズルカバー９先端に突進してくるスパッタを吹出口９２の手前でワイヤガイド８が遮蔽可能な位置に設定しておくと良い。そうすることで、ノズルカバー９の吹出口９２にスパッタが付着せず溶接部近傍の確実な酸化防止ができる。

ノズルカバー９とワイヤガイド８は、セラミックス製で表面が球面状のセラミックス製であるから、スパッタが付着しにくいし、一次的に付着しても後から衝突するスパッタにより剥離するので、ノズルカバー９、ワイヤガイド８の先端部にスパッタが付着してしまうことはない。

本発明の実施例１を示す縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、リングの作用を説明するための部分拡大横断面図である。 （ａ）は図１の分解斜視図、（ｂ）は図１の左半分を断面にした分解正面図ある。

符号の説明

１ アーク溶接用トーチ
２ トーチ本体
２ａ，４ａ，５ｂ，８ｂ 雌ねじ
３ａ，３ｂ，５ａ，９ｂ 雄ねじ
３ サブトーチ
４ フランジ筒
５ ノズル本体
６ チップ
７，７ａ，７ｂ リング
８ ワイヤガイド
９ ノズルカバー
１０ ナット
２１ 第１軸孔
２２，３２ 横孔
２３ ガス放出口
３０ チップ受口
３１ 第２軸孔
３３ ガス排出口
４１ 絶縁部材
５１ 開口
６１ 第３軸孔
７１ 中心孔
７２ 通気孔
７３ 透き間部
８１ 挿通孔
９１ 筒内
９２ 開口
９２ａ 吹出口
９３ 空部
１００ 被溶接物
１０１ 溶接ビード
Ｗ 溶接ワイヤ

Claims (5)

1. シールドガス及び溶接ワイヤが通過する第１軸孔を有するとともに先端近傍の軸周りに前記第１軸孔に連通してシールドガスが流出される複数の横孔を設けたガス放出口を有するトーチ本体と、
   末端が前記トーチ本体の先端に同軸に装着されて前記トーチ本体から供給されるシールドガス及び前記溶接ワイヤが通過し先端がチップを装着するためのチップ受口に形成されている第２軸孔を有するとともに中央の軸周りに前記第２軸孔に連通してシールドガスが流出される複数の横孔を設けたガス排出口を有するサブトーチと、
   末端が前記トーチ本体の外周に絶縁して取付けられて前記トーチ本体及び前記サブトーチを内包し、前記ガス放出口から供給されるシールドガスを先端開口から流出させるノズル本体と、
   前記溶接ワイヤが挿通される第３軸孔を有し前記サブトーチの前記チップ受口に装着されるチップと、
   前記サブトーチが嵌入される中心孔を有し、軸方向の通気孔が前記中心孔のまわりに複数設けられ、前記ノズル本体の先端と前記サブトーチのガス排出口との間に配置され、前記ノズル本体から供給されるシールドガスを前記通気孔から流出させて、前記通気孔から流出するシールドガスが前記ガス排出口の各横孔から流出されるシールドガスの作用により前記各横孔から流出されるシールドガス間の間隙に誘導されるリングと、
   前記サブトーチの先端に取付けられて前記チップを内包し、前記溶接ワイヤが先端の孔に挿通されるワイヤガイドと、
   末端が前記ノズル本体に取付けられ、前記リングが筒内に遊嵌されて前記サブトーチを内包するとともに先端開口から前記ワイヤガイドを同軸に所定長さ突出させて前記先端開口と前記ワイヤガイドとの間に環状のガス吹出口が形成され、前記ノズル本体から供給されるシールドガスを前記ワイヤガイドの外周に沿って外部に噴射させるノズルカバーと、を備え、
   前記リングが、前記各通気孔から流出するシールドガスが前記ガス排出口の各横孔から流出されるシールドガス間の間隙にくるように位置を誘導されることで、前記中心孔に嵌入されたサブトーチを前記ノズルカバーの中心位置に維持させるように付勢することを特徴とするアーク溶接用トーチ。
2. 前記リングは多角筒の各角部を前記ノズルカバーの筒の内面と合致する曲面にした形状であって、前記ノズルカバーの筒内に遊嵌されて前記ノズルカバーの筒の内面と前記リングの外周面との間に軸方向に通気可能な透き間部が形成され、前記各角部に軸方向の通気孔が設けられた請求項１記載のアーク溶接用トーチ。
3. 前記リングは円筒形状であって、前記中心孔のまわりに軸方向の通気孔が前記ガス排出口の横孔の数に一致した数またはその倍数設けられた請求項１記載のアーク溶接用トーチ。
4. 前記ノズルカバーとワイヤガイドがセラミックス製であるとともに、
   前記サブトーチの末端に装着されて前記サブトーチの末端が前記トーチ本体の先端に装着される位置を設定して、前記ノズルカバーの前記ガス吹出口からワイヤガイドが突出する長さを設定する手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接用トーチ。
5. 前記ノズルカバーは、前記リングと前記ガス吹出口との間に前記ノズル本体の他端開口から供給されるシールドガスを溜める空部を有し、シールドガスを前記空部に溜めて他端側のガス吹出口から外部に圧力を高めて噴射させるようにしてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接用トーチ。

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