JP2009248159A - ワイヤガイド先端チップ、ワイヤガイド及び肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融プールの中心に細径の溶接ワイヤを挿入できる肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置の提供。
【解決手段】溶接ワイヤ送り出し機構と、溶接ワイヤ２０を内壁で摺導し、案内するワイヤガイド１０とを備える。ワイヤガイド１０は、溶接ワイヤ２０が片端から挿通されるワイヤガイドパイプ２と、ワイヤガイドパイプ２の他端に連接され、溶接ワイヤ２０の先端が先端開口からワーク１１の溶融プール１１ａに向けて送り出されるように溶接ワイヤ２０を案内する黒鉛製のワイヤガイド先端チップ１とを有して成る。黒鉛で成るワイヤガイド先端チップ１は、高温に曝されても摺導穴の内壁の摺導抵抗が小さく、先端を溶融プール１１ａに近接できるので、溶融プール１１ａの中心に細径の溶接ワイヤ２０を容易に挿入できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置並びにこの装置におけるワイヤガイド及びワイヤガイド先端チップに関する。

ＹＡＧレーザは光ファイバにより簡単に導光できるので、ＹＡＧレーザのこの特徴を生かした小型ハンディタイプの溶接トーチが開発され、現在多くの溶接現場で利用されている。しかしながら、ＹＡＧレーザによる溶接には、ビード幅が狭い、ビード面が窪むという欠点があり、溶接強度において問題が生じ得る。特にビード面の窪みは溶接製品の不良に結びつき易い。そこで、ビード面の窪みを埋めるための肉盛り溶接が必要となる。

肉盛り溶接は、径の小さい溶接ワイヤ（例えば0.6mm径）を溶加材として用いて行う。レーザ溶接では溶融プールの径が極めて小さく、例えば約1mm径であるので、溶融プールの中心に溶接ワイヤを確実に位置させて手動で溶接することは相当に困難である。更に、溶接プールのから発生するプラズマフレームが、溶接ワイヤの先端を溶融し、溶接をより困難にしている。

図３は従来から行われているレーザ溶接の方法を説明する概念図であり、同図（Ａ）はトーチ進行方向に直交する方向から見た溶接要部の正面図、同図（Ｂ）はトーチ進行方向側（同図（Ａ）における右側）から見た溶接トーチ下部近傍の側面図である。図において、送給モータ６及びローラ７は、溶接ワイヤ２０を溶接部に供給する溶接ワイヤ供給機構をなす。レーザ光２０は、溶接トーチ２５における先端チップの開口からワーク１１の上面に照射され、ワーク１１に溶融プール１１ａを形成している。

レーザ溶接における上述の困難を避けるために、現在は図３に示すように、溶接トーチ２５の先端チップにワイヤガイド溝２５ａを設けておき、ワイヤガイド溝２５ａに溶接ワイヤ２０をはめ込み、溶接トーチ２５に対する溶接ワイヤ２０の位置を定め、溶融プール１１ａの中心に溶接ワイヤ２０の先端が至るのを容易にしている。

なお、母材（被溶接物）に対するレーザ光および溶接トーチの角度の選択に関する技術は、特許文献１（特開２００６−９５５５９）に開示されている。
特開２００６−９５５５９

また、ワイヤガイドを溶接トーチに固定し、溶接ワイヤ送り出し機構から送り出される溶接ワイヤをそのワイヤガイドに挿通し、ワイヤガイドの先端開口から溶接ワイヤをワークの溶融プールに向けて送り出し、送り出される溶接ワイヤがワークを押すことにより、ワイヤガイドが進行するようにした肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置を得ることができる。ワイヤガイドは、銅等の金属製のワイヤガイドパイプとこの先端に着脱自在にネジ機構で取り付けられるワイヤガイド先端チップでなる。溶接ワイヤは、溶接ワイヤ送り出し機構で押され、ワイヤガイドの内壁で摺導され、ワイヤガイド先端チップの開口から溶融プールに向け押し出される。

このワイヤガイド先端チップは、溶融プールに近接するので、溶接トーチのアーク又はレーザ光という溶接熱源の熱を受け、数百度の高温に曝される。肉盛り溶接用の細径ワイヤは1mm以下の径であるから、溶接熱源の熱により容易に変形するので、上記方式の肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置には次のような解決するべき課題がある。
１．溶接ワイヤ先端が曲がり易く、溶融プールから離脱し、肉盛り不能となる。
２．溶接ワイヤの先端部が、溶融プールに挿入される前に溶接熱源の熱により球状に溶け、溶融プールに正常に送り込まれないことがある。
３．ワイヤガイド先端チップが高温になるにつれて、ワイヤガイド先端チップの内壁と溶接ワイヤとの摩擦が大きくなり、ワイヤガイド先端チップの内壁における溶接ワイヤの摺導が困難となり、溶接ワイヤがワイヤガイド先端チップ内に詰まり、溶接ワイヤを溶融プールに送給でできなくなることが多い。
４．上記３点の解決するべき課題により、溶接トーチの進行方向前面から溶接ワイヤを供給できる条件は厳しく狭くなる。
５．上記の如くに、ワイヤガイド先端チップが高温になることにより、溶接ワイヤがワイヤガイド先端チップ内に詰るので、溶接ワイヤの先端を高い精度で溶融プールの中心に位置させようとして、ワイヤガイド先端チップを溶融プールに近接させることができない。
６．ワイヤガイド先端チップの内壁が金属であるので、高温より酸化し、その内壁と溶接ワイヤとの接触抵抗が高く、溶接ワイヤに通電し、溶接エネルギーを補充することが難しい。

上述の、図３の従来の方法では、溶接トーチ２５の進行方向に溶接トーチ２５を傾けているので、溶接中に溶接状態を関することができず、また溶接時に発生する金属ヒュームがビード面を覆い、良好なビード面を得ることができないという解決するべき課題がある。また、ワイヤガイドにより溶接ワイヤを溶融プールに案内する上述の方式には、ワイヤガイド先端チップを溶融プールに近接させると、溶接ワイヤがワイヤガイド先端チップ内に詰まり、案内ができず、溶接トーチの進行方向前面から溶接ワイヤを供給できる条件は厳しく狭くなり、溶接ワイヤの先端を高い精度で溶融プールの中心に位置させようとして、ワイヤガイド先端チップを溶融プールに近接させることができない。

そこで、本発明の目的は、溶融プールの中心に細径の溶接ワイヤを挿入できる肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置並びにこの装置におけるワイヤガイド及びワイヤガイド先端チップを提供することにある。

前述の課題を解決するために、本発明は次の手段を提供する。

（１）溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤを内壁で摺導し、案内するワイヤガイドの先端開口部をなし、該ワイヤガイド本体を成すワイヤガイドパイプに着脱可能に連接され、該溶接ワイヤの先端が該先端開口からワークの溶融プールに向けて送り出されるように該溶接ワイヤを案内するワイヤガイド先端チップにおいて、
前記ワイヤガイドパイプとの連接箇所から前記先端開口に至る間における前記内壁構成材料が黒鉛を主成分とすることを特徴とするワイヤガイド先端チップ。

（２）全体が黒鉛で成ることを特徴とする前記（１）に記載のワイヤガイド先端チップ。

（３）前記ワイヤガイドパイプとの連接がネジにより行われることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のワイヤガイド先端チップ。

（４）溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤを内壁で摺導し、案内するワイヤガイドであって、
前記溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤが片端から挿通されるワイヤガイドパイプと、該ワイヤガイドパイプの他端に連接され、該溶接ワイヤの先端が先端開口からワークの溶融プールに向けて送り出されるように該溶接ワイヤを案内するワイヤガイド先端チップとを有して成り、
前記ワイヤガイドパイプとの連接箇所から前記先端開口に至る間における前記ワイヤガイド先端チップの前記内壁構成材料が黒鉛を主成分とすることを特徴とするワイヤガイド。

（５）前記ワイヤガイドパイプが金属製の外被パイプとテフロン製の内壁摺導パイプとの二層構造を有して成ることを特徴とする前記（４）に記載のワイヤガイド先端チップ。

（６）前記テフロン製の内壁摺導パイプは、前記外被パイプより長く、該外被パイプの前記溶接ワイヤ送り出し機構側端から該溶接ワイヤ送り出し機構近傍まで延伸していることを特徴とする前記（４）又は（５）に記載のワイヤガイド先端チップ。

（７）溶接ワイヤ送り出し機構と、該溶接ワイヤ送り出し機構で送り出される溶接ワイヤを内壁で摺導し、案内するワイヤガイドとを備える肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置において、
前記ワイヤガイドは、前記溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤが片端から挿通されるワイヤガイドパイプと、該ワイヤガイドパイプの他端に連接され、該溶接ワイヤの先端が先端開口からワークの溶融プールに向けて送り出されるように該溶接ワイヤを案内するワイヤガイド先端チップとを有して成り、
前記ワイヤガイドパイプとの連接箇所から前記先端開口に至る間における前記ワイヤガイド先端チップの前記内壁構成材料が黒鉛で成る
ことを特徴とする肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置。

上記構成の本発明によれば、溶融プールの中心に細径の溶接ワイヤを挿入できる肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置並びにこの装置におけるワイヤガイド及びワイヤガイド先端チップを提供できる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態である肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置の概念図であり、図２は図１におけるワイヤガイド１０を示す断面図である。送給モータ６、ローラ７及びワイヤリール８は溶接ワイヤ送り出し機構を構成している。ワイヤガイド先端チップ１及びワイヤガイドパイプ２はワイヤガイド１０を構成している。フレキシブルチューブ４は、ワイヤガイド１０の上側端１０ａに連接されている。

溶接ワイヤ送り出し機構は、ワイヤリール８に巻かれた溶接ワイヤ２０を送給モータ６及びローラ７で送り出すとともに、フレキシブルチューブ４及びワイヤガイド１０経由で、ワイヤガイド先端チップ１先端の開口（先端開口）１ａから溶融プール１１ａにまで溶接ワイヤ２０の先端を到達させる。溶接ワイヤ送り出し機構で送り出される溶接ワイヤ２０の先端がワーク１１を押すので、その押す力の反力により、ワイヤガイド１０及び溶接トーチ５は図１に矢印で示す方向に進行する。このトーチ進行方向では、溶接ワイヤ２０は溶接トーチ５より進行方向における前方にある。

溶接トーチ５はアーク溶接用トーチであるが、本実施の形態ではアーク溶接用トーチに代えてレーザ溶接用トーチを備えても差し支えない。ワイヤガイドホルダ３は、ワイヤガイド１０を溶接トーチ５に固定している。ワイヤガイド１０と溶接トーチ５とがなす角度及び溶接トーチ５がワーク１１に対しなす角度は、ワイヤガイドホルダ３の調節により任意に設定できる。ワイヤ溶融加熱電源９は、ワイヤ通電用ケーブル９ａ及び９ｂを介して、溶接ワイヤ２０に通電し、溶接ワイヤ２０の内部抵抗により発熱させ、溶接エネルギーを補充するための電源である。

本実施の形態におけるワイヤガイド先端チップ１は黒鉛（グラファイト）でなる。ワイヤガイドパイプ２は、外被銅パイプ２ａ（前述の外被パイプの相当。）とテフロンガイドパイプ２ｂ（前述の内壁摺導パイプに相当）とで成る（テフロンは登録商標である。）。ワイヤガイドパイプ２におけるテフロンガイドパイプ２ｂは、図１に符号１０ａで示す位置でフレキシブルチューブ４に連接されている。尤も、フレキシブルチューブ４をテフロンガイドパイプ２ｂと一体に構成してもよい。このとき、ワイヤガイドパイプ２における外被銅パイプ２ａは図１に符号１０ａで示す位置で終端するが、テフロンガイドパイプ２ｂは図１のフレキシブルチューブ４として、図１に示す如くに、溶接ワイヤ送り出し機構近傍まで延伸した構成となる。

図２を参照してワイヤガイド１０につき詳しく説明する。ワイヤガイド先端チップ１は、外被銅パイプ２ａにネジ結合部１ｄで結合されており、外被銅パイプ２ａに対し自在に着脱可能である。テフロンガイドパイプ２ｂ内を摺導して送られた溶接ワイヤ２０はテフロンガイドパイプ２ｂの下端２ｂ１から外被銅パイプ２ａ内を進行し、ワイヤガイド先端チップ１におけるテーパー部１ｃに進入する。テーパー部１ｃに進入した溶接ワイヤ２０の先端は、テーパー部１ｃの上端１ｃ１から下端１ｃ２の間で側壁に接触し、側壁で摺導されワイヤ摺導穴１ｂ内に挿入され、先端開口１ａから外方に出る。外被銅パイプ２ａには圧着端子２ｃが設けてある。ワイヤ通電用ケーブル９ａは、圧着端子２ｃに接続してある。

本実施の形態では、ワイヤガイド先端チップ１を黒鉛で構成してあるので、ワイヤガイド先端チップ１が溶接熱源により高温になったときも、溶接ワイヤ２０がワイヤガイド先端チップ１内に詰まることがない。黒鉛は、数百度の高温でも、酸化し難く、常温における優れた潤滑性、電気伝導性及び熱伝導性を維持する。タングステン等の金属は耐熱性に優れるが、黒鉛に比べ潤滑性に劣るので、ワイヤガイド先端チップをタングステン等の耐熱金属で構成しても、高温では溶接ワイヤがワイヤガイド先端チップ内で詰まることを避けることは難しかった。

黒鉛製のワイヤガイド先端チップ１を採用したことにより、本実施の形態では、次のような効果を得ることができた。
１．高温でも潤滑性に優れるワイヤガイド先端チップ１は、溶融プール１１ａに近接しても内部の溶接ワイヤ２０を内壁で摺導するので、先端開口１ａを溶融プール１１ａの直近にまで近接することができ、溶接ワイヤ２０の先端が溶接熱源の影響を受けて変形しない内に、溶接ワイヤ２０の先端を溶融プール１１ａに挿入することができる。したがって、本実施の形態では、溶接ワイヤ２０の先端に球形が形成されることはない。このように、常温同様の形状のままで溶接ワイヤ２０を溶融プール１１ａに挿入できるので、溶接ワイヤ２０を一定位置に、一定の速度で溶融プール１１ａに供給できる。

２．ワイヤガイド先端チップ１が高温に曝されても、ワイヤガイド先端チップ１におけるテーパー部１ｃ及びワイヤ摺導穴１ｂの内壁面と溶接ワイヤ２０との摩擦は大きくならないので、溶接ワイヤ２０を安定に送給できる。

３．溶接トーチ５の進行方向前面から溶接ワイヤ２０の溶融状態を観察できるから、適切なビードが形成されるように、容易に容易に溶接できる。

４．ワイヤガイド先端チップ１を溶融プール１１ａの直近にまで近接することができので、適切な位置に肉盛り溶接が容易にできる。

５．ワイヤガイド先端チップ１が高温に曝されても、ワイヤガイド先端チップ１におけるテーパー部１ｃ及びワイヤ摺導穴１ｂの内壁面が酸化されないから、その内壁面の電気導電性は維持され、溶接ワイヤ２０との接触抵抗は低いまま維持され、ワイヤ溶融加熱電源９からの電力を溶接ワイヤ２０の先端の溶融点で消費させ、その溶融点に溶接エネルギーを供給できる。

６．ワイヤガイド先端チップ１の摺導穴（テーパー部１ｃ及びワイヤ摺導穴１ｂ）と溶接ワイヤ２０との接触抵抗が低いまま維持されるので、その摺導穴の壁面と溶接ワイヤ２０との間でスパークが生じないので、摺導穴の壁面と溶接ワイヤ２０との間の摩擦は変動せず、溶接ワイヤ２０が摺導面で受ける抵抗、すなわち送給抵抗が安定であり、溶接ワイヤ２０の送給が安定に行える。

なお、以上には、本発明の具体例として実施の形態を挙げ、詳しく説明したが、本発明がこれらの形態に限定されるものでないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ワイヤガイド先端チップ１は全部を黒鉛としたが、本発明では、ワイヤガイド先端チップは黒鉛を主成分とする材料であれば足りる。また、上記実施形態では、ワイヤガイド先端チップ１は全部を黒鉛としたが、本発明では、少なくともワイヤガイド先端チップの摺導穴の壁面を黒鉛又は黒鉛を主成分とする材料で構成すれば足りる。

本発明の一実施の形態である肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置を示す概念図である。 図１におけるワイヤガイド１０の詳細を示す断面図である。 従来から行われているレーザ溶接の方法を説明する概念図であり、同図（Ａ）はトーチ進行方向に直交する方向から見た溶接要部の正面図、同図（Ｂ）はトーチ進行方向側（同図（Ａ）における右側）から見た溶接トーチ下部近傍の側面図である。

符号の説明

１ ワイヤガイド先端チップ
１ａ ワイヤガイド先端チップの先端開口
１ｂ ワイヤガイド先端チップのワイヤ摺導穴
１ｃ ワイヤガイド先端チップのテーパー部
１ｃ１ テーパー部上端
１ｃ２ テーパー部下端
１ｄ ネジ結合部
２ ワイヤガイドパイプ
２ａ 外被銅パイプ
２ｂ テフロンガイドパイプ
２ｂ１ テフロンガイドパイプの下端
２ｃ 圧着端子
３ ワイヤガイドホルダー
４ フレキシブルチューブ
５ 溶接トーチ
６ 送給モーター
７ ローラ
８ ワイヤリール
９ ワイヤ溶融加熱電源
９ａ，９ｂ ワイヤ通電用ケーブル
１０ ワイヤガイド
１１ ワーク
１１ａ ワーク１１に形成された溶融プール
１２ アーク
１３ プラズマフレーム
２５ 溶接トーチ
２５ａ ワイヤガイド溝

Claims (7)

1. 溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤを内壁で摺導し、案内するワイヤガイドの先端開口部をなし、該ワイヤガイド本体を成すワイヤガイドパイプに着脱可能に連接され、該溶接ワイヤの先端が該先端開口からワークの溶融プールに向けて送り出されるように該溶接ワイヤを案内するワイヤガイド先端チップにおいて、
   前記ワイヤガイドパイプとの連接箇所から前記先端開口に至る間における前記内壁構成材料が黒鉛を主成分とすることを特徴とするワイヤガイド先端チップ。
2. 全体が黒鉛で成ることを特徴とする請求項１に記載のワイヤガイド先端チップ。
3. 前記ワイヤガイドパイプとの連接がネジにより行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤガイド先端チップ。
4. 溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤを内壁で摺導し、案内するワイヤガイドであって、
   前記溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤが片端から挿通されるワイヤガイドパイプと、該ワイヤガイドパイプの他端に連接され、該溶接ワイヤの先端が先端開口からワークの溶融プールに向けて送り出されるように該溶接ワイヤを案内するワイヤガイド先端チップとを有して成り、
   前記ワイヤガイドパイプとの連接箇所から前記先端開口に至る間における前記ワイヤガイド先端チップの前記内壁構成材料が黒鉛を主成分とすることを特徴とするワイヤガイド。
5. 前記ワイヤガイドパイプが金属製の外被パイプとテフロン製の内壁摺導パイプとの二層構造を有して成ることを特徴とする請求項４に記載のワイヤガイド先端チップ。
6. 前記テフロン製の内壁摺導パイプは、前記外被パイプより長く、該外被パイプの前記溶接ワイヤ送り出し機構側端から該溶接ワイヤ送り出し機構近傍まで延伸していることを特徴とする請求項４又は５に記載のワイヤガイド先端チップ。
7. 溶接ワイヤ送り出し機構と、該溶接ワイヤ送り出し機構で送り出される溶接ワイヤを内壁で摺導し、案内するワイヤガイドとを備える肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置において、
   前記ワイヤガイドは、前記溶接ワイヤ送り出し機構により送り出される溶接ワイヤが片端から挿通されるワイヤガイドパイプと、該ワイヤガイドパイプの他端に連接され、該溶接ワイヤの先端が先端開口からワークの溶融プールに向けて送り出されるように該溶接ワイヤを案内するワイヤガイド先端チップとを有して成り、
   前記ワイヤガイドパイプとの連接箇所から前記先端開口に至る間における前記ワイヤガイド先端チップの前記内壁構成材料が黒鉛で成る
   ことを特徴とする肉盛り溶接用細径ワイヤ送給装置。