JP2011161514A

JP2011161514A - 銅溶接方法及び銅溶接装置

Info

Publication number: JP2011161514A
Application number: JP2010269593A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takeda; 洋明武田; Keigo Moriguchi; 啓吾森口; Nariisa Nishio; 成功西尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-08-25
Also published as: DE102011000122A1; CN102151950A; US20110168678A1

Abstract

【課題】銅の溶接時に溶接部分に形成されるブローホールの数を抑制することにより溶接強度を高めること。
【解決手段】不活性ガスが充填された不活性ガスボンベ１１と、この不活性ガスボンベ１１から配管１６を介して取り入れられた不活性ガスを被溶接物であるステータ２１の銅製の導体セグメントの端部２１ａへ噴射して当該端部２１ａの溶接部分を不活性ガスで覆うガス噴射ノズル１４ａ及び、溶接部分に溶接のための放電を行う電極１４ｂを有するトーチ１４と、電極１４ｂに放電が行われるように電力を供給する溶接電源１３とを備えて構成において、不活性ガスボンベ１１とガス噴射ノズル１４ａとの間の配管１６に、当該不活性ガスボンベ１１からの不活性ガスに含まれる水分を吸湿し、この吸湿後の不活性ガスを当該ガス噴射ノズル１４ａへ送出する脱湿度装置１２を介挿する。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅製の導体セグメントの端部等の銅を溶接する銅溶接方法及び銅溶接装置に関する。

従来、ＪＩＳ規格で酸素含有率が１０ｐｐｍ以上の酸化銅（タフピッチ銅）を溶接する場合、溶接時の熱による銅の酸化防止の目的でアルゴンガス等の不活性ガスを溶接部分に噴射して覆い、これによって溶接部分への酸素を遮断することが行われている。この種の溶接手法は例えば特許文献１において、回転電機におけるステータの銅製の導体セグメントの端部を溶接する場合に適用されている。

特開２００１−５４２６３号公報

しかし、上記の特許文献１などに適用されている従来の銅溶接方法においては、酸化銅の溶接部分を不活性ガスで覆って溶接するが、不活性ガスの中に水分が入っていた場合、その水分が溶接熱で分解して水素と酸素とに分離する。この内の水素が溶接部分の溶銅の中に巻き込まれると、酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）の酸素（Ｏ）は水素（Ｈ）に結合し易いので酸素と水素が結合して水（Ｈ_２Ｏ）と成り、この水が溶接熱で気化して水蒸気になる。この水蒸気が溶銅の凝固までに排出されなかった場合に空洞孔のブローホールとなる。

また、酸化銅の溶接部分に油などの有機物が付着していた場合、有機物は水素、酸素、炭素で構成されているので、これらが熱分解され、炭素が発生する。この炭素（Ｃ）が溶銅中の酸素（Ｏ）と結合して二酸化炭素（Ｃｏ_２）となって蒸発し、ブローホールができる。これらのように酸化銅の溶接部分に多数のブローホールが形成された場合、溶接強度が弱くなるという問題がある。

その酸化銅へのブローホールの発生メカニズムを図９（ａ）〜（ｆ）の模式図を参照して説明する。まず（ａ）に示すように、タングステン製等の非消耗電極１と銅の溶融池４との間にアーク３が発生しているとする。このアーク３を発生する電極１の発生部を、電極１の周囲から放射されるアルゴンガス等のシールドガス２で空気から遮蔽している。シールドガス２には僅かな水分が含まれており、また空気中の水分も僅かにシールドガス２の遮蔽内に混入する。これらの水分がアーク３によって分解されて水素５が生成され、この水素５が溶融池４に吸収される。

この吸収によって（ｂ）に示すように、溶融池４内で水素５が気泡５ａを生成する。次に、（ｃ）に示すように、溶融池４の底部が符号６で示す凝固を開始する。水素５は固相になると液相の時よりも溶解度が小さくなるために、（ｄ）に示すように凝固境界６ａで水素の気泡５ａが液相に放出されて、溶融池４内を浮上し外部に放出される。次に、（ｅ）に示すように、溶融池４の凝固６が進行して外部への放出が間に合わなかった気泡５ａが残留して（ｆ）に示すようにブローホール７になる。なお、（ｆ）では溶融池４の凝固が完了し、その内部にブローホール７が形成されている様子を示す。

ところで、図１０のアルミニウムＡｌや銅Ｃｕ等の各種金属原子のモル分率と温度（Ｋ）との関係図に線Ｌ３で示すように、アルミニウム（又はアルミニウム合金）は凝固する際、急激に水素溶解度が著しく低下する。これにより発生する水素ガスがブローホールになることが知られている。一方、線Ｌ４で示すように、銅の場合は凝固に際し水素溶解度の低下が小さいため、水素ガスの発生によるブローホールは問題とならない。

しかし、酸素を含む銅（酸化銅）の場合は、上述のように溶銅中に融解した水素（Ｈ）又は炭素（Ｃ）が酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）の酸素（Ｏ）と結合して発生した水蒸気（Ｈ_２Ｏ）又は、二酸化炭素（Ｃｏ_２）がブローホールとなり溶接強度が低下するという問題となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、銅の溶接時に溶接部分に形成されるブローホールを抑制することにより溶接強度を高めることができる銅溶接方法及び銅溶接装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、不活性ガスを被溶接物である銅へ噴射して当該銅の溶接部分を不活性ガスで覆いつつ、前記溶接部分に溶接のための放電を行う銅溶接方法において、前記溶接部分を覆う不活性ガスは、前記不活性ガスに含まれる水分を除去する水分除去工程を経たものであることを特徴とする。

この方法によれば、ガス噴射手段から銅の溶接部分に噴射される不活性ガス中の水分が除去されているので、その除去後に水分が残っていたとしても、この残った水分が溶接熱で水素と酸素とに分離された際に、分離された水素量も減少する。このため、溶接部分の酸化銅に含まれる酸素に、分離水素が結合して水となる水量も減少するので、この水が溶接熱で気化して形成されるブローホールも減少する。従って、銅の溶接時に溶接部分に形成されるブローホールを抑制することができるので、溶接強度を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、前記水分除去工程は、前記不活性ガスから除湿するものであることを特徴とする。

この方法によれば、ガス噴射手段から銅の溶接部分に噴射される不活性ガス中の水分が除湿されるので、上記請求項１と同様の作用効果を得ることが出来る。

請求項３に記載の発明は、前記水分除去工程を経た不活性ガスに含まれる水分量を検出する水分量検出工程を有することを特徴とする。

この方法によれば、水分除去工程を経て銅の溶接部分に噴射される不活性ガス中の水分を検出するようにしたので、その不活性ガス中の水分が、所定の溶接強度となるブローホール数に抑制できる量とすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記水分除去工程後の不活性ガスは、不活性ガスに含まれる水分量が２００ｍｇ／ｍ^３以下の不活性ガスであることを特徴とする。

この方法によれば、銅の溶接部分に噴射される不活性ガス中の水分量が２００ｍｇ／ｍ^３以下となる。この２００ｍｇ／ｍ^３以下の含有水分量では、溶接時に溶接部分に形成されるブローホール率が１４％以下となる。溶接強度を被溶接物に必要な強度に保持できるブローホール率は約１５％以下であるため、ブローホール率が１４％以下となれば、溶接強度を必要な強度に保持することができる。更に説明すると、図８の溶接強度と含有水分量との関係図に示すように、酸素含有量１０ｐｐｍ以上の銅の溶接においては、不活性ガス中の水分が縦破線Ｌ１０で示すように２００ｍｇ／ｍ^３を超えると溶接強度が著しく低下する。従って、不活性ガスに含まれる水分量を２００ｍｇ／ｍ^３以下とするのがよい。

請求項５に記載の発明は、前記水分除去工程後の不活性ガスは、不活性ガスに含まれる水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３以下の不活性ガスであることを特徴とする。

この方法によれば、銅の溶接部分に噴射される不活性ガス中の水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３以下となる。この２２．２ｍｇ／ｍ^３以下の含有水素量では、溶接時に溶接部分に形成されるブローホール率が１４％以下となるので、溶接強度を必要な強度に保持することができる。

請求項６に記載の発明は、前記不活性ガスは、アルゴンガス、ヘリュウムガス、窒素ガスの何れか１つ又はそれらを任意に組み合わせたものであることを特徴とする。

この方法によれば、アルゴンガス、ヘリュウムガス、窒素ガスの何れも溶接時に酸化銅の元素と結合してブローホールの原因となるガスではないので、ガス自体がブローホールの原因となることが無くなる。

請求項７に記載の発明は、前記溶接を実施する前に、被溶接物である銅の表面に付着した有機物を清浄する清浄工程を有することを特徴とする。

この方法によれば、溶接部分に油などの有機物が付着していた場合、その有機物が熱によって分解されて除去される。この除去される有機物は水素、酸素、炭素で構成されているので、溶接部分に有機物が付着した状態で溶接を行えば、水素、酸素、炭素が熱分解され、炭素が発生し、この炭素が溶銅中の酸素と結合して二酸化炭素となって蒸発し、ブローホールができる。しかし、本発明では、上記のように溶接部分から有機物を除去するので、二酸化炭素の発生によりブローホールが形成されることが略無くなる。

請求項８に記載の発明は、前記清浄工程において、前記銅の溶接が行なわれない熱量となるように前記溶接部分に熱を供給することで、被溶接物である銅の表面に付着した有機物を清浄する工程を有することを特徴とする。

この方法によれば、溶接部分への銅の溶接が行なわれない熱量となるので、溶接部分に油などの有機物が付着していた場合、その有機物が熱によって分解されて除去される。従って、二酸化炭素の発生によりブローホールが形成されることが略無くなる。

請求項９に記載の発明は、前記溶接の強度を必要な強度に保持可能なブローホール率とするように定められた水素濃度域で電源が電極に溶接のための電力を供給し、溶接が行われることを特徴とする。

この方法によれば、電極への電力供給が、溶接強度を必要強度とするブローホール率となる水素濃度域で行われるので、不要なブローホールが形成されることが無くなる。

請求項１０に記載の発明は、前記銅は、酸素含有率が１０ｐｐｍ以上のものを含む銅であることを特徴とする。

この方法によれば、酸素含有率が１０ｐｐｍ以上のものを含む銅、即ちタフピッチ銅においては、特にＣｕ_２Ｏの酸素（Ｏ）が水素（Ｈ）に結合し易いので酸素と水素が結合して水（Ｈ_２Ｏ）と成り、この水が水蒸気となってブローホールとなり易かった。しかし、そのようなタフピッチ銅であっても、上記請求項１〜９に記述したようにブローホールを形成し難くすることが出来る。

請求項１１に記載の発明は、不活性ガスが充填されたガス貯蔵手段と、このガス貯蔵手段から配管を介して取り入れられた不活性ガスを被溶接物である銅へ噴射して当該銅の溶接部分を不活性ガスで覆うガス噴射手段と、前記溶接部分に溶接のための放電を行う電極及び当該電極に放電が行われるように電力を供給する電源から成る溶接手段とを有する銅溶接装置において、前記ガス貯蔵手段と前記ガス噴射手段との間の配管に、当該ガス貯蔵手段からの不活性ガスに含まれる水分を吸湿し、この吸湿後の不活性ガスを当該ガス噴射手段へ送出する脱湿度手段を介挿したことを特徴とする。

この構成によれば、ガス噴射手段から銅の溶接部分に噴射される不活性ガス中の水分が吸湿により減少しているので、その減少水分が溶接熱で水素と酸素とに分離された際に、分離された水素量も減少する。このため、溶接部分の酸化銅に含まれる酸素に、分離水素が結合して水となる水量も減少するので、この水が溶接熱で気化して形成されるブローホールの数も減少する。従って、銅の溶接時に溶接部分に形成されるブローホールの数を抑制することができるので、溶接強度を高めることができる。

請求項１２に記載の発明は、前記ガス貯蔵手段と前記ガス噴射手段とを前記脱湿度手段を介して接続する配管の内面は、ゴム及び鉄に比べて水と親和性の低い材質であることを特徴とする。

この構成によれば、配管中に水分が付着しないので、配管を通る不活性ガスにブローホールの原因となる水分が混入することが無くなる。

請求項１３に記載の発明は、前記溶接手段は、前記ガス噴射手段からの不活性ガスの噴射時における前記電源から前記電極に供給される電力を、供給初期時に前記銅の溶接が行なわれない熱量となるように供給し、この供給の所定時間後に当該銅の溶接が行われるように供給することを特徴とする。

この構成によれば、電極への電力の供給初期時に、銅の溶接が行なわれない熱量となるように電力供給が行なわれるので、溶接部分に油などの有機物が付着していた場合、その有機物が熱によって分解されて除去される。この除去される有機物は水素、酸素、炭素で構成されているので、溶接部分に有機物が付着した状態で溶接を行えば、水素、酸素、炭素が熱分解され、炭素が発生し、この炭素が溶銅中の酸素と結合して二酸化炭素となって蒸発し、ブローホールができる。しかし、本発明では、上記のように溶接部分から有機物を除去するので、所定時間経過したその後の電力供給による溶接では、二酸化炭素の発生によりブローホールが形成されることが略無くなる。

請求項１４に記載の発明は、前記ガス噴射手段の不活性ガスの噴出口を密閉状態に塞ぐ閉塞手段を自在に移動するアクチュエータと、前記電源が前記電極に溶接のための電力供給を停止時に前記閉塞手段が前記噴出口を密閉状態に塞ぐように前記アクチュエータを制御し、前記電力供給が開始時に前記閉塞手段が前記噴出口から外れて開口するように前記アクチュエータを制御する第１の制御手段とを更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、溶接が停止した際にガス噴射手段の噴出口が閉塞手段で密閉状態に塞がれるので、ガス噴射手段から脱湿度手段を介したガス貯蔵手段までの配管の不活性ガス通路が外気と遮断状態となる。これによって、不活性ガス通路にブローホールの原因となる水分を含む空気が混入しないので、次に不活性ガス通路の先端（噴射口）を開口して不活性ガスを噴射し溶接を再開した場合でも、ブローホールの形成を抑制することができる。

請求項１５に記載の発明は、前記ガス噴射手段から噴射される不活性ガス中の水素を検知するセンサを有し、このセンサで検知された水素の濃度を計測する計測手段と、前記計測手段で計測された水素濃度が、前記銅の溶接時に溶接強度を必要な強度に保持可能なブローホール率とするように定められた基準値以下となった際に、前記電源が前記電極に溶接のための電力を供給するように制御し、当該基準値を超えた際に当該電力の供給を停止するように制御する第２の制御手段とを更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、水素濃度が基準値以下の場合にのみ被溶接物に溶接が行われるので、溶接部分のブローホール率を、溶接強度を必要な強度に保持可能なパーセンテージ以下とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る銅溶接装置の構成を示す図である。ブローホール率と含有水分量との関係図である。ブローホール率と含有水素量との関係図である。ブローホール率と、含有水分量又は含有水素量との関係を数値で示した図である。本発明の第２の実施形態に係る銅溶接装置の構成を示す図である。第２の実施形態に係る銅溶接装置においてトーチの不活性ガス噴出口をキャップで閉塞した状態を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る銅溶接装置の構成を示す図である。含有水分量と溶接強度との関係図である。ブローホールの発生メカニズムの説明図である。各種金属原子のモル分率と温度との関係図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る銅溶接装置の構成を示す図である。図１に示す銅溶接装置１０は、アルゴンガス、ヘリュウムガス、窒素ガスの何れか１つ又はそれらを任意に組み合わせた不活性ガスが充填された不活性ガスボンベ（ガス貯蔵手段）１１と、脱湿度装置（脱湿度手段）１２と、溶接電源（電源）１３と、細長い円筒形状を成し、内部にガス噴射ノズル（ガス噴射手段）１４ａが形成され、このガス噴射ノズル１４ａの中空部分の長手方向軸に細長い棒状の電極１４ｂが配設されたトーチ１４とを備えて構成されている。但し、銅溶接装置１０によって溶接される被溶接物は、本例ではモータにおけるステータ２１の酸化銅製の導体セグメントの端部２１ａであるとする。また、溶接電源１３と電極１４ｂとで溶接手段が構成されている。

また、不活性ガスボンベ１１のガス噴出口と、トーチ１４のガス噴射ノズル１４ａのガス取入口とが、脱湿度装置１２を介してフッ素系樹脂の配管１６で接続され、溶接電源１３とトーチ１４の電極１４ｂの一端とが導電ケーブル１７で接続されている。つまり、不活性ガスボンベ１１のガス噴出口から脱湿度装置１２を介してガス噴射ノズル１４ａの先端のガス噴射口までの間は、密閉状態のガス通路となっている。

脱湿度装置１２は、シリカゲル等の吸湿材が内蔵されており、その吸湿材で不活性ガスボンベ１１から配管１６を通って送られてくる不活性ガス中の水分を所定量吸湿し、この所定量の水分が除去された不活性ガス（以降、水分除去不活性ガスと称す）を、配管１６を介してトーチ１４のガス噴射ノズル１４ａのガス取入口へ送出する。この送出された水分除去不活性ガスは、破線矢印１８で示すようにガス噴射ノズル１４ａを通って先端からステータ２１の導体セグメントの溶接部分である端部２１ａを覆う。この覆いによって溶接部分への酸素が遮断される。

溶接電源１３は、導電ケーブル１７を介してトーチ１４の電極１４ｂに電力を供給する。この電力は、電極１４ｂと、ステータ２１の導体セグメントの端部２１ａとの間に、当該端部２１ａの溶接に必要な放電が行われるように供給される。

つまり、ガス噴射ノズル１４ａの先端から噴射された水分除去不活性ガスで、ステータ２１の導体セグメントの溶接部分である端部２１ａが覆われた状態で、電極１４ｂからの放電によって溶接部分の端部２１ａの溶接が行われる。この溶接時に溶接部分を覆う水分除去不活性ガス中には水分が残っているので、その水分が溶接熱で水素と酸素とに分離され、この水素が溶接部分の酸化銅中の酸素に結合して水となり、この水が溶接熱で気化してブローホールが形成される。

このブローホールが形成される率（ブローホール率）％は、図２に示すように、溶接部分を覆う不活性ガスに含有される水分量（含有水分量）ｍｇ／ｍ^３との関係が線分Ｌ１となり、図３に示すように、含有水素量ｍｇ／ｍ^３との関係が線分Ｌ２となる。更に、それらの関係を図４に数値で示した。

ここで、従来のように多くのブローホールが形成されると酸化銅の溶接部分の強度が弱くなっていたが、その溶接強度を被溶接物（本例では、ステータ２１の導体セグメントの端部２１ａ）に必要な強度に保持できるブローホール率は約１５％以下である。この約１５％以下とするためには、図４に示すように、ブローホール率が１４％の際に、含有水分量が２００ｍｇ／ｍ^３であり、含有水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３であることから、溶接部分を覆う不活性ガス中の含有水分量が２００ｍｇ／ｍ^３以下、又は含有水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３以下であればよい。

従って、脱湿度装置１２は、不活性ガスボンベ１１からの不活性ガス中の水分を吸湿する際に、不活性ガス中の含有水分量が２００ｍｇ／ｍ^３以下、又は含有水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３以下となるように吸湿を行い、この吸湿後の水分除去不活性ガスをトーチ１４のガス噴射ノズル１４ａへ送出する。

このような第１の実施形態の銅溶接装置１０は、不活性ガスが充填された不活性ガスボンベ１１と、この不活性ガスボンベ１１から配管１６を介して取り入れられた不活性ガスを被溶接物であるステータ２１の銅製の導体セグメントの端部２１ａへ噴射して当該端部２１ａの溶接部分を不活性ガスで覆うガス噴射ノズル１４ａ及び、溶接部分に溶接のための放電を行う電極１４ｂを有するトーチ１４と、電極１４ｂに放電が行われるように電力を供給する溶接電源１３とを備えて構成されている。

この構成において、本実施形態の特徴は、不活性ガスボンベ１１とガス噴射ノズル１４ａとの間の配管１６に、当該不活性ガスボンベ１１からの不活性ガスに含まれる水分を吸湿し、この吸湿後の不活性ガスを当該ガス噴射ノズル１４ａへ送出する脱湿度装置１２を介挿したことにある。

これによって、ガス噴射ノズル１４ａからステータ２１の導体セグメントの端部２１ａの溶接部分に噴射される不活性ガス中の水分が吸湿により減少しているので、その減少水分が溶接熱で水素と酸素とに分離された際に、分離された水素量も減少する。このため、溶接部分の酸化ステータ２１の導体セグメントの端部２１ａに含まれる酸素に、分離水素が結合して水となる水量も減少するので、この水が溶接熱で気化して形成されるブローホールの数も減少する。従って、ステータ２１の導体セグメントの端部２１ａの溶接時に溶接部分に形成されるブローホールの数を抑制することができるので、溶接強度を高めることができる。

また、脱湿度装置１２が、吸湿後の不活性ガスに含まれる水分量が２００ｍｇ／ｍ^３以下となるように、不活性ガスボンベ１１からの不活性ガスに含まれる水分を吸湿するようにした。

これによって、ガス噴射ノズル１４ａからステータ２１の導体セグメントの端部２１ａの溶接部分に噴射される不活性ガス中の水分量が２００ｍｇ／ｍ^３以下となる。この２００ｍｇ／ｍ^３以下の含有水分量では、溶接時に溶接部分に形成されるブローホール率が１４％以下となる。溶接強度を被溶接物に必要な強度に保持できるブローホール率は約１５％以下であるため、ブローホール率が１４％以下となれば、溶接強度を必要な強度に保持することができる。

この溶接強度と含有水分量との関係について、更に図８を参照して説明する。図８は縦軸を溶接強度（％）、横軸を含有水分量（ｍｇ／ｍ^３）として双方の関係を表した図である。但し、縦軸の溶接強度は正常な場合を１００％とした場合の割合で示してある。この図８に示すように、酸素含有量１０ｐｐｍ以上の銅の溶接においては、不活性ガス中の水分が縦破線Ｌ１０で示すように２００ｍｇ／ｍ^３を超えると溶接強度が著しく低下する。このため、上記のように、不活性ガスに含まれる水分を脱湿度装置１２で吸湿して除去するようにした。

また、脱湿度装置１２が、吸湿後の不活性ガスに含まれる水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３以下となるように、不活性ガスボンベ１１からの不活性ガスに含まれる水分を吸湿するようにしてもよい。

これによって、ガス噴射ノズル１４ａからステータ２１の導体セグメントの端部２１ａの溶接部分に噴射される不活性ガス中の水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３以下となる。この２２．２ｍｇ／ｍ^３以下の含有水素量では、溶接時に溶接部分に形成されるブローホール率が１４％以下となるので、溶接強度を必要な強度に保持することができる。

また、上記の不活性ガスは、アルゴンガス、ヘリュウムガス、窒素ガスの何れか１つ又はそれらを任意に組み合わせたものである。

これによって、アルゴンガス、ヘリュウムガス、窒素ガスの何れも、溶接時に被溶接物である銅製の端部２１ａの元素と結合してブローホールの原因となるガスではないので、ガス自体がブローホールの原因となることが無くなる。

また、不活性ガスボンベ１１とガス噴射ノズル１４ａとを脱湿度装置１２を介して接続する配管１６は、フッ素系樹脂製の他に、ステンレス系や銅系のゴム及び鉄に比べて水と親和性の低い材質を用いてもよい。

このような材質を用いれば、配管１６中に水分が付着しないので、配管１６を通る不活性ガスにブローホールの原因となる水分が混入することが無くなる。

また、トーチ１４によるステータ２１の導体セグメントの端部２１ａへの溶接は、電気の放電現象（アーク放電）を利用し、同じ金属同士をつなぎ合わせるアーク溶接と、レーザ素子に光を当てることにより誘導放出現象（光励起）を起こし光を放出して溶接を行うレーザ溶接と、高真空中で高電圧にて加速され、かつ集束・制御された極めてパワー密度の高い電子ビームを利用して溶融溶接を行なう電子溶接（電子ビーム溶接）との何れか１つであればよい。これら何れか１つの溶接時においても、ブローホールの形成が低減する。

また、ガス噴射手段からの不活性ガスの噴射時における溶接電源１３から電極１４ｂに供給される電力を、供給初期時に被溶接物であるステータ２１の導体セグメントの端部２１ａの溶接が行なわれない熱量となるように供給し、この供給の所定時間後に当該銅の溶接が行われるように供給してもよい。

これによって、電極１４ｂへの電力の供給初期時に、被溶接物である銅の溶接が行なわれない熱量となるように電力供給が行なわれるので、溶接部分に油などの有機物が付着していた場合、その有機物が熱によって分解されて除去される。この除去される有機物は水素、酸素、炭素で構成されているので、溶接部分に有機物が付着した状態で溶接を行えば、水素、酸素、炭素が熱分解され、炭素が発生し、この炭素が溶銅中の酸素と結合して二酸化炭素となって蒸発し、ブローホールができる。しかし、本実施形態では、上記のように溶接部分から有機物を除去するので、所定時間経過したその後の電力供給による溶接では、二酸化炭素の発生によりブローホールが形成されることが略無くなる。

また、溶接を実施する前に、被溶接物である銅の表面に付着した皮膜カスや油成分を含む有機物を清浄する清浄工程を有してもよい。これによって、溶接部分に油などの有機物が付着していた場合、その有機物が熱によって分解されて除去されるので、ブローホールが形成されることが略無くなる。

また、上記の清浄工程において、銅の溶接が行なわれない熱量となるように溶接部分に熱を供給することで、被溶接物である銅の表面に付着した皮膜カスや油成分等を清浄する工程を有してもよい。これによって、溶接部分への銅の溶接が行なわれない熱量となるので、溶接部分に油などの有機物が付着していた場合、その有機物が熱によって分解されて除去される。従って、ブローホールが形成されることが略無くなる。

また、溶接の強度を必要な強度に保持可能なブローホール率とするように定められた水素濃度域で電源が電極１４ｂに溶接のための電力を供給し、溶接が行われるようにしてもよい。これによって、電極１４ｂへの電力供給が、溶接強度を必要強度とするブローホール率となる水素濃度域で行われるので、不要なブローホールが形成されることが無くなる。

また、被溶接物である銅製の端部２１ａは、酸素含有率が１０ｐｐｍ以上のものを含む銅であってもよい。酸素含有率が１０ｐｐｍ以上のものを含む銅、即ちタフピッチ銅においては、特にＣｕ_２Ｏの酸素（Ｏ）が水素（Ｈ）に結合し易いので酸素と水素が結合して水（Ｈ_２Ｏ）と成り、この水が水蒸気となってブローホールとなり易かった。しかし、そのようなタフピッチ銅であっても、上述の作用効果で記述したようにブローホールを形成し難くすることが出来る。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る銅溶接装置の構成を示す図である。第２の実施形態の銅溶接装置３０が、第１の実施形態の銅溶接装置１０と異なる点は、銅溶接装置１０の構成要素に加え、キャップ（閉塞手段）３２を自在に移動するアクチュエータ３３と、制御部（第１の制御手段）３４とを備えたことにある。

制御部３４は、溶接電源１３が電極１４ｂに溶接のための電力（溶接電力とも称す）を供給している場合に、キャップ３２がトーチ１４のガス噴射ノズル１４ａの先端開口から外れるようにアクチュエータ３３を制御し、溶接電源１３が溶接電力の供給を停止した場合に、図６に示すように、キャップ３２がトーチ１４の先端開口（噴出口）を密閉状態に塞ぐようにアクチュエータ３３を制御する。そして、再び溶接電力の供給が開始された場合に、キャップ３２がトーチ１４の先端開口から外れるようにアクチュエータ３３を制御する。

このように制御すれば、トーチ１４による溶接が停止した際にトーチ１４の先端開口が密閉状態に塞がれるので、ガス噴射ノズル１４ａ及び当該ガス噴射ノズル１４ａから脱湿度装置１２を介した不活性ガスボンベ１１までの配管１６の不活性ガス通路が外気と遮断状態となる。これによって、不活性ガス通路にブローホールの原因となる水分を含む空気が混入しないので、次に不活性ガス通路の先端を開口して不活性ガスを噴射し溶接を再開した場合でも、ブローホールの形成を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る銅溶接装置の構成を示す図である。第３の実施形態の銅溶接装置４０が、第１の実施形態の銅溶接装置１０と異なる点は、銅溶接装置１０の構成要素に加え、ガス噴射ノズル１４ａから噴射される不活性ガス中の水素を検知するセンサ４２を備え、このセンサ４２で検知された水素の濃度を計測する計測部（計測手段）４３と、この計測部４３で計測された水素濃度が予め定められた基準値以下となった際に溶接電源１３が電極１４ｂに溶接電力を供給するように制御し、基準値を超えた際に溶接電力の供給を停止するように制御する制御部（第２の制御手段）４４とを備えたことにある。

但し、水素濃度の基準値は、ガス噴射ノズル１４ａから噴射される不活性ガス中の水素量が、被溶接物であるステータ２１の導体セグメントの端部２１ａの溶接時に、溶接強度を必要な強度に保持可能なブローホール率となるようにする値である。例えば、溶接強度を必要な強度に保持可能なブローホール率は約１５％以下なので、水素濃度の基準値を、ブローホール率を１４％以下とする２２．２ｍｇ／ｍ^３以下の含有水素量となるような値とすればよい。

このような第３の実施形態の銅溶接装置４０によれば、水素濃度が基準値以下の場合にのみ被溶接物に溶接が行われるので、溶接部分のブローホール率を、溶接強度を必要な強度に保持可能な約１５％以下とすることができる。

また、センサ４２を有する計測部４３と、制御部４４とは、図５に示した第２の実施形態の銅溶接装置３０の構成に加えてもよい。

１０，３０，４０銅溶接装置
１１不活性ガスボンベ
１２脱湿度装置
１３溶接電源
１４トーチ
１４ａガス噴射ノズル
１４ｂ電極
１６配管
１７導電ケーブル
１８不活性ガス
２１ステータ
２１ａ酸化銅製の導体セグメントの端部
３２キャップ
３３アクチュエータ
３４，４４制御部
４２センサ
４３計測部

Claims

不活性ガスを被溶接物である銅へ噴射して当該銅の溶接部分を不活性ガスで覆いつつ、前記溶接部分に溶接のための放電を行う銅溶接方法において、
前記溶接部分を覆う不活性ガスは、前記不活性ガスに含まれる水分を除去する水分除去工程を経たものであることを特徴とする銅溶接方法。
前記水分除去工程は、前記不活性ガスから除湿するものであることを特徴とする請求項１に記載の銅溶接方法。
前記水分除去工程を経た不活性ガスに含まれる水分量を検出する水分量検出工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の銅溶接方法。
前記水分除去工程後の不活性ガスは、不活性ガスに含まれる水分量が２００ｍｇ／ｍ^３以下の不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の銅溶接方法。
前記水分除去工程後の不活性ガスは、不活性ガスに含まれる水素量が２２．２ｍｇ／ｍ^３以下の不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の銅溶接方法。
前記不活性ガスは、アルゴンガス、ヘリュウムガス、窒素ガスの何れか１つ又はそれらを任意に組み合わせたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の銅溶接方法。
前記溶接を実施する前に、被溶接物である銅の表面に付着した有機物を清浄する清浄工程を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の銅溶接方法。
前記清浄工程において、前記銅の溶接が行なわれない熱量となるように前記溶接部分に熱を供給することで、被溶接物である銅の表面に付着した有機物を清浄する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の銅溶接方法。
前記溶接の強度を必要な強度に保持可能なブローホール率とするように定められた水素濃度域で電源が電極に溶接のための電力を供給し、溶接が行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の溶接方法。
前記銅は、酸素含有率が１０ｐｐｍ以上のものを含む銅であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の銅溶接方法。
不活性ガスが充填されたガス貯蔵手段と、このガス貯蔵手段から配管を介して取り入れられた不活性ガスを被溶接物である銅へ噴射して当該銅の溶接部分を不活性ガスで覆うガス噴射手段と、前記溶接部分に溶接のための放電を行う電極及び当該電極に放電が行われるように電力を供給する電源から成る溶接手段とを有する銅溶接装置において、
前記ガス貯蔵手段と前記ガス噴射手段との間の配管に、当該ガス貯蔵手段からの不活性ガスに含まれる水分を吸湿し、この吸湿後の不活性ガスを当該ガス噴射手段へ送出する脱湿度手段を介挿したことを特徴とする銅溶接装置。
前記ガス貯蔵手段と前記ガス噴射手段とを前記脱湿度手段を介して接続する配管の内面は、ゴム及び鉄に比べて水と親和性の低い材質であることを特徴とする請求項１１に記載の銅溶接装置。
前記溶接手段は、前記ガス噴射手段からの不活性ガスの噴射時における前記電源から前記電極に供給される電力を、供給初期時に前記銅の溶接が行なわれない熱量となるように供給し、この供給の所定時間後に当該銅の溶接が行われるように供給することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の銅溶接装置。
前記ガス噴射手段の不活性ガスの噴出口を密閉状態に塞ぐ閉塞手段を自在に移動するアクチュエータと、
前記電源が前記電極に溶接のための電力供給を停止時に前記閉塞手段が前記噴出口を密閉状態に塞ぐように前記アクチュエータを制御し、前記電力供給が開始時に前記閉塞手段が前記噴出口から外れて開口するように前記アクチュエータを制御する第１の制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の銅溶接装置。
前記ガス噴射手段から噴射される不活性ガス中の水素を検知するセンサを有し、このセンサで検知された水素の濃度を計測する計測手段と、
前記計測手段で計測された水素濃度が、前記銅の溶接時に溶接強度を必要な強度に保持可能なブローホール率とするように定められた基準値以下となった際に、前記電源が前記電極に溶接のための電力を供給するように制御し、当該基準値を超えた際に当該電力の供給を停止するように制御する第２の制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の銅溶接装置。