JP2012030279A - 溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】ガスシールドアーク溶接において、溶接開始時に発生するシールドガスの突流を低減する溶接トーチを提供する。
【解決手段】溶接トーチ１のガス供給口１１と同軸に有底穴状の弁体ケーシング１３を設ける。弁体ケーシング１３内のガス供給口１１側に弁体１２を設け、弁体ケーシング１３の底部と弁体１２との間にスプリング１４を設ける。弁体ケーシング１３の、スプリング１４挿入部の軸直角面に、ガス導入路１５とつながる開口部１３ａを設ける。溶接開始のシールドガス突流発生時にガス供給口１１内のガス圧上昇によって弁体１２が開口部１３ａ側へ移動して弁体１２の外周面が開口部１３ａの一部をふさいで突流を低減し、その後、シールドガスが定常流れになると弁体１２がスプリング１４のばね力によりガス供給口１１側へ移動して開口部１３ａを開放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接に使用する溶接トーチの改良に関するものである。

ガスシールドアーク溶接装置の従来例を図４に示す。溶接トーチ１がワイヤ送給装置５０に接続され、シールドガス供給源５４とワイヤ送給装置５０との間は配管５２で接続されている。シールドガス供給源５４は一般にガスボンベが使用されるが大きく重いため、溶接作業範囲を広くして作業性をよくするために、配管５２を３ｍ〜２０ｍと長くしている。シールドガス供給源５４にはガス圧力調整器及び流量調整器５３が直結されており、溶接トーチ１から溶接部に放出するするシールドガスの流量を設定している。ワイヤ送給装置５０には、ガスバルブ５１が備えられており、溶接トーチ１のトーチスイッチの信号と連動してガスバルブ５１が開閉するようになっている。

図５は、従来の溶接トーチの部分断面図である。接続ブロック１０は、トーチケーブル３０の基端部に取り付けられて、溶接電源５５から供給される溶接電流を、ワイヤ送給装置５０を介して溶接トーチのトーチケーブル３０に給電するための給電金具２１と、シールドガス供給源５４のシールドガスをトーチケーブル３０に送り込むためのガス供給口１１を備えている。接続ブロック１０の外周に回転可能に取り付けられた着脱ナット２０を回すことにより、接続ブロック１０をワイヤ送給装置５０に着脱可能となっている。

円筒状の給電金具２１がブロック本体２５をワイヤ送給装置方向からトーチケーブル方向に貫通してブロック本体２５に固定されている。給電金具２１の基端部がブロック本体２５の基端部から露出していて、給電金具２１の基端部外周がワイヤ送給装置５０に取り付けられた円筒状給電部材（図示省略）に挿入されるようになっている。給電金具２１の先端内径部にホースニップル３５の基端部が挿入され、ホースニップル３５の先端は給電金具２１の先端から突出している。

トーチケーブル３０の基端部は、導体３２が電力を供給される給電金具２１に固定するため、絶縁外皮３３からむき出しの状態にあり、給電金具２１の先端外周面に密接するように被せられている。トーチケーブル３０の中心管３１の基端部は、ホースニップル３５の先端突出部に被せられている。導体３２の基端部の周囲に筒状のかしめパイプ３４が当てられて、導体３２の基端部が給電金具２１先端部外周面にかしめられて固定されている。絶縁外皮３３の基端部もかしめパイプ３４でかしめられて、導体３２の周囲に固定されている。

溶接ワイヤ通路部材３８が給電金具２１の内径部に給電金具２１の基端部から挿入されて、溶接ワイヤ通路部材３８の先端部がトーチ本体４０に達している。溶接ワイヤ通路部材３８は、内部に溶接ワイヤを通すために金属線材をコイル状に形成したものや樹脂製の中空材が用いられる。溶接ワイヤ通路部材３８の外壁と、給電金具２１や中心管３１の内壁との間にドーナツ状のガス通路３７が形成されている。

ブロック本体２５基端部に、給電金具２１と平行に円筒状のガス供給口１１が取り付けられていて、ワイヤ送給装置５０のガス送出部（図示省略）に嵌め合わされる。ブロック本体２５内部にＬ字状のガス導入路１５が設けられている。ガス導入路１５の基端側はガス供給口１１内径とつながっている。ガス導入路１５の他端は、給電金具２１を軸直角方向に貫通して、ガス通路３７とつながっている。溶接作業中は、シールドガス供給源５４からシールドガスが送出され、ガス圧力調整器及び流量調整器５３、配管５２、ガスバルブ５１を通ってガス供給口１１からシールドガスが溶接トーチ１に入り、ガス導入路１５、ガス通路３７を通ってトーチ本体４０のノズル４１から溶接部にシールドガスが供給される。ノズル４１から放出されるシールドガスの流量は、溶接作業中に溶接条件に応じた適正な流量となるよう、ガス圧力調整器及び流量調整器５３で設定される。

溶接作業中のガス通路内の圧力は圧力損失を伴うため、下流側の圧力が低くなっており、図４のＡ点、Ｂ点、Ｃ点における圧力をそれぞれＰＡ、ＰＢ、ＰＣとすると、ＰＡ＞ＰＢ＞ＰＣとなっている。溶接作業が終了して、ガスバルブ５１が閉じられると、Ｂ点の圧力ＰＢがＰＡまで上昇する。このため、次に溶接作業を開始するためガスバルブ５１を開くと、配管５２にたまった圧力ＰＡのシールドガスが定常時の圧力ＰＢとなるまで、シールドガス流量が過渡的に設定流量よりも増大する現象を生じる。図３（ａ）は溶接作業におけるガスバルブ開閉タイミングを示し、図３（ｂ）は溶接開始時における過渡的な設定流量を超える流量（以下、突流という）となる状態から定常流に至るシールドガス流量の変化を示すグラフである。溶接開始時はＬ１のように設定流量より過大の突流が生じるため、シールドガスが無駄になるという問題があった。このため、特許文献１のような装置が提案されている。

特開昭５８−２２４０７８号公報

特許文献１では、ガス圧力調整器及び流量調整器５３とは別に、図４のＢ点の位置にガス圧力調整器を追加するというものである。この方法では、装置が高価になるという問題があった。

作業性をよくするために溶接作業範囲を広げようとすると、配管５２の長さを長くする必要があるが、溶接開始前に配管５２に蓄積されるシールドガスの体積が増すため、突流による無駄なシールドガスの消費が増えるという問題があった。

溶接開始時に突流が発生すると、ノズル４１から放出されるシールドガスの流速が増すため、シールドガスが乱流となって空気の巻き込みが発生して溶接欠陥を発生するという問題も発生する。

本発明は、ガスシールドアーク溶接の溶接開始時におけるシールドガスの突流を低減させる溶接トーチを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、
トーチ本体とトーチケーブルと接続ブロックとからなる溶接トーチであって、シールドガスが、前記接続ブロックに形成されたガス供給口から入って前記接続ブロックに形成されたガス導入路を通り、前記トーチケーブル内のガス通路を通ってトーチ本体の先端まで供給されるガスシールドアーク溶接用の溶接トーチにおいて、
前記ガス導入路に通じる開口部を有し接続ブロックに形成された円筒状弁体ケーシングと、
前記ガス供給口と前記開口部との間で前記弁体ケーシング内で軸方向に摺動し、軸方向に貫通したガス穴を有する弁体と、
前記弁体の前記開口部側に設けられ、前記弁体を前記ガス供給口方向に加圧し、接続ブロックに設けられたスプリングと、
前記弁体の前記ガス供給口側端面が押し当てられ、前記接続ブロックに形成された位置決め部材と、を備え、
溶接開始時におけるシールドガスの突流発生時に、前記弁体に加わるガス圧が上昇することによって、前記弁体が前記スプリングの加圧力に抗して前記開口部側に移動して、前記開口部の一部をふさぎ、その後、シールドガスが定常流れになると前記弁体が前記スプリングのばね力により前記位置決め部材に押し当てられる位置に移動して、前記開口部を開放することを特徴とする溶接トーチである。

第２の発明は、
前記ガス穴の面積は、前記ガス供給口の面積より小さく形成されたことを特徴とする第１の発明に記載の溶接トーチである。

第３の発明は、
前記ガス穴は、前記弁体の軸心部に設けられたことを特徴とする第１の発明または第２の発明のいずれか１項に記載の溶接トーチである。

第４の発明は、
前記弁体の前記弁体ケーシングとの摺動面が、円筒状であることを特徴とする第１の発明から第３の発明のいずれか１項に記載の溶接トーチである。

第５の発明は、
前記弁体の前記弁体ケーシングとの摺動面が、球面であることを特徴とする第１の発明から第３の発明のいずれか１項に記載の溶接トーチである。

本発明の溶接トーチは、ガスシールドアーク溶接の溶接開始時におけるシールドガスの突流を低減させることができる。

本発明の実施の形態１の溶接トーチの部分断面図である。 本発明の実施の形態１の溶接トーチの作動状態を示す部分拡大断面図である。 シールドガス流量の変化を示すグラフである。 従来のシールドガスアーク溶接装置の全体図である。 従来の溶接トーチの部分断面図である。

［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態１の溶接トーチの部分断面図である。図２（ａ）は定常シールドガス流における本発明の実施の形態１の溶接トーチの作動状態を示す部分拡大断面図であり、図２（ｂ）は突流発生時における本発明の実施の形態１の溶接トーチの作動状態を示す部分拡大断面図である。図１及び図２において、トーチケーブル方向３０をＸ１方向、ワイヤ送給装置５０方向をＸ２方向としている。

本発明の実施の形態１の溶接トーチの接続ブロック１０ａと従来の溶接トーチの接続ブロック１０との相違点は以下の通りである。

ブロック本体２５に、ガス供給口１１のトーチケーブル３０方向（Ｘ１方向）にガス供給口１１と同軸に円筒状の空間が設けられて弁体ケーシング１３を形成している。弁体ケーシング１３の内径はガス供給口１１の内径より大きく形成されて、弁体ケーシング１３の開口面は、ガス供給口１１のトーチケーブル３０方向（Ｘ１方向）端面と同一面に設けられている。

弁体ケーシング１３内にスプリング１４及び円筒状の弁体１２が挿入されている。ガス供給口１１のトーチケーブル３０方向（Ｘ１方向）端面には、位置決め部材１１ａが形成されて、弁体１２のワイヤ送給装置５０方向（Ｘ２方向）端面が、スプリング１４により位置決め部材１１ａに押し付けられている。弁体１２には、ワイヤ送給装置５０方向（Ｘ２方向）端面からトーチケーブル３０方向（Ｘ１方向）端面に貫通するガス穴１２ａが設けられている。ガス穴１２ａの断面積は、ガス供給口１１の内径面積より小さくなっている。弁体ケーシング１３の、スプリング１４挿入部の軸直角面に、ガス導入路１５とつながる開口部１３ａが設けられている。開口部１３ａ及びガス導入路１５の断面積は、ガス供給口１１の断面積とほぼ同じになっている。

溶接時のシールドガスは、ガス供給口１１から入って弁体１２のガス穴１２ａを通り、弁体ケーシング１３のスプリング１４挿入部に入り、開口部１３ａ及びガス導入路１５を通ってガス通路３７に流れる。ガス穴１２ａの断面積がガス供給口１１の内径面積より小さいため、ガス供給口１１内径部の圧力Ｐ１は弁体ケーシング１３内径部の圧力Ｐ２より高くなっており、このガス圧力差により弁体１２はＸ１方向へ力を受けている。

ガス供給口１１内（Ｐｔ１）のガス圧力Ｐ１は弁体ケーシング１３内（Ｐｔ２）のガス圧力Ｐ２との圧力差は、溶接開始時に過渡的に大きくなり（このときの圧力差をｄＰｘとする）、図４のＢ点の圧力がＰＢまで下がると、定常値（この圧力差をｄＰ０とする）となる。スプリング１４のばね力は、ｄＰ０によって弁体１２をＸ１方向へ動かす力より大きく設定されていて、ｄＰｘによって弁体１２をＸ１方向へ動かす力より小さく設定されている。開口部１３ａの位置は、圧力差がｄＰ０の場合、弁体１２の外周面によって開口部１３ａがふさがれることなく、且つ、圧力差がｄＰｘの場合、弁体１２がＸ１方向へ動いて弁体１２の外周面で開口部１３ａの一部がふさがれる位置に配置されている。

弁体ケーシング１３の開口部１３ａと交わる平面内に突流時用位置決め部材１３ｂを設けてもよい。すなわち、溶接開始時の突流発生時に弁体１２がスプリング１４のばね力に抗してＸ１方向へ移動したとき、弁体１２のトーチケーブル３０方向（Ｘ１方向）端面が突流時用位置決め部材１３ｂに押し当てられるので、弁体１２の外周面が開口部１３ａの全部をふさぐことがない。

以下、動作を説明する。溶接作業を開始するためガスバルブ５１を開くと、配管５２にたまった圧力ＰＡのシールドガスが突流となって溶接トーチ１に送られる。このとき、ガス供給口１１内のガス圧力Ｐ１と弁体ケーシング１３内のガス圧力Ｐ２との圧力差はｄＰ０より大きくなるため、図２（ｂ）に示すように、弁体１２はスプリング１４のばね力に抗してＸ１方向へ移動する。この結果、弁体１２の外周面が開口部１３ａの一部をふさいでシールドガス流れを制限するので、突流が低減される。

配管５２のＢ点の圧力がＰＢまで下がると、定常流れとなり、ガス供給口１１内のガス圧力Ｐ１と弁体ケーシング１３内のガス圧力Ｐ２との圧力差はｄＰ０となる。弁体１２はスプリング１４のばね力によりＸ２方向へ移動し、図２（ａ）のように、弁体１２のワイヤ送給装置５０方向（Ｘ２方向）端面が位置決め部材１１ａに押し付けられる。この結果、開口部１３ａは開放されてガス導入路１５と連通して、設定流量のシールドガスがガス通路３７を通って溶接トーチ１のノズル４１から溶接部へと放出される。

上記のように、溶接開始時にガス供給口１１内径部（Ｐｔ１）の圧力上昇によって弁体１２がＸ１方向へ移動して、弁体１２の外周面が開口部１３ａの一部をふさぐので、シールドガス流量は図３のＬ２のようになり、突流が低減されて、無駄なシールドガスの消費を抑制できるという効果を奏する。

本発明による溶接トーチは、突流を低減するための高価な圧力調整器を備えていない溶接装置にも使用でき、安価に突流を低減することができるという効果を奏する。

溶接開始時の突流を低減するので、溶接トーチのノズル４１から放出されるシールドガスが乱流となりにくく空気の巻き込みを押さえて、溶接欠陥の発生を防止できるという効果を奏する。

ガス穴１２ａは、弁体１２の軸心部に１つ設けてもよいし、弁体１２の軸心に対して対称となる位置に複数の穴を設けてもよい。このように設けることで、ガス供給口１１内のガス圧力Ｐ１が弁体１２のワイヤ送給装置方向（Ｘ２方向）端面に均等に加わるため、溶接開始時に圧力差ｄＰｘが生じた場合に、弁体１２が傾くことなくＸ１方向へ移動し、定常時の圧力差ｄＰ０になった場合に、弁体１２が傾くことなくＸ２方向へ移動する。

弁体１２の外周面を球面としてもよい。弁体ケーシング１３との接触面積が少なくなって、弁体１２の移動がスムーズになる。

１ 溶接トーチ
１０、１０ａ 接続ブロック
１１ ガス供給口
１１ａ 位置決め部材
１２ 弁体
１２ａ ガス穴
１３ 弁体ケーシング
１３ａ 開口部
１３ｂ 突流時位置決め部材
１４ スプリング
１５ ガス導入路
２０ 着脱ナット
２１ 給電金具
２５ ブロック本体
３０ トーチケーブル
３１ 中心管
３２ 導体
３３ 絶縁外皮
３４ かしめパイプ
３５ ホースニップル
３７ ガス通路
３８ 溶接ワイヤ通路部材
４０ トーチ本体
５０ ワイヤ送給装置
５１ ガスバルブ
５２ 配管
５３ ガス圧力調整器及び流量調整器
５４ シールドガス供給源
５５ 溶接電源

Claims (5)

1. トーチ本体とトーチケーブルと接続ブロックとからなる溶接トーチであって、シールドガスが、前記接続ブロックに形成されたガス供給口から入って前記接続ブロックに形成されたガス導入路を通り、前記トーチケーブル内のガス通路を通ってトーチ本体の先端まで供給されるガスシールドアーク溶接用の溶接トーチにおいて、
   前記ガス導入路に通じる開口部を有し接続ブロックに形成された円筒状弁体ケーシングと、
   前記ガス供給口と前記開口部との間で前記弁体ケーシング内で軸方向に摺動し、軸方向に貫通したガス穴を有する弁体と、
   前記弁体の前記開口部側に設けられ、前記弁体を前記ガス供給口方向に加圧し、接続ブロックに設けられたスプリングと、
   前記弁体の前記ガス供給口側端面が押し当てられ、前記接続ブロックに形成された位置決め部材と、を備え、
   溶接開始時におけるシールドガスの突流発生時に、前記弁体に加わるガス圧が上昇することによって、前記弁体が前記スプリングの加圧力に抗して前記開口部側に移動して、前記開口部の一部をふさぎ、その後、シールドガスが定常流れになると前記弁体が前記スプリングのばね力により前記位置決め部材に押し当てられる位置に移動して、前記開口部を開放することを特徴とする溶接トーチ。
2. 前記ガス穴の面積は、前記ガス供給口の面積より小さく形成されたことを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記ガス穴は、前記弁体の軸心部に設けられたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の溶接トーチ。
4. 前記弁体の前記弁体ケーシングとの摺動面が、円筒状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接トーチ。
5. 前記弁体の前記弁体ケーシングとの摺動面が、球面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接トーチ。

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