JP2016163903A - 狭開先用トーチノズルおよび溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭開先において雰囲気の巻き込みを防ぐとともに、開先内へパージガスを確実に供給して溶接の品質を向上させる狭開先用トーチノズルおよび溶接方法を提供する。
【解決手段】狭開先用トーチノズル１は、被溶接物５、６の開先８を溶接する電極１３の周囲にパージガスＧを供給するガス流路３１を有して溶接トーチ２に装着される。狭開先用トーチノズル１は、溶接トーチ２に装着されて電極１３を囲む筒状のノズル本体３２と、電極１３の先端を突出させ、かつパージガスＧを放出させる長穴３３と、被溶接物５、６の開先８の周囲の非溶接表面５ｂ、６ｂに対向する対向面３６ａと、を有してノズル本体３２を塞ぐノズル板３６と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明に係る実施形態は狭開先用トーチノズルおよび溶接方法に関する。

ガスノズルの先端部分に扁平部を有して、開先の外側から開先へパージガスを集中的に供給したり、扁平部を開先へ挿入した状態でパージガスを開先内へ供給したりするトーチノズルが知られている。

特開平５−３３７６４７号公報

開先幅寸法に対して開先深さ寸法の方が大幅に大きい狭開先では、開先幅よりも大径の円形開口からパージガスを噴出させても、パージガスの大部分が開先の周囲の非溶接表面にぶつかってしまい、開先内の溶接箇所へパージガスが届かずに溶接の品質を低下させてしまう恐れがある。

また、扁平な先端部を有する従来のトーチノズルでは、先端部を開先の内部へ挿入する場合、開先とトーチノズルの先端部との干渉の恐れがあったり、開先とトーチノズルの先端部との隙間を通じてパージガスの流れに雰囲気を巻き込んでしまったりして溶接の品質を低下させる恐れがある。特に狭開先の場合には、開先とトーチノズルの先端部との干渉の恐れが高まる。他方、扁平な先端部を開先の外側に配置する場合であっても、ノズル先端の幅寸法と開先の幅寸法との大小関係によっては、開先とトーチノズルの先端部との隙間を通じてパージガスの流れに雰囲気を巻き込んでしまって溶接の品質を低下させる恐れがある。

そこで、本発明は、狭開先において雰囲気の巻き込みを防ぐとともに、開先内へパージガスを確実に供給して溶接の品質を向上させる狭開先用トーチノズルおよび溶接方法を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルは、被溶接物の狭開先を溶接する電極の周囲にパージガスを供給するガス流路を有して溶接トーチに装着される狭開先用トーチノズルにおいて、前記溶接トーチに装着されて前記電極を囲む筒状のノズル本体と、前記電極の先端を突出させ、かつ前記パージガスを放出させる長穴と、前記被溶接物の前記狭開先の周囲の非溶接表面に対向する対向面と、を有して前記ノズル本体を塞ぐノズル板と、を備えている。
また、本発明の実施形態に係る溶接方法は、電極の周囲にパージガスを供給して被溶接物の狭開先を溶接する溶接方法において、前記狭開先の周囲の非溶接表面をノズル板で覆って隙間を形成し、前記パージガスを前記狭開先よりも幅広く放出し、かつ前記隙間を通じて前記パージガスを前記狭開先から離れる方向へ流出させる。

本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルを溶接トーチに装着した状態の正面図。 本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルおよび溶接トーチの分解図。 本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルの底面図。 本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルを溶接トーチから取り外した状態の正面図。 本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルと被溶接物との関係を示す平断面図。 本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルと被溶接物との関係を示す平断面図。

本発明に係る狭開先用トーチノズルおよび溶接方法の実施形態について図１から図５を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルを溶接トーチに装着した状態の正面図である。

図２は、本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルおよび溶接トーチの分解図である。

図３は、本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルの底面図である。

図４は、本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルを溶接トーチから取り外した状態の正面図である。

図１から図４に示すように、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、溶接トーチ２に装着されて溶接工程に適用される。

溶接トーチ２は、一対の被溶接物５、６、例えば一対の配管の溶接に使用される。一対の被溶接物５、６は、溶接可能な金属材料製である。一対の被溶接物５、６それぞれの端部には、突き合わせ継手５ａ、６ａが設けられている。突き合わせ継手５ａ、６ａの間には、溶接金属によって塞がれる隙間、いわゆる開先８が形成されている。開先８は、開先幅寸法ＧＷに対して開先深さ寸法ＧＨの方が大幅に大きい狭開先を想定しているが、これに限られない。

溶接トーチ２は、被溶接物５、６の突き合わせ継手５ａ、６ａをアーク溶接で接合する。具体的には、ティグ溶接（ＴＩＧ溶接：Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）、マグ溶接（ＭＡＧ溶接：Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）、ミグ溶接（ＭＩＧ溶接：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）など各種のアーク溶接に好適な溶接トーチ２が適宜に選択される。

溶接トーチ２は、パージガスＧのガス流路１１を有する中空なトーチボディ１２と、トーチボディ１２に装着されて電極１３を着脱自在に保持する電極コレット１５と、トーチボディ１２の下端部に着脱自在に装着されてトーチボディ１２内のガス流路１１を通じて流入するパージガスＧを均質に拡散させて層流化するガスレンズ１６と、を備えている。

また、溶接トーチ２は、ガスレンズ１６との間に電極コレット１５を挟み込んでトーチボディ１２に装着されて電極１３を固定するキャップ１７と、トーチボディ１２の天面と３つの側面とを囲んでトーチボディ１２の電気的絶縁を図る絶縁カバー１８と、トーチボディ１２、絶縁カバー１８およびキャップ１７の間に挟み込まれてトーチボディ１２内を流れるパージガスＧの漏洩を防ぐガスケット１９と、トーチボディ１２の下面を覆ってトーチボディ１２の電気的絶縁を図るインシュレーター２１と、トーチボディ１２にパージガスＧと電力とを導くプラグ２２と、を備えている。

さらに、溶接トーチ２には、絶縁体製で円筒形の既設ノズル２３が設けられている。既設ノズル２３は、ガスレンズ１６の周囲を囲んでガスレンズ１６から吹き出すパージガスＧを狭開先用トーチノズル１へ導く。

パージガスＧは、アルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスである。

トーチボディ１２は、アルミ合金などの金属材料製であって導電性を有している。四角形状のトーチボディ１２は、天面に設けられてキャップ１７をねじ止めする雌ねじ部１２ａと、底面に設けられて電極コレット１５をねじ止めする雌ねじ部１２ｂと、側面に設けられてプラグ２２をねじ止めする雌ねじ部１２ｃと、を備えている。
細長い棒状の電極１３は、ティグ溶接の場合の例示であり、タングステン電極が用いられている。マグ溶接及びミグ溶接の場合の電極１３は、溶接ワイヤ送給装置（図示省略）から送給されるワイヤである。

細長い筒形状の電極コレット１５は、トーチボディ１２の底面から被溶接物５、６の方向へ延びている。

ガスレンズ１６は、トーチボディ１２に着脱自在に取り付けられる筒状のホルダー２５と、ホルダー２５に設けられて金属製のフィルター（図示省略）を収容するフィルター部２６と、を備えている。

ホルダー２５には、トーチボディ１２の雌ねじ部１２ｃにガスレンズ１６をねじ止めする雄ねじ部２５ａが設けられている。

筒状のフィルター部２６には、積層された複数の環状の金網を含むフィルター（図示省略）が納められている。フィルター部２６の外周部には、既設ノズル２３をねじ止めする雄ネジ２６ａが設けられている。

プラグ２２は、ガス供給管（図示省略）および電力線（図示省略）に接続されている。

円筒形状の既設ノズル２３は絶縁体である。既設ノズル２３の内周面の一部には、ガスレンズ１６のフィルター部２６の雄ネジ２６ａにねじ止めされる雌ネジ２３ａが設けられている。既設ノズル２３は、雌ネジ２３ａをガスレンズ１６の雌ネジ２３ａにねじ止めすることによってガスレンズ１６の外周面に保持されている。既設ノズル２３は、ガスレンズ１６のフィルターを通過して層流化されたパージガスＧを狭開先用トーチノズル１へ導いている。

そして、狭開先用トーチノズル１は、被溶接物５、６の開先８を溶接する電極１３の周囲にパージガスＧを供給するガス流路３１を有して溶接トーチ２に装着されている。

狭開先用トーチノズル１は、溶接トーチ２に装着されて電極１３を囲む筒状のノズル本体３２と、電極１３の先端を突出させ、かつパージガスＧを放出させる長穴３３と、被溶接物５、６の開先８の周囲の非溶接表面５ｂ、６ｂに対向する対向面３６ａと、を有してノズル本体３２を塞ぐノズル板３６と、を備えている。

ノズル本体３２は、溶接トーチ２に設けられる既設ノズル２３の外周に嵌め込まれて保持されている。ノズル本体３２の一方の端部は開放されており、既設ノズル２３を抜き差しして着脱できる。ノズル本体３２の内面には、既設ノズル２３にノズル本体３２を保持させるＯリング３７が設けられている。

ノズル本体３２の他方の端部には、ノズル板３６を固定するフランジ部３８が設けられている。

ノズル板３６は、ノズル本体３２のフランジ部３８にネジ３９で固定されている。ノズル板３６は、ノズル本体３２の他方の端部を塞いでパージガスＧを長穴３３から流出させる。

ノズル板３６の対向面３６ａは、被溶接物５、６の非溶接表面５ｂ、６ｂとの間に開先８よりも幅広い隙間ｇを形成している。隙間ｇは、パージガスＧが拡散することなく開先に流入するように５ｍｍ以内に設定されることが好ましく、接触する直前まで近づけるとなお良い。また、隙間ｇの幅寸法ｇＷは、開先幅寸法ＧＷよりも広い幅寸法ｇＷで拡がっており、開先幅寸法ＧＷの２倍以上であることが好ましい。長穴３３から流出して開先８および隙間ｇを流動するパージガスＧを図１中に実線矢印で示している。

また、狭開先用トーチノズル１は、ノズル板３６の対向面３６ａの裏面３６ｂ、かつ長穴３３の長手方向中央部の側方に設けられて長穴３３の側方へ流れ込むパージガスＧを長穴３３の端部側へ導く案内板４１を備えている。

なお、狭開先用トーチノズル１は、ノズル板３６と既設ノズル２３との間に挟み込まれて既設ノズル２３から長穴３３へ流れ込むパージガスＧを均質に拡散させて層流化する第二フィルター４２（二点鎖線で示される第二フィルタ４２）を備えていても良い。第二フィルター４２は、ガスレンズ１６のフィルター同様に積層された複数の環状の金網を含んでいる。

図５および図６は、図１のＶ−Ｖ線において、本発明の実施形態に係る狭開先用トーチノズルと被溶接物との関係を示す平断面図である。

図５および図６に示すように、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、長穴３３の長手方向を開先８が延びる方向へ実質的に一致させた状態で使用される。

ノズル本体３２のフランジ部３８は、円形の外周と、平行な一対の線分Ｌで円弧Ｃを切り取った形状の内周と、を有している。フランジ部３８の中心部には、電極１３が配置されて長穴３３から開先８内へ突出している。線分Ｌは円弧Ｃ部分の半径よりもフランジ部３８の中心側に寄っており、狭開先用トーチノズル１は、この部分を既設ノズル２３に突き当てることで位置決めされている。

長穴３３は、ノズル本体３２の内周面を画定する一対の線分Ｌの平行方向へ延びており、円弧Ｃに接している。長穴３３は開先８よりも幅広く、長穴３３から吹き出すパージガスＧが被溶接物５、６の非溶接表面５ｂ、６ｂにも吹き掛かる。

案内板４１は、長穴３３の長手方向の縁に沿って延びる縦板部４３と、縦板部４３に突き当たって長穴３３の中央部から側方に延びる横板部４５と、を有するＴ字形を有している。

縦板部４３は、長穴３３の全長よりも短く、ガスレンズ１６のノズル板３６への投影領域Ａに実質的に重なって、投影領域Ａの外側に若干はみ出ている。横板部４５は、長穴３３の長手方向に直交するように延びており、フランジ部３８の内周面のうち線分Ｌに対しても直交して長穴３３の縁からフランジ部３８の内周面へ達している。また、案内板４１の突出端は山形に先細っており、パージガスＧの流れを妨げることなく円滑に分流させる。

パージガスＧを溶接トーチ２から流出させるガスレンズ１６のノズル板３６への投影領域Ａのうち案内板４１よりも外側の部分（領域Ｂ、ここでいう外側とは長穴３３の中心、つまり電極１３から遠ざかる側）は、長穴３３のうち投影領域Ａよりも外側の部分（領域Ｃ）と実質的に同じ面積である。

つまり、ガスレンズ１６から吹き出すパージガスＧは、投影領域Ａのうち長穴３３に重なる部分（領域Ｄ）では直進して開先８へ流れ込む一方、投影領域Ａのうち領域Ｂでは案内板４１によって領域Ｃへと案内される。この案内板４１の働きによって、パージガスＧは長穴３３の全面（領域Ｃおよび領域Ｄ）から、実質的に一様に吹き出す。

このように構成される狭開先用トーチノズル１を使用する溶接方法では、電極１３の周囲にパージガスＧを供給して被溶接物５、６の開先８を溶接する。具体的には、開先８の周囲の非溶接表面５ｂ、６ｂをノズル板３６で覆って隙間ｇを形成し、パージガスＧを開先８よりも幅広く放出し、かつ隙間ｇを通じてパージガスＧを開先８から離れる方向へ流出させて開先８への雰囲気の流入を阻害しながら被溶接物５、６を溶接する。

換言すると、本実施形態に係る溶接方法は、長穴３３からパージガスＧを開先８よりも幅広く放出することによって、開先８へパージガスＧを送り込むのと同時に、長穴３３から吹き出すパージガスＧの一部を被溶接物５、６の非溶接表面５ｂ、６ｂにも吹き掛ける。

従来の溶接トーチや、従来の溶接トーチを用いた溶接方法とは異なり、本実施形態に係る溶接方法は、被溶接物５、６の非溶接表面５ｂ、６ｂにパージガスＧを吹きかけ、これを被溶接物５、６とノズル板３６との隙間ｇから雰囲気へ流出させることによって、従来の溶接トーチや、従来の溶接トーチを用いた溶接方法にようなパージガスＧへの雰囲気の巻き込みを防いで、溶接の品質を向上させる。

本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、電極１３の先端を突出させ、かつパージガスＧを放出させる長穴３３と、被溶接物５、６の開先８の周囲の非溶接表面５ｂ、６ｂに対向する対向面３６ａと、を有するノズル板３６を備えることによって、開先８内およびノズル板３６と被溶接物５、６との隙間ｇにパージガスＧを流し込んで雰囲気の巻き込みを確実に防ぎ、溶接の品質を向上させることができる。

また、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、電極１３の先端を突出させ、かつパージガスＧを放出させる長穴３３と、被溶接物５、６の開先８の周囲の非溶接表面５ｂ、６ｂに対向する対向面３６ａと、を有するノズル板３６を備えることによって、開先８内へ電極１３のみを差し込んで溶接を施すことが可能であり、ノズルと開先８とが干渉して溶接の品質を低下させることを防ぐことができる。

さらに、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、長穴３３の側方へ流れ込むパージガスＧを長穴３３の端部側へ導く案内板４１を備えることによって、長穴３３の全面にパージガスＧを行き渡らせて、電極１３周囲のパージガスＧの不均一（ムラ）を抑制できる。

さらにまた、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、Ｔ字形の案内板４１を備えることによって、簡易な構造でパージガスＧの確実な拡散を図ることができる。

また、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、ガスレンズ１６のノズル板３６への投影領域Ａのうち案内板４１よりも外側の部分（領域Ｂ）は、長穴３３のうち投影領域Ａよりも外側の部分（領域Ｃ）と実質的に同じ面積であることによって、長穴３３から吹き出すパージガスＧを長穴３３の全面（領域Ｃおよび領域Ｄ）から実質的に一様に吹き出させて電極１３の周囲をパージガスＧで確実に満たして雰囲気の侵入を阻み、溶接の品質を安定させられる。

さらに、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、開先８よりも幅広い長穴３３を有することによって、開先８の周囲、つまり被溶接物５、６とノズル板３６との隙間ｇにもパージガスＧを流動させて開先８への雰囲気の侵入を阻み、溶接の品質をさらに安定させられる。

また、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、溶接トーチ２に設けられる絶縁体製で円筒形の既設ノズル２３の外周に嵌め込まれて保持されることによって、容易な着脱が可能であり、例えば、開先８を溶接金属で埋めた工程の終末期に狭開先用トーチノズル１を取り外し、既設ノズル２３からパージガスＧを吹き出させながら仕上げ溶接を行うことができる。

さらに、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１は、ノズル本体３２の内面に設けられて既設ノズル２３にノズル本体３２を保持させるＯリング３７を備えることによって、着脱の容易性と、既設ノズル２３へ装着した際の保持の確実性を高めることができる。

また、本実施形態に係る溶接方法は、開先８の周囲の非溶接表面５ｂ、６ｂをノズル板３６で覆って隙間ｇを形成し、パージガスＧを開先８よりも幅広く放出し、かつ隙間ｇを通じてパージガスＧを開先８から離れる方向へ流出させることによって、雰囲気の巻き込みを確実に防ぎ、溶接の品質を向上させることができる。

したがって、本実施形態に係る狭開先用トーチノズル１および溶接方法によれば、開先８への雰囲気の巻き込みを防ぐとともに、開先８内へパージガスＧを確実に供給して溶接の品質を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 狭開先用トーチノズル
２ 溶接トーチ
５、６ 被溶接物
５ａ、６ａ 継手
５ｂ、６ｂ 非溶接表面
８ 開先
１１ ガス流路
１２ トーチボディ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 雌ねじ部
１３ 電極
１５ 電極コレット
１６ ガスレンズ
１７ キャップ
１８ 絶縁カバー
１９ ガスケット
２１ インシュレーター
２２ プラグ
２３ 既設ノズル
２３ａ 雌ネジ
２５ ホルダー
２５ａ 雄ねじ部
２６ フィルター部
２６ａ 雄ネジ
３１ ガス流路
３２ ノズル本体
３３ 長穴
３６ ノズル板
３６ａ 対向面
３６ｂ 裏面
３７ Ｏリング
３８ フランジ部
３９ ネジ
４１ 案内板
４２ 第二フィルター
４３ 縦板部
４５ 横板部

Claims (8)

1. 被溶接物の狭開先を溶接する電極の周囲にパージガスを供給するガス流路を有して溶接トーチに装着される狭開先用トーチノズルにおいて、
   前記溶接トーチに装着されて前記電極を囲む筒状のノズル本体と、
   前記電極の先端を突出させ、かつ前記パージガスを放出させる長穴と、前記被溶接物の前記狭開先の周囲の非溶接表面に対向する対向面と、を有して前記ノズル本体を塞ぐノズル板と、を備える狭開先用トーチノズル。
2. 前記ノズル板の前記対向面の裏面、かつ前記長穴の長手方向中央部の側方に設けられて前記長穴の側方へ流れ込む前記パージガスを前記長穴の端部側へ導く案内板を備える請求項１に記載の狭開先用トーチノズル。
3. 前記案内板は、前記長穴の長手方向の縁に沿って延びる縦板部と、前記縦板部に突き当たって前記長穴の中央部から側方に延びる横板部と、を有するＴ字形である請求項２に記載の狭開先用トーチノズル。
4. 前記パージガスを前記溶接トーチから流出させるガスレンズの前記ノズル板への投影領域のうち前記案内板よりも外側の部分は、前記長穴のうち前記投影領域よりも外側の部分と実質的に同じ面積である請求項２に記載の狭開先用トーチノズル。
5. 前記長穴は、前記狭開先よりも幅広い請求項１から４のいずれか１項に記載の狭開先用トーチノズル。
6. 前記ノズル本体は、前記溶接トーチに設けられる絶縁体製で円筒形の既設ノズルの外周に嵌め込まれて保持される請求項１から５のいずれか１項に記載の狭開先用トーチノズル。
7. 前記ノズル本体の内面には、前記既設ノズルに前記ノズル本体を保持させるＯリングが設けられている請求項６に記載の狭開先用トーチノズル。
8. 電極の周囲にパージガスを供給して被溶接物の狭開先を溶接する溶接方法において、
   前記狭開先の周囲の非溶接表面をノズル板で覆って隙間を形成し、
   前記パージガスを前記狭開先よりも幅広く放出し、かつ前記隙間を通じて前記パージガスを前記狭開先から離れる方向へ流出させる溶接方法。

Images