JP2019166534A

JP2019166534A - シールドボックス、溶接装置および溶接方法

Info

Publication number: JP2019166534A
Application number: JP2018054770A
Authority: JP
Inventors: 圭祐久保; Keisuke Kubo; 後藤　謙治; Kenji Goto; 謙治後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: JP6999458B2

Abstract

【課題】溶接直後の溶接ビードの状態を検知することが容易となるシールドボックス、溶接装置および溶接方法を提供する。【解決手段】シールドボックス１は、筐体２と、溶接トーチ３と、ガス拡散機構４とを備えている。筐体２は、内部空間１１と、周壁部１２と、天井部１３とを有している。溶接トーチ３は、内部空間１１に挿入されかつ天井部１３に取り付けられている。ガス拡散機構４は、内部空間１１に配置されかつ内部空間１１に不活性ガスを拡散させるためのものである。筐体２は、溶接時に進行方向Ｄ１に移動するように構成されており、かつ溶接時に進行方向Ｄ１において溶接トーチ３の後方の周壁部１２および天井部１３の少なくとも一部に設けられた透明部１４を含んでいる。透明部１４と溶接トーチ３の先端３ａとの間にガス拡散機構４が配置されていない。【選択図】図１

Description

本発明はシールドボックス、溶接装置および溶接方法に関するものである。

チタン、ジルコニウム等の活性金属のアーク溶接では、高温部（溶融金属部および熱影響部）が大気中の酸素または窒素と反応することにより酸化物または窒化物が形成される。このため、高温部の性能が悪化する。また、ステンレス鋼のアーク溶接では、高温部が大気に曝されるとテンパーカラーと一般に呼ばれる酸化物が表面に生じる。このため、高温部の耐食性の低下、外観の劣化が生じる。

したがって、これらの高温で大気と反応しやすい金属がアーク溶接される場合には、溶融金属部および熱影響部が一定温度以下になるまでアルゴンガス等の不活性ガスによって溶融金属部および熱影響部を保護するアフターシールドと呼ばれる技術が用いられることが多い。このアフターシールドにおいては、シールドボックスと呼ばれる溶接補助冶具が用いられる。

たとえば実開平１−３８１７７号公報（特許文献１）には、アフターシールドに用いられるシールドボックスが記載されている。この公報に記載されたシールドボックスは、溶接トーチの進行方向（溶接方向）に対して溶接トーチの前後左右を覆っている。シールドボックスにおける溶接トーチの溶接方向前方に配置された部分は透明ガラスにより構成されている。シールドボックス内に不活性ガスを分散させるためのガスレンズが溶接トーチの溶接方向後方に配置されている。

実開平１−３８１７７号公報

上記公報に記載されたシールドボックスでは、溶接方向において溶接トーチの後方に配置されたガスレンズの下方に溶接直後の溶接ビードが位置する。このため、溶接トーチの溶接方向前方に配置された透明ガラスを通してシールドボックスの外部から溶接直後の溶接ビードの状態を検知することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接直後の溶接ビードの状態を検知することが容易となるシールドボックス、溶接装置および溶接方法を提供することである。

本発明のシールドボックスは、筐体と、溶接トーチと、ガス拡散機構とを備えている。筐体は、内部空間と、周壁部と、天井部とを有している。周壁部は、内部空間に連通する開口が設けられている。天井部は、開口と反対側で周壁部に接続されている。溶接トーチは、内部空間に挿入されかつ天井部に取り付けられている。ガス拡散機構は、内部空間に配置されかつ内部空間に不活性ガスを拡散させるためのものである。筐体は、溶接時に進行方向に移動するように構成されており、かつ溶接時に進行方向において溶接トーチの後方の周壁部および天井部の少なくとも一部に設けられた透明部を含んでいる。透明部と溶接トーチの先端との間にガス拡散機構が配置されていない。

本発明のシールドボックスによれば、溶接時に進行方向において溶接トーチの後方の周壁部および天井部の少なくとも一部に設けられた透明部と、溶接トーチの先端との間にガス拡散機構が配置されていない。このため、透明部から溶接トーチの先端をガス拡散機構によって妨げられずに検知することができる。したがって、溶接トーチの先端により形成される溶接直後の溶接ビードの状態を検知することが容易となる。

本発明の一実施の形態におけるシールドボックスの構成を概略的に示す断面図である。本発明の一実施の形態における溶接装置の構成を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施の形態における溶接方法を説明するための斜視図である。比較例におけるシールドボックスの構成を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の図においては、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。図１を参照して、本発明の一実施の形態におけるシールドボックス１の構成を説明する。図１は、本実施の形態におけるシールドボックス１を説明するための断面図である。

本実施の形態におけるシールドボックス１は、筐体２と、溶接トーチ３と、ガス拡散機構４と、センサ５と、ガスホース７とを備えている。筐体２は、溶接時に進行方向Ｄ１に移動するように構成されている。この溶接時の進行方向Ｄ１は溶接方向となる。

筐体２は、内部空間１１と、周壁部１２と、天井部１３と、透明部１４とを有している。内部空間１１は、周壁部１２および天井部１３に取り囲まれた空間である。周壁部１２は、前方壁１２ａと、後方壁１２ｂと、左右の側壁１２ｃ（図２）とを有している。周壁部１２には開口１５が設けられている。開口１５は内部空間１１に連通する。天井部１３は開口１５と反対側で周壁部１２に接続されている。天井部１３は開口１５に対向している。筐体２の下面は長方形状を有している。筐体２の下面には長方形状の開口１５が設けられている。

筐体２は、五面の直方体箱形状が最も簡素な形状である。以後、筐体２は、五面の直方体箱形状として説明するが、被溶接材２０の溶接部を十分覆うことのできる形状であれば良い。したがって、被溶接材２０の継手形状および周りの拘束冶具等との干渉条件から、溶接部を必要十分に保護できる適当な形状が選択されれば良い。例えば、平板の被溶接材２０同士の突合せ溶接であれば五面の直方体箱形状が最適である。

しかしながら、円筒等の曲面を持った被溶接材２０同士の突合せ溶接の場合には、筐体２の左右の側壁１２ｃの下端（開口１５側端）に、被溶接材２０の曲面の曲率半径よりも数ミリメートル程度大きな曲率半径を持った凹部が設けられれば良い。

溶接トーチ３は内部空間１１に挿入されている。筐体２の天井部１３に溶接トーチ挿入口１３ａが設けられている。溶接トーチ３は、溶接トーチ挿入口１３ａから筐体２の内部空間１１に挿入されている。溶接トーチ３は、天井部１３に取り付けられている。具体的には、溶接トーチ３は溶接トーチ挿入口１３ａを取り囲む取り付け部材１３ｂに固定されている。筐体２は、溶接方向に対して前後左右に溶接トーチ３の周辺を十分に覆うように構成されている。

前方壁１２ａと後方壁１２ｂとが向かい合う方向において、溶接トーチ挿入口１３ａから後方壁１２ｂまでの距離Ｌ１は、溶接トーチ挿入口１３ａから前方壁１２ａまでの距離Ｌ２よりも大きい。筐体２は、溶接時に、後方壁１２ｂから前方壁１２ａに向かう方向、つまり前方に向かって移動する。

筐体２の下端（開口１５側端）と被溶接材２０の表面とは数ミリメートル程度離れていることが望ましい。筐体２の下端と被溶接材２０との間の隙間に難燃性の布、スポンジ等を配置することにより、筐体２の内部空間１１の密閉性を高めることができる。

さらに、例えば、筐体２の下端にベアリング等が設けられてもよい。このベアリング等と被溶接材２０とが部分的に接することにより、筐体２と被溶接材２０との相対位置を安定させることができる。この場合には、必ずしも筐体２と溶接トーチ３とが溶接トーチ挿入口１３ａにおいて固定されていなくても良い。

また、シールドボックス１は、その必要機能上、溶接方向に平行な方向に長い形状であることが望ましい。特に、溶接トーチ挿入口１３ａの中心（もしくは溶接トーチ３の電極位置）から溶接方向における後方の寸法は、溶接部を一定温度（例えば約４００度）以下になるまで不活性ガスで保護すべく十分長い必要があり、望ましくは１００ミリメートル以上であると良い。溶接トーチ挿入口１３ａの中心（もしくは溶接トーチ３の電極位置）から溶接方向における前方の寸法は、２０ミリメートル程度（溶接トーチ３と干渉しない十分な長さ）以上であると良い。

溶接トーチ挿入口１３ａの中心（もしくは溶接トーチ３の電極位置）から溶接方向における左右方向の寸法は、熱影響部を十分覆うことができる幅があれば良い。シールドボックス１の高さは、溶接時の熱が過度にこもらない程度であれば良く、望ましくは３０ミリメートル以上であると良い。

シールドボックス１は、溶接ワイヤ等の溶加材有りのＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接等に使用される場合、溶接方向の前方壁１２ａ等に挿入口を設けることができる。この挿入口は、溶接ワイヤのワイヤ径に対して必要最小限だけ大きめに開けることが望ましい。

シールドボックス１を構成する周壁部１２と天井部１３との固定方法は問わない。さらに周壁部１２の前方壁１２ａと後方壁１２ｂと左右の側壁１２ｃとの固定方法は問わない。しかしながら、これらの固定方法は、シールドボックス１の内部の気密性が十分確保できる固定方法でなくてはならない。また、シールドボックス１には金属の薄板等を用いることが望ましい。しかしながら、耐熱性、耐候性、難燃性等の溶接用冶具として用いるための条件を十分満たすものであれば樹脂等が用いられても構わない。

筐体２は、シールドボックス１内部のシールドガスとして用いられる不活性ガスを内部空間１１に流入させるための穴６を有している。穴６にガスホース７が挿入されている。ガスホース７は穴６を通って筐体２外部から筐体２内部まで延びている。ガスホース７は筐体２内部においてガス拡散機構４に接続されている。ガスホース７からガス拡散機構４に送られた不活性ガスは、ガス拡散機構４から筐体２内部に供給される。

ガス拡散機構４は、筐体２の内部空間１１に配置されている。ガス拡散機構４は、筐体２の内部空間１１に不活性ガスを拡散させるためのものである。ガス拡散機構４は、筐体２内部全体に不活性ガスを均一に充填させることが可能に構成されている。

本実施の形態においては、ガス拡散機構４は、円柱状のノズル４ａを含んでいる。ノズル４ａの軸方向は、ノズル４ａの下端（先端）が被溶接材２０と向かい合う方向に沿って配置されている。つまり、ノズル４ａの軸方向は、天井部１３と開口１５とが対向する方向に沿って配置されている。ノズル４ａは、ノズル４ａの外周面から不活性ガスを供給するように構成されている。これにより、ノズル４ａは、ノズル４ａの外周面から周方向の全周に不活性ガスを供給することが可能となる。また、ノズル４ａは、ノズル４ａの下端（先端）から不活性ガスを供給するように構成されていてもよい。

ノズル４ａの外周面の全周は多孔体を含んでいてもよい。これにより、ノズル４ａの外周面の多数の微細孔を介して不活性ガスを供給することが可能となる。ガス拡散機構４には、例えば、金属焼結体で作製された小型のサイレンサ等が用いられると良い。つまり、ガス拡散機構４は、溶接部近傍の高温箇所で用いられるため、金属製が好ましい。ガス拡散機構４は、不活性ガスの流速を抑えつつ筐体２内に不活性ガスを拡散させるため、金属粒子を焼結して構成される焼結体が好ましい。ガス拡散機構４は、筐体２内に収まり他の機能と干渉しないように、小型であることが好ましい。なお、ガス拡散機構４は、溶接用冶具として用いられるのに適した素材で作られ、かつ不活性ガスを十分に拡散できる機構であれば良い。

図１に示されたシールドボックス１では、２つの穴６が天井部１３に設けられている。しかしながら、穴６は天井部１３ではなく周壁部１２に設けられても良い。また、穴６の数は、２つではなく３つ以上でも良い。穴６の位置は、ガス拡散機構４が筐体２に取り付けられた際に溶接トーチ３等と干渉しない位置であれば良い。

また、穴６は１つのみでも良い。前述のようにシールドボックス１は溶接方向に平行な方向に長い形状であることが望ましい。したがって、複数の穴６および複数のガス拡散機構４が設けられた場合の方が、１つの穴６および１つのガス拡散機構４が設けられた場合よりも、不活性ガスをより均一に筐体２の内部空間１１全体に充填させることができる。このため、不活性ガスを効果的に拡散させることができる。

筐体２は、透明部１４を含んでいる。透明部１４は、溶接時に進行方向Ｄ１において溶接トーチ３の後方の周壁部１２および天井部１３の少なくとも一部に設けられている。透明部１４は、筐体２における溶接トーチ挿入口１３ａの溶接方向の後方の一部に設けられている。透明部１４は、透明な素材でできた窓である。

透明部１４と溶接トーチ３の先端３ａとの間にガス拡散機構４が配置されていない。つまり、透明部１４と溶接トーチ３の先端３ａとの間の領域から外れてガス拡散機構４が配置されている。また、透明部１４と溶接トーチ３の先端３ａとの間には不活性ガス以外は配置されていない。

透明部１４は、センサ５によって、図２に示される溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂの状態を検知可能にするために設けられる。したがって、透明部１４には、状態検知用センサ類の検出光等を透過させるが散乱させない素材が用いられていることが好ましい。透明部１４は透明ガラス等であることが望ましい。

センサ５は、筐体２の外部に配置されている。センサ５は筐体２に取り付けられている。センサ５は透明部１４上に配置されている。センサ５は透明部１４を介して溶接トーチ３の先端３ａを検知可能に構成されている。センサ５は、図２に示される溶融池２０ａおよび溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知可能に構成されている。センサ５は、レーザセンサ等である。

また、透明部１４と、周壁部１２および天井部１３の少なくとも一部との固定方法は問わない。しかしながら、この固定方法は、シールドボックス１内部の気密性が十分確保できる固定方法でなくてはならない。

図１に示されたシールドボックス１では、透明部１４は、天井部１３における溶接トーチ挿入口１３ａの溶接方向の後方の一部のみに設けられている。しかしながら、透明部１４は、天井部１３における溶接トーチ挿入口１３ａの溶接方向の後方の全体に設けられていても良い。また、天井部１３全体が透明部１４であってもよい。すなわち、天井部１３全体が透明ガラス等であっても良い。天井部１３全体が透明ガラス等であっても溶接用冶具として十分な強度、耐熱性等があれば構わない。

また、透明部１４は天井部１３に設けられるのが最も望ましい。しかしながら、透明部１４は、後方壁１２ｂおよび左右の側壁１２ｃの少なくともいずれかに設けられても良い。さらに、例えば、溶接開先倣い等の機構が用いられる場合には、前方壁１２ａ、天井部１３における溶接トーチ挿入口１３ａの溶接方向の前方についてもそれらの一部または全体が透明ガラス等であっても良い。

次に、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態における溶接装置１０の構成を説明する。

本実施の形態における溶接装置１０は、金属の被溶接材２０を溶接にて接合するためのものである。本実施の形態では溶接装置１０としてアーク溶接装置について説明する。溶接装置１０は、シールドボックス１と、溶接電源１００と、ガス供給装置２００と、制御装置３００とを備えている。

溶接電源１００は、アーク溶接時に溶接トーチ３に電流を供給するためのものである。ガス供給装置２００は、シールドボックス１のガス拡散機構４に不活性ガスを供給するためのものである。このシールドボックス１に供給される不活性ガスはシールドボックス用ガスである。また、ガス供給装置２００は溶接トーチ３の先端３ａに不活性ガスを供給するためのものである。この溶接トーチ３の先端３ａに供給される不活性ガスは溶接トーチ用ガスである。

制御装置３００は、溶接電源１００およびガス供給装置２００を制御するためのものである。制御装置３００は、溶接電源１００の溶接トーチ３への出力電流を制御する。制御装置３００は、溶接ワイヤの供給を制御する。制御装置３００は、溶接トーチ３の駆動を制御する。制御装置３００は、シールドボックス１および溶接トーチ３の先端３ａへの不活性ガスの供給を制御する。

次に、図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態における溶接方法を説明する。図３は、本実施の形態における溶接方法を説明するための断面図である。本実施の形態における溶接方法は、被溶接材２０が溶接されるときに溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂが生じる溶接方法である。

本実施の形態のシールドボックス１は自動化された溶接工程において使用されてもよい。図３では、シールドボックス１を使用した最も望ましい溶接方法として、溶加材無しのＴＩＧ溶接を例として説明する。しかしながら、溶加材有りのＴＩＧ溶接であっても溶加材の挿入口を設けることで本実施の形態のシールドボックス１を適用することができる。

また、本実施の形態のシールドボックス１はＭＩＧ、（Metal Inert Gas）溶接等に用いることもできる。しかしながら、ＭＩＧ溶接は、ＴＩＧ溶接に比べスパッタ、ヒュームが多く発生するため、本実施の形態のシールドボックス１をＭＩＧ溶接に使用する際には溶接健全性、シールドボックス１のメンテナンス性を十分考慮する必要がある。

シールドボックス１は、溶接トーチ挿入口１３ａに溶接トーチ３が挿入された状態で用いられる。上述の通り、溶接トーチ挿入口１３ａにおいて溶接トーチ３と筐体２とが固定されているか否かについては問わない。しかしながら、被溶接材２０と筐体２の周壁部１２の下端とは直接接触せず、かつ両者間の隙間が大きすぎないようにする必要がある。この隙間は、１ミリメートルから５ミリメートル程度とすることが望ましい。ただし、筐体２の周壁部１２の下端に難燃性の布、スポンジ等が用いられる場合、これらの難燃性の布、スポンジ等と被溶接材２０との間の隙間は無くても良い。しかしながら、これらの難燃性の布、スポンジ等と被溶接材２０とが接触する場合には被溶接材２０に傷が入ったり被溶接材２０の表面が汚染されたりしないように注意する必要がある。

筐体２の内部には、周壁部１２および天井部１３の少なくとも一部に設けられたガスホース７およびガス拡散機構４を通って不活性ガス１６が供給される。この不活性ガス１６は、シールドボックス１内部全体に充填される。この不活性ガス１６は、溶接トーチ３から流出するシールドガスと同じ種類のガスであることが望ましく、特に高純度アルゴンガスが最も望ましい。この不活性ガス１６は透明であることが望ましい。

また、不活性ガス１６は溶接中常に供給され、筐体２と被溶接材２０との隙間等から常に外部に流出している状態にすることが望ましい。供給される不活性ガス１６の流量は、筐体２の内容積、筐体２の下端と被溶接材２０との隙間、もしくは求められる溶接品質に依存する。この供給される不活性ガス１６の流量は、少なくとも３リットル毎分以上であると良い。

上記のように本実施の形態における溶接方法では、シールドボックス１の筐体２の内部空間１１に不活性ガス１６が拡散される。そして内部空間１１に不活性ガス１６が拡散された状態で溶接トーチ３により被溶接材２０が溶接されるときに生じる溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂの状態が筐体２の外部に配置されたセンサ５により透明部１４から検知される。

センサ５から発せられた検出光５ａが透明部１４を透過して溶融池２０ａおよび溶接直後の溶接ビード２０ｂに直接当てられることにより溶融池２０ａおよび溶接直後の溶接ビード２０ｂが検知される。センサ５の検出光５ａはシールドボックス１の進行方向Ｄ１への移動にともなって移動する。

センサ５により検知された溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂの状態に基づいて、アーク溶接動作が停止されるとともに一定時間以上に到達するまでガス拡散機構４から不活性ガス１６が供給されてもよい。また、センサ５により検知された溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂの状態に基づいて、アーク溶接動作が停止されるとともに溶接部の温度が一定温度以下に低下するまで不活性ガス１６が供給されてもよい。なお、センサ５により検知された溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂの状態が図示されないモニタに表示されてもよい。

次に、本実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
図４は、比較例におけるシールドボックス３１を説明するための断面図である。この比較例におけるシールドボックス３１は、一般的なアフターシールドにおけるものである。

図４に示される比較例におけるシールドボックス３１は、筐体３２と、溶接トーチ３３と、不活性ガス吹き付け機構３４と、ガス管３５を備えている。筐体３２に溶接トーチ３３が固定されている。筐体３２における溶接トーチ３３の溶接方向前方に配置された部分は開放されている。筐体３２内部にガス管３５から不活性ガスが供給される。筐体３２内部から不活性ガス吹き付け機構３４を通って筐体３２外部に不活性ガスが供給される。不活性ガス吹き付け機構３４は、筐体３２の被溶接材２０側の面に配置されている。不活性ガス吹き付け機構３４は、ガスレンズ、フィルタ等である。

比較例におけるシールドボックス３１を用いた溶接方法では、図４中破線矢印で示されるように、筐体３２内部に供給された不活性ガスが不活性ガス吹き付け機構３４を通して溶接ビード２０ｂに吹き付けられる。これにより、高温の溶接ビード２０ｂは不活性ガスにより周辺の大気から保護されている。しかし、比較例におけるシールドボックス３１は、その構造上、溶接トーチ３３のアーク周辺の気流と筐体３２から出る不活性ガスの気流との間に流速差が生じる。このため、溶接トーチ３３と筐体３２との間にシールドされていない周辺部の大気を巻き込んだ渦が生じやすい。

この周辺大気を含んだ渦によって、溶融池２０ａの表面に酸化スラグ等の不純物が生成されるため、溶接ビード２０ｂおよび熱影響部の酸化を招く危険性がある。特にチタン、ステンレス鋼等の薄板の溶接においては、溶け落ち等の溶接不良を発生させる場合もあり、比較例におけるシールドボックス３１を用いた溶接方法は、精密な溶接に用いるには不十分なものである。

一方、本実施の形態におけるシールドボックス１では、周壁部１２が閉じられているため、内部空間１１が周壁部１２によって囲まれている。そして、内部空間１１を不活性ガス雰囲気とし筐体２内で溶接が行われるため、外部の大気の巻き込みを防止することができる。また、溶接トーチ３のアーク周辺の気流と筐体２内部を満たす不活性ガス１６の気流との間には流速差が生じるが、不活性ガス雰囲気内での溶接であるため、流速差による渦ができても溶融池２０ａの表面には酸化スラグ等の不純物が生成されない。したがって、本実施の形態におけるシールドボックス１によれば、比較例におけるシールドボックス３１と比較して表面の酸化の少ない、より健全な溶接ビード２０ｂおよび熱影響部を得ることができる。

また、比較例におけるシールドボックス１は、その要求性能上、溶接方向において溶接トーチ３３の後方にガスレンズ等の不活性ガス吹き付け機構３４を有している。不活性ガス吹き付け機構３４は、溶接直後の溶接ビード２０ｂの真上に配置されている。したがって、溶接直後の溶接ビード２０ｂが不活性ガス吹き付け機構３４により覆われているため、溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知することは困難である。よって、レーザセンサ等の検出光を直接当てることにより溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知することも困難である。また、仮に、比較例におけるシールドボックス１において、溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知しようとすると、ガスレンズ等の不活性ガス吹き付け機構３４を溶接トーチ３から離れて設置する必要がある。この場合は、溶接品質の悪化を招くこととなる。

一方、本実施の形態におけるシールドボックス１によれば、溶接時に進行方向Ｄ１において溶接トーチ３の後方の周壁部１２および天井部１３の少なくとも一部に設けられた透明部１４と、溶接トーチ３の先端３ａとの間にガス拡散機構４が配置されていない。このため、透明部１４から溶接トーチ３の先端３ａをガス拡散機構４によって妨げられずに検知することができる。したがって、溶接トーチ３の先端３ａにより形成される溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知することが容易となる。

また、仮に、透明部１４が溶接時に進行方向Ｄ１において溶接トーチ３の前方に配置されている場合には、溶接箇所に溶接トーチ３を倣わせるなどにより溶接前の溶接品質を向上させることができる。一方、本実施の形態におけるシールドボックス１によれば、透明部１４が溶接時に進行方向Ｄ１において溶接トーチ３の後方に配置されているため、溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂの状態を検知することにより溶接後の溶接品質を確認することができる。

また、比較例におけるシールドボックス３１は、ガスレンズ等の不活性ガス吹き付け機構３４を有するため、不活性ガス流路を確保する必要がある。したがって、比較例におけるシールドボックス３１は複雑な構造となる。

一方、本実施の形態におけるシールドボックス１は、比較例におけるシールドボックス３１の不活性ガス吹き付け機構３４に対応する機構としてガス拡散機構４を有するのみである。したがって、不活性ガス流路を確保する必要がないため、シールドボックス１の構造が極めて簡素である。また、シールドボックス１の構造が極めて簡素であるため、シールドボックス１のメンテナンス性も向上する。さらに、本実施の形態におけるシールドボックス１では、ガス拡散機構４は不活性ガス１６の雰囲気内で使用されるため、ガス拡散機構４の性能の劣化が起こりにくい。

本実施の形態におけるシールドボックス１によれば、ノズル４ａ、ノズル４ａの外周面から不活性ガスを供給するように構成されている。このため、比較例のように溶接トーチ３の後方の全体にガスレンズを設けずともノズル４ａの外周面の全周から不活性ガスが供給されることにより筐体２の内部空間１１に不活性ガスを均一に拡散させることが容易となる。

本実施の形態におけるシールドボックス１によれば、ノズル４ａの外周面の全周は多孔体を含んでいる。これにより、ノズル４ａの外周面の全周から不活性ガスを供給することができる。また、多孔体から不活性ガスが供給されることにより筐体２の内部空間１１に不活性ガスを均一に拡散させることが容易となる。

本実施の形態における溶接装置１０によれば、上記のシールドボックス１と、シールドボックス１に不活性ガスを供給するためのガス供給装置２００とを備えている。このため、溶接トーチ３の先端３ａにより形成される溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知することが容易となる溶接装置１０を提供することができる。

比較例におけるシールドボックス１を用いた溶接方法では、溶接直後の溶接ビード２０ｂが不活性ガス吹き付け機構３４により覆われているため、溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知することは困難である。よって、レーザセンサ等の検出光を直接当てることにより溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知することも困難である。

一方、本実施の形態における溶接方法は、シールドボックス１の筐体の内部空間１１に不活性ガスが拡散された状態で溶接トーチ３により被溶接材２０が溶接されるときに生じる溶接ビード２０ｂの状態を筐体２の外部に配置されたセンサ５により透明部１４から検知する。このため、溶接トーチ３の先端３ａにより形成される溶接直後の溶接ビード２０ｂの状態を検知することが容易となる。

また、被溶接材２０が溶接されるのと同時に、センサ５から検出光５ａを照射することで溶融池２０ａおよび溶接ビード２０ｂの状態を検知することができる。

さらに、透明部１４を透過させたセンサ５の検出光５ａを溶融池２０ａおよび溶接直後の溶接ビード２０ｂに直接当てることで、溶接不良等をインプロセスで検知することができる。つまり、溶接不良等を製造工程中に検知することができる。

筐体２の内部は、溶接トーチ３とガス拡散機構４を除けば、不活性ガス１６が満たされた空間となっている。つまり、透明部１４と溶接ビード２０ｂとの間に検出光５ａを遮るものが無い。また、レーザセンサ等のセンサ５を高温となる溶接トーチ３近傍および筐体２内部に設置する必要が無い。したがって、溶接中の状態検知を容易かつ安定的に行うことができる。

また、比較例における不活性ガスを溶接ビード２０ｂに直接吹き付ける方法に対して、本実施の形態における溶接方法では、不活性ガスを充填させたシールドボックス１内で溶接が行われるため、シールドに必要な不活性ガスの量を大幅に削減することができる。

以上のように、本実施の形態におけるシールドボックス１を用いた溶接方法によれば、シールドボックス１の構造が簡素なものでありながら、状態検知を容易かつ安定的に行いつつ不活性ガス雰囲気での高品質な溶接を経済的に実現できる。

なお、本発明は、矛盾のない範囲内において、各実施の形態の内容を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１シールドボックス、２筐体、３溶接トーチ、３ａ先端、４ガス拡散機構、４ａノズル、５センサ、５ａ検出光、６穴、７ガスホース、１０溶接装置、１１内部空間、１２周壁部、１２ａ前方壁、１２ｂ後方壁、１２ｃ側壁、１３天井部、１３ａ溶接トーチ挿入口、１３ｂ取り付け部材、１４透明部、１５開口、１６不活性ガス、２０被溶接材、２０ａ溶融池、２０ｂ溶接ビード、１００溶接電源、２００ガス供給装置、３００制御装置、Ｄ１進行方向。

Claims

内部空間と、前記内部空間に連通する開口が設けられた周壁部と、前記開口と反対側で前記周壁部に接続された天井部とを有する筐体と、
前記内部空間に挿入されかつ前記天井部に取り付けられた溶接トーチと、
前記内部空間に配置されかつ前記内部空間に不活性ガスを拡散させるためのガス拡散機構とを備え、
前記筐体は、溶接時に進行方向に移動するように構成されており、かつ前記溶接時に前記進行方向において前記溶接トーチの後方の前記周壁部および前記天井部の少なくとも一部に設けられた透明部を含み、
前記透明部と前記溶接トーチの先端との間に前記ガス拡散機構が配置されていない、シールドボックス。
前記ガス拡散機構は、円柱状のノズルを含み、
前記ノズルは、前記ノズルの外周面から不活性ガスを供給するように構成されている、請求項１に記載のシールドボックス。
前記ノズルの前記外周面の全周は多孔体を含む、請求項２に記載のシールドボックス。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の前記シールドボックスと、
前記シールドボックスの前記ガス拡散機構に不活性ガスを供給するためのガス供給装置とを備えた、溶接装置。
被溶接材が溶接されるときに溶接ビードが生じる溶接方法であって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の前記シールドボックスの前記筐体の前記内部空間に不活性ガスが拡散される工程と、
前記内部空間に不活性ガスが拡散された状態で前記溶接トーチにより前記被溶接材が溶接されるときに生じる前記溶接ビードの状態を前記筐体の外部に配置されたセンサにより前記透明部から検知する工程とを備えた、溶接方法。