JP2023067528A - 溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ワイヤの突き出し長さに応じて、ガス供給ノズルの長さを変更することができ、溶接部に対して一定のガス流量でシールドガスを供給することができる溶接トーチを提供する。【解決手段】アーク溶接を行うための溶接トーチであって、溶接ワイヤを案内するコンタクトチップと、前記コンタクトチップを囲繞し、シールドガスを供給するガス供給ノズルとを備え、前記ガス供給ノズルは、外筒と、前記外筒の内周面に嵌合しており、前記内筒が前記外筒から突出する突出量が異なる第１位置と、第２位置との間を中心線方向に進退可能に移動する内筒とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、溶接トーチに関する。

ガスシールド溶接用の溶接トーチは、溶接ワイヤを案内するコンタクトチップと、コンタクトチップを囲繞し、シールドガスを供給するガス供給ノズルとを備える（例えば、特許文献１）。

特開２０１１－２３５３０２号公報

ところで、溶接ワイヤの突き出し長さが長くなると、溶接部に届くシールドガスの量が減少し溶接欠陥が発生しやすくなる。突き出し長さを長くした場合、ガス流量を増やすことによって、溶接欠陥の発生を防止するのが一般的である。しかし、シールドガスの使用量が増えることとなる。

本開示の目的は、溶接ワイヤの突き出し長さに応じて、ガス供給ノズルの長さを変更することができ、溶接部に対して一定のガス流量でシールドガスを供給することができる溶接トーチを提供することにある。

本開示の一態様に係る溶接トーチは、アーク溶接を行うための溶接トーチであって、
溶接ワイヤを案内するコンタクトチップと、前記コンタクトチップを囲繞し、シールドガスを供給するガス供給ノズルとを備え、前記ガス供給ノズルは、外筒と、前記外筒の内周面に嵌合しており、前記内筒が前記外筒から突出する突出量が異なる第１位置と、第２位置との間を中心線方向に進退可能に移動する内筒とを備える。

本発明によれば、溶接ワイヤの突き出し長さに応じて、ガス供給ノズルの長さを変更することができ、溶接部に対して一定のガス流量でシールドガスを供給することができる。

実施形態１に係る溶接トーチの断面図である。 実施形態１に係る溶接トーチの断面図である。 実施形態１に係る溶接トーチの作用効果を示す説明図である。 実施形態２に係る溶接トーチの一部を破断して示す斜視図である。

本発明の実施形態に係る溶接トーチの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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及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。

（実施形態１）
図１及び図２は、実施形態１に係る溶接トーチ１０１を示す模式図である。半自動アーク溶接を行うための溶接トーチ１０１は、チップボディ１、コンタクトチップ２、インシュレータ３、オリフィス４及びガス供給ノズル５を備える。

チップボディ１は細長い円筒形の部材である。チップボディ１の一端部には、内周にネジが形成された拡径部１１が設けられている。拡径部１１には、筒形状のトーチボディ１００の一端部が螺合して接続される。トーチボディ１００の他端部は、例えば図示しないハンドルに接続される。トーチボディ１００には、溶接ワイヤＷ及びシールドガスを溶接トーチ１０１へ送給するためのチューブ１１０が挿通している。チップボディ１は、チューブ１１０が挿入される挿入孔１２を有し、トーチボディ１００を挿通したチューブ１１０が挿入孔１２に挿入される。
チップボディ１の他端部の周壁には、チップボディ１を内外に貫通するボディ貫通孔１３が周方向に例えば等間隔にて形成されている。また、チップボディ１の他端には、溶接ワイヤＷを案内するコンタクトチップ２が連結されている。

コンタクトチップ２は軸心を貫通するワイヤ保持孔２１を有する丸棒状の部材である。コンタクトチップ２の先端部は、先端に向けて徐々に縮径している。コンタクトチップ２の基端部の外周にはネジが形成されており、コンタクトチップ２は当該基端部をチップボディ１の他端部に螺合させて同軸接続されている。コンタクトチップ２をチップボディ１に同軸接続することによって、ワイヤ保持孔２１と挿入孔１２とが連通する。

チップボディ１の外側には、インシュレータ３とオリフィス４とが嵌合している。
インシュレータ３は、円筒形の部材であり、金属製のインシュレータ内筒３１と、絶縁材料製のインシュレータ外筒３２とを備える。インシュレータ３は、ボディ貫通孔１３の形成位置と拡径部１１との間を覆っている。インシュレータ３の一端部にはネジ３１ａが形成されており、ガス供給ノズル５が連結されている。

オリフィス４は絶縁材料製の円筒形の部材であり、ボディ貫通孔１３の形成位置を含むチップボディ１の他端部とコンタクトチップ２の基端部とを覆っている。オリフィス４とチップボディ１との間には、シールドガスが流れる間隙が形成されている。オリフィス４の周壁には、内外に貫通し、当該隙間に連通する連通孔４１が形成されている。

ガス供給ノズル５は、コンタクトチップ２及びオリフィス４を囲繞し、シールドガスを溶接部に供給する筒状の部材である。ガス供給ノズル５は、例えば金属製であり、外筒６と、内筒７とを備える。

外筒６の基端側内周面には、インシュレータ３の一端部に形成されたネジ３１ａと螺合するネジ６１ｂが形成されており、インシュレータ３の一端部にガス供給ノズル５の外筒６が螺合し、接続されている。

外筒６の先端側内周面６１には雌ネジ６１ａが形成され、内筒７の外周面７１には雄ネジ７１ａが形成されており、内筒７は外筒６に螺合することによって内嵌している。外筒６に嵌合又は螺合した内筒７の内周面７２はガス供給ノズル５の先端側の流路７０を形成している。内筒７は外筒６の雌ネジ６１ａに螺合することによって、中心線ＣＬの方向（以下、中心線方向と呼ぶ）に進退可能に移動することができる。図２中、両矢印は、内筒７の進退方向を示している。雌ネジ６１ａは、中心線方向、外筒６の中央部から先端６ａに亘って形成されている。外筒６の中央部は、コンタクトチップ２の基端側に位置している。雄ネジ７１ａは、内筒７の先端７ａのある一端側の所定箇所から、他端に亘って形成されている。なお、雄ネジ７１ａは、先端７ａまで形成されている必要は無い。このように雌ネジ６１ａ及び雄ネジ７１ａを形成することによって、内筒７は、図１及び図２に示すように、外筒６から突出する突出量が異なる第１位置と、第２位置との間を進退可能に移動することができる。第１位置は、内筒７の後退位置であり、第２位置は内筒７の進出位置である。図１は内筒７の後退位置を示しており、図２は内筒７の進出位置を示している。
第１位置にあるときの内筒７の先端７ａは、外筒６から突出している構成が好ましい。なお、第１位置にあるとき、内筒７が外筒６から突出せず、中心線方向における内筒７の先端７ａと、外筒６の先端６ａとの位置が一致するように構成してもよい。
なお、雌ネジ６１ａ及び雄ネジ７１ａの形成部位は一例であり、内筒７は、外筒６からの突出する突出量が異なる第１位置と、第２位置との間を進退移動できれば、特に限定されるものでは無い。

図３は、実施形態１に係る溶接トーチ１０１の作用効果を示す説明図である。図３においては、説明の便宜上、要部としてガス供給ノズル５の内筒７及び外筒６を模式的に示し、コンタクトチップ２は省略されている。図３は、Ｖ型の開先Ｇを有する母材Ａを溶接する様子を示している。図３Ａ～図３Ｃ中、ガス供給ノズル５から下向きに描いた矢印は、シールドガスの流れを示している。図３Ａ及び図３Ｂは、内筒７が後退位置（第１位置）にある状態を示し、図３Ｂは、溶接ワイヤＷの突き出し長さが伸びた状態を示している。図３Ｃは、溶接ワイヤＷの突き出し長さが伸びた状態で内筒７が進出位置（第２位置）にある状態を示している。

上記のように構成された実施形態１の溶接トーチ１０１を用いてアーク溶接を実行する際、チューブ１１０を介してチップボディ１へ供給された溶接ワイヤＷは、コンタクトチップ２のワイヤ保持孔２１内を通って、コンタクトチップ２の先端部から母材Ａに向けて送り出される。溶接ワイヤＷには電圧が印加され、母材Ａと溶接ワイヤＷとの間にアークが発生し、アーク溶接が行われる。
また、チューブ１１０を介して溶接トーチ１０１に供給されたシールドガスは、チップボディ１のボディ貫通孔１３、オリフィス４の連通貫通孔９１を通流し、ガス供給ノズル５から母材Ａへ向けて供給される。

ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、溶接ワイヤＷの突き出し長さが変化した場合、母材Ａの溶接部に届くシールドガスの量が変化する。特に図３Ｂに示すように、溶接ワイヤＷの突き出し長さになった場合、内筒７の先端７ａと、溶接ワイヤＷの先端との距離が長くなり、溶接部に届くシールドガスの量が減少し、溶接欠陥が発生しやすくなる。

本実施形態１に係る溶接トーチ１０１にあっては、外筒６に対して内筒７を回転させることによって、内筒７を中心線方向に進退させ、内筒７の突出量を変化させることができる。例えば、図３Ｂに示した内筒７の突出量を増加させることによって、図３Ｃに示すように、内筒７の先端７ａと、溶接ワイヤＷの先端との距離を縮めることができる。図３Ａに示す内筒７は後退位置にあり、図３Ｂに示す内筒７は進出位置にある。図３Ａ及び図３Ｃに示すように、内筒７を進退移動させることにより、突き出し長さを変更する前後で、内筒７の先端７ａと、溶接ワイヤＷの先端とを同程度に調整することができ、溶接部に届くシールドガスの流量の変化を抑えることができる。

（実施例）
板厚３．２ｍｍの重ね隅肉溶接において、ねらい角４５°、前進角０°、設定電流２５０Ａ、設定電圧２６．０Ｖ溶接速度１００ｃｍ／分、溶接ワイヤＷの突き出し長さ１５ｍｍとしアーク溶接を行う。このときガス流量が１５Ｌ／分とする。これを基本とし、溶接ワイヤＷの突き出し長さを２０ｍｍに変更した場合ガス供給ノズル５の先端位置も母材Ａから５ｍｍ分離れることを考慮し通常はガス流量を２０Ｌ／分に上げる。しかし、本実施形態１に係るガス供給ノズル５を使用し５ｍｍだけ内筒７を伸ばすことによりガス流量１５Ｌ／分で溶接を行うことが出来る。

以上の通り、本実施形態１によれば、溶接ワイヤＷの突き出し長さに応じて、ガス供給ノズル５の長さを変更することができ、溶接部に対して一定のガス流量でシールドガスを供給することができる。

また、内筒７は常に外筒６から突出しているため、内筒７の位置に関わらず、シールドガスは、最終的に内筒７の内周面７２によって形成される流路７０を通って、ガス供給ノズル５から溶接部に供給される。つまり、内筒７が外筒６の内部にまで後退して、外筒６の先端側内周面６１によって流路７０が形成されることは無い。従って、溶接ワイヤＷの突き出し長さに応じて、内筒７の進退位置を変更させて内筒７の先端７ａと、溶接ワイヤＷの先端の位置の距離を一定にすれば、流路７０の状態は変化せず、一定のガス流量でシールドガスを供給することができる。

更に、内筒７は外筒６に螺合しているため、外筒６に対して内筒７を回転させるだけの簡単な操作で、内筒７の突出量を変更することができる。

なお、本実施形態１では、外筒６に内筒７が螺合する例を説明したが、外筒６に対して内筒７が中心線方向へ進退可能であれば、外筒６に対する内筒７の嵌合方法は特に限定されるものでは無い。

また、本実施形態１では、内筒７を手動で回転させて、内筒７を進退移動させる例を説明したが、モータ等を用いて電動で内筒７を回転させて進退移動させるように構成してもよい。

（実施形態２）
実施形態２に係る溶接トーチ２０１は、ガス供給ノズル２０５の内筒２０７及び外筒２０６の構成が実施形態１と異なるため、以下では主にこの相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図４は、実施形態２に係る溶接トーチ２０１の一部を破断して示す斜視図である。実施形態２に係るガス供給ノズル２０５は、実施形態１と同様の外筒２０６及び内筒２０７を備える。ただし、外筒２０６及び内筒２０７は、実施形態１で説明した雌ネジ６１ａ及び雄ネジ７１ａを有しない。内筒２０７の外径は、外筒２０６の内径と略同一又は小さく、内筒２０７は中心線方向に摺動して進退移動ができるように外筒２０６に内嵌している。

外筒２０６の先端側内周面２６１には、中心線方向に離隔した２つの突起２６５が形成されている。内筒２０７の外周面２７１には、突起２６５それぞれが嵌まる中心線方向の案内溝２７５が形成されている。詳細には、案内溝２７５は、内筒２０７の中心線方向に沿って延びており、２つの突起２６５それぞれが各別に嵌まる２つの第１溝部２７５ａと、第１溝部２７５ａの両端から、当該第１溝部２７５ａに対して斜めに延びる第２溝部２７５ｂ（制限部）とを有する。２つの第１溝部２７５ａは一直線上に並んでおり、対向する端部から延びる第２溝部２７５ｂは連通しており、一本の案内溝２７５を構成している。２つの第１溝部２７５ａの他の端部、即ち案内溝２７５の両端に相当する端部から延びた第２溝部２７５ｂの先端側は、屈曲して内筒２０７の中心線方向に所定長延びている。

外筒２０６の突起２６５が、案内溝２７５の第１溝部２７５ａに位置している場合、内筒２０７は外筒２０６に対する進退移動が可能となる。内筒２０７が後退した状態で、突起２６５が第２溝部２７５ｂに沿って移動する方向へ内筒２０７を回転させると、２つの突起２６５が中央の第２溝部２７５ｂと、後退側の第２溝部２７５ｂとに嵌まり、内筒２０７の後退移動が制限される。逆に、内筒２０７が進出した状態で、突起２６５が第２溝部２７５ｂに沿って移動する方向へ内筒２０７を回転させると、２つの突起２６５が中央の第２溝部２７５ｂと、進出側の第２溝部２７５ｂに嵌まり、内筒２０７の進出移動が制限される。

以上の通り、本実施形態２によれば、内筒２０７を進退方向へ移動させることによって、溶接ワイヤＷの突き出し長さに応じて、ガス供給ノズル２０５の長さを変更することができる。従って、実施形態１と同様、溶接部に対して一定のガス流量でシールドガスを供給することができる。

また、突起２６５が第２溝部２７５ｂに嵌まる方向へ内筒２０７を回転させることによって、外筒２０６に対する内筒２０７の移動を制限することができる。つまり、内筒２０７の突出量を固定し、溶接部に対して一定のガス流量でシールドガスを供給することができる。

なお、図４に示すように、突起２６５及び案内溝２７５をそれぞれ外筒２０６及び内筒２０７に形成する例を説明したが、突起２６５及び案内溝２７５をそれぞれ内筒２０７及び外筒２０６に形成してもよい。

また、突起２６５及び案内溝２７５の構成は一例であり、外筒２０６に対して内筒２０７を進退移動可能に構成できれば、その形状は特に限定されるものではない。

更に、第２溝部２７５ｂを案内溝２７５の途中と両端に設け、内筒２０７の突出量を２段階で調整して内筒２０７の進退移動を制限する例を説明したが、内筒２０７の進退移動を制限する箇所は２箇所に限定されるものでは無く、案内溝２７５の途中に複数の第２溝部２７５ｂを形成し、内筒２０７の突出量を多段階で調整して内筒２０７の進退移動を制限するように構成してもよい。

更にまた、案内溝２７５は、第１溝部２７５ａの深さと、第２溝部２７５ｂの深さとが異なるように構成しても良い。例えば、第２溝部２７５ｂの深さを第１溝部２７５ａの深さよりも浅くしても良い。
更にまた、第１溝部２７５ａの幅と、第２溝部２７５ｂの幅とが異なるように構成しても良い。例えば、第２溝部２７５ｂの幅を第１溝部２７５ａの幅よりも狭くしても良い。
上記の場合、突起２６５が第１溝部２７５ａにある場合、内筒２０７の移動が容易になる一方、突起２６５が第２溝部２７５ｂにある場合、突起２６５が案内溝２７５に圧接され、内筒２０７の移動を制限できる。なお、上記の場合、第２溝部２７５ｂは第１溝部２７５ａに対して斜めに形成する必要は無く、第１溝部２７５ａ及び第２溝部２７５ｂは中心線方向の延びる直線状の溝として形成してもよい。

また、本実施形態２では、内筒２０７を手動で回転及び摺動させて、内筒７を進退移動させる例を説明したが、モータ等を用いて電動で内筒２０７を回転及び摺動さえるように構成してもよい。

更にまた、実施形態１及び２では、外筒２０６に、進退可能に内筒２０７が内嵌する構成を説明したが、内筒２０７の内側に更に内嵌する第２の内筒を備えるように構成してもよい。
つまり、アーク溶接を行うための溶接トーチは、溶接ワイヤＷを案内するコンタクトチップと、前記コンタクトチップを囲繞し、シールドガスを供給するガス供給ノズルとを備え、前記ガス供給ノズルは、外筒と、前記外筒の内周面に嵌合しており、前記内筒が前記外筒から突出する突出量が異なる第１位置と、第２位置との間を中心線方向に進退可能に移動する第１内筒と、前記第１内筒の内周面に嵌合しており、前記第１内筒から突出する突出量が異なる第３位置と、第４位置との間を中心線方向に進退可能に移動する第２内筒とを備えるように構成してもよい。
実施形態１と同様、第１内筒は内周面に雌ネジを有し、第２内筒は外周面に雄ネジを有し、第１内筒に螺合するように構成するとよい。
また、実施形態２と同様、第１内筒及び第２内筒の一方に案内溝を設け、他方に複数の突起を設けるように構成してもよい。
第１内筒に対する第２内筒の進退移動を可能にする具体的構成は、外筒６，２０６に対する内筒７，２０７の進退移動を可能にする構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

更に、本実施形態１及び２では、半自動溶接機の溶接トーチ１０１，２０１を説明したが、自動溶接機に本実施形態１に係る溶接トーチ１０１，２０１を備えてもよい。

１０１，２０１ 溶接トーチ
１ チップボディ
２ コンタクトチップ
３ インシュレータ
４ オリフィス
５，２０５ ガス供給ノズル
６，２０６ 外筒
６ａ 先端
６１ａ 雌ネジ
７，２０７ 内筒
７ａ 先端
７０ 流路
７１ａ 雄ネジ
１００ トーチボディ
１１０ チューブ
３１ インシュレータ内筒
３２ インシュレータ外筒
２６５ 突起
２７５ 案内溝
２７５ａ 第１溝部
２７５ｂ 第２溝部
Ａ 母材
Ｇ 開先
Ｗ 溶接ワイヤ
ＣＬ 中心線

Claims (5)

1. アーク溶接を行うための溶接トーチであって、
   溶接ワイヤを案内するコンタクトチップと、
   前記コンタクトチップを囲繞し、シールドガスを供給するガス供給ノズルと
   を備え、
   前記ガス供給ノズルは、
   外筒と、
   前記外筒の内周面に嵌合しており、前記外筒から突出する突出量が異なる第１位置と、第２位置との間を中心線方向に進退可能に移動する内筒と
   を備える溶接トーチ。
2. 前記第１位置は前記内筒の後退位置、前記第２位置は前記内筒の進出位置であり、
   前記第１位置にあるときの前記内筒の先端は、前記外筒の先端に一致し、又は前記外筒から突出している
   請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記外筒は内周面に雌ネジを有し、
   前記内筒は外周面に雄ネジを有し、前記外筒に螺合している
   請求項１又は請求項２に記載の溶接トーチ。
4. 前記外筒及び前記内筒のうち、一方には前記中心線方向の案内溝が形成され、他方には前記案内溝に沿って移動する突起が形成されており、
   前記案内溝は、前記突起の移動を制限する複数の制限部を有する
   請求項１又は請求項２に記載の溶接トーチ。
5. 前記内筒の内周面は前記ガス供給ノズルの先端側の流路を形成している
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の溶接トーチ。

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