JP2510791Y2 - チタン溶接用補助シ―ルドガスボックス - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は活性金属の１種であるチ
タンまたはチタン合金をＴＩＧ溶接するにおいて、ＴＩ
Ｇ溶接トーチに付属させて用いる補助シールドガスボッ
クスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チタンおよびチタン合金は活性金属の１
種で、大気中で加熱されると４５０℃程度の温度から容
易に酸化、窒化し、特に高温状態では脆弱な酸化物、窒
化物を形成して、素材本来の性能を発揮できず不良品と
なる。よって溶接する場合は、溶接金属部、溶接熱影響
部および周辺母材部を含めて、温度が４５０℃以下にな
るまで不活性ガス、例えばアルゴンガスで完全にシール
ドして大気に接するのを防止しなければならない。

【０００３】日本溶接協会規格ＷＥＳ７１０２−´８３
「イナートガスアーク溶接作業標準（チタンおよびチタ
ン合金）」によれば、”溶接ビード表面およびその周辺
は適当な補助ガスシールド用ノズル（注：ここではノズ
ルとしている。以下、該協会規格についてはノズルとす
る）を用いて大気による汚染を防止しなければならな
い”とし、そのために図５に示す補助ガスシールド用ノ
ズルを用いてシールドすることを推奨している。

【０００４】図５はＴＩＧ溶接トーチに補助ガスシール
ド用ノズルを取付けた状況の斜視図である。２は溶接ト
ーチの先端部分を示し、３は溶接用シールドガスノズ
ル、４はアークを発生するタングステン電極である。補
助ガスシールド用ノズル５には取付け金具６が付設さ
れ、該金具６のネジにより、溶接トーチに対し取付け取
外し自在とする機構となっている。

【０００５】補助シールドガス７（矢印）を送給するガ
ス導管８は、該補助ガスシールド用ノズルのスチールウ
ールが封入されているガス拡散室１０内にもＴ字状に配
置され、該ガス導管の下面側にはガス放出穴９が１列に
配されている。ガス放出穴９から出た補助シールドガス
７はスチールウールが封入されたガス拡散室１０から金
網１１を通って溶接部に送給される構造である。

【０００６】該補助シールドガス用ノズルを用いて溶接
している状況の断面図を図６に示した。突合された被溶
接材１２とタングステン電極４との間でアーク１４を発
生させて、図示しない溶接ワイヤを送給して溶接ビード
１３が得られた状況を示している。

【０００７】この場合、ガス放出穴９と金網１１の間隔
が小さいため補助シールドガス７が充分に拡散されず、
該補助ガスシールド用ノズルの左右両壁面まで十分に送
給されていない。すなわち溶接においてはアーク熱の伝
導および輻射熱で溶接部から左右それぞれ２０数ミリ前
後の幅まで高温に加熱されるので、その部分が４５０℃
以下にさがるまで不活性ガスで保護する必要がある。し
かし該補助シールドガス用ノズルは先に示した構造上の
問題で、該ノズル全域にわたって不活性ガスによるシー
ルドができないため、部分的に酸化されて、材質の劣化
を生じた個所が発生する場合が生じ易く、常に安定した
品質が得られないという問題があった。また該ガス導管
はＴ型状であり、このＴ型の下面側、すなわち溶接面に
平行に配されるガス導管部は溶接ビード長さ方向に合致
させてシールドすることが意図されているが、溶接作業
において溶接トーチを操作する場合、常時アークを見な
がら進行させなければならないため、該ガス導管を常に
溶接ビード上に合致させることは非常に困難な作業とな
る。すなわち個人の技量に左右されやすい要素となる。
さらに、該ノズルの場合外気の侵入を阻止できない構造
であること、および被溶接材と該補助シールドガスノズ
ルの下側面との間隙を常に均一に保持しなければならな
いということは個人の技量に左右される要素で、かなり
な熟練を要する。

【０００８】さらに該補助ガスシールド用ノズルを溶接
トーチに取付け、取外しするためには、取付金具６を用
いるが、この取付金具６の重さ分、重量が加算されるこ
と、すなわち、溶接トーチは片手で持って操作するた
め、可能なかぎり軽量であることが望ましく、長時間の
溶接作業においては重量加算による疲労のため、溶接品
質に影響を及ぼすことおよび作業能率の低下の原因とな
る。また該補助シールドガスノズルが溶接中にずり落ち
たりすることがないように強く締めておく必要があり、
その取付位置の調整、取付、取外しが煩雑であるという
問題がある。一方、この種の補助シールドガス用ノズル
に関する技術資料および公知文献は現在皆無である。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】融点が１６６８℃であ
るチタン、およびチタン合金のごとき活性金属を溶接す
るに際して、溶接熱で４５０℃以上の温度となった母材
部を含む溶接部近傍を４５０℃以下の温度になるまでア
ルゴンのごとき不活性ガスで均一にシールドすることを
第１の課題とし、シールドしている領域内に外気が侵入
しない機構とすることを第２の課題とし、さらに軽量で
溶接作業の操作性が容易な機構にして、作業者の技量に
左右され難く、熟練をあまり要せずに常に安定した品質
の溶接部が得られるようにした補助ガスシールド用ノズ
ルとすることが第３の課題である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案の要旨は、ガス導
管から送給される補助シールドガスを、ガス溜り室およ
びガス拡散室を介して送給する機構とし、該補助シール
ドガスボックスには三方を囲むようにして可撓性耐熱布
を取付け、該補助シールドガスボックスを溶接トーチに
取付ける時は溶接用シールドガスノズルと溶接トーチの
継目部に挟むようにして取付ける機構とし、該補助シー
ルドガスボックスの長手方向側の高さはテーパーを付与
した機構とした構造を特徴とするＴＩＧ溶接用補助シー
ルドガスボックスである。

【００１１】

【作用および実施例】チタンおよびチタン合金のごとき
活性金属を溶接する場合に、使用するために考案した本
補助シールドガスボックスの作用および実施例を以下に
詳述する。図１は本考案の補助シールドガスボックスを
溶接トーチに取付けて使用する場合の溶接トーチのヘッ
ド部を示す全体斜視図である。

【００１２】図１の１は溶接トーチのつかみ部の先端部
分を示し、２は溶接トーチ本体、３は溶接用シールドガ
スノズルである。４はアーク発生用タングステン電極を
示し、５Ａが本考案の補助ガスシールドボックスであ
る。８は補助シールドガスを送給するガス導管であり、
１５で示す空間が補助シールドガスの溜り室である。

【００１３】送給されて来た補助シールドガス７はガス
導管８を介してガス溜り室１５に送られ、ガス溜り室を
満たしつつ、補助シールドガスの放出穴１６から、スチ
ールウールが詰められた補助シールドガス拡散室１７で
拡散される。次いでシールドガスは該補助シールドガス
拡散室１７の下板面１８に図示しない二次補助シールド
ガス放出穴１９が設けられてあり、その放出穴を通って
溶接部に送給される。２０は可撓性耐熱布で、２１は該
耐熱布を固定する金具である。可撓性耐熱布２０は溶接
線２２の進行方向２３側を除く、補助シールドガスボッ
クスの両側面と後方面側に図に示すごとく設けて、空気
の侵入を防止している。

【００１４】図２は本考案補助シールドガスボックスを
溶接進行方向面から見た（ａ）断面図と（ｂ）全体平面
図である。ガス導管８を介して送給された補助シールド
ガス７、７Ａは（図２（ｂ））溶接用シールドガスノズ
ルを避けて、左右から後方ガス溜り室１５に送給され、
該ガス溜り室１５を満たし（図２の（ａ））、下段のス
チールウール封入ガス拡散室１７でスチールウールの空
隙を通過しながら拡散されて、二次ガス放出小穴１９を
介して、溶接部に均一に送給される。

【００１５】図３は一般に市販されている溶接トーチの
１例である。通常、溶接用シールドガスノズル３はスパ
ッターが付着した場合に該ガスノズル３を取外して清掃
する必要が生じたり、破損した場合には取替えなければ
ならず、消耗品の１種である。そのために取付、取外し
はネジ部２４を介してネジ込んで取付ける機構となって
いる。本考案ではトーチ本体２と溶接用シールドガスノ
ズル３が接する矢印で示す継目部２５に本考案補助ガス
シールド用ボックスが挟まれるように設置し、溶接用ガ
スシールドノズル３をネジ込んで取付けることにより該
補助シールドガスボックスが固定される機構である。

【００１６】すなわち、同図に示すごとく、補助シール
ドガスボックス５Ａには溶接用シールドガスノズルが通
過できる円筒管２６が付着されて補助シールドガスが放
出されないように密封されているが、該補助シールドガ
スボックスの上面板に施される円形状穴は円筒管２６よ
りやや小径で溶接用シールドガスノズルの継目部２５の
内径と同寸法にした円形状穴とすることにより、該補助
シールドガスボックスが継目部に挟まれるごとく固定さ
れる。

【００１７】次に図４に本考案補助シールドガスボック
スを取付けて溶接している状況の側面図を示した。通常
の溶接作業においてはアーク状態を見ながら溶接するた
めに図４に示すごとく溶接進行方向２３に対して後方側
に溶接トーチ２を傾けて溶接する。その傾斜角２７は約
１５度とするのが良いとされている。よって、被溶接板
１２と該補助シールドガスボックス下面との間隙が該シ
ールドガスボックスの長手方向全幅にわたり、ほぼ同じ
高さになるように補助シールドガスボックス５Ａの下面
側を約１５度の傾斜をもったテーパー角２８を付与した
構造にした。これにより溶接作業が安定して施工可能と
なった。

【００１８】以下実施例について説明する。ＷＥＳ８１
０４−´８３「チタン溶接技術検定における試験方法及
び判定基準」によると、”外観検査”と”曲げ試験”を
実施するように規定されており、外観試験において
は、”有害な欠陥があってはならない”とし、かつ溶接
部の変色程度と判定規準を表１に示すごとく規定してい
る。すなわち、色により酸化、窒化の程度が判別される
が、変色の色で不合格と判定されたサンプルは概ね曲げ
試験でも不合格となっている。

【００１９】

【表１】

【００２０】ＷＥＳ８１０４規格に準じて訓練中の溶接
工１６名に対し従来法の補助ガスシールド用ノズルを用
いて溶接した場合と本考案の補助シールドガスボックス
を用いて、それぞれ２枚づつ溶接した場合のサンプルに
ついて外観試験を行なった結果を表２に示した。

【００２１】本考案補助シールドガスボックスを用いて
溶接した場合のサンプルの合格率は８７．５％であっ
た。従来法補助ガスシールド用ノズルを用いて溶接した
サンプルの合格率は約６５．６％であった。両者の間に
約２０％の差が生じたということは両者の間に有意差が
認められたことを意味しており、本考案補助シールドガ
スボックスを用いて溶接を行なえば合格率の高いものが
得られることを示している。

【００２２】すなわち本考案補助ガスシールドボックス
を用いて溶接する場合、独立したガス溜り室を設けたこ
とにより溶接ビード長方向と、該シールドガスボックス
の長手方向とに多少のズレが生じても該シールドガスボ
ックス内全域にわたってシールドガスが供給されている
ため不合格となる率が少ないことや、アークが見やす
く、外気の影響を受けずに安心して溶接を行なえるとい
う作業性上、高度な熟練を要しないということは、機能
上の総合的な有利性が確認できたと言える。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【考案の効果】チタンおよびチタン合金をＴＩＧ溶接法
で施工する場合に本考案の補助シールドガスボックスを
用いて溶接すると、溶接金属や熱影響部および溶接熱に
より高温となった母材部を含む領域の温度が４５０℃以
下となるまでシールドガスを送給して、酸化、窒化によ
る材質劣化を防止することができ、溶接部の品質向上お
よび合格率が向上する効果がある。また、溶接トーチ操
作性が改善されたことにより、溶接技量の習熟が容易と
なったこと、および溶接作業者の疲労軽減と能率向上の
効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案補助シールドガスボックスを溶接トーチ
に取付けた状況を示す全体斜視図である。

【図２】本考案補助シールドガスボックスを溶接トーチ
に取付けて溶接している状況を示す、（ａ）正面側断面
図と、（ｂ）全体平面図。

【図３】本考案補助シールドガスボックスを溶接トーチ
に取付ける位置を示すための図で、該シールドガスボッ
クスを取付けた溶接トーチの断面図。

【図４】本考案補助シールドガスボックスに付与したテ
ーパー加工の状況を示すための図で、溶接トーチに取付
けて溶接している状況を示す溶接方向側面図。

【図５】従来法の補助シールドガスノズルを溶接トーチ
に取付けた状況を示す全体斜視図。

【図６】従来法の補助シールドガスノズルを用いて溶接
している状況を示す正面側断面図である。

【符号の説明】

１ 溶接トーチつかみ部 ２ 溶接トーチ ３ 溶接用シールドガスノズル ４ タングステン電極 ５ 補助ガスシールドノズル ５Ａ 補助シールドガスボックス ６ 補助ガスシールドノズル取付金具 ７、７Ａ シールドガス ８ シールドガス導管 ９ シールドガス放出穴 １０ スチールウール封入ガス拡散室 １１ シールドガス放出金網 １２ 被溶接板 １３ 溶接ビード １４ 溶接アーク １５ シールドガス溜り室 １６ 一次シールドガス放出穴 １７ シールドガス拡散室 １８ シールドガス拡散室の下板面 １９ 二次シールドガス放出小穴 ２０ 可撓性耐熱布 ２１ 耐熱布固定金具 ２２ 溶接線 ２３ 溶接進行方向 ２４ 溶接用シールドガスノズルの取付ネジ部 ２５ トーチと溶接用シールドガスノズルの継目部 ２６ 円筒管 ２７ 溶接トーチ傾斜角 ２８ シールドガスボックスのテーパー角

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタンまたはチタン合金をＴＩＧ溶接す
   る場合に用いる補助シールドガスボックスにおいて、ガ
   ス導管から送給される補助シールドガスを、ガス溜り室
   およびガス拡散室を介して送給する機構とし、該補助シ
   ールドガスボックスには三方を囲むようにして可撓性耐
   熱布を取付け、該補助シールドガスボックスを溶接トー
   チに取付ける時は溶接用シールドガスノズルと溶接トー
   チの継目部に挟むようにして取付ける機構とし、該補助
   シールドガスボックスの長手方向側の高さはテーパーを
   付与した機構とした構造を特徴とするＴＩＧ溶接用補助
   シールドガスボックス。