JP2531411B2 - 溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はシールドガスにヘリウムを用い安定して深溶
け込み溶接を行なえるようにした溶接装置に関するもの
である。

［従来の技術］ ガス被覆溶接においては、シールドガスにヘリウムガ
スを用いると、アルゴンガス使用時よりも幅の狭い深溶
け込みの溶接が可能である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、第５図に示す如くヘリウムガス使用時のアー
ク圧力は、アルゴンガス使用時よりも著しく低い。

そのため、母材の微少残留磁気の影響でアークが不安
定になり、且つ継手精度及び継手の温度差等微少な変化
によって溶融金属流が乱れやすい。

例えば、アルゴンガスとヘリウムガスを使用した場合
の溶接ビード外観並びに溶け込み形状を示すと第６図乃
至第10図の通りであり、アルゴンガス使用時の溶接ビー
ドａは均一で断面おわん状の溶け込み形状を呈する（第
６図及び第７図）。

しかし、ヘリウムガス使用時の溶接ビードｂの均一部
は第８図及び第９図に示すようにヘリウムガス特有の深
溶け込みを呈するが、不均一部では第８図及び第10図に
示すように断面が幅広で、しかもアルゴンガスに近い溶
け込みを呈するため、健全な溶接が困難である。

又、シールドガスにヘリウムガスを用いると溶接中に
多量の金属蒸気が生じ、これがヘリウムガスと共に上昇
する間に酸化し、溶接ヘッド部を汚損したり、監視装置
や各種センサーの受光面、或は接触検出部に付着するた
め、正常な観察や検出が困難になる。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上述の従来の課題を解決し、ヘリウムガスを
シールドガスとして用い安定に深溶け込み溶接を行なえ
るようにすることを目的とするものであり、電極と、該
電極の外周に同心状に配設され且つヘリウムガス流路が
接続されたインナーノズルと、該インナーノズルの外周
に同心状に配設され且つアウターガス流路が接続された
アウターノズルとを有する溶接トーチと、 ヘリウムガス流路途中に設けられた流量調節弁と、 ヘリウムガス流路を流れるヘリウムガスの流量を検出
する流量センサーと、 アウターガス流路途中に設けられた流量調節弁と、 アウターガス流路を流れるアウターガスの流量を検出
する流量センサーと、 インナーノズル径を設定するインナーノズル径設定器
と、 インナーノズル流量の増加率を設定するインナーノズ
ル流量調節設定器と、 インナーノズル及びアウターノズルのノズル径とガス
流量との関係を示すデータが入力されており、且つ該デ
ータと前記インナーノズル径設定器で設定されたインナ
ーノズル径及び前記インナーノズル流量調節設定器で設
定されたインナーノズル流量の増加率とに基づき下限イ
ンナーガス流量及び調節インナーガス流量を演算して加
算し、インナーガス流量信号を出力すると共に、前記イ
ンナーノズル径設定器で設定されたインナーノズル径か
らアウターノズル径を求め、該アウターノズル径から下
限アウターガス流量を演算し、前記調節インナーガス流
量に基づき調節アウターガス流量を演算し、前記下限ア
ウターガス流量と調節アウターガス流量とを加算してア
ウターガス流量信号を出力する演算器と、 該演算器から出力されるインナーガス流量信号と前記
ヘリウムガス流路の流量センサーからの実流量信号とに
基づきヘリウムガス流路の流量調節弁に開度指令信号を
出力するインナー流量制御器と、 前記演算器から出力されるアウターガス流量信号と前
記アウターガス流路の流量センサーからの実流量信号と
に基づきアウターガス流路の流量調節弁に開度指令信号
を出力するアウター流量制御器と を備えたことを特徴とする溶接装置にかかるものであ
る。

［作用］ 小径のインナーノズルからアーク点を中心として、イ
ンナー流量制御器により流量調節されたヘリウムガスが
所定の圧力で流出するので、アーク点部に押付圧が生
じ、ヘリウムガス特有のアーク圧力の低下を補い、安定
した深溶け込み溶接を行なうことができる。

更に、該ヘリウムガス流は周囲を、アウター流量制御
器により流量調節されたシールドガスとしてのアウター
ガスに包囲されているので、より安定化する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図及び第２図は本発明の溶接装置に使用する溶接
トーチのノズル部であり、１はタングステン電極、２は
コレット、３はコレットボディー、４はコレットボディ
ー３の周囲に複数個設けたシールドガス穴であり、前記
コレットボディー３の外周に小径のインナーノズル５と
比較的径の大きいアウターノズル６を夫々同心に設け、
各ノズル5,6の先端部を中心側に絞り込んでインナーノ
ズル５の先端径をビード幅と略同じとし、該インナーノ
ズル５の先端部をアウターノズル６の先端部よりも約５
〜10mm突出させてある。

斯かる溶接トーチ７に、第３図に示すガス流量の範囲
でインナーノズル５にヘリウムガスを、又アウターノズ
ル６にアルゴンガス、ヘリウムガス或はアルゴンガスと
ヘリウムガスの混合ガスをノズル径すなわちノズル断面
積に応じて流すようにする。

第４図に示すようにインナーノズル径設定器８により
インナーノズル径を設定すると共にインナーノズル流量
調節設定器９によりインナーノズル流量の増加量（増加
率）を溶接部周囲の温度や継手の形状に合わせて設定す
るようにし、前記第３図に示したデータを入力してある
演算器10により下限インナーガス流量及び調節インナー
ガス流量を演算して加算し、インナー流量制御器11にイ
ンナーガス流量信号を送るようにすると共に、設定され
たインナーノズル径からアウターノズル径を読み取り、
該アウターノズル径から下限アウターガス流量を演算
し、更に前記調節インナーガス流量に応じて調節アウタ
ーガス流量を演算し、前記下限アウターガス流量と調節
アウターガス流量とを加算してアウター流量制御器12に
アウターガス流量信号を送るようにする。

前記インナー流量制御器11から流量調節弁13に開度指
令信号を送り、ヘリウムガス流路14に、流量センサー15
を設け、実流量信号によりフィードバック制御するよう
にしてある。又、アウターガスの場合も同様に前記アウ
ター流量制御器12から流量調節弁16に開度指令信号を送
り、アウターガス流路17に流量センサー18を設け、実流
量信号によりフィードバック制御するようにしてある。

以上のように構成したので、例えばインナーノズル５
の径を10mmφ、アウターノズル６の径を30mmφとする
と、インナーノズル径設定器８によりインナーノズル５
の径を10mmφに設定すれば、演算器10には第３図に示す
データが予め入力されているので、直ちに下限インナー
ガス流量151/分が演算されてインナー流量制御器11に出
力される。又、該演算器10においては前記インナーノズ
ル径から第３図に示すデータにより直ちにアウターノズ
ル６の径30mmφが読み取られ、該アウターノズル径から
下限アウターガス流量201/分が演算され、該下限アウタ
ーガス流量信号がアウター流量制御器12に出力される。

前記インナー流量制御器11から流量調節弁13に開度指
令信号が送られて、該弁13が所定の開度となり、ヘリウ
ムガス流路14にヘリウムガスが流れ、インナーノズル５
からタングステン電極１を中心にヘリウムガスがアーク
点周囲に噴出される。又、アウター流量制御器12から同
様に流量調節弁16に開度指令信号が送られて所定の開度
となり、アウターガス流路17にアルゴンガスが流れ、前
記インナーガスの周囲に噴出される。

前記ヘリウムガスの流量はインナーノズル５の断面積
に対して特定の押付圧が得られるように決めてあり、し
かも、インナーノズル５の先端がアウターノズル６より
も突出しているので、ヘリウムガス圧によりアーク圧力
を補足するため、深溶け込み溶接を安定化することがで
きビードも安定化する。

アルゴンガスをアウターガスとして使用すると、アル
ゴンが空気よりも比重が大きくしかも安価であるため、
シールド性が良く、しかも経済的である。

溶接部の温度が蓄熱により上昇した場合シールドガス
量を増加させる必要が生じる。又、継手の形状によって
は前記下限インナーガス流量では不足する場合もある。

その場合は、インナーノズル流量調節設定器９によ
り、例えば増加率を30％と設定すると、演算器10により
30％分のインナーガス流量が演算され前記下限インナー
ガス流量に加算され、加算された合計の流量信号がイン
ナー流量制御器11に送られる。又、インナーガス流量の
増加分に比例して30％分のアウターガス流量が演算さ
れ、下限アウターガス流量に加算され、加算された合計
の流量信号がアウター流量制御器12に送られる。

このようにして増量されたヘリウムガスとアルゴンガ
スにより二重にシールドされ、各種の条件下にも安定し
て深溶け込み溶接を行なうことができる。

以上において、ヘリウムガス流路14及びアウターガス
流路17の夫々に設けられた流量センサー15,18により、
夫々流量が検出され、フィードバック制御され、流量及
びインナーガスの押付圧を所望の範囲に制御することが
できる。

なお、本発明の溶接装置は上述の実施例のみに限定さ
れるものではなく、アウターガスはアルゴンばかりでは
なく、ヘリウム或はヘリウムとアルゴンの混合ガスを使
用してもよいこと、ガスシールド溶接装置であれば種々
の原理の溶接装置に適用し得ること等、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の溶接装置によれば、下記の
如き種々の優れた効果を発揮する。

（Ｉ）インナーノズルのガス量をノズル径に応じて適正
調節することにより、ヘリウムガス特有のアーク圧力低
下現象をガス圧で補うことができ、安定して深溶け込み
溶接を行なうことができ、溶接の健全性が著しく改善さ
れる。

（II）アウターノズルからアルゴンガスを広範囲に流せ
ば、溶接時に生じた金属蒸気がシールド雰囲気中より外
部に出ない。例え出ても、アルゴンガスの比重は大気よ
りも大きいので、アルゴンガスと共に下降拡散されるた
め装置やセンサー等に付着することはない。

（III）ガス圧を自動制御することが可能であり、種々
の条件に容易に適合し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接装置に使用する溶接トーチの部分
説明図、第２図は第１図のII-II方向矢視図、第３図は
インナーノズル及びアウターノズルのノズル径とガス流
量との関係を示す図、第４図は本発明の溶接装置の制御
回路の一例を示す図、第５図はヘリウムガスとアルゴン
ガスのアーク圧力を示す図、第６図はアルゴンガスシー
ルド溶接によるビードを示す図、第７図は第６図のVII-
VII方向矢視図、第８図は従来のヘリウムガスシールド
溶接によるビードを示す図、第９図は第８図のIX-IX方
向矢視図、第10図は第８図のX-X方向矢視図である。 １はタングステン電極、５はインナーノズル、６はアウ
ターノズル、７は溶接トーチ、８はインナーノズル径設
定器、９はインナーノズル流量調節設定器、10は演算
器、11はインナー流量制御器、12はアウター流量制御
器、13は流量調節弁、14はヘリウムガス流路、15は流量
センサー、16は流量調節弁、17はアウターガス流路、18
は流量センサーを示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極と、該電極の外周に同心状に配設され
   且つヘリウムガス流路が接続されたインナーノズルと、
   該インナーノズルの外周に同心状に配設され且つアウタ
   ーガス流路が接続されたアウターノズルとを有する溶接
   トーチと、 ヘリウムガス流路途中に設けられた流量調節弁と、 ヘリウムガス流路を流れるヘリウムガスの流量を検出す
   る流量センサーと、 アウターガス流路途中に設けられた流量調節弁と、 アウターガス流路を流れるアウターガスの流量を検出す
   る流量センサーと、 インナーノズル径を設定するインナーノズル径設定器
   と、 インナーノズル流量の増加率を設定するインナーノズル
   流量調節設定器と、 インナーノズル及びアウターノズルのノズル径とガス流
   量との関係を示すデータが入力されており、且つ該デー
   タと前記インナーノズル径設定器で設定されたインナー
   ノズル径及び前記インナーノズル流量調節設定器で設定
   されたインナーノズル流量の増加率とに基づき下限イン
   ナーガス流量及び調節インナーガス流量を演算して加算
   し、インナーガス流量信号を出力すると共に、前記イン
   ナーノズル径設定器で設定されたインナーノズル径から
   アウターノズル径を求め、該アウターノズル径から下限
   アウターガス流量を演算し、前記調節インナーガス流量
   に基づき調節アウターガス流量を演算し、前記下限アウ
   ターガス流量と調節アウターガス流量とを加算してアウ
   ターガス流量信号を出力する演算器と、 該演算器から出力されるインナーガス流量信号と前記ヘ
   リウムガス流路の流量センサーからの実流量信号とに基
   づきヘリウムガス流路の流量調節弁に開度指令信号を出
   力するインナー流量制御器と、 前記演算器から出力されるアウターガス流量信号と前記
   アウターガス流路の流量センサーからの実流量信号とに
   基づきアウターガス流路の流量調節弁に開度指令信号を
   出力するアウター流量制御器と を備えたことを特徴とする溶接装置。