JP2743463B2 - 薄板の溶接方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は薄板の溶接方法及びその装置に係わり、特に
アーク溶接等によって薄板を溶接する方法及びその装置
に関する。

［従来の技術］ 一般に、厚さ3mm以下の薄板を溶接する時は、TIG溶接
等の非消耗式アーク溶接装置が使用されている。

第２図に示すように、従来この種の溶接装置は、被溶
接物たる薄板１に溶接トーチ２を近接させて保持し、こ
れを溶接部３に沿って溶接方向Ｆに移動させるようにな
っている。

溶接トーチ２には、溶接電源４に接続された金属電極
（タングステン）５と、その周囲に形成されたガス通路
６とが備えられ、ガス通路６にガスボンベ７からアルゴ
ンガス等の不活性ガス（図中、矢印ａにて示す）を導く
ことで、この不活性ガス雰囲気中で、電極５と薄板１と
の間にアークＡを発生させて、その熱で溶接を行うよう
になっている。

この他、溶接トーチ２の移動速度などを適宜制御する
ための制御装置（図示せず）が備えられている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで近来にあっては、作業能率向上等を図るため
に、高速にて溶接を行うことが要請されている。通常こ
の高速溶接は、溶接電源４の溶接電流を大きくすること
で、アーク熱を高め、溶接に要する時間を短縮するよう
にしていた。

しかしながら、大電流化による高速溶接を薄板１に適
用した場合は、溶融された金属が溶接速度に追いつかず
に穴が開いてしまったり（溶断）、エネルギの高いアー
ク圧力によって継手部分が折れ曲がるなどの、溶接不良
が生じてしまうという問題があった。

また、従来においては、溶接に伴って生じる変形（歪
み）を抑えるために、薄板１の溶接部３近傍を拘束治具
（図示せず）で拘束するようにしていた。ただし、強い
力で拘束していても、溶接が終了してその拘束を解除し
た時に、残留する熱応力によって収縮し、変形が生じて
しまうことが避けられなかった。特に薄板１において
は、自然冷却をしている間に、溶接部３とその周囲の部
分との温度差によって、縦横の変形が複合された複雑な
変形が生じる傾向があった。

このため、近来の高い仕上がり精度が要求される精密
溶接においては、この複雑な変形の矯正に多大な労力と
掛かってしまうという問題があった。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、高速で薄板溶接を
行うこと、そしてその溶接に伴う変形を軽減することの
できる溶接方法及びその装置を提供すべく創案されたも
のである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の第一は、溶接される薄板に、高温な不活性ガ
スを吹き付けて加熱し、その直後に溶接を行うものであ
る。

また本発明の第二は、この方法を実施するための装置
であって、薄板を溶接する溶接トーチの溶接方向前方
に、高温な不活性ガスを吹き出す加熱ガスノズルを設け
たものである。

そして上記溶接トーチは、溶接方向後方に位置されて
低温なガスを薄板に吹き付けるための冷却ガスノズルを
有して構成されるのが望ましい。

［作用］ 上記方法によって、溶接される薄板が先行余熱され、
溶接に要する時間が短縮される。

また上記構成によって、加熱ガスノズルは、溶接され
る直前において、高温な不活性ガスを薄板に吹き付ける
ことで加熱し、溶接トーチによる溶接時間を短縮する。

そして、その溶接トーチが冷却ガスノズルを有した構
成においては、溶接直後において薄板を急冷し、過大な
熱応力の残留を抑制する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、第１図によって説明する。

まず、本発明に係る薄板の溶接装置の一実施例を、TI
G溶接に適用した場合において説明する。同図におい
て、従来と同様の構成には同一符号を付し、その説明を
省略する。

この溶接装置は、溶接トーチ２の溶接方向Ｆ前方に、
高温な不活性ガスを吹き出す加熱ガスノズル11が取り付
けられて構成されている。即ち、この加熱ガスノズル11
は、溶接トーチ２と一体的に移動するようになってい
る。

加熱ガスノズル11は、その吹出方向が溶接トーチ２と
同じ方向になるように保持されている。そして、不活性
ガスたるアルゴンガスを収容しているガスボンベ12に、
ガスパイプ13を介して接続されて、アルコンガスを薄板
１に吹き付けるようになっている。

ガスパイプ13の途中には、アルゴンガスを高温に加熱
するための加熱器14が設けられている。加熱器14は、そ
のガス下流側に設けられてガス温度を検出する温度セン
サ15と、温度センサ15に接続された加熱制御装置16とに
よって、アルゴンガスを常時所定の温度に、例えば500
〜600℃に昇温させるように形成されている。

また本実施例においては、溶接トーチ２の溶接方向Ｆ
後方に、低温なガスを薄板１に吹き付けるための冷却ガ
スノズル17が取り付けられている。

この冷却ガスノズル17は、加熱ガスノズル11と略同様
に、ガスパイプ18によってガスボンベ19と接続されてい
ると共に、冷却器20と、温度センサ21と、冷却制御装置
22とが備えられ、所定の温度に冷却されたガスを、薄板
１に向けて吹き出すようになっている。本実施例にあっ
ては、冷却ガスG_Cとしてアルゴンガスを用い、冷却温度
としては零下20℃に設定している。

次に本発明に係わる薄板の溶接方法の一実施例を、上
記実施例の作用として説明する。

薄板１を溶接するに際し、ガスボンベ12のレギュレー
タ（図示せず）を開にして、加熱ガスノズル11へとアル
ゴンガスを導くと共に、加熱器14を作動させて、このガ
スを所定温度に加熱する。この加熱温度は、温度センサ
15及び加熱制御装置16とによってフィードバック制御さ
れる。

一方、冷却ガスノズル17にも、同様にして所定の低温
に保持された冷却ガスG_Cが導かれる。

この状態で、溶接トーチ２の電極５と薄板１との間に
アークＡを発生させると共に、溶接方向Ｆに移動させつ
つ、そのアーク熱で溶接を行う。この溶接される部分
は、その直前において、溶接トーチ２に先行して移動し
ている加熱ガスノズル11によって余熱されている。

即ち、この薄板１を微視的に見れば、溶接されている
位置Ｑから僅かに溶接方向Ｆ前方に離間した位置Ｐの温
度は、500〜600℃の加熱ガスG_Hによって高温にされてお
り、速やかに所定の溶接温度（融点）に到達する。言い
換えると、溶接に要する時間が短縮されることになる。

そして位置Ｑから僅かに溶接方向Ｆ後方に離間した位
置Ｒにおいては、冷却ガスノズル17から吹き付けられた
冷却ガスG_Cによって直ちに冷却される。即ち、従来の自
然冷却に比べて熱応力の残留が軽減されると共に、その
周囲の部分に熱が伝達されるのを阻む。

このように、溶接トーチ２の溶接方向Ｆ前方に加熱ガ
スノズル11を設けて、確実に、先行余熱した直後におい
て溶接するようにしたので、溶接に要する時間が短縮さ
れ、溶接電流を大電流化することなく、薄板の高速溶接
を行うことができる。即ち、溶断等の溶接不良のおそれ
のない高速溶接が実現される。

また、溶接トーチ２の溶接方向Ｆ後方に冷却ガスノズ
ル17を設けて、溶接後の薄板１の溶接部３を急冷するよ
うにしたので、熱応力の残留が軽減され、複雑な変形が
抑制される。即ち、従来の変形矯正のために費やされた
多大な労力と時間の削減が達成される。

そして簡単な構成なので、従来の溶接装置に簡単に適
用でき、極めて実際的で汎用性に富む。

なお、上記実施例にあっては、加熱ガスノズル11及び
冷却ガスノズル17を共に別体にて形成し、溶接トーチ２
に取り付けるようにしたが、溶接トーチ２のガス通路６
を適宜区画することにより、一体的に形成してもよい。
また溶接装置内の共通する構成部分、例えばガスボンベ
7,12,19を兼用できるように、ガスの流路を形成するよ
うにしてもよい。

さらに加熱ガスG_Hについては、シールドのための溶接
ガスと同様の理由によって、不活性ガスに限定される
が、冷却ガスG_Cとしては、不活性ガスに限らず、例えば
炭酸ガス（CO₂）を用いてもよい。

また、本発明をTIG溶接に適用した場合において例示
したが、他の非消耗式アーク溶接、例えばプラズマアー
ク溶接にも適用できるものである。その他、本発明の薄
板の溶接方法は、レーザビーム溶接にも適用可能であ
る。この場合、金属蒸気を除去するために吹き付けられ
るアシストガスを、加熱ガスとして利用することも考え
られる。

なお、本発明が適用される薄板としては、厚さ3mm以
下のものとなるが、特に、ガスを吹き付けるだけで容易
に加熱・冷却される厚さ1mm以下のステンレス鋼等に有
用である。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果
を発揮する。

（１）溶接される薄板に高温な不活性ガスを吹き付けて
加熱し、その直後に溶接を行うので、溶接に要する時間
が短縮され、溶断等の溶接不良のおそれのない高速溶接
が達成される。

（２）また、溶接トーチの溶接方向前方に、高温な不活
性ガスを吹き出す加熱ガスノズルを設けたので、溶接の
直前に先行余熱ができ、確実に溶接不良のおそれのない
高速溶接が実施できる。

（３）そして、溶接トーチが溶接方向後方に冷却ガスノ
ズルを有した構成においては、さらに、溶接後の熱応力
の残留が軽減され、複雑な変形を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る薄板の溶接方法及びその装置の一
実施例を説明するための構成図、第２図は従来の薄板の
溶接装置を示した構成図である。 図中、１は薄板、２は溶接トーチ、11は加熱ガスノズ
ル、17は冷却ガスノズル、Ｆは溶接方向である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接される薄板に、高温な不活性ガスを吹
   き付けて加熱し、その直後に溶接を行うことを特徴とす
   る薄板の溶接方法。
2. 【請求項２】薄板を溶接する溶接トーチの溶接方向前方
   に、高温な不活性ガスを吹き出す加熱ガスノズルを設け
   たことを特徴とする薄板の溶接装置。
3. 【請求項３】上記溶接トーチが、溶接方向後方に位置さ
   れて低温なガスを上記薄板に吹き付けるための冷却ガス
   ノズルを有した請求項２記載の薄板の溶接装置。