JP3025153B2 - ガスシールドアーク溶接機用トーチ、ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接機用トーチ、特
に、連続して供給された溶加材によりシールドガス雰囲
気中でアーク溶接を行うガスシールドアーク溶接機に用
いられるトーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】不活性ガスや炭酸ガス等のシールドガス
雰囲気中でアーク溶接を行うガスシールドアーク溶接機
に用いられるトーチとして、実開昭５９─２０９８６号
公報に開示されたものがある。このトーチは、溶加材で
ある溶接ワイヤを支持する支持部と、支持部の周囲にシ
ールドガスを噴出するための円筒状ノズルと、支持部と
ノズルとの間の空間にシールドガスを供給するシールド
ガス供給部と、前記空間にスパッタ除去用気体を供給す
る気体供給部とを備えている。溶接中には、シールドガ
ス供給部から供給されたシールドガスがノズルと溶加材
支持部との間から出てきてアーク及び溶融金属を包む。
この結果、溶融金属の酸化及び窒化が起こらない。さら
に、このガスシールドアーク溶接用トーチでは、気体供
給部はノズルの外方に固定された２本の空気供給管であ
る。２本の空気供給管は環状の空気通路に対して割線方
向に向いており、２本の空気供給管から供給された空気
は支持部の回りに渦を巻いて各部材に付着したスパッタ
を吹き飛ばす。このように、スパッタの付着量を減らす
ので、シールドガスの噴出量が減少しにくい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成では、
空気供給管がノズルに一体に固定されているため、消耗
品であるノズルを交換するときに空気供給管も破棄する
ことになる。本発明の他の目的は、他の部品を無駄にす
ることなく、消耗品の交換を行うことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に記載のガスシー
ルドアーク溶接機用トーチは、連続して供給されたワイ
ヤ状溶加材によりシールドガス雰囲気中でアーク溶接を
行うトーチであり、溶加材支持部と円筒状ノズル部とシ
ールドガス供給部と気体供給部とを備えている。溶加材
支持部は、一方向に延びて溶加材を支持する。円筒状ノ
ズル部は、溶加材支持部の周囲に間隔を隔てて配置され
ている。シールドガス供給部は、溶加材支持部と円筒状
ノズル部との間にシールドガスを供給する。気体供給部
は、円筒状ノズル部の外周に着脱自在に固定され、溶加
材支持部と前記ノズル部との間にスパッタ除去用気体を
供給する。

【０００５】気体供給部は、円筒状ノズル部の基端側か
ら溶加材支持部とノズル部との間にスパッタ除去用気体
を供給する第１気体供給口を前記円筒状ノズル部の外周
に有している。気体供給部は第２気体供給口を前記円筒
状ノズル部の外周に有しており、第２気体供給口は、円
筒状ノズル部の先端側に固定されて溶加材支持部先端に
向いており、溶加材支持部とノズル部との間にスパッタ
除去用気体を供給する。

【０００６】

【０００７】

【作用】本発明に係るガスシールドアーク溶接機用トー
チでは、溶接の際には、溶加材支持部に支持された溶加
材が連続して供給され、それとともに、シールドガス供
給部により溶加材支持部とノズル部との間にシールドガ
スが供給される。こきとき、溶接部分におけるアーク及
び溶融金属がシールドガスに包まれて溶接される。溶接
中には、溶融金属がスパッタとなって飛散し、トーチの
各部材に付着する。溶接終了後に、気体供給部により溶
加材支持部とノズル部との間にスパッタ除去用気体が供
給される。この結果、各部材に付着したスパッタが除去
される。

【０００８】

【０００９】気体供給部の第１気体供給口から流れるス
パッタ除去用気体は、円筒状ノズル部と溶加材支持部と
の間の基端側から先端側に流れて、スパッタを送り出
す。その結果、スパッタは十分に除去される。気体供給
部の第２気体供給口から溶加材支持部先端に直接スパッ
タ除去用気体が噴射されるため、溶加材支持部先端に付
着したスパッタが十分に除去される。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【実施例】第１実施例 図１において、本発明の一実施例が採用されたイナート
ガスシールドアーク溶接機１は、溶接電源２とガス供給
装置３とワイヤ供給装置４とトーチ５とから主に構成さ
れている。

【００１３】溶接電源２は、３相２００ボルトの交流電
源から直流の溶接電流を生成するためのものである。溶
接電源２は制御部１４（後述）を備えている。また、溶
接電源２にはアース電極１６が接続されている。ガス供
給装置３は、高圧のアルゴンガスが充填されたアルゴン
ガスボンベ６と、高圧の炭酸ガスが充填された炭酸ガス
ボンベ７と、アルゴンガスと炭酸ガスとを混合してシー
ルドガスを形成する混合室８とを備えている。アルゴン
ガスボンベ６と混合室８との間にはアルゴンガス流量調
整器９が配置されている。また、炭酸ガスボンベ７と混
合室８との間には炭酸ガス流量調整器１０が配置されて
いる。混合室８には、配管及びゴムホースを介して混合
防止回路３５が接続されている。混合防止回路３５に
は、たとえば、１ＭＰａの圧縮空気を発生する高圧コン
プレッサーからなる図示しない空気源も接続されてい
る。混合防止回路３５は、空気源から供給された空気と
ガス供給装置３から供給されたシールドガスを制御する
とともに、空気とシールドガスの混合を防止するために
設けられている。混合防止回路３５は、ゴムホース１７
を介してトーチ５に接続されている。

【００１４】ワイヤ供給装置４は、溶接ワイヤ２６を巻
き付けたワイヤリール１１を取り付けるためのワイヤリ
ール取付部１２と、ワイヤリール１１に巻き付けられた
溶接ワイヤ２６をトーチ５内に供給するためのフィード
ローラ１３とを備えている。フィードローラ１３は、溶
接ワイヤ２６を溶接スピードに対して一定のスピードで
トーチ５に供給する。

【００１５】トーチ５は、溶接ワイヤ２６を挿通するた
めのコイルライナー２０と、コイルライナー２０の先端
に取り付けられたトーチノズル２１とを備えている。コ
イルライナー２０の基端には、前述した混合防止回路３
５からのゴムホース１７が接続されている。トーチノズ
ル２１は、図２に示すように、円筒状の無酸素銅製のノ
ズル本体２２と、コイルライナー２０の先端にねじ留め
されてノズル本体２２の内部に同心に配置されたワイヤ
支持部２３と、ノズル本体２２の底側外周２か所に対向
配置されたアルミニウム製のエアブローアダプタ２４と
から主に構成されている。

【００１６】ノズル本体２２の先端側開口には、つば付
円筒状のカーボン製の被覆部２５がねじ止めされてい
る。この被覆部２５は、ノズル本体２２の先端から所定
部位奥側までの内周面を覆うように配置されている。被
覆部２５は、ねじ止めされているので、ノズル本体２２
に対して着脱可能である。ワイヤ支持部２３はノズル本
体２２の内周側に配置されており、ノズル本体２２との
間に環状通路３４を形成している。ワイヤ支持部２３
は、コイルライナー２０にねじ止めされたチップボディ
２３ａと、チップボディ２３ａの先端にねじ止めされた
コンタクトチップ２３ｂとから構成されている。コンタ
クトチップ２３ｂの先端は、ノズル本体２２の先端より
さらに伸びている。ワイヤ支持部２３には、その中心に
溶接ワイヤ２６を挿通するための、ワイヤ径と略同径で
トーチ長手方向に伸びるワイヤ孔２７が形成されてい
る。ワイヤ孔２７は、溶接ワイヤ２６を軸方向に移動自
在に支持している。このワイヤ支持部２３は溶接電源２
に電気的に接続されており、溶接電極としての機能を有
している。またワイヤ支持部２３のチップボディ２３ａ
には、ワイヤ孔２７より大径の孔２８が内部に形成され
ている。この孔２８は、コイルライナー２０内の孔２９
に連通している。孔２８の先端には、ワイヤ支持部２３
の外周面とノズル本体２２の内周面とで形成される空間
３４に連通する８つの連通孔３０が形成されている。

【００１７】ワイヤ支持部２３の基部側外周には絶縁樹
脂からなる絶縁ブッシュ４５がねじ止めされている。絶
縁ブッシュ４５の外周にはノズル本体２２の基部がねじ
止めされている。ノズル本体２２において絶縁ブッシュ
４５の肩部分の回りには、径方向に貫通して絶縁ブッシ
ュ４５に向く２本の空気導入口３１が形成されている。

【００１８】各エアブローアダプタ２４は、ボルト４６
によってノズル本体２２外周に固定されている。エアブ
ローアダプタ２４が２ヵ所に設けられていることで、エ
アブローアダプタ２４から供給される流量が増大してい
る。エアブローアダプタ２４の端部には空気供給口３２
が形成されており、内部には空気導入口３１と空気供給
口３２とを連通する空気導入孔３３が形成されている。
空気導入孔３３は、チップボディ２３ａの孔２８より径
が大きい。空気供給口３２は、ゴムホース（図示せず）
を介して混合防止回路３５に接続されている。ここで
は、エアブローアダプタ２４がノズル本体２２に着脱自
在であるため、消耗品であるノズル本体２２を交換する
ときにエアブローアダプタ２４を取り外すことができ
る。そのため、従来では無駄になっていた外部からの空
気供給部を無駄にしない。

【００１９】混合防止回路３５は、溶接時にシールドガ
スに空気が混入しないようにする回路である。混合防止
回路３５は、図３に示すように、ガス供給源３から供給
されたシールドガスを開閉するシールドガス開閉弁３
９，４０と、空気源からの高圧空気をそれぞれ開閉する
空気開閉弁４１，４２と、空気開閉弁４１，４２にそれ
ぞれ接続された混合防止弁４３，４４とを有している。
シールドガス開閉弁３９，４０は、たとえば直動式の２
ポート弁であり、空気開閉弁４１，４２は、たとえばパ
イロット式２ポートピストン駆動弁である。また混合防
止弁４３，４４は、たとえば３ポートポペットタイプ弁
である。シールドガス開閉弁３９と混合防止弁４４とは
ゴムホース１７を介してコイルライナー２０の空気接続
口（図示せず）に接続されている。またシールドガス開
閉弁４０と混合防止弁４３は、ゴムホースを介してエア
ブローアダプタ２４の空気供給口３２に接続されてい
る。

【００２０】制御部１４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等
からなるマイクロコンピュータを含んでいる。図４に示
すように、制御部１４には、リモコン１５、フィードロ
ーラ１３、シールドガス開閉弁３９，４０、空気開閉弁
４１，４２、混合防止弁４３，４４、および他の入出力
装置が接続されている。以上の構造により、作業者がリ
モコン１５を介して様々な動作設定を容易に変更でき
る。たとえば、１回当たりの溶接時間、溶接終了後にス
パッタ吹き飛ばし用空気を噴射するタイミングや時間、
プリフローガスの噴射タイミングや時間等を条件に応じ
て最適な値に設定できる。

【００２１】次に、上述の実施例の動作について説明す
る。この実施例では、一度の溶接が終了するごとにスパ
ッタの除去を行う。具体的には、１サイクルが、溶接
（シールドガス噴射）→スパッタ除去（高圧空気噴射）
→残留空気追い出し（シールドガス噴射）である。溶接
時には、空気開閉弁４１，４２を遮断状態にして、混合
防止弁４３，４４を排気状態にする。そして、シールド
ガス開閉弁４０を開放状態にしてエアブローアダプタ２
４の空気供給口３２にシールドガスを供給する。シール
ドガスは、空気導入口３１からノズル本体２２内に入
り、さらに環状通路３４を通って先端側に移動する。こ
の結果、ガス供給装置３から供給されたシールドガスが
トーチノズル２１の先端から噴出する。これにより、溶
接作業中に溶融材と空気とが遮断される。

【００２２】溶接時には、混合防止弁４３，４４は共に
排気状態である。空気開閉弁４１，４２から空気がリー
クしても、リークした空気はリーク防止弁４３，４４に
より排気される。この結果、溶接時に空気がトーチ５へ
供給されない。この溶接中には、スパッタが生じると、
その一部がノズル本体２２の先端に付着しようとする
が、ノズル本体２２の内周側先端には、カーボン製の被
覆部２５が配置されているので、発生したスパッタが付
着しずらくなる。

【００２３】溶接が終了すると、たとえばワークがトー
チ５から遠ざかるのを所定時間待った後に、空気開閉弁
４１を開放状態にするとともに混合防止弁４３を開放状
態にする。また、シールドガス開閉弁４０を遮断状態に
する。この結果、空気源からの高圧空気がエアブローア
ダプタ２４の空気供給口３２に供給される。空気供給口
３２に供給された空気は、ノズル本体２２の側面の空気
導入口３１からノズル本体２２の内周側の環状通路３４
に供給される。そして、環状通路３４に供給された空気
は被覆部２５に付着したスパッタを吹き飛ばす。また、
空気がトーチ５の各部分を冷却するため、次の溶接時に
生じるスパッタが各部品に付着しにくくなっている。各
部品の温度は１００°Ｃ程度またはそれ以下になってい
るのが好ましい。６０°Ｃであれば、スパッタの付着量
が大幅に減る。

【００２４】エアブローアダプタ２４は、ノズル本体２
２の外部から取り付けられているため、孔径を大きくし
流量が多くなっている。そのため、各部分に付着したス
パッタを短時間で確実に除去できる。また、空気の流量
が多いため、各部品の冷却が進み、スパッタがより付着
しにくくなっている。さらに、空気導入口３１が絶縁ブ
ッシュ４５の肩部分に向いているため、空気は絶縁ブッ
シュ４５の肩部分に直接噴射される。絶縁ブッシュ４５
はスパッタが付着しやすい部分であるので、この部分に
直接空気が当てられてスパッタを吹き飛ばすことは、絶
縁ブッシュ４５の耐久性向上およびスパッタの堆積防止
といった点で優れた効果を生じる。

【００２５】このトーチ５を用いると、カーボン製の被
覆部２５を先端に配置するとともに、高圧の空気を供給
するという簡単な構成でスパッタの付着を防止できる。
このため、トーチノズル５の重量を軽減でき、自動化し
た場合の自動化装置の容量を小さくできる。また、カー
ボン製の被覆部２５をねじ込みにより着脱自在にしてい
るので、スパッタ付着性能が劣化した際には、それを交
換することにより長期間のスパッタ除去効果を得ること
ができる。さらに、溶接時の空気のシールドガスへの混
合を防止しているので、空気の混入によるブローホール
の発生を防止できる。

【００２６】所定時間が経過してスパッタの吹き飛ばし
が終了すると、シールドガス開閉弁４０を開放状態にし
て、空気開閉弁４１を遮断状態にするとともに混合防止
弁４３を遮断状態にする。この結果、シールドガスが空
気供給口３２に供給される。このシールドガスは、空気
導入孔３３、環状通路３４内に残留している空気をトー
チ５の先端側に追い出して、環状通路３４内にシールド
ガス雰囲気を作る。これにより、次回の溶接時にトーチ
５の先端から残留空気が噴射されない。プリフロー用の
シールドガスがノズル本体２２の外部から取り付けられ
たエアブローアダプタ２４から供給されているため、流
量が多くなっている。そのため、残留空気を短時間で確
実に追い出せる。

【００２７】本実施例では、様々な構造によりスパッタ
を十分に除去できるため、従来のように溶接機を所定時
間ごとに停止させて人の手でスパッタの除去を行わなく
ても良い。その結果、溶接機の稼働率が向上する。溶接
機を２４時間停めることなく自動運転することも可能で
ある。第２実施例 図５に示すアーク溶接機用トーチ５の各エアブローアダ
プタ２４は、トーチ５の先端側に伸びる突出部４７を有
している。突出部４７は内部に空気供給口３２に通じる
通路４７ａを有している。突出部４７の先端はノズル本
体２２側に向いて斜めに形成されており、ノズル本体２
２の先端側に固定されている。ノズル本体２２には、突
出部４７の通路４７ａに対応する部分に内外を通じる孔
２２ａが形成されている。孔２２ａは斜めに伸びてワイ
ヤ支持部２３のコンタクトチップ２３ｂに向いている。

【００２８】以上の構造により、溶接後のスパッタ吹き
飛ばし時に空気供給口３２から供給される空気の一部は
通路４７ａおよび孔２２ａを通ってコンタクトチップ２
３ｂに直接吹き付ける。このため、コンタクトチップ２
３ｂに付着したスパッタは十分に除去される。また、空
気が直接コンタクトチップ２３ｂに吹き付けるため、コ
ンタクトチップ２３ｂの冷却が大幅に進む。従来ではコ
ンタクトチップが高温化することでてワイヤ孔２７の径
が広がるとワイヤ２６との摺動による磨耗が進行しやす
かった。ワイヤ孔２７の径が広がってしまうと、ワイヤ
支持部２３を交換しなければならなかった。しかし、本
実施例では、コンタクチップ２３ｂが十分に冷却される
ために、ワイヤ支持部２３の寿命が伸びている。 〔変形例〕 （ａ）前記両実施例ではコイルライナー２０の孔２９に
高圧空気を供給しなかったが、空気供給口３２に供給す
る時に同時に孔２９に供給してもよい。すると、孔２９
に供給された高圧空気は、連通孔３０を通ってさらに環
状空間３４をトーチ先端側に移動する。このように、孔
２９に供給された高圧空気は、環状空間３４内のスパッ
タをトーチ５の長手方向に送り出す役割をする。他方、
エアブローアダプタ２４の空気供給孔３２に供給された
高圧空気は、スパッタの付着量が多い部分に直接噴射さ
れてスパッタを各部分から引き離す。このように、スパ
ッタの引き離しと離れたスパッタの送り出しとの両方が
行われ、しかも環状空間３４の進行方向の流量が多くな
っているので、環状空間３４内のスパッタが効率良く除
去される。 （ｂ）前記実施例では、エアブローアダプタ２４はノズ
ル本体２２に着脱自在に固定されていたが、コイルライ
ナー２０に着脱自在に固定されていても良い。その場
合、エアブローアダプタ２４の取り外しおよび交換が容
易になる。 （ｃ）前記実施例では、一度溶接を行うごとにスパッタ
を除去していたが、溶接を複数回行ってからスパッタを
除去しても良い。その場合も、本発明を用いれば、スパ
ッタを十分に除去できる。 （ｄ）スパッタ除去用の気体として高圧の空気を用いた
が、窒素ガス等の他の気体を用いてもよい。 （ｅ）前記実施例において、被覆部２５の先端を丸く面
取り加工してもよい。これによりさらにスパッタ付着を
低減できる。

【００２９】

【発明の効果】第１の発明に係るガスシールドアーク溶
接機用トーチでは、気体供給部が円筒状ノズル部に着脱
自在に固定されているために、ノズル部を交換するとき
に気体供給部まで交換する必要がない。そのため、気体
供給部を無駄にすることがない。

【００３０】気体供給部が円筒状ノズル部の外周で径方
向に対向して設けられた２つの部材からなる場合は、シ
ールドガスおよびスパッタ除去用気体の流量を大きくで
きる。その結果、スパッタは短時間で確実に除去され
る。気体供給部が第１気体供給口を有する場合は、スパ
ッタ除去用気体は、円筒状ノズル部と溶加材支持部との
間の基端側から先端側に流れて、スパッタを送り出す。
その結果、スパッタは十分に除去される。

【００３１】気体供給部が第２気体供給口を有する場合
は、第２気体供給口から溶加材支持部先端に直接スパッ
タ除去用気体が噴射されるため、溶加材支持部先端に付
着したスパッタが十分に除去される。第２の発明に係る
ガスシールドアーク溶接機用トーチでは、溶接の際に
は、溶加材支持部に支持された溶加材が連続して供給さ
れ、それとともに、シールドガス供給部により溶加材支
持部とノズル部との間にシールドガスが供給される。こ
の結果、溶接部分におけるアーク及び溶融金属がシール
ドガスに包まれて溶接される。このとき、溶融金属がス
パッタとなって飛散し、トーチの各部材に付着する。溶
接終了後に、気体供給部により溶加材支持部とノズル部
との間にスパッタ除去用気体が供給される。この結果、
各部材に付着したスパッタが除去される。

【００３２】気体供給部が溶加材供給部に着脱自在に固
定されているために、気体供給部の取り外しおよび交換
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を採用したイナートガスシ
ールドアーク溶接機の側面図。

【図２】トーチの断面部分図。

【図３】混合ガス防止回路の回路図。

【図４】本発明の制御構成を示すブロック図。

【図５】第２実施例における図１に相当する図。

【符号の説明】

１ イナートガスシールドアーク溶接機 ３ ガス供給装置 ５ トーチ ２１ トーチノズル ２２ ノズル本体 ２３ ワイヤ支持部 ２４ エアブローアダプタ ４６ ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−127968（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−198447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−30238（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−304777（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−5770（ＪＰ，Ｕ) 登録実用新案3014530（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭46−39449（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/29 B23K 9/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続して供給されたワイヤ状溶加材により
   シールドガス雰囲気中でアーク溶接を行うガスシールド
   アーク溶接機用トーチであって、 一方向に延びて前記溶加材を支持するための溶加材支持
   部と、 前記溶加材支持部の周囲に間隔を隔てて配置された円筒
   状ノズル部と、 前記溶加材支持部と前記円筒状ノズル部との間にシール
   ドガスを供給するためのシールドガス供給部と、 前記円筒状ノズル部の外周に着脱自在に固定され、前記
   溶加材支持部と前記円筒状ノズル部との間にスパッタ除
   去用気体とを供給するための気体供給部とを備え、 前記気体供給部は第１気体供給口と第２気体供給口とを
   前記円筒状ノズル部の外周に有し、 前記第１気体供給口は、前記円筒状ノズル部の基端側か
   ら前記溶加材支持部と前記ノズル部との間にスパッタ除
   去用気体を供給し、 前記第２気体供給口は、前記円筒状ノズル部の先端側に
   固定されて前記溶加材支持部先端に向いており、前記溶
   加材支持部と前記ノズル部との間にスパッタ除去用気体
   を供給する、 ガスシールドアーク溶接機用トーチ。