JP3214675B2 - ウェルドヘッド及び溶接装置 - Google Patents

ウェルドヘッド及び溶接装置

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【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェルドヘッド及び溶
接装置に係わり、特に配管施工用の突き合わせ自動溶接
用のウェルドヘッド及び溶接装置に関する。本発明は、
高清浄度を必要とする処理装置並びに超高純度ガス供給
系の配管に好適に適用される。
【従来の技術】TIG溶接法を用いた突き合わせ自動溶
接はの利用範囲は広く、多種多様の配管施工等、種々の
溶接に利用されている。しかし、従来の突き合わせ自動
溶接においては、溶接工程中に大気と反応して酸化され
溶接部外面に酸化膜が生成して変色するという問題があ
った。この酸化膜は、見た目が悪いだけでなく、徐々に
剥離し例えばクリーンルーム等の高清浄雰囲気を汚染し
てしまうという問題がある。そこで、従来は溶接終了
後、酸化膜を機械的あるいは化学的に処理して除去して
いるが、そのための工数が必要であるばかりか、その際
発生する金属粉の飛散及び腐食性薬液蒸気によりクリー
ンルームが汚染されるいう問題がある。特に、半導体製
造分野においては、雰囲気の汚染は半導体特性に大きく
影響するため、酸化膜の生成を防止可能な溶接が強く望
まれている。
【発明が解決しようとする課題】かかる現状に鑑み、本
発明は清浄雰囲気の汚染源となる溶接部の酸化膜発生を
抑制し、清浄な溶接表面を形成することが可能なウェル
ドヘッド及び溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】本発明のウェルドヘッド
は、突き合わせ溶接用のウェルドヘッドであって、アー
ク放電を生起させるための電極と、シールドガスの導入
口及び排出口を有し、前記電極及び溶接部を大気と遮断
する外枠と、前記導入口にシールドガスを供給するため
のシールドガス供給配管とから構成されることを特徴と
する。また、前記シールドガス供給配管は内面が電解研
磨されたステンレス鋼であることが好ましく、さらに前
記排出口は、前記溶接部を中心として反対側に設けるこ
とが好ましい。また、本発明のウェルドヘッドは、前記
電極が環状部材に固定された配管部材用のウェルドヘッ
ドであって、前記配管部材は前記環状部材の中心に位置
するように前記外枠で挟持され、前記電極の先端は前記
環状部材の中心に向かうように配置され、前記環状部材
が前記配管部材の回りを回転しながら溶接することを特
徴とする。また、前記外枠は配管部材を挟持する位置で
2つに分割でき、各々の接合部に段差を設け、外部から
大気が混入する経路を長くしたことを特徴とする。さら
には前記環状部材の両端面を塞ぐように、配管部材が貫
通する貫通部を有し、且つガス導入通路を設けたスペー
サを配し、該導入通路を介し前記ガス供給配管からシー
ルドガスを溶接部に放出するのがより好ましい。該スペ
ーサは電解研磨したステンレス鋼であることが好まし
い。本発明の溶接装置は、上記ウェルドヘッドを用いた
ことを特徴とする。
【作用】本発明は、溶接焼けとシールドガスの流量、流
れ、圧力の関係について鋭意検討した結果、溶接部に導
入されるシールドガス純度とガスの流れが大きく影響す
ることを見い出し完成に至ったものである。即ち,溶接
部及び電極を外枠で囲い、該外枠にシールドガス導入口
と排出口を設けることにより、大気成分を枠外に効率的
に排除することが可能となり、被溶接部材表面の焼けを
防止することが可能となる。さらに、排出口の位置を、
溶接部を中心として導入口と反対側に設けることによ
り、溶接部近傍のシールドガスの流れはスムースとな
り、溶接部での大気成分の除去効果は一層向上し、焼け
をさらに防止することができる。前記シールドガス供給
配管系は、電解研磨されたステンレス鋼であることが好
ましく、さらには電解研磨後酸化不動体処理したステン
レス鋼がより好ましい。これにより、シールドガス供給
配管系からのアウトガスが減少し、溶接部に導入される
シールドガスの純度が上がって被溶接部材の焼けをさら
に低減することが可能となる。本発明において、外枠
は、大気の混入を防ぐものであり、配管等の被溶接部材
との隙間はできるだけ少なくする構造が望ましい。また
長尺の配管の場合、配管を設置し易くするために外枠は
分割できる構造とするのが好ましい。この場合、分割に
より接合部に隙間ができるため、各々の接合部に段差を
設けて噛み合わせる構造とし、大気が混入する経路を長
くすることが好ましい。また、外枠に密着してクランプ
等の配管把持機構を別個に設けても良く、この場合もク
ランプの接合部には段差を設け大気の混入を抑える構造
とするのが好ましい。さらに、本発明においては、環状
部材の両端面を塞ぐように、配管の貫通部を設けたスペ
ーサを配置し、該スペーサにガス導入通路を設け、該導
入通路を介し前記ガス供給配管から、シールドガスを溶
接部直近に放出することで、溶接部雰囲気を一層向上さ
せることができる。これにより、溶接部近傍の大気成分
はより完全に排除され、焼けを一層抑えることが可能と
なる。また、該スペーサは表面を電解研磨したステンレ
ス鋼を用いることが好ましく、さらには電解研磨後酸化
不動体処理したステンレス鋼がより好ましい。本発明の
環状部材は、被溶接部材との間で放電を発生させるため
の電極を固定するものであり、アウトガスの発生の少な
いものが好ましく、例えば銅、ステンレス鋼が用いら
れ、あるいは銅の母体にステンレス層を設け、さらに電
解研磨したものも用いることができる。また、電力を電
極に導入する部分を金属とすれば、他は絶縁物でも良い
し、不動体処理したステンレス鋼でも良い。本発明の電
極は、TIG溶接等で用いられるもので良く、例えばタ
ングステン等が用いられる。また、本発明の溶接装置
は、少なくとも上記本発明のウェルドヘッドと、放電電
力供給用の高周波発生装置とから構成される。高周波の
周波数としては、0.5〜100MHzが好適に用いら
れ、特に1MHz程度が好ましい。
【実施例】以下に本発明を実施例を挙げてより詳細に説
明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはな
い。 (実施例1)図1に示すウェルドヘッドを用い、1/4
インチ管の溶接を行った。図1において、101はタン
グステン電極、102は一端面にギアを設けた銅製の環
状部材である。環状部材は2つに分割できる構造であ
り、外枠104に挿入される。環状部材は外枠内部に設
けられたギア108により配管103、103’の回り
を回転しながら溶接を行う。環状部材には、外枠104
に設けられた電力供給側の電流導入端子107を介して
不図示の高周波発生装置から高周波電力が供給され、電
極101と配管との間で放電を生起する。105は導入
口であり、不図示の不活性ガス供給装置からシールドガ
スを溶接空間に供給する。また、106はシールドガス
の排出口である。まず配管103、103’及び外枠内
部(溶接空間)にシールドガスを導入した。溶接空間を
シールドガスで種々の時間パージした後、高周波発生装
置から電極に156mW(周波数1MHz)印加し、4
5deg/sec角速度で配管の溶接を行った。また従
来例として、排出口を設けず、隙間からガスを排出させ
る構造のウェルドヘッドを用いて、30分パージ後に同
様にして溶接を行った。以上の溶接サンプルの焼けの程
度を、色度で評価した。色度の測定には大塚電子製色度
計MCPD−1000を用いた。結果を図2に示す。図
2から明らかなように、排出口を設けた本実施例のウェ
ルドヘッドを用いることにより、短時間のパージで焼け
の発生を大きく抑制できることが分かる。 (実施例2)図1のウェルドヘッドの導入口を長方形と
し、長辺の長さを外枠の幅とした以外は、実施例1と同
様にして1/4インチ管の溶接を行い、実施例1と同様
な評価を行った。結果を図3に示す。図3から明らかな
ように、パージ30秒後で、ステンレス表面と同様の色
度となり、導入部を細長く設けることにより焼け防止効
果は一層向上することが分かった。 (実施例3)図4に示すように、内部にガス導入通路1
10を設けたステンレス製のスペーサーを取り付け、環
状部材内には該ガス導入通路にガスを送り込むための通
路を設け、実施例1と同じ形状の導入口を外枠の中央に
設け、実施例1と同様にして溶接を行った。実施例1と
同様に焼けの評価を行った結果、溶接部周辺の色度はパ
ージ30秒以内でステンレス配管の色度と同じになり、
本実施例のウェルドヘッドで焼けを防止できることが確
認された。
【発明の効果】本発明により、即ち、溶接部及び電極を
外枠で囲い、該外枠にシールドガス導入部と排出部を設
けることにより、大気成分を枠外に効率的に排除するこ
とが可能となり、被溶接部材表面の焼けを防止すること
が可能となり、焼け部除去等の後処理が不要な溶接施工
を行うことが可能となる。その結果、大幅な工数削減が
達成されると共に、雰囲気の汚染を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のウェルドヘッドのを示す断面概念図
である。
【図2】実施例1のウェルドヘッドを用いた時のパージ
時間と溶接部周辺の色度の関係を示すグラフである。
【図3】実施例2のウェルドヘッドを用いた時のパージ
時間と溶接部周辺の色度の関係を示すグラフである。
【図4】実施例3のウェルドヘッドを示す断面概念図で
ある。
【符号の説明】
101 電極、 102 環状部材、 103、103’ 配管(被溶接部材)、 104 外枠、 105 導入口、 106 排出口、 107 電流導入端子、 108 ギア、 109 スペーサ、 110 ガス導入通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B23K 101:06 B23K 101:06 (56)参考文献 特開 昭56−45273(JP,A) 特開 平2−70380(JP,A) 特開 平2−255295(JP,A) 特開 昭56−139290(JP,A) 特開 平3−180273(JP,A) 特開 平1−262076(JP,A) 特公 昭63−59798(JP,B2) 実公 平6−18707(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/16 B23K 9/00 B23K 9/028 B23K 9/167 B23K 101:06

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アーク放電を生起させるための電極と、
    前記電極及び被溶接部材の溶接部を大気から遮断する外
    枠とを有し、 該外枠の外部から該外枠の内部にシールドガスを導入す
    るための導入口と、該外枠の内部から該外枠の外部にシ
    ールドガスを排出するための排出口が該外枠に形成さ
    れ、 該導入口に、シールドガスを供給するためのシールドガ
    ス供給配管が接続され、 該排出口は、該溶接部をはさんで該導入口と反対側に設
    けられていることを特徴とするウェルドヘッド。
  2. 【請求項2】 アーク放電を生起させるための電極と、
    前記電極及び被溶接部材の溶接部を大気から遮断する外
    枠とを有し、 該外枠の外部から該外枠の内部にシールドガスを導入す
    るための導入口と、該外枠の内部から該外枠の外部にシ
    ールドガスを排出するための排出口が該外枠に形成さ
    れ、 該導入口にシールドガスを供給するためのシールドガス
    供給配管が接続され、前記電極が環状部材に固定され、 前記配管部材は前記環状部材の中心に位置するように前
    記外枠で挟持され、前記電極の先端は前記環状部材の中
    心に向かうように配置され、前記環状部材が前記配管部
    材の回りを回転しながら溶接するウェルドヘッドであっ
    て、 前記外枠は前記配管部材の中心線を含む面で2つに分割
    でき、各々の接合部に段差を設けることにより、外部か
    ら大気が混入する経路を長くし、該排出口は、該溶接部をはさんで該導入口と反対側に設
    けられている ことを特徴とするウェルドヘッド。
  3. 【請求項3】 アーク放電を生起させるための電極と、
    前記電極及び被溶接部材の溶接部を大気から遮断する外
    枠とを有し、 該外枠の外部から該外枠の内部にシールドガスを導入す
    るための導入口と、該外枠の内部から該外枠の外部にシ
    ールドガスを排出するための排出口が該外枠に形成さ
    れ、 該導入口にシールドガスを供給するためのシールドガス
    供給配管が接続され、前記電極が環状部材に固定され、 前記配管部材は前記環状部材の中心に位置するように前
    記外枠で挟持され、前記電極の先端は前記環状部材の中
    心に向かうように配置され、前記環状部材が前記配管部
    材の回りを回転しながら溶接するウェルドヘッドであっ
    て、 前記環状部材の両端面に、配管部材が貫通する貫通部を
    有し、且つ内部にガス導入通路を設けたスペーサを配
    し、該導入通路を介して前記ガス供給配管からシールド
    ガスを溶接部に放出することを特徴とするウェルドヘッ
    ド。
  4. 【請求項4】 該排出口は、該溶接部をはさんで該導入
    口と反対側に設けられていることを特徴とする請求項3
    記載のウェルドヘッド。
  5. 【請求項5】 前記スペーサは電解研磨したステンレス
    鋼であることを特徴とする請求項4に記載のウェルドヘ
    ッド。
  6. 【請求項6】 前記導入口は、前記配管と垂直方向に長
    辺を有し、該長辺の長さは前記外枠の幅である長方形ま
    たは長円形の開口を有することを特徴とする請求項1な
    いし5のいずれか1項に記載のウェルドヘッド。
  7. 【請求項7】 前記シールドガス供給配管は、内面が電
    解研磨されたステンレス鋼であることを特徴とする請求
    項1ないし6のいずれか1項に記載のウェルドヘッド。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載のウ
    ェルドヘッドを用いた溶接装置。
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US6462298B1 (en) 1997-03-20 2002-10-08 Fujikin Inc. Long life welding electrode and its fixing structure, welding head and welding method
US8420974B2 (en) 1997-03-20 2013-04-16 Tadahiro Ohmi Long life welding electrode and its fixing structure, welding head, and welding method
JP4125406B2 (ja) 1997-08-08 2008-07-30 忠弘 大見 フッ化不働態処理が施された溶接部材の溶接方法および再フッ化不働態処理方法ならびに溶接部品
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