JP3304855B2

JP3304855B2 - 高能率ｔｉｇ溶接方法およびｔｉｇ溶接装置

Info

Publication number: JP3304855B2
Application number: JP30774897A
Authority: JP
Inventors: 孝行久芳; 洋次稲葉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH11138264A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高能率なＴＩＧ溶
接方法とＴＩＧ溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス溶接管などの製造には、溶接
欠陥の発生が少なく、信頼性が最も高いことからプラズ
マ溶接法やＴＩＧ溶接法が広く用いられている。これら
溶接法の選択は、被溶接材料の肉厚により決定され、通
常、１．５〜２．０ｍｍ以上の厚肉材にはプラズマ溶接
法、それよりも薄い薄肉材にはＴＩＧ溶接法が主として
用いられている。

【０００３】また、製管溶接は、片面溶接で行われ、高
い生産性を確保するためにフィラーワイヤなどの添加材
料を用いないのが一般的である。

【０００４】ここで、厚肉材にはプラズマ溶接法、薄肉
材にはＴＩＧ溶接法が主として用いられるのは、次の理
由による。

【０００５】プラズマ溶接法は、プラズマアークの熱集
中性を利用した溶接法で、被溶接材料の肉厚方向に比較
的高いエネルギー密度のプラズマ気流が貫通して裏波を
形成するキーホール溶接法である。

【０００６】このプラズマ溶接法のビードは、キーホー
ルの後方部で相対向した溶融金属がブリッジして溶融池
を作ることで形成される。従って、そのキーホール径
は、溶融金属のブリッジが可能な大きさでなければなら
ず、溶接速度、溶接電流、ノズル径、動作ガス流量およ
び突き合わせ形状などを適正に設定することで確保され
る。

【０００７】しかし、薄肉材の場合、その適正範囲が極
端に狭く、調整設定が極めて煩わしいのみならず、上記
の諸条件が適正範囲から少しでも外れると、溶け落ちや
アンダーカットなどの溶接欠陥が発生する。このため、
プラズマ溶接法は、薄肉材の溶接には用いられず、主と
して厚肉材の溶接に用いられるのである。

【０００８】一方、ＴＩＧ溶接法は、アークを利用した
熱伝導型の溶接法で、被溶接材料の肉厚方向にアーク気
流が貫通しない非キーホール溶接法であり、プラズズマ
溶接法のプラズマアークに比べて溶融池に作用するアー
ク力が弱いので、表ビードにアンダーカットや不連続ビ
ードなどの溶接欠陥が発生しにくい。

【０００９】ところが、このＴＩＧ溶接による片面溶接
によって正常な裏波を有する裏ビードを形成させるに
は、被溶接材料を十分に堀り込む必要があり、厚肉材の
場合、溶接電流を高めて強いアーク力で被溶接材料を堀
り込む必要が生じる。

【００１０】しかし、アーク力が強すぎると、溶融池に
作用するプラズマ気流の動圧が大きくなり、表ビードに
アンダーカットや不連続ビードなどの溶接欠陥が発生す
るようになる。

【００１１】また、薄肉の溶接管などの製品は、製品内
面（裏面）の仕上がり品質に制約がる。このため、ＴＩ
Ｇ溶接法は、厚肉材の溶接にはほとんど用いられず、主
として薄肉材の片面溶接に用いられる。

【００１２】さらに、上記のＴＩＧ溶接法による片面溶
接、なかでも溶接管の製管溶接を前提とした薄肉材の高
速片面溶接においては、溶接速度を速くしすぎると、ア
ークの前方にガウジング面が露出しはじめ、正常なビー
ドが形成されなくなり、溶接速度をさらに速くすると表
ビードにアンダーカットや不連続ビードが発生するよう
になる。

【００１３】また、上記の場合、裏面への熱伝導容量が
不足し、裏ビードに正常な裏波が形成しにくくなる。し
かし、その限界溶接速度は、さらなる生産性の向上を図
る観点から見た場合、不十分である。

【００１４】上記したようなＴＩＧ溶接の問題点は、例
えば、次に述べるような方法によって一応解決すること
ができる。すなわち、第１の方法は、タングステン電極
（以下、単に電極という）、換言すればアークを囲むシ
ールドガス（２重シールド方式の場合は１次シールドガ
ス）に、熱伝導性が大きく、アークの集中性を高める作
用を有する純ＨｅガスまたはＨｅガスと２〜１５容積％
のＨ₂ ガスとの混合ガスを用いる方法である（特開昭５
１−１２８６５１号公報および特開平７−２２７６７３
号公報参照）。

【００１５】また、第２の方法は、コンタクトチップを
内部水冷型にする一方、このコンタクトチップの軸心部
に電極の送り出し機構を設け、電極先端の溶損消耗時に
電極の繰り出し補充を行う方法である（特開平１−２４
９２７２号公報参照）。

【００１６】しかし、前者の方法は、電極先端の溶損消
耗が著しく、通常、アークの集中性を高める目的で鋭角
な頂角の円錐状に成形された電極先端の尖鋭部を研削補
修するための電極取り替えを頻繁に行う必要がある。ま
た、純Ｈｅガスは、Ａｒガスに比べて遥かに高価であ
る。このため、長時間の連続溶接が必要な製管溶接には
適用できないのに加え、コスト高につくという欠点を有
している。

【００１７】また、後者の方法は、上記製管溶接に適用
可能であるが、コンタクトチップを内部水冷型にするの
みでは電極の先端露出部が高温化するのを十分に防ぐこ
とができない。このため、アークの這い上がり現象が生
じてアークの拡がり角度が大きくなり、表ビードにアン
ダカットや不連続ビードが発生するという欠点を有して
いる。

【００１８】上記の現象は、アークの集中性を高めるた
めに電極の直径を小さくすればするほど、また正常な裏
波を形成させるために溶接電流を高くすればするほど顕
著になり、電極の先端露出部がより容易に溶損消耗す
る。さらに、内部水冷型のコンタクトチップ先端部から
もアークが発生するようになり、コンタクトチップ自体
が溶損消耗するほか、アークが不安定になって溶接不可
能になる。また更に、電極の先端露出部が容易に溶損消
耗するために電極補充を頻繁に行なう必要が生じる。

【００１９】しかし、その電極送り出し機構は、コンタ
クトチップの基端部に軸長方向への移動が不能な状態で
回動自在に外嵌装着されたナット部材であるハンドル
と、このハンドルに基端の雄ねじ部が螺合装着された先
細テーパのスライダー筒体と、このスライダー筒体内に
密接に挿入され、スライダー基端の雄ねじ部に螺合装着
された袋ナット部材であるキャップによって押圧されて
先端のチャク部が前記先細テーパに圧接された電極を固
定把持するコレットチャック筒体とで構成されたねじ式
である。しかも、スライダー筒体の移動可能なストロー
ク長（スライダー筒体先端とコンタクトチップの内孔先
端段差部との間隔）が、極めて短かいものでしかない
（同公報第３頁の第１図（Ａ）参照）。

【００２０】このため、ハンドルの回転操作のみにより
補充できる電極の送り出し長さが極めて短く、連続溶接
できる時間が十分でない。また、電極の全長を有効に利
用するには、電極をスライダー筒体の先端から順次繰り
出す必要があり、それには電極の繰り出しが必要になる
度毎にキャップを緩めてスライダー筒体内に密接に挿入
されたコレットチャック筒体を人手により引き上げて先
端のチャク部をスライダー筒体の先細テーパ部から離間
させる操作が必要で、この操作の間、溶接の中断を余儀
なくされる。従って、長時間の連続溶接が必要な溶接管
の製管溶接には適用し難いという欠点をも有している。

【００２１】なお、スライダー筒体の移動ストローク長
を大きくすれば連続溶接できる時間は長くなるが、それ
には装置全体を長大にしなければならず、装置が大型化
して設備費が嵩み、コスト高につく。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたもので、第１の課題は、表
ビードにアンダカットや不連続ビードを発生させること
なくより高速で片面溶接することができる高能率なＴＩ
Ｇ溶接方法とＴＩＧ溶接装置を提供することにある。ま
た、第２の課題は、簡単な操作で電極をその全長にわた
って間欠的に連続して送り出すことができ、長時間の連
続溶接が可能な高能率なＴＩＧ溶接装置を提供すること
にある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）の高能率ＴＩＧ溶接方法、並びに下記（２）およ
び（３）のＴＩＧ溶接装置にある。

【００２４】（１）タングステン電極を囲む１次シール
ドガスと、この１次シールドガスを囲む２次シールドガ
スを用いる２重シールドＴＩＧ溶接方法であって、前記
のタングステン電極を先端部が鋭角な頂角の円錐台形状
に成形されたコンタクトチップに保持させる一方、１次
シールドガスをコンタクトチップの先端部周面に沿って
先端方向に向かう旋回気流にして供給する高能率ＴＩＧ
溶接方法。

【００２５】（２）タングステン電極を保持するコンタ
クトチップと、このコンタクトチップの軸心周りに同心
円状に配置されたシールドガスノズルを備えるＴＩＧ溶
接装置であって、前記コンタクトチップの軸心部に、少
なくとも１本のタングステン電極を収納保持し、保持し
たタングステン電極を一定長づつ繰り出し自在なプッシ
ュ式の電極間欠送り出し機構が設けられているＴＩＧ溶
接装置。

【００２６】（３）タングステン電極を保持するコンタ
クトチップと、このコンタクトチップの軸心周りに同心
円状に配置された第１シールドガスノズルおよび第２シ
ールドガスノズルを備える２重シールドＴＩＧ溶接装置
であって、前記のコンタクトチップはその先端部が鋭角
な頂角の円錐台形状に成形されており、第１シールドガ
スノズルはその先端部の形状がコンタクトチップ先端部
の外径よりも若干大きな内径のほぼ同じ円錐台形状に形
成されており、その基端部には外面基端側から内面先端
側に向かって内面接線方向に穿設された複数のガス流通
孔を有する旋回気流発生具が内装されているＴＩＧ溶接
装置。

【００２７】上記（１）に記載の本発明のＴＩＧ溶接方
法においては、電極の先端部が溶損消耗する都度、電極
を一定の長さだけ送り出す操作を繰り返すのが好まし
い。また、上記（３）に記載の本発明のＴＩＧ装置は、
コンタクトチップが、その軸心部に少なくとも１本のタ
ングステン電極を収納保持し、保持したタングステン電
極を一定長づつ繰り出し自在なプッシュ式の電極間欠送
り出し機構を有するものであることが好ましい。

【００２８】上記の本発明は、以下に述べる知見に基づ
いてなされた。

【００２９】ＴＩＧ溶接法による片面溶接における表ビ
ードのアンダカットや不連続ビードの発生有無は、主と
して電極の先端部から被溶接材料の表面に向かって発生
し、溶融金属を押し下げる作用を有するプラズマ気流の
動圧に大きく支配される。

【００３０】上記プラズマ気流の動圧は、溶接電流とア
ーク長（電極先端と被溶接材料表面との離間距離）が同
じ場合、電極の先端部から被溶接材料の表面近傍に向け
て拡がるアークの拡がり角度によってその大きさが決ま
り、アークの拡がり角度が大きくなればなるほど大きく
なる。そして、プラズマ気流の動圧が溶融金属の表面張
力を上回るとアンダカットが発生し、さらに大きくなる
と溶融金属の流が乱れて不連続ビードが発生するように
なる。この傾向は、溶接速度を速くすればするほど、ま
た溶接電流を高くすればするほど顕著になることは周知
の通りである。

【００３１】ところが、通常のＴＩＧ溶接においては、
２．４〜３．２ｍｍ外径の電極が用いられており、前述
したように、その先端はアークの集中性を高めるために
頂角が鋭角な円錐状の尖鋭部に成形されている。また、
シールドガスは、主として溶融金属の酸化防止のために
供給されており、そのシールドガスノズル先端部の口径
は、基端部の口径よりも若干小さくされているにすぎな
い。

【００３２】このため、アークを発生させると電極の先
端尖鋭部とその近傍の胴部が加熱されてアークの這い上
がり現象が生じ、電極先端部の広い範囲からアークが発
生し、被溶接材料の表面近傍では極めて大きく拡がった
アークになる。この現象は、能率向上を図るために溶接
速度を速くし、溶接電流を高くするとより一層顕著にな
り、このアークの拡がり角度の極端な拡大がアーク柱の
電流密度低下とプラズマ気流の増大を招き、溶接速度の
さらなる高速化を妨げる最大の原因になっていることを
確認した。

【００３３】すなわち、プラズマ気流は、電極直下と被
溶接材料表面近傍のアーク柱の圧力（電流密度と電流の
積値）差によって発生し、その差が大きくなればなるほ
ど高速になる。その結果、溶融金属に作用するプラズマ
気流の動圧が高くなり、アンダカットや不連続ビードが
発生するためにさらなる高速化溶接が妨げらることを確
認した。

【００３４】そこで、本発明者らは、アークの拡がり角
度が極端に拡大するのを防ぐ方法について種々検討し
た。その結果、できるだけ細径、具体的には外径が１ｍ
ｍ程度の電極を用い、この電極を先端部が鋭角な頂角の
円錐台形状に成形されたコンタクトチップに保持させる
一方、このコンタクトチップの軸心周りに第１シールド
ガスノズルと第２シールドガスノズルを同心状に配置
し、第１シールドガスノズルからコンタクトチップの先
端部周面に沿って先端方向に向かう旋回気流の第１シー
ルドガスを供給するのが有効であることを知見した。

【００３５】すなわち、上記のようにして第１シールド
ガスを供給すると、アークが乱れることなく絞られてア
ークの拡がり角度の拡大が抑制されるのみならず、アー
クとコンタクトチップ先端部が効果的に冷却されてアー
クの這い上がりが阻止され、溶融金属に作用するプラズ
マ気流の動圧上昇が抑制され、アンダーカットや不連続
ビードが発生しなくなることを知見した。

【００３６】本発明で解決しようとする前述した第１の
課題は、上記の手段で達成される。しかし、アークの集
中性をより高める目的で外径が１ｍｍ程度というような
細径の電極を用いる場合には、電極先端の溶損消耗が避
けられない。従って、電極先端の溶損消耗時に電極を送
り出す必要があるが、製管溶接のような長時間の連続溶
接を行うためには、溶接を中断することなく電極を一定
の長だけ迅速確実に順次送り出すことが要求される。

【００３７】そこで、本発明者らは、上記の要求に答得
る電極送り出し機構について種々検討した。その結果、
シャープペンシルの芯送りに用いられているのと同じプ
ッシュ式の間欠送り出し機構を採用することで、本発明
で解決しようとする前述した第２の課題が達成されるこ
とを知見した。なお、このプッシュ式の電極間欠送り出
し機構は、従来の一般的なＴＩＧ溶接装置に対しても適
用した場合にも同様の効果が得られることも確認した。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の高能率ＴＩＧ溶接方法とＴＩＧ溶接装置について詳細
に説明する。

【００３９】図１は、本発明になる高能率ＴＩＧ溶接方
法の実施に用いられるＴＩＧ溶接装置の要部を示す一部
破断の模式的縦断面図である。

【００４０】図に示すように、本発明になるＴＩＧ溶接
装置においては、タングステン製の電極１を保持通電す
るコンタクトチップ２は、その先端部が鋭角な頂角θの
円錐台形状に成形されている。また、このコンタクトチ
ップ２の軸心周りには、第１シールドガスノズル３と第
２シールドガスノズル５とが同心円状に配置されてい
る。

【００４１】上記の第１シールドガスノズル３は、その
先端部が前記の頂角θと同じ頂角であり、内径がコンタ
クトチップ２の先端部の外径よりも若干大きくされた円
錐台形状に成形さており、コンタクトチップ２の先端部
のほぼ全長を微小間隙Ｇを持って覆うように配置されて
いる。また、その基端部には、図２に示すように、環状
体の外面基端側から内面先端側に向かって内面接線方向
に穿設され、円周方向に均等配設された複数個（図示例
は８個）のガス流通孔４ａを有する旋回気流発生具４が
内装されている。

【００４２】ここで、コンタクトチップ２の先端部の頂
角θは、４０〜５０°程度、より好ましくは約４５°に
するのが望ましい。このコンタクトチップ２の先端部
は、後述する図４に示すように、本体部に対して着脱自
在な螺合接続構造となし、異なる外径の電極１を保持す
るものに取り替え可能なようにするのが好ましい。

【００４３】また、コンタクトチップ２の先端部と第１
シールドガスノズル３の間隙Ｇは、０．５〜２ｍｍ程度
にするのが好ましい。

【００４４】さらに、旋回気流発生具４のガス流通孔４
ａは、口径が０．２〜０．８ｍｍ程度で、環状体の外面
基端部側から内面先端部側に向けて５〜３０°程度、よ
り好ましくは１０〜２０°程度の角度をもって穿設する
のが望ましい。なお、ガス流通孔４ａの個数は、図示例
の８個に限らず、少なくとも４個以上穿設すれば十分で
ある。

【００４５】一方、上記の第２シールドガスノズル５
は、溶融金属が酸化しないように外部からの空気巻き込
みを防止するためのシールドガス流形成用で、先端部の
口径を本体部の口径よりも若干小さく絞った形状に成形
されており、第１シールドガスノズル３の基端部分を覆
うように配置されている。

【００４６】上記のように、コンタクトチップ２の先端
部を鋭角な頂角θの円錐台形状となし、その外周を頂角
が同じである基端部に旋回気流発生具４が内装された第
１シールドガスノズル３を微小間隙Ｇをもって配置する
場合は、図１に示すように、第１シールドガスノズル３
に供給された１次シールドガスＧ１がコンタクトチップ
２の先端部に沿う高速の旋回気流６となってコンタクト
チップ２の先端に達するようになる。

【００４７】そして、コンタクトチップ２の先端に達し
た上記の高速旋回気流６は、コンタクトチップ２の最先
端部分とその先端面から突き出された電極１の露出部並
びに電極１の先端と被溶接材料７との間に発生したアー
ク８を効果的に冷却し、電極１の基端側へのアーク８の
這い上がりを阻止抑制する一方、アーク８を乱すことな
く絞り、その相乗効果によってアークの拡がり角度を大
幅に小さくする。

【００４８】その結果、溶融金属に作用するプラズマ気
流の動圧が大きく低下する一方、アーク柱の電流密度が
向上し、アンダーカットや不連続ビードなどの溶接欠陥
の発生が抑制防止されるようになり、より高速での溶接
が可能になる。

【００４９】この時、第１シールドガスノズル３に供給
する１次シールドガスＧ１および第２シールドガスノズ
ル５に供給する２次シールドガスＧ２としては、いずれ
も純Ａｒガスで十分である。しかし、１次シールドガス
Ｇ１としては、ＡｒガスにＨｅガスやＨ₂ ガスを容積％
で２〜１５％混合した混合ガスを用いてもよく、この場
合、ＨｅガスやＨ₂ ガスがアークの集中性を高める作用
を有するので、アークの拡がり角度がより小さくなり、
より一層の高速溶接が可能になる。

【００５０】１次シールドガスＧ１と２次シールドガス
Ｇ２の流量は、特に制限しないが、１次シールドガスＧ
１については５〜１５リットル／ｍｉｎ程度、２次シー
ルドガスＧ２については１０〜２０リットル／ｍｉｎ程
度供給すれば十分である。

【００５１】電極１は、アーク８の集中性を高める観点
からのみ見た場合、従来同様に、先端が鋭角な頂角の円
錐状の尖鋭部に成形された外径が２．４〜３．２ｍｍ程
度のものを用いるのが好ましい。ところが、その尖鋭部
は溶接中に溶損消耗して大きく変化するのでアークの拡
がり角度が大きく変化し、アーク柱の電流密度や溶融金
属の流れを変動するので溶け込み深さが減少して表ビー
ド幅の肥大化や裏ビード不良などが発生すようになる。
このため、先端が尖鋭部に成形された電極を用いる場合
は、その尖鋭部形状をほぼ一定に維持することが必要
で、それには溶接を頻繁に中断して電極の先端部を所定
の形状に研削補修する必要が生じ、連続溶接できる時間
が短くなる。

【００５２】従って、連続溶接できる時間をできるだけ
長くする必要があるが、それには前述したようにできる
だけ細径の電極１を用いるのが好ましく、例えば外径が
従来の１／２〜１／３である１ｍｍ程度であり、先端面
が軸心に対して直角なフラット面や半球面状のいわゆる
鈍頭形状の電極１を用いるのが望ましい。すなわち、先
端が鈍頭形状の外径１ｍｍ程度の電極１の場合は、使用
始めと溶損消耗時の先端部形状がほぼ同じで、さらに溶
接中の電極先端の溶損消耗形状がほぼ一定なために研削
補修が不要になり、連続溶接できる時間を長くできるの
である。

【００５３】なお、先端が鈍頭形状の電極１を用いる
と、アークの拡がり角度が大きくなるが、本発明におい
ては第１シールドガスノズル３から供給される１次シー
ルドガスＧ１の高速旋回気流６によってアーク８が絞ら
れるので、アークの拡がり角度が大きくなることはな
い。

【００５４】また、電極１は、必ずしも断面円形である
必要はなく、図３に示すように、断面矩形状であっても
よい。すなわち、肉厚が０．３ｍｍ以下というような極
薄肉の被溶接材料材を溶接する場合は、強いアーク力に
よって深い溶け込みを得る必要がない。従って、断面矩
形状の電極の長辺を溶接進行方向にして溶接すると、溶
接進行方向にアークが分散してアーク力が弱まるので、
アンダカットや不連続ビードの発生を見ることなく高速
溶接することが可能になる。

【００５５】このように、先端が鈍頭形状である細径の
電極１を上記のコンタクトチップ２に保持させ、その軸
心周りに微小間隙Ｇをもって配置した第１シールドガス
ノズル３から１次シールドガスＧ１を供給しながら溶接
する場合には、１次シールドガスＧ１の高速旋回気流６
によってアーク８が絞られるので、アンダカットや不連
続ビードの発生を見ることなく、高速溶接することがで
きる。

【００５６】しかし、電極１の細径化は、前述したよう
に、その先端部の研削補修は不要であるが、そこを流れ
る電流密度の増大を招き、電極先端の溶損消耗が著しく
なる。その結果、アーク長（電極１先端と被溶接材料７
表面との離間距離）が比較的早期に変化するようにな
り、正常な溶接ができなくなる。このため、製管溶接の
ようなより長時間の連続溶接に適用するには、電極先端
の溶損消耗時に電極１を一定の長さだけ簡単な操作で迅
速かつ確実に送り出す必要がある。

【００５７】図４は、そのための電極送り出し機構を示
す一部破断縦断面図であり、その基本的な構造はシャー
プペンシルの芯送りに用いられているのとほぼ同じプッ
シュ式の間欠送り出し機構である。

【００５８】図４に示すように、コンタクトチップ２
は、その先端部２ａの一部がねじ２ｂにより結合可能な
ように２分割されている。また、その軸心部には、基端
から２分割された先端部２ａの中間部にわたって内奥部
分の内径が途中で一度大きくなってから元の内径にな
り、最内奥の内径が若干小さくされた大径孔２ｃが形成
されている。さらに、先端部２ａの先端側軸心部分に
は、電極１の通過を許容するものの、自重による落下を
阻止可能な通電孔２ｄが形成されている。

【００５９】そして、上記の大径孔２ｃ内には、内奥の
内径が最も大きい部分に内装され、ねじ２ｂによる結合
時に移動不能に固定される内鍔付きスリーブ１０ａと、
この内鍔付きスリーブ１０ａによってコンタクトチップ
２の基端方向への移動が規制されたテーパリング１０
と、このテーパリング１０に先端のチャック部９ａが係
合離脱自在であり、スリット孔９ｂの存在によって係合
時には閉じて電極１を把持固定し、離脱時には開いて電
極１の自由落下を許容するコレットチャック筒体９が内
装されている。

【００６０】上記のコレットチャック筒体９の基端部
は、内径が先細テーパ面９ｃで、外径が若干大径に成形
されており、少なくとも１本の電極１を収納することが
できる基端開放の電極収納筒体９ｄの先端部が移動不能
に外嵌固定されている。また、この電極収納筒体９ｄの
先端とコレットチャック筒体９の基端部外面とで形成さ
れる段差部と上記内鍔付きスリーブ１０ａの内鍔との間
には、拡張ばね１１が外嵌装着されており、常時はコレ
ットチャック筒体９のチャック部９ａをテーパリング１
０に緊密に係合させた状態でテーパリング１０の基端面
を内鍔付きスリーブ１０ａの先端面に弾圧当接させるよ
うになっている。

【００６１】さらに、上記の電極収納筒体９ｄの基端部
には、コンタクトチップ２の基端面に当接して拡張ばね
１１に抗する方向へのコレットチャック筒体９の移動量
を規制するストパー用の外鍔１２ａが形成されたキャッ
プ１２が着脱自在に外嵌装着されている。

【００６２】ここで、上記のコンタクトチップ２は、従
来と同様に、導電性に優れる銅製にするのが好ましい。
また、電極１の間欠送り出し機構を構成する各部材のう
ち、少なくともくキャップ１２は非導電製の物質、例え
ば合成樹脂製とするのが好ましい。

【００６３】上記のように構成されたプッシュ式の電極
間欠送り出し機構においては、外鍔１２ａがコンタクト
チップ２の基端面に当接するまでキャップ１２を人手に
より押圧すると、コレットチャック筒体９のチャック部
９ａが大径孔２ｃの最内奥の小径部分に移動する。この
時、テーパリング１０と緊密な係合状態にあって電極１
を把持固定したチャック部９ａは、テーパリング１０の
先端が上記最内奥の小径部分の基端側の段差部に当接す
るまで緊密な係合状態のまま移動し、その後テーパリン
グ１０から離脱して徐々に開き、最終的に電極１の把持
を解く。その結果、電極１は、通電孔２ｄによる電極１
の保持力に抗してテーパリング１０の移動ストロークＳ
だけ送り出されることになる。

【００６４】また、人手によるキャップ１２の押圧を解
くと、コレットチャック筒体９のチャック部９ａは、拡
張ばね１１の作用によって元の方向に移動し、その移動
途中においてテーパリング１０と係合して元の位置に復
帰し、最終的に緊密に係合して電極１を再び把持固定す
る。

【００６５】なお、上記の復帰時、チャック部９ａは、
その移動途中においてテーパリング１０と係合して電極
１を把持し、送り出した電極１を引き戻すものの、その
引き戻し長さは極めて短い。これは、テーパリング１０
の基端が内鍔付きスリーブ１０ａの先端面に当接するま
での間のチャック部９ａの把持力は、拡張ばね１１の力
がテーパリング１０に直接作用しないために弱く、通電
孔２ｄによる電極１の保持力よりも遥かに小さいためで
ある。

【００６６】なお、上記のストロークＳは、用いる電極
１の外径および溶接条件によって電極先端の溶損消耗度
合が異なるので、予め実験するなどして適宜定められる
ことはいうまでもない。

【００６７】従って、上記のプッシュ式の電極間欠送り
出し機構によれば、電極１の先端が溶損消耗した場合、
キャップ１２を人手により押圧するという極めて簡単な
操作で、電極１を一定の長さだけ迅速かつ確実に送り出
すことができる。また、上記の操作を繰り返すだけで、
電極１の全長を対象に送り出すことができ、溶接を中断
する必要がないので、より長時間の連続溶接が可能にな
る。さらに、電極収納筒体９ｄ内に予備電極を収納する
場合には、さらなる長時間の連続溶接が可能になる。

【００６８】なお、上記のプッシュ式の電極間欠送り出
し機構は、図示例の２重シールドＴＩＧ溶接装置に限ら
ず、１重シールドのＴＩＧ溶接装置にも適用可能である
ことはいうまでもない。

【００６９】

【実施例】《実施例１》図１に示す装置で、コンタクト
チップ先端部の頂角θが４５°、コンタクトチップ先端
部と第１シールドガスノズルの間隙Ｇが０．８ｍｍであ
り、先端が半球面状に成形された外径０．８ｍｍのタン
グステン電極をセットした本発明のＴＩＧ溶接装置を準
備した。

【００７０】また、比較のため、上記本発明のＴＩＧ溶
接装置から第１シールドガスノズルを取り除く一方、先
端が頂角４０°の円錐状に成形された外径２．４ｍｍの
タングステン電極をセットした従来のＴＩＧ溶接装置を
準備した。

【００７１】上記２種類のＴＩＧ溶接装置は、外径２
１．７ｍｍ、肉厚１．１ｍｍのＳＵＳ３０４製のステン
レス溶接管の製管溶接に供して片面溶接を行った。

【００７２】この時、本発明のＴＩＧ溶接装置の第１シ
ールドガスノズルには、１０体積％のＨ₂ ガスを混合し
たＡｒとＨ₂ の混合ガスを８リットル／ｍｉｎで、第２
シールドガスノズルには、純Ａｒガスを２０リットル／
ｍｉｎで供給した。一方、従来のＴＩＧ溶接装置のシー
ルドガスノズルには、上記と同じ混合ガスを１５リット
ル／ｍｉｎで供給した。

【００７３】また、上記以外の条件、すなわち、溶接ト
ーチ角度は前進角２０°、突き合わせ形状はＩ形状、ア
プセットは０．１％とし、いずれも同じにした。

【００７４】そして、溶接電流を種々変える一方、溶接
速度を０．２ｍ／ｍｉｎピッチで高速側に順次移行さ
せ、表ビードにアンダカットや不連続ビードなどの溶接
欠陥が発生せず、かつ裏ビードに裏波の形成された正常
な溶接ビードが得られる限界溶接速度を調べた。その結
果を、溶接条件と併せて表１に示した。

【００７５】

【表１】

【００７６】表１に示すように、従来のＴＩＧＩ溶接装
置を用いた片面溶接では、溶接電流を２００Ａ一定とし
た場合、良好な表ビードの得られる上限溶接速度は３．
８ｍ／ｍｉｎであったが、溶接速度が３．０ｍ／ｍｉｎ
を超えると裏ビードが形成されなかった（No. １〜９参
照）。

【００７７】また、溶接速度を溶接電流２００Ａで良好
な表ビードの得られる上限溶接速度の３．８ｍ／ｍｉｎ
一定にして溶接電流を高くした場合、溶接電流を２４０
Ａに上げると良好な表ビードが得られるものの裏ビード
は形成されず、さらに溶接電流を２４０Ａ超にすると表
ビードにアンダカットが発生するのみならず、裏ビード
が形成されないか、形成されても極端に高い裏ビードが
形成された（No. １０〜１４参照）。この結果、従来の
ＴＩＧＩ溶接装置を用いた片面溶接での正常な溶接ビー
ドが得られる限界溶接速度は、３．０ｍ／ｍｉｎでしか
なかった。

【００７８】これに対し、本発明法のＴＩＧ溶接装置を
用いた片面溶接では、溶接電流を上記と同じ２００Ａ一
定とした場合、溶接速度が４．４ｍ／ｍｉｎ以下であれ
ば良好な表ビードと裏ビードが形成され、正常な溶接ビ
ードの得られる上限溶接速度は４．４ｍ／ｍｉｎであっ
た（No. １５〜２５参照）。その結果、本発明のＴＩＧ
溶接法による場合には、従来の約１．５倍の溶接速度で
溶接することができた。

【００７９】《実施例２》図４に示す装置で、コンタク
トチップ先端部の頂角θが４５°、コンタクトチップ先
端部と第１シールドガスノズルの間隙Ｇが０．８ｍｍで
あり、先端が半球面状に成形された外径０．８ｍｍのタ
ングステン電極をセットした本発明のＴＩＧ溶接装置を
準備した。

【００８０】また、比較のため、上記本発明のＴＩＧ溶
接装置の電極送り出し機構を前述した特開平１−２４９
２７２号公報の第１図に示される電極送り出し機構で、
スライダー筒体の移動可能なストローク長が約５ｍｍの
ものに置換した以外は上記と同じ従来のＴＩＧ溶接装置
を準備した。

【００８１】そして、外径２１．７ｍｍ、肉厚１．１ｍ
ｍのＳＵＳ３０４製のステンレス溶接管の連続製管溶接
に上記２種類のＴＩＧ溶接装置を供して片面溶接を行う
に当たり、電極の先端が溶損消耗する都度、電極を送り
出す操作を繰り返し行って連続溶接できる製管長さ（時
間）を対比した。

【００８２】この時、いずれの場合も、溶接電流は２０
０Ａ、溶接速度は３．０ｍ／ｍｉｎとし、その他の条件
も同じにした。

【００８３】その結果、従来のＴＩＧ溶接装置を用いた
場合には、約６８０ｍ（３．８ｈｒ）製管した時点で、
スライダー筒体を移動させるだけでは電極を送り出せな
くなってコレットチャック筒体から電極を再度突き出す
ための操作が必要になり、溶接を中断しなければならな
かった。

【００８４】これに対し、本発明のＴＩＧ溶接装置を用
いた場合には、１６００ｍ（８．９ｈｒ）製管した時点
においても何らの問題なく電極を送り出すことができ、
溶接を中断する必要がなく、さらに連続して溶接するこ
とが可能であった。

【００８５】

【発明の効果】本発明のＴＩＧ溶接方法によれば、アン
ダカットや不連続ビードの発生を見ることなく高速で片
面溶接できるので、生産性が向上する。また、本発明の
プッシュ式の電極送り出し機構を備えるＴＩＧ溶接装置
によれば、連続溶接可能な時間が大幅に向上し、生産性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高能率ＴＩＧ溶接方法の実施に用いる
ＴＩＧ溶接装置の要部を示す一部破断模式的縦断面図で
ある。

【図２】旋回気流発生具を示す図である。

【図３】本発明で用いることができる他の電極の断面形
状を示す図である。

【図４】本発明の電極送り出し機構を備えるＴＩＧ溶接
装置の一例の要部を示す一部破断模式的縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１：電極、２：コンタクトチップ、２ａ：先端部、２ｂ：ねじ、２ｃ：大径孔、２ｄ：通電孔、３：第１シールドガスノズル、４：旋回気流発生具、４ａ：ガス流通孔、５：第２シールドガスノズル、６：旋回気流、７：被溶接材料、８：アーク、９：コレットチャック筒体、９ａ：チャック部、９ｂ：スリット孔、９ｃ：先細テーパ面、９ｄ：電極収納筒体、１０：テーパリング、１０ａ：内鍔付きスリーブ、１１：拡張ばね、１２：キャップ、１２ａ：外鍔、Ｇ１：１次シールドガス、Ｇ２：２次シールドガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/167 B23K 9/12 B23K 9/26 B23K 9/29

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】タングステン電極を囲む１次シールドガス
と、この１次シールドガスを囲む２次シールドガスを用
いる２重シールドＴＩＧ溶接方法であって、前記のタン
グステン電極を先端部が鋭角な頂角の円錐台形状に成形
されたコンタクトチップに保持させる一方、１次シール
ドガスをコンタクトチップの先端部周面に沿って先端方
向に向かう旋回気流にして供給することを特徴とする高
能率ＴＩＧ溶接方法。
【請求項２】タングステン電極の先端部が溶損消耗する
都度、タングステン電極を一定の長さだけ送り出す操作
を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の高能率Ｔ
ＩＧ溶接方法。
【請求項３】タングステン電極を保持するコンタクトチ
ップと、このコンタクトチップの軸心周りに同心円状に
配置されたシールドガスノズルを備えるＴＩＧ溶接装置
であって、前記コンタクトチップの軸心部に、少なくと
も１本のタングステン電極を収納保持し、保持したタン
グステン電極を一定長づつ繰り出し自在なプッシュ式の
電極間欠送り出し機構が設けられていることを特徴とす
るＴＩＧ溶接装置。
【請求項４】タングステン電極を保持するコンタクトチ
ップと、このコンタクトチップの軸心周りに同心円状に
配置された第１シールドガスノズルおよび第２シールド
ガスノズルを備える２重シールドＴＩＧ溶接装置であっ
て、前記のコンタクトチップはその先端部が鋭角な頂角
の円錐台形状に成形されており、第１シールドガスノズ
ルはその先端部の形状がコンタクトチップ先端部の外径
よりも若干大きな内径のほぼ同じ円錐台形状に形成され
ており、その基端部には外面基端側から内面先端側に向
かって内面接線方向に穿設された複数のガス流通孔を有
する旋回気流発生具が内装されていることを特徴とする
ＴＩＧ溶接装置。
【請求項５】コンタクトチップが、その軸心部に少なく
とも１本のタングステン電極を収納保持し、保持したタ
ングステン電極を一定長づつ繰り出し自在なプッシュ式
の電極間欠送り出し機構を有するものであることを特徴
とする請求項４に記載のＴＩＧ溶接装置。