JP3510426B2 - 消耗電極式溶接トーチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラー、船舶、橋
梁、鉄骨等の溶接に利用されるアーク溶接に関する。本
発明はアーク溶接装置にも利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術は、実願平第４−０２４１３
０号に開示されている。図５は従来の消耗電極式溶接ト
ーチの構成図、図６は従来の溶接トーチによる水平隅肉
溶接の構成図、図７は従来の溶接トーチによる隅肉溶接
ビードの断面図である。

【０００３】図５〜図７において、１は母材、２は溶接
電源、３は溶接トーチ、４はチップ、５はワイヤ、６は
溶接アーク、７はパワーケーブル、８は給電ノズル、９
はシールドガス供給ノズル、１０はトーチ基部、１１は
取り付けボルト、１２は支持アーム１３は可動部材（ス
プリング）、１４はワイヤ供給ノズル、１５（１５ａ、
１５ｂ）は永久磁石、１６（１６ａ、１６ｂ）は電磁コ
イル、１７は鉄心、１８はオシレート幅調整ネジ、１９
は交番電圧発生装置、２０は母材１の溶接部にギャップ
がないときの水平隅肉溶接ビード、２１は母材１の溶接
部にギャップ２２があり、健全な溶接が不可能なときの
水平隅肉溶接ビードである。

【０００４】次に、従来の技術の作用について説明す
る。図５に示す従来の溶接トーチにおいて、交番電圧発
生器１９から交番電圧を電磁コイル１６（１６ａ、１６
ｂ）に印加すると、電磁コイル１６と永久磁石１５の間
には交番電圧の極性に応じて引力と反力が発生すること
になる。

【０００５】この力を駆動源にして、スプリング１３を
中心にしてワイヤ５の先端は揺動することになる。次に
この従来の溶接トーチを水平隅肉溶接に適用したときの
作用を説明する。

【０００６】水平隅肉溶接では、溶接ビード２０の脚長
を確保するために溶接線方向にオシレートする。まず、
溶接電源２をオンにすると、ワイヤ５の先端と母材１の
間にアーク６が発生する。

【０００７】次に所定の溶接電圧、電流になるように溶
接電源２を調節する。溶接状況が安定すると、交番電圧
発生装置１９の溶接ワイヤ先端を溶接線方向にオシレー
トする。

【０００８】さらに、溶接線方向支持アームとつながっ
ている図示していないロボット、あるいは台車によっ
て、溶接トーチを移動させることにより、溶接ビード２
０が得られる。

【０００９】しかしながら、母材の溶接部は２枚の板で
構成する隅部であり、溶接前の母材切断精度、あるい
は、仮づけ溶接の寸法精度によって、溶接部にギャッブ
２２が生じ得る。

【００１０】このギャップ２２の大きさによっては、健
全な溶接ビードが得られなくなり、アンダーカットや、
のど厚が不足した不良ビード２１が、発生する恐れがあ
る。そのため、溶接部のギャップの大きさが変動するよ
うな場合には、ギャップの大きさに合わせて、溶接を中
止することなくワイヤ先端のオシレート幅を調整可能に
する必要がある。

【００１１】従来の消耗電極式溶接トーチでは、オシレ
ート幅調整ネジ１８により、ワイヤ先端のオシレート幅
を半固定式に調整することができるが、溶接しながら溶
接部のギャッブ２２の大きさに応じて、ワイヤ先端のオ
シレート幅を調整することは不可能である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】水平隅肉溶接におい
て、溶接部にギャップがあり、しかもギャップ幅が変動
する場合に、健全な溶接ビードを得るためには、ギャッ
プの大きさに合わせて、溶接を中止することなく、ワイ
ヤ先端のオシレート幅を調整可能にする必要がある。

【００１３】従来の消耗電極式溶接トーチでは、オシレ
ート幅調整ネジ１８により、ワイヤ先端のオシレート幅
を半固定式に調整することができるが、溶接しながら溶
接部のギャップの大きさに応じて、ワイヤ先端のオシレ
ート幅を調整することは不可能である。

【００１４】そのため、ギャップの大きさによっては不
良ビードの発生を招く恐れがある。さらに、不良ビード
が発生した場合には、その箇所を手直しする必要がある
ので、さらに溶接作業を増やし、溶接作業の能率低下を
招くことになる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】（第１の手段） 本発明に係る消耗電極式溶接トーチは、 （Ａ）トーチ基部（１０）の先端に可動部材を介して取
付けられると共に、その先端にはチップが取付けられて
いるワイヤ供給ノズルと、 （Ｂ）前記ワイヤ供給ノズルの対向側面に配置された１
対の永久磁石と、 （Ｃ）前記永久磁石の外側にコイル中心が一致すると共
に、その中心軸線が永久磁石の極性面と垂直になるよう
に配置された１対の電磁コイルと、 （Ｄ）前記電磁コイルに交番電圧を印加したときに各電
磁コイルと永久磁石との間に、一方は引力、他方は反力
が同時に発生し、それにより前記可動部材を中心に前記
ワイヤの先端をオシレートする消耗電極溶接トーチと、 （Ｅ）体積膨張素子を用いた１対のヒンジ機構を具備
し、 （Ｆ）前記体積膨張素子を用いた１対のヒンジ機構は、
前記ワイヤのオシレートする方向に、前記ワイヤ供給ノ
ズルの対向側面に配設し、前記体積膨張素子に印加する
電圧により、前記ワイヤの先端のオシレート幅を調整可
能としたことを特徴とする。 （第２の手段） 本発明に係る消耗電極式溶接トーチは、 （Ａ）トーチ基部の先端に可動部材を介して取付けられ
ると共に、その先端にはチップが取付けられているワイ
ヤ供給ノズルと、 （Ｂ）上記ワイヤ供給ノズルの対向側面に配置された１
対の永久磁石と、 （Ｃ）上記永久磁石の外側にコイル中心が一致すると共
に、その中心軸線が永久磁石の極性面と垂直になるよう
に配置された１対の電磁コイルと、 （Ｄ）上記電磁コイルに交番電圧を印加したときに各電
磁コイルと永久磁石との間に、一方は引力、他方は反力
が同時に発生し、それにより上記可動部材を中心に上記
ワイヤの先端をオシレートする消耗電極溶接トーチを具
備し、 （Ｅ）外部からの信号により、溶接中でも、上記のオシ
レート幅を調整可能としたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
〜図４に示す。図１は本発明の第１の実施の形態の消耗
電極式溶接トーチの構成図、図２は本発明の第１の実施
の形態の消耗電極式溶接トーチの一部拡大図、図３はワ
イヤ先端のオシレート幅の特性曲線。図４は本発明の消
耗電極式溶接トーチを用いて、水平隅肉溶接に適用した
ときの溶接部にギャップを有する場合のビード断面であ
る。

【００１７】図１〜図４において１から１７は、従来の
技術で説明した図５、６の場合と同じである。１９は交
番電圧発生装置、３０は直流電圧発生装置、３１（３１
ａ、３１ｂ）は、ヒンジ機構（変形前）、３２（３２
ａ、３２ｂ）は、ヒンジ機構（変形時）、３３（３３
ａ、３３ｂ）は、ヒンジ機構に取り付けた体積膨張素
子、３４は、本発明の消耗電極式溶接トーチを用いて、
水平隅肉溶接に適用したときの溶接部にギャップを有す
る場合のビードの断面である。

【００１８】ヒンジ機構３１に３２のような破線形状の
変形が生じるのは、体積膨張素子３３に対し直流電圧発
生装置３０から直流電圧を入力した場合に、体積膨張素
子３３が変形し、その変形に応じてヒンジ機構３１が変
形するからである。

【００１９】次に、本発明の第１の実施の形態の消耗電
極式溶接トーチの作用について説明する。ワイヤ先端を
オシレートさせるまでの作用は従来の場合と同じであ
る。

【００２０】ワイヤ先端をオシレートさせた後、直流発
生装置３０から所定の直流電圧を体積膨張素子３３に入
力する。これにより、体積膨張素子３３は変形し、その
作用で、ヒンジ機構は図２に示す破線３２（３２ａ、３
２ｂ）のように、弾性範囲内で変形することになる。

【００２１】つまり、ワイヤ送給ノズル１４は先に説明
したように、スプリング１３を中心に揺動されているた
め、ヒンジ機構３１の変形量により、ワイヤ供給ノズル
１４の揺動幅が制限されることになる。

【００２２】また、ヒンジ機構３１の変形量は直流発生
装置３０からの電圧により調整可能であるから、結果的
に、直流発生装置３０からの電圧値により、ワイヤ供給
ノズル１４の先端にあるワイヤ先端のオシレート幅を制
御することが可能になる。

【００２３】図３は、本発明の第１の実施の形態の消耗
電極式溶接トーチの直流発生装置３０から体積膨張素子
３３に入力する電圧と、ワイヤ先端のオシレート幅の関
係を示す。

【００２４】本発明の第１の実施の形態では、ワイヤ先
端オシレート幅を１０ｍｍから０まで直流発生装置３０
からの電圧により調整することができる。本発明の第１
の実施の形態の消耗電極式溶接トーチを用いた水平隅肉
溶接では、溶接部のギャップ量を予め検出することによ
り、溶接中にギャップ量が変動しても、それに対応した
ワイヤ先端のオシレート幅を直流発生装置３０からの電
圧で調整することで、欠陥のない良好な溶接ビード３４
を得ることができる。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図
４、図８〜図１１に示す。

【００２５】図４は第２の実施の形態の消耗電極式溶接
トーチを用いて、水平隅肉溶接に適用したときの溶接部
にギャップを有する場合のビード断面図、図８は第２の
実施の形態の消耗電極式溶接トーチの構成図、図９は第
２の実施の形態のオシレート可動部の拡大図、図１０は
第２の実施の形態に含まれるストローク軸１３２のスト
ローク長と電源１３０からの出力電圧の関係を示す図、
図１１は第２の実施の形態のオシレート幅と電源からの
出力電圧の関係を示す図である。

【００２６】図４、図８〜図１１において、１から１９
までは、従来法で説明した図５、図６と同じである。１
３４は、第２の実施の形態の消耗電極式溶接トーチを用
いて、水平隅肉溶接に適用したときの溶接部にギャップ
を有する場合のビードの断面１３０は、リニアアクチュ
エータ用電源１３１は、電源１３０に接続されたリニア
アクチュエータ１３２は、リニアアクチュエータ１３１
のストローク軸１３３は、オシレート可動中心である。

【００２７】１３４は、第２の実施の形態の消耗電極式
溶接トーチを用いて、水平隅肉溶接に適用したときの溶
接部にギャップを有する場合のビードの断面である。次
に、本発明の第２の実施の形態の消耗電極式溶接トーチ
の作用について説明する。

【００２８】ワイヤ先端をオシレートさせるまでの作用
は従来法と同じであるが、第２の実施の形態では、オシ
レー卜可動中心１３３を中心としてワイヤ先端をオシレ
ートさせている。

【００２９】一方、図９（ａ）に示す様に、ストローク
軸１３２とワイヤ供給軸１４はくさび型にかみ合うよう
になっている。さらに、図１０に示すようにストローク
軸１３２は電源１３０からの出力電圧の増減に比例し
て、ストローク長Ｌを可変させることができる。

【００３０】つまり、図９（ａ）の状態ではストローク
軸１３２とワイヤ供給軸１４かみ合っており、ワイヤー
先端は固定の状態となっている。この状態から、電源１
３０の出力電圧の増減に応じて、図９（ｂ）に示すよう
に、ストローク軸１３２とワイヤ供給軸１４の間に隙間
が生じるようになる。

【００３１】この隙間の幅によって、ワイヤー先端のオ
シレート幅ｗを変えることができる。よって、結果的
に、外部の電源１３０からの出力電圧によって、ワイヤ
先端のオシレート幅を調整することが可能となる。

【００３２】図１１は第２の実施の形態での電源１３０
からの出力電圧とワイヤ先端のオシレート幅ｗの関係を
示している。第２の実施の形態では、この関係により、
出力電圧を調整することで、ワイヤ先端オシレート幅を
０から４ｍｍまでの間で任意にコントロールできる。

【００３３】第２の実施の形態の消耗電極式溶接トーチ
を用いた水平隅肉溶接では、溶接部のギャッブ量を予め
検出することで、、溶接中にギャップ量が変動しても、
それに対応したワイヤ先端のオシレート幅を電源１３０
からの電圧で調整することで、欠陥のない良好な溶接ビ
一ド１３４を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）従来の消耗電極式溶接トーチでは、オシレート幅
調整ネジ１８により、ワイヤ先端のオシレート幅を半固
定式に調整することができるが、溶接しながら溶接部の
ギャッブ２２の大きさに応じて、ワイヤ先端のオシレー
ト幅を調整することは不可能である。

【００３５】しかし、本発明を水平隅肉溶接に適用した
場合、溶接部にギャップが発生し、しかも、ギャップ量
が変動するような溶接箇所においても、溶接を停止する
ことなく良好な溶接ビードを得ることができる。 （２）このため、従来のように、溶接欠陥を発生するこ
とがなくなる。そのため、手直し作業の必要もなくな
り、大幅な合理化が可能になる。 （３）さらに、従来の技術では、ギャップをできるだけ
ないように、母材の切断精度あるいは溶接仮付け作業に
制度を要求されていたが、本発明によれば、そのような
溶接前の作業も軽減されることになる。そのため、作業
能率を、さらに向上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の消耗電極式溶接ト
ーチの構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の消耗電極式溶接ト
ーチの一部拡大図。

【図３】ワイヤ先端オシレート幅の特性曲線。

【図４】本発明の第１の実施の形態または第２の実施の
形態の消耗電極式溶接トーチを水平隅肉溶接に適用した
ときの、ギャップを有する場合のビード断面。

【図５】従来の消耗電極式溶接トーチの構成図。

【図６】従来の溶接トーチによる水平隅肉溶接の構成
図。

【図７】従来の溶接トーチによる隅肉溶接ビードの断面
図。

【図８】本発明の第２の実施の形態の消耗電極式溶接ト
ーチの構成図。

【図９】本発明の第２の実施の形態のオシレート可動部
の拡大図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に含まれるストロ
ーク軸のストローク長と電源からの出力電圧の関係を示
す図。

【図１１】本発明の第２の実施の形態のオシレート幅と
電源からの出力電圧の関係を示す図。

【符号の説明】

１…母材、２…溶接電源、３…溶接トーチ、４…チッ
プ、５…ワイヤ、６…溶接アーク、７…パワーケーブ
ル、８…給電ノズル、９…シールドガス供給ノズル、１
０…トーチ基部、１１…取り付けボルト、１２…支持ア
ーム、１３…可動部材（スプリング）、１４…ワイヤ供
給ノズル、１５（１５ａ、１５ｂ）…永久磁石、１６
（１６ａ、１６ｂ）…電磁コイル、１７…鉄心、１８…
オシレート幅調整ネジ、１９…交番電圧発生装置、２０
…水平隅肉溶接ビード（母材１の溶接部にギャップがな
いときの）、２１…水平隅肉ビード（母材１にギャップ
があり、健全な溶接が不可能なときの）、２２…溶接部
のギャップ、３０…直流発生装置、３１（３１ａ、３１
ｂ）…ヒンジ機構（変形前）、３２（３２ａ、３２ｂ）
…ヒンジ機構（変形時）、３３（３３ａ、３３ｂ）…体
積膨張素子、３４…第1の実施の形態の消耗電極式溶接
トーチを用いて、水平隅肉溶接に適用したときの溶接部
にギャップを有する場合のビードの断面、１３０…リニ
アアクチュエータ用電源、１３１…電源１３０に接続さ
れたリニアアクチュエータ、１３２…リニアアクチュエ
ータ１３１のストローク軸、１３３…オシレートの可動
中心、１３４…第２の実施の形態の消耗電極式溶接トー
チを用いて、水平隅肉溶接に適用したときの溶接部にギ
ャップを有する場合のビードの断面

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）トーチ基部（１０）の先端に可動部
   材（１３）を介して取付けられると共に、その先端には
   チップ（４）が取付けられているワイヤ供給ノズル（１
   ４）と、 （Ｂ）前記ワイヤ供給ノズル（１４）の対向側面に配置
   された１対の永久磁石（１５）と、 （Ｃ）前記永久磁石（１５）の外側にコイル中心が一致
   すると共に、その中心軸線が永久磁石（１５）の極性面
   と垂直になるように配置された１対の電磁コイル（１
   ６）と、 （Ｄ）前記電磁コイル（１６）に交番電圧を印加したと
   きに各電磁コイル（１６）と永久磁石（１５）との間
   に、一方は引力、他方は反力が同時に発生し、それによ
   り前記可動部材（１３）を中心に前記ワイヤ（５）の先
   端をオシレートする消耗電極溶接トーチ（３）と、 （Ｅ）体積膨張素子（３３）を用いた１対のヒンジ機構
   （３１）を具備し、 （Ｆ）前記体積膨張素子（３３）を用いた１対のヒンジ
   機構（３１）は、前記ワイヤ（５）のオシレートする方
   向に、前記ワイヤ供給ノズル（１４）の対向側面に配設
   し、前記体積膨張素子（３３）に印加する電圧により、
   前記ワイヤ（５）の先端のオシレート幅を調整可能とし
   たことを特徴とする消耗電極式溶接トーチ。
2. 【請求項２】（Ａ）トーチ基部（１０）の先端に可動部
   材（１３）を介して取付けられると共に、その先端には
   チップが取付けられているワイヤ供給ノズル（１４）
   と、 （Ｂ）上記ワイヤ供給ノズル（１４）の対向側面に配置
   された１対の永久磁石（１５）と、 （Ｃ）上記永久磁石（１５）の外側にコイル中心が一致
   すると共に、その中心軸線が永久磁石（１５）の極性面
   と垂直になるように配置された１対の電磁コイル（１
   ６）と、 （Ｄ）上記電磁コイル（１６）に交番電圧を印加したと
   きに各電磁コイル（１６）と永久磁石（１５）との間
   に、一方は引力、他方は反力が同時に発生し、それによ
   り上記可動部材（１３）を中心に前記ワイヤ（５）の先
   端をオシレートする消耗電極溶接トーチ（３）を具備
   し、 （Ｅ）外部からの信号により、溶接中でも、上記のオシ
   レート幅を調整可能としたことを特徴とする消耗電極式
   溶接トーチ。