JP3637243B2

JP3637243B2 - 溶接トーチノズルのクリーニング方法

Info

Publication number: JP3637243B2
Application number: JP19639499A
Authority: JP
Inventors: 隆之河野; 児玉　　克; 寿明森崎; 忍戸田; 勉藤原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: JP2001025871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットによるガスシールドアーク溶接に関し、特に、溶接トーチノズルに付着する溶接金属スパッタ及び溶接ワイヤ先端の溶滴固化物の酸化皮膜の除去を行う技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
ガスシールドアーク溶接における連続溶接を阻害する問題として、溶接トーチノズルヘの溶接金属スパッタの付着によるシールドガス流のアンバランスが発生することがあげられる。
【０００３】
図９に、ノズルヘの溶融金属スパッタの付着状態を表す溶接トーチノズル先端の側断面図を示す。
【０００４】
図中、１はノズル先端部、２は溶接ワイヤ、３はコンタクトチップ、４はシールドガスの流路、１０は付着スパッタを各々示す。
【０００５】
アーク点で発生したスパッタは、ノズル先端１近傍に飛翔し、図示するように、ノズル先端の前縁部付近に先ず付着して、付着スパッタ１０となる。この付着スパッタ１０は、ここを根がかりとして成長し、その大部分は、ノズルの先端１近傍でノズル壁の内外にリング状に成長する。この成長に従って、シールドガスの出口４が次第に塞がれ、シールドガスの流れをアンバランスにし、場合によっては、ガス量を低減する原因となって連続溶接を阻害する。
【０００６】
このような場合には、適宜、溶接を中断してクリーニングを行い、ノズルの溶接金属の付着スパッタを除去する必要がある。また、クリーニング後の再スタートにおいて、ワイヤ先端の溶滴固化物の酸化皮膜がアークミスの原因になることから、この溶滴固化物を切断除去する必要がある。
【０００７】
ロボット溶接をある程度連続的に行うためには、この２点の対策が必要であり、軸数が多く、可動範囲の大きい多関節ロボットでは、ノズルクリーナやワイヤカッターの設置場所に溶接トーチを容易に接近できるので、これら装置のコンパクト化は必要ない。例えばノズルクリーナの例ではエアモータによる回転リーマー、あるいは回転ブラシ方式が使われており、比較的大型の装置で価格高となっている。
【０００８】
他方、軸数が少なく可動範囲の小さい直交型ロボットではトーチの移動範囲が小さいために、これら機械式の大型の装置が使用不可能で、これまで連続溶接の行なわれたことはなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、溶接トーチノズルに付着する溶接金属の付着スパッタまたはワイヤ先端の溶滴固化物の酸化皮膜のうち少なくとも一方を、装置を大型化することなく、低コストでかつ容易に除去する方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１に、一開口端を有し、該開口端より延出された溶接ワイヤが設けられた溶接トーチノズルをクリーニングするための方法であって、
一主面に溝を有する第１及び第２の板を、各々、該溝側表面を該開口端の一部に接触させ、かつ該第１及び第２の板間に溶接ワイヤが位置するために十分な間隙を設けて、平行に配置すると共に、一主面に凹凸を有する第３の板を、該凹凸側表面を該溶接ワイヤ先端に接触させ、かつ該第１及び第２の板に平行に配置し、該溶接トーチノズルを該第１及び第２の板間の間隙に沿って平行に移動することを特徴とする溶接トーチノズルのクリーニング方法を提供する。
【００１１】
本発明は、第２に、一開口端を有し、該開口端より延出された溶接ワイヤが設けられた溶接トーチノズルをクリーニングするための方法であって、
一主面に溝を有する第１及び第２の板を、各々、該溝側表面を該開口端の一部に接触させ、かつ該第１及び第２の板間に溶接ワイヤが位置するために十分な間隙を設けて、平行に配置し、該溶接トーチノズルを該第１及び第２の板間の間隙に沿って平行に移動する工程、及び一主面に凹凸を有する第３の板を、該凹凸側表面を該溶接ワイヤ先端に接触させて、該第２の板表面に沿って平行に移動する工程のうち少なくとも一方の工程を行うことを特徴とする溶接トーチノズルのクリーニング方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、リング状に成長してシールドガスの出口を塞ぐ可能性のあるノズル開口端の付着スパッタを集中的にアタックすれば、連続溶接の阻害を防ぎ、大部分のスパッタを容易に除去できることに着目した。
【００１３】
本発明のクリーニング方法は、開口端より延出された溶接ワイヤが設けられた溶接トーチノズルをクリーニングするための方法であって、
一主面に溶接金属スパッタを除去するための溝を有する第１及び第２の板を用意し、該溝側表面を開口端に接触させ、かつ第１及び第２の板間に溶接ワイヤが位置するために十分な間隙を設けて平行に配置し、
さらに、一主面に溶接ワイヤ表面の酸化膜を除去するための凹凸を有する第３の板を用意し、溶接ワイヤ先端にその凹凸側表面を接触させ、かつ第１及び第２の板に平行に配置し、
開口端を溝側表面に、及び溶接ワイヤ先端を凹凸側表面に各々接触させた状態で、溶接トーチノズルを第１及び第２の板間の間隙に沿って移動する工程を有する。
【００１４】
ノズル先端の縁部を集中的にアタックする簡単で有効な方法は、表面に小さな段差のある板を利用する方法である。本発明では、一主面に、溶接金属スパッタを除去するための溝を設けることにより、このような段差を形成している。
【００１５】
溝の形状は溶接金属スパッタを除去することができれば、どのような形状でもよく、その数は１つまたはそれ以上でも良いが、溝を有する表面は、好ましくは、溶接トーチノズルの移動中に、ノズル端部に局部的な衝撃ならびに振動を与え得る形状及び粗度を有する。
【００１６】
このような段差を設けた第１及び第２の板の表面でノズルを接触させながら移動させると、段差による微小な衝撃、振動と直接的なスクレープ作用により効果的にスパッタを除去できる。
【００１７】
また、第１及び第２の板と、第３の板とは、分離されていても、一体化されていても良い。例えば第１及び第２の板と第３の板とを板バネにより支承させると、段差による微小な衝撃、振動が互いに増幅され、より効果的にスパッタ除去が可能となる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、第３の板の凹凸により、ワイヤ下端部で極微小な面積、点程度の面積で酸化皮膜を除去し、金属面を露出するだけで、確実に再アークスタートが可能である。このため、本発明の方法では、従来のように再アークスタートに際して、ワイヤ先端部の溶滴固化物を切断、除去する必要はない。
【００１９】
上述のように、本発明によれば、第１ないし第３の板を、各々、ノズルの開口端あるいはワイヤ先端に接触させながら、溶接トーチノズルを単に平行移動するだけで、開口端に付着した溶接金属スパッタ及びワイヤ先端の溶滴固化物の酸化皮膜を容易に削り取ることができる。
【００２０】
接触移動の距離は、好ましくは１００ｍｍ以下である。
【００２１】
この方法によれば、従来のノズルクリーナ及びワイヤカッタの代替として、第１ないし第３の板を使用しており、機械的に特別な装置を装備することなく、溶接に必要な設備をコンパクト化することができる。また、機械的に特別な装置を装備する場合と比較して、コストを大幅に低減し得る。
【００２２】
以上のように、シールドガス流のアンバランスの主因であるノズル先端部のスパッタが除去でき、しかもアークスタートが確実に行えるので溶接ロボットに適用可能である。
【００２３】
また、従来これらの溶接トーチノズルの付着スパッタの除去とワイヤ先端部の酸化皮膜の局部的な除去の自動化処理が困難であった小型・直交型のロボットにも容易に適用し得、連続溶接に必要な範囲内で溶接金属の付着スパッタを削り取って除去し得る。
【００２４】
ノズルの上方、先端から離れた高い部分に点在して付着する小さなスパッタについては、当発明で除去する機能はないが、これらの微細かつ少量のスパッタは、シールドガス量のアンバランス、あるいは流量低下の原因とはならないので、一つのワークの溶接終了後にノズルを交換するか、或いはノズル全体を別途クリーニングすればよい。
【００２５】
通常、２５ｍｍ以下の板厚では溶接部のスラグ除去の必要はなく、ノズルクリーニングを行なうことで一つのワークの連続溶接が可能となる。
【００２６】
２５ｍｍ以上の厚板では、一般に、スラグ除去のために停止させるので、この時にノズルを交換するか、或いは適当な方法できちんとノズルをクリーニングすればよい。
【００２７】
また、本発明によれば、必要に応じて、溶接トーチノズルの付着スパッタの除去とワイヤ先端部の酸化皮膜の除去を別々に行うことができる。
【００２８】
すなわち、一開口端を有し、該開口端より延出された溶接ワイヤが設けられた溶接トーチノズルをクリーニングするための方法において、
一主面に溝を有する第１及び第２の板を、各々、溝側表面を開口端の一部に接触させ、かつ第１及び第２の板間に溶接ワイヤが位置するために十分な間隙を設けて、平行に配置し、溶接トーチノズルを第１及び第２の板間の間隙に沿って平行に移動する工程と、一主面に凹凸を有する第３の板を、凹凸側表面を溶接ワイヤ先端に接触させて、第２の板表面に沿って平行に移動する工程とのうち、少なくとも一方の工程を行うことができる。
【００２９】
【実施例】
以下図面を参照し、本発明を具体的に説明する。
【００３０】
実施例１
図１は、本発明の方法の一例に用いられる溶接トーチ先端部の側面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視図、図４は、本発明の方法の一例を適用した溶接方法における溶接対象物の側断面図、図５は、図４のＣ−Ｃ矢視図を各々示す。
【００３１】
図１ないし図３において、１は溶接トーチノズル、２は溶接ワイヤ、３は溶接ワイヤ２に給電するためのコンタクトチップ、４はシールドガスの流路、５はスパッタ除去器、６は溶接ワイヤの先端（溶滴固化物）の酸化皮膜を局部的に除去するワイヤシャープナーを、各々表す。
【００３２】
図１に示すように、この溶接トーチノズルは、その開口端１２より延出された溶接ワイヤ２を有し、開口端１２には、スパッタ除去器５の多数の溝のある面が接触され、溶接ワイヤ２先端には微少な凹凸を有するワイヤシャープナー６の凹凸面が接触されている。
【００３３】
図２及び図３に示すように、スパッタ除去器５は、溶接ワイヤ２を挟んで所定の幅の間隙を持つように平行に並べて配置された、多数の溝を有する２枚の板を持つ。
【００３４】
また、図１ないし図３から明らかなように、スパッタ除去器５の２枚の板とワイヤシャープナー６は、互いに平行に配置されている。
【００３５】
各部材の概要は下記の通りである。
【００３６】
スパッタ除去器５は、長さ（Ｌ）が８０ｍｍ、幅（ＷＳ）が８ｍｍ、ワイヤシャープナー６は、長さ（Ｌ）が８０ｍｍ、幅（ＷＲ）が１５ｍｍ、二つのワイヤシャープナーの内側距離は４ｍｍ、溶接トーチノズル１の先端とワイヤシャープナーの距離Ｈは、溶接ロボットで通常使用されるワイヤエクステンション長さと同等の２５ｍｍであるものを用いた。なお、溶接ワイヤは下向、横向溶接等で通常使用される直径１．４ｍｍのものを対象とした。溶接トーチノズル１の内径は１４ｍｍ、外径は１８ｍｍである。
【００３７】
スパッタ除去器５は平行な溝により段差をつけた鉄製のもので溝の深さが１．５ｍｍ、ピッチは２．５ｍｍ、山の平坦部は幅１ｍｍ程度とした。ワイヤシャープナー６は市販の平ヤスリの細目で溝の深さは０．１ｍｍ程度であった。
【００３８】
溶接中断後、溶接トーチノズル１をロボット（直交型）により、すみやかに図１のスパッタ除去器５の右端部に初期状態でセットした。このとき、溶接トーチノズル１の開口端１２とスパッタ除去器５の表面とを、また、溶接ワイヤ１の先端とワイヤシャープナー６の表面とを互いに接触させた。
【００３９】
次に、スパッタ除去器の間隙に沿って、右端から左端に向けて溶接トーチノズル１を２０ｍｍ／秒の速度、所要時間３．５秒で、ロボットにより移動させた。この一回の移動処理により、スパッタが脱落し、また、溶接ワイヤ２の先端の溶滴固化物に局部的な直径０．５ｍｍ程度の金属面が露出した。
【００４０】
溶接中断後からこの処理を終了させるまでの時間は２０秒程度であった。この処理が終わり、溶接中断後から約１分後に、被溶接物上に溶接トーチを戻して再び溶接を行なった。
【００４１】
溶接確認に使用した被溶接物は、図４及び図５に示すように、建築鉄骨のワークの一種であるコラムコアで、その外径Ｄは４００ｍｍ（角型、コーナは丸）、長さ１０００ｍｍ、板厚Ｔは１２ｍｍであった。図４のＹ部（開先部、左右２箇所）が溶接部を表し、コアを回転しながら下向溶接で開先内を多層盛溶接した。板厚１２ｍｍの場合、４層の多層盛溶接となった。前述のスパッタ除去に使用した溶接トーチノズルは開先の第１層目を溶接（溶接長約１６００ｍｍ、溶接時問２０分）した後のもので、各層の溶接後に前述処理をしながらコラムコアワーク１体分、左右両開先の溶接をおこなったが、ガスシールドに関する問題も、また、アークスタートミスの問題も全くなく、直交型ロボットでも十分に使用可能なことを確認した。
【００４２】
実施例２
図６は、本発明の方法の他の一例に用いられる溶接トーチ先端部の側面図、図７図は図６のＥ−Ｅ矢視図、図８は図６のＦ−Ｆ矢視図である。
【００４３】
図６及び図８に示す溶接トーチ先端部とスパッタ除去器及びワイヤシャープなーの構成は、１枚の板をＬ型に曲げたばね板７に、スパッタ除去器５の２枚の板とワイヤシャープナー６とが支承されている以外は、各々図１及び図３と同様の構成を有する。
【００４４】
図６ないし図８に示す構成によりスパッタ除去器５及びワイヤシャープナー６は、ばね板７によって一体となって懸架された状態なので、溶接トーチノズル１の下端が表面段差のあるスパッタ除去器５と接触しながら移動する際に衝撃、振動を加速する効果が発生して、より効果的にスパッタを除去できる。
【００４５】
なお、溶接トーチノズル１の下端面とワイヤシャープナー６との距離は固定されているので、溶接ワイヤ２の先端部の酸化皮膜を局部除去する効果をそこなうことはない。
【００４６】
以上の実施例で、スパッタ除去器として平行溝を有する板を使用したが、本発明におけるスパッタ除去の基本的な機能は、溶接トーチノズルが当スパッタ除去器の段差のある表面と接触しながら移動する際にノズル端面に生じる衝撃と振動によるものである。従って、同じような現象（衝撃、振動）を惹起できるものであれば実施例の形状に限定する必要はなく、多少の角ばった凹凸面を有する表面形状のものでも、他の形状でも充分有効である。
【００４７】
また、溶接ワイヤ先端部の酸化皮膜の除去用としてヤスリを使用したが、酸化皮膜といっても溶接中断直後の短時間に生成する皮膜は極薄で、それを局部的な面積（直径０．５ｍｍ程度）で除去すれば良いので、これもある程度角部を有する凹凸物であれば充分有効である。
【００４８】
処理の手順について実施例では同時処理としたが、スパッタ除去とワイヤの酸化皮膜の局部除去は、本質的には同時処理する必然性はなく、個々に処理してもなんら支障となるものはない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶接トーチノズルに付着する溶接金属の付着スパッタまたはワイヤ先端の溶滴固化物の酸化皮膜のうち少なくとも一方を、装置を大型化することなく、低コストでかつ容易に除去することができる。
【００５０】
本発明の方法は、シールドガス流のアンバランスの主因であるノズル先端部のスパッタが除去でき、しかもアークスタートが確実に行えるので、小型・直交型のロボットにも容易に適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の一例に用いられる溶接トーチ先端部の側面図
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図
【図４】本発明の方法の一例を適用した溶接方法における溶接対象物の側断面図
【図５】図４のＣ−Ｃ矢視図
【図６】本発明の方法の他の一例に用いられる溶接トーチ先端部の側面図
【図７】図６のＥ−Ｅ矢視図
【図８】図６のＦ−Ｆ矢視図
【図９】溶接トーチノズル先端の側断面図
【符号の説明】
１…溶接トーチノズル
２…溶接ワイヤ
３…コンタクトチップ
４…シールドガスの流路
５…スパッタ除去器
６…溶接ワイヤシャープナー

Claims

一開口端を有し、該開口端より延出された溶接ワイヤが設けられた溶接トーチノズルをクリーニングするための方法であって、
一主面に溝を有する第１及び第２の板を、各々、該溝側表面を該開口端の一部に接触させ、かつ該第１及び第２の板間に溶接ワイヤが位置するために十分な間隙を設けて、平行に配置すると共に、一主面に凹凸を有する第３の板を、該凹凸側表面を該溶接ワイヤ先端に接触させ、かつ該第１及び第２の板に平行に配置し、該溶接トーチノズルを該第１及び第２の板間の間隙に沿って平行に移動することを特徴とする溶接トーチノズルのクリーニング方法。
前記第１及び第２の板は、前記第３の板と、板バネにより支承されている請求項１に記載の方法。
一開口端を有し、該開口端より延出された溶接ワイヤが設けられた溶接トーチノズルをクリーニングするための方法であって、
一主面に溝を有する第１及び第２の板を、各々、該溝側表面を該開口端の一部に接触させ、かつ該第１及び第２の板間に溶接ワイヤが位置するために十分な間隙を設けて、平行に配置し、該溶接トーチノズルを該第１及び第２の板間の間隙に沿って平行に移動する工程、及び一主面に凹凸を有する第３の板を、該凹凸側表面を該溶接ワイヤ先端に接触させて、該第２の板表面に沿って平行に移動する工程のうち少なくとも一方の工程を行うことを特徴とする溶接トーチノズルのクリーニング方法。
前記第１及び第２の板は、前記溶接トーチノズルの移動中に、ノズル端部に局部的な衝撃ならびに振動を与え得る形状及び粗度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。