JP4862170B2 - Ｔｉｇ溶接方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、導体端子等の被接合部と隣合って配置される被接合部以外の非接合部が接近している被接合物のＴＩＧ溶接において、溶接アークの放射形状を偏向して非接合部の熱影響を減少させるＴＩＧ溶接方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕
被接合部と被接合部以外の非接合部とが互いに接近して両者の間隙が狭い構造（経験的に、間隙が被接合部の長さ以下と狭い場合）の被接合物においても、従来のＴＩＧ溶接方法では、被接合物の被接合部に円錐状に広がる放射形状の溶接アークを発生して溶接を行っている。この従来のＴＩＧ溶接方法では、溶接アークの放射形状自体を制御しない場合には、被接合部を溶融して接合する溶接部の溶接形状が溶接アーク形状に従って略球状になる（例えば、特許文献１参照）。

〔従来技術の不具合〕
特に、図３に示すように、被接合部１１０の幅方向が短く、長さ方向が長い矩形状の導体端子を有する被接合物１０５では、その長さ方向が溶接線方向であり、溶接線方向を十分溶融するために溶接アーク１０８の放射形状を大きくする必要があり、その結果として、被接合部１１０の溶接部１０９の長い溶接が可能となるものの、溶接アーク１０８の放射形状が被接合部１１０より大きくなって、被接合部１１０と隣合って接近して配置される非接合部に円錐状に広がる溶接アーク１０８の先端部が接触して、隣接する非接合部に熱影響を与え、隣接する非接合部が導体端子を絶縁のためにモールドする樹脂材にて構成される場合には樹脂部１１１をこの溶接アーク１０８の熱で焦がしてしまうという問題がある。
特開２００２−２６３８４０号公報

従って、被接合部がその幅方向に短く、長さ方向に長く、かつ、被接合部に隣合って接近して非接合部が配置される構造の被接合物を溶接する際に、溶接アークが隣接する非接合部に接触することなく溶接ができる方法および装置の提供が望まれている。

本発明は、上記状況を鑑みてなされたもので、ＴＩＧ溶接する際に、溶接アークの放射形状を制御することによって被接合部に所望の形状の溶接部を形成し、被接合部と隣合って接近して配置される非接合部に、溶接アークが接触することなく溶接できるＴＩＧ溶接方法およびその装置を提供することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、被接合物は、導体端子と導線端部とを互いに溶融して接合する被接合部と、被接合部の溶接線方向に被接合部と隣合う非接合部を有し、非接合部は被接合部と接近して配置されており、被接合部と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、電極と被接合部との間に一定磁界を印加させ、磁界と溶接アークに流れるアーク電流との電磁気的相互作用により生じる電磁力を、溶接アークに作用させ、溶接アークの放射形状を、被接合部の溶接線方向のうち被接合部と隣合う非接合部が配置されている方向と異なる方向に偏向させて、溶接アークを非接合部から離して溶接を行うことを特徴としている。

これにより、被接合部と隣合って接近して配置される非接合部（具体的には樹脂部）に溶接アークによる熱影響を減少させることができる。つまり、従来の溶接方法にて生じた樹脂部の溶接アークによる焦げは防止できる。

また、溶接アークの放射形状を被接合物の被接合部の溶接線方向に曲成させて、溶接アークの放射投影面での放射面形状を所望のたまご形に形成するので、たまご形の長軸に相当する溶接線方向に長い領域の入熱または予熱が図れ、熔け込みの十分深い溶接部が得られるとともに、逆に、溶接線に直交する溶接線の幅方向にはたまご形の短軸が相当して、必要以外の入熱または予熱を防止するので、必要以上の熱影響を減少できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、磁界は、磁界の磁力線がアーク電流に対し略直交して通過することを特徴としている。

これにより、磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じる大きな電磁力を得ることができ、溶接アークの放射形状を十分に偏向できる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、磁界は、磁界の磁力線が、被接合物の被接合部と非接合部とを結ぶ方向に対し略直交して通過することを特徴としている。

これにより、溶接アークが偏向され、被接合部に投影される溶接アークの放射面形状がたまご形となる。たまご形の長軸方向が溶接線方向と一致させることが可能となって、溶接線方向に長い領域の入熱または予熱が図れ、溶け込みの十分深い良好な溶接部が得られる。また、たまご形の放射面形状は非接合部から溶接アークをより離すことが可能となり、熱影響を大きく減少させる。

〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、磁界は、永久磁石を用いて永久磁石の両極を結ぶ方向と、電極と被接合物との中心軸とが略直交して印加されることを特徴としている。

これにより、磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じる大きな電磁力を得ることができ、溶接アークの放射形状を隣接する非接合部から十分に離すように偏向させることができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、被接合物が、回転電機の固定子を構成する電流導体であることを特徴としている。

これにより、回転電機の固定子を構成する小形で精密な電流導体の溶接が、簡単、かつ良好に、また低熱影響下で実施できるので、コスト高を抑制し信頼性を向上させることが可能となる。

〔請求項６の手段〕
請求項６の手段を採用するＴＩＧ溶接装置では、被接合物は、導体端子と導線端部とを互いに溶融して接合する被接合部と、被接合部の溶接線方向に被接合部と隣合う非接合部を有し、非接合部は被接合部と接近して配置されており、被接合部と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、溶接アークと並ぶ位置に、アーク電流に対し略直交した一定磁界を発生させる永久磁石を設け、永久磁石により発生させた磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じる電磁力を、溶接アークに作用させ、溶接アークの放射形状を、被接合部の溶接線方向のうち被接合部と隣合う非接合部が配置されている方向と異なる方向に偏向させて溶接を行うように構成している。

上記ＴＩＧ溶接装置を用いることにより、上記請求項１の手段で述べたと同様な作用効果が得られる。また、単一の永久磁石を溶接アークと並ぶ位置に配置するのみで偏向させることができるので、簡単でコンパクトな構造の装置となって、取扱いが容易になるとともにコスト高が抑えられる。

〔請求項７の手段〕
請求項７の手段を採用するＴＩＧ溶接装置では、永久磁石は、両磁極を両端部に備え、断面が長方形状の柱状単一磁石、または馬蹄形磁石であって、溶接アークと並設または挟設して配置されることを特徴としている。

これにより、電極と被接合物との間の一定磁界がコンパクトに印加することが可能となり、小形の導体端子等の被接合物に対しても正確、かつ、迅速に溶接し易くなる。また、簡単な構造の装置となって、コスト高を抑えられる。

〔請求項８の手段〕
請求項８の手段を採用するＴＩＧ溶接装置では、永久磁石は、磁束密度の高い希土類磁石であることを特徴としている。これにより、一定磁界がよりコンパクトに、かつ、強力に印加でき、さらに小形の導体端子等の被接合物に対しても正確、かつ、迅速に溶接し易くなる。

この発明の最良の実施形態は、ＴＩＧ溶接装置において、ＴＩＧ溶接機の負極が接続される溶接トーチの電極と、正極が接続される被接合物との間に発生する溶接アークの放射形状を、溶接アークと並ぶ位置に配置した永久磁石により発生する一定磁界の電磁力（ローレンツ力）によって偏向・固定し、被接合部と隣接する非接合部から溶接アークを離すとともに、所望のたまご形の放射面形状を得ることによって、被接合部と隣接する非接合部との接触を避けながら良好な溶接を行うものである。
この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
図１は、電極と被接合物との間に一定磁界を印加する永久磁石を設けたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す。
図１に示すように、ＴＩＧ溶接装置１は、ＴＩＧ溶接機２の負極が接続される溶接トーチ３の電極４と、正極が接続され、被接合物５との間にアーク放電を発生させるための電極６が配設されている。溶接トーチ３の電極４の中心軸と被接合物５の後記する被接合部１０の中心は略一致させるが、好適には被接合部１０の反溶接線方向に電極４の中心軸を僅かにオフセットして、被接合物５を電極６によって押圧し、固定させる。これにより、予め後記する溶接アーク８の偏向代を確保するとともに、電気的導通も確保している。

また、電極４と被接合物５との間に並設して、電極４の中心軸から所定の距離だけ離れた位置に永久磁石７が両磁極を結ぶ方向を電極４の中心線と直交するように配設して、永久磁石７の生じる磁界の磁力線が電極４の中心線と直交して通過するようになっている。 なお、ＴＩＧ溶接装置１には、図示しないイナートガスが溶接トーチ３と電極４との間から噴出され、溶接アーク８の表面を覆って溶接部９が酸化するのを防ぐ。

永久磁石７は、図１に示すように、長方形の断面を有する柱状の単一磁石であって、断面形状の長辺は溶接アーク８の円錐状の放射形状の先端部拡り幅と同等以上であり、断面形状の短辺は溶接アーク８のアーク長さ、つまり電極４と被接合部１０との間の長さと略同等である。永久磁石７の磁極は柱状の両端面に設けられ、両磁極を結ぶ方向とアーク中心軸とが直交するように、また、Ｎ極を対向して配置し、磁界の磁力線が溶接アーク８と略直交して通過するようになっている。なお、磁界の磁力線を溶接アーク８に大量に通過させることが所望の効果を得る上で重要であり、このため、永久磁石７は磁束密度の大きい希土類磁石が好適に採用される。これにより、コンパクトにして強力な一定磁界が得られる。なお、図１では単一の永久磁石７の配置を紙面の裏側（奥）に配する例を示したが、これに限ることなく、紙面の表側（手前）に配置してもよく、このとき溶接アーク８に対向させるのはＳ極となる。

また、本実施例において、溶接対象である被接合物５の形状に特別な特徴がある。被接合物５は、導体端子等の電気的コネクタを図る部材であって、図１に示すように、Ｌ字形断面を有する金属製の導体端子部１０ａが絶縁のために樹脂材にモールドされ、周りに絶縁壁を構成する樹脂部１１を導体端子部１０ａに接近して配し、さらに、導体端子部１０ａの他方側（図中下方）から例えば回転電機のステータコイルの平角導線端部１０ｂを挿入し、導体端子部１０ａと平角導線端部１０ｂとを互いに溶融接合して溶接される部材である。ここで、導体端子部１０ａと平角導線端部１０ｂとを互いに溶融接合して溶接される部分を被接合部１０と呼称する。この被接合物５の特別な特徴とは、被接合部１０の溶接線方向に隣接する非接合部である絶縁壁を構成する樹脂部１１と、被接合部１０の溶接線方向の距離が非常に小さく、接近していることである。これにより、被接合部１０の熱影響を受け易い構造となっている。

ＴＩＧ溶接方法は、被接合物５を溶接アーク８により溶融して接合する方法である。溶接アーク８は、電極４と電極６に導通される被接合部１０との間を流れるアーク放電であり、高温のプラズマ状となった荷電粒子の流れである。アーク放電は基本的には電極４と被接合部１０との最短距離内に生じ、電極４の中心軸上に発生し易いが、アーク放電が伸びる方向に広がって円錐状の放射形状を有する。アーク放電自体はプラズマ状となった荷電粒子の流れであり、つまり電流が流れることにより、アーク放電の周りにはこの電流、つまりアーク電流により磁界が生じる。この磁界は、被接合物５の構造や形状および材質等に影響を受けて変化しやすく、アーク放電の周りの磁束密度を不均一なものとして、磁束密度の高い方へ突発的に引き寄せる不規則な変動を生じることがある。これは磁気吹現象と呼ばれるもので、この磁気吹現象によって溶接アーク８の放射形状が変動し、隣接する非接合部と接触して熱影響を与える場合もある。

本実施例においては、この磁気吹現象を含めて変動する溶接アーク８を有効な手段によって安定・固定化して良好に溶接し、周りへの熱影響を減少させる溶接方法である。このときの有効な手段とは、例えば、円錐状の溶接アーク８の放射角度を狭めてスポット化したり、また、溶接トーチ３をあらかじめ傾斜させて溶接アーク８の放射形状との接触を回避させる等の方法ではなく、溶接トーチ３やアーク電流を変えることなく非接触に溶接アーク８の放射形状を変え（曲げ）て、強制的に偏向、固定する方法である。

つまり、溶接アーク８に直交するような一定磁界を印加し、この磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じるローレンツ力を常時溶接アーク８に作用させ、これにより、溶接アーク８を偏向、固定して、つまり、曲成溶接アーク８を形成して、溶接アーク８の中心軸を図１の右方向（溶接線方向のうち反非接合部側の方向）にシフトさせて、隣接する非接合部から溶接アーク８を離すとともに、溶接アーク８の放射投影面での放射面形状を所望のたまご形に変えて溶接を行うものである。こうすることにより、溶接アーク８の放射形状の先端部で生じやすい磁気吹現象を防止し、溶接アーク８の放射形状を強制的に偏向、固定できるので、隣接する非接合部の溶接アーク８による熱影響を減少させることができる。

〔実施例１の効果〕
本実施例の作用効果について説明する。上記ＴＩＧ溶接方法によれば、溶接アーク８の放射形状を被接合物５の被接合部１０の溶接線方向のうち反非接合部側の方向に偏向、固定できるので、この溶接部９と隣合って接近して配置される非接合部（具体的には樹脂部１１）に溶接アーク８による熱影響を減少させることができる。つまり、従来の溶接方法にて生じた樹脂部１１の溶接アーク８による焦げは防止できる。

また、溶接アーク８の放射形状を被接合物５の被接合部１０の溶接線方向のうち反非接合部側の方向に曲成させて、溶接アーク８の放射投影面での放射面形状を所望のたまご形に形成するので、たまご形の長軸に相当する溶接線方向に長い領域の入熱または予熱が図れ、熔け込みの十分深い溶接部が得られるとともに、逆に、溶接線に直交する溶接線の幅方向にはたまご形の短軸が相当して、必要以外の入熱または予熱を防止するので、必要以上の熱影響を減少できる。これにより、溶接線の幅方向が金属材料であれば過剰な焼鈍処理がなくなり、また、樹脂材料であれば焦げる心配がない。

〔実施例２の構成〕
本発明の実施例２を図２に示す。図２は、電極と被接合物との間に一定磁界を付加する永久磁石を備えたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す。
実施例１と実質的に同一構成部分に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

実施例１のＴＩＧ溶接装置１では、永久磁石７は、長方形の断面を有する柱状の磁石であって、断面形状の長辺は溶接アーク８の円錐状の放射形状の先端部拡がり幅と同等以上であり、断面形状の短辺は溶接アーク８のアーク長さ、つまり電極４と被接合部１０との間の長さと略同等であり、永久磁石７の両磁極は柱状の両端面に設けられ、両磁極を結ぶ方向とアーク中心軸とが直交するように、また、Ｎ極を対向して配置し、磁界の磁力線が溶接アーク８と略直交して通過するようにした単一の磁石である。しかし、これに限ることなく、本実施例では長方形の断面を有する馬蹄形状もしくはチャンネル形状の磁石であって、両磁極がそれぞれ両端面に対向して設けられ、溶接アーク８を両磁極内に挟設して、両磁極間に生じる磁界の磁力線がアーク電流と直交するように配置したものである。

実施例１との違いは永久磁石７の形状が柱状か馬蹄形状かの違いであって、両磁極間に生じる磁界の印加の仕方が異なるのみで、磁界の磁力線がアーク電流と直交して通過することは変わることなく、他の構成も変わるところはない。

〔実施例２の効果〕
本実施例でのＴＩＧ溶接装置１は、主に磁界を生じる永久磁石７の磁極の位置、形状の違いであり、他の構成は変わるところはなく、実施例１と同様な作用・効果が得られる。特に、本実施例のように溶接アーク８を両磁極内に挟設して、両磁極間に生じる磁界を印加させる方が高磁界を印加させ易く、より確実な偏向、固定が可能となり、逆に同じ偏向、固定が実現できるならＴＩＧ溶接装置１はよりコンパクトとなり易い。

は電極と被接合物との間に一定磁界を付加する永久磁石を設けたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す（実施例１）。 は電極と被接合物との間に一定磁界を付加する永久磁石を設けたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す（実施例２）。 は電極と被接合物を対向させて配置するＴＩＧ溶接装置の概略図を示す（従来例）。

符号の説明

１ ＴＩＧ溶接装置
２ ＴＩＧ溶接機
３ 溶接トーチ
４、６ 電極
５ 被接合物
７ 永久磁石
８ 溶接アーク
９ 溶接部
１０ 被接合部
１０ａ 導体端子部
１０ｂ 平角導線端部
１１ 樹脂部（非接合部）

Claims (8)

1. 被接合物を溶接アークにより溶融して接合するＴＩＧ溶接方法において、
   前記被接合物は、導体端子と導線端部とを互いに溶融して接合する被接合部と、
   該被接合部の溶接線方向に前記被接合部と隣合う非接合部を有し、
   該非接合部は前記被接合部と接近して配置されており、
   前記被接合部と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、
   前記電極と前記被接合部との間に一定磁界を印加させ、
   前記磁界と前記溶接アークに流れるアーク電流との電磁気的相互作用により生じる電磁力を、前記溶接アークに作用させ、
   前記溶接アークの放射形状を、前記被接合部の溶接線方向のうち被接合部と隣合う非接合部が配置されている方向と異なる方向に偏向させて、
   前記溶接アークを前記非接合部から離して溶接を行うことを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
2. 請求項１に記載のＴＩＧ溶接方法において、
   前記磁界は、前記磁界の磁力線が前記アーク電流に対し略直交して通過することを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
3. 請求項１または２に記載のＴＩＧ溶接方法において、
   前記磁界は、前記磁界の磁力線が、前記被接合物の前記被接合部と前記非接合部とを結ぶ方向に対し略直交して通過することを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のＴＩＧ溶接方法において、
   前記磁界は、永久磁石を用いて前記永久磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記電極と前記被接合部との中心軸とが略直交して印加されることを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載のＴＩＧ溶接方法において、
   前記被接合物が、回転電機の固定子を構成する電流導体であることを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
6. 被接合物を溶接アークにより溶融して接合するＴＩＧ溶接装置において、
   前記被接合物は、導体端子と導線端部とを互いに溶融して接合する被接合部と、
   該被接合部の溶接線方向に前記被接合部と隣合う非接合部を有し、
   該非接合部は前記被接合部と接近して配置されており、
   前記被接合部と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、
   前記溶接アークと並ぶ位置に、アーク電流に対し略直交した一定磁界を発生させる永久磁石を設け、
   前記永久磁石により発生させた前記磁界と前記アーク電流の電磁気的相互作用により生じる電磁力を、前記溶接アークに作用させ、
   前記溶接アークの放射形状を、前記被接合部の溶接線方向のうち被接合部と隣合う非接合部が配置されている方向と異なる方向に偏向させて溶接を行うように構成したことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
7. 請求項６に記載のＴＩＧ溶接装置において、
   前記永久磁石は、両磁極を両端部に備え、断面が長方形状の柱状単一磁石、または馬蹄形磁石であって、前記溶接アークと並設または挟設して配置されることを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
8. 請求項６または７に記載のＴＩＧ溶接装置において、
   前記永久磁石は、磁束密度の高い希土類磁石であることを特徴とするＴＩＧ溶接装置。

Images