JP4887485B2

JP4887485B2 - 溶接装置

Info

Publication number: JP4887485B2
Application number: JP2005275008A
Authority: JP
Inventors: 武長澤
Original assignee: Utsunomiya University
Current assignee: Utsunomiya University
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2007083282A

Description

本発明は溶接装置に関し、特にアーク放電により発生する熱で溶接金属を溶融させて溶接するアーク溶接を行う溶接装置に関する。

従来、金属どうしを接合する方法として溶接を行うことがよく知られている。

たとえばアーク溶接の一種であるＭＡＧ（ＭｅｔａｌＡｃｔｉｖｅＧａｓ）溶接法においては、接合対象の被着金属部材とベース金属部材とを重ねて母材とし、母材と溶接棒との間に所定の電圧を印加してアークを発生させ、そのアーク熱によって溶接棒を溶融させて溶接金属とし、この溶接金属が母材を溶接するようにし、また、この溶接時には溶接棒の周辺にシールドガスを流し、このシールドガスで溶接金属を遮蔽し、溶接金属が大気により悪影響を受けるのを防ぐようにしている。

たとえば特許文献１には、上述のようなシールドガスを用いた溶接装置の基本構成を開示している。

特開２００４−２６１８２８号公報

ところで、上述のような、母材と溶接棒との間に電圧印加して溶接棒を溶融させて溶接を行う溶接装置においては、溶接棒が溶融したかけらがスパッタ粒子として飛び散ってしまい、周辺のついてはいけない場所にまでスパッタがついてしまうという問題があった。

このようにスパッタがついてしまった場合には、後からそのスパッタを剥がす工程が必要となり、大変な手間であるという問題があった。また、周辺のついてはいけない場所にまでスパッタがついてしまうと、その部分を傷めてしまうという問題もあった。

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、スパッタ粒子の飛び散りを減少させ、後からスパッタを剥がす作業を軽減し、周辺をスパッタによって傷めてしまうことをすることができる溶接装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、母材と溶接棒との間のアーク放電により発生するアーク熱によって前記溶接棒の先端部を溶融させて溶接するアーク溶接を行う溶接装置において、前記溶接棒の周囲にらせん状のガス流を生成し、前記らせん状のガス流によって前記溶接棒によるスパッタ粒子に回転を与え、該スパッタ粒子が前記状ガス流の回転円の径方向外側に飛散しようとする力を弱め、前記溶接棒を管状とし、前記溶接棒の管内にガスを供給し、前記アーク熱によって溶融する前記溶接棒の先端部を、前記溶接棒の管内に供給したガスによって冷却することを特徴とする。

また本発明は、前記溶接棒の周囲に該溶接棒を支持する支持円筒を設け、前記溶接棒の溶融側先端部よりも前記支持円筒の先端部が前記母材側に突出していることを特徴とする。

また本発明は、母材と溶接棒との間のアーク放電により発生するアーク熱によって前記溶接棒の先端部を溶融させて溶接するアーク溶接を行う溶接装置において、前記溶接棒の周囲に、該溶接棒からのスパッタを吸引する吸引手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、スパッタ粒子の飛び散りを減少させ、後からスパッタを剥がす作業を軽減することができる溶接装置を提供することができる。

すなわち本発明によれば、らせん状に回転するガス流によってスパッタ粒子の飛び散りを減少させることができる。

また本発明によれば、管状の溶接棒に冷却用のガスを供給するようにしたので、溶接棒の先端部のアーク熱による過剰な過熱を防ぎ、過剰な溶融を抑え、飛散するスパッタ粒子の発生を抑えることができる。

また本発明によれば、スパッタを溶接棒の周囲にて吸引するようにしたので、スパッタ粒子の飛び散りを減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による溶接装置の構成を示す概略斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態の溶接装置１は、溶接対象である、接地された母材２と、溶接棒３との間に電源装置４によって電圧を印加して構成される。溶接棒３としては、たとえば、従来から知られているソリッドワイヤやフラックス入りソリッドワイヤが用いられる。母材２としては、軟鋼、高張力鋼、低合金鋼、ステンレス鋼などのほか、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、耐熱鋼など、様々な金属材料を適用することができる。

また、溶接棒３の周囲には、溶接棒３を支持する支持円筒５が設けられている。この支持円筒５は絶縁物、たとえば碍子で構成されている。

さらに、支持円筒５の外側には、支持円筒５との間にガスの通るスペースを形成する支持部材６が設けられている。

支持円筒５と支持部材６との間には、ガス供給装置９からのガスがガス注入口７および８から注入される。このガスの種類は、従来からＭＡＧ溶接法で用いられる炭酸ガスや酸素などの活性ガスでもよいし、ＭＩＧ（ＭｅｔａｌＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接法で用いられるアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスでもよいし、これらの混合ガスであってもよい。このガスは溶融した溶接棒３が大気により悪影響を受けるのを防ぐ。

ガス供給装置９からのガスは、支持円筒５と支持部材６との間をらせん状に回転しながら進行し、図１に示す下方の先端から噴出される。このらせん状に回転するガスの進行路は、ガス注入口７および８の支持部材６への取り付け角度や、ガス注入口７および８の支持部材６への取り付け位置における支持部材６の穴の向きによって形成することができる。

図２は、図１に示した溶接装置１を、図１の方向Ａから見た平面図である。

また、図３は図１に示した溶接装置１の側断面図である。

本実施の形態では、図２に示すように、ガス注入口７および８から注入されたガスが、支持円筒５の周囲を破線の矢印で示す方向に回転するように、ガス注入口７および８の支持部材６への取り付け角度、および支持部材６の穴の向きを定めている。

また、図３に示すように、ガス注入口７および８から注入されたガスが、支持円筒５の周囲を矢印で示す方向にらせん状に回転しながら下方へ進行するように、ガス注入口７および８の支持部材６への取り付け角度、および支持部材６の穴の向きを定めている。

本実施の形態の溶接装置１では、電源装置４によって母材２と溶接棒３との間に電圧印加を開始すると、母材２側に向けられた溶接電極３の先端部３ａと母材２との間でアーク放電が発生し、アーク熱によって先端部３ａが溶融し、この溶融片が母材２に向かって飛び溶接が行われる。このとき、ガス供給装置９からはガス注入口７および８を介してガスが注入され、このガスはらせん状に回転しながら下方から噴出される。

溶接の進行とともに溶接棒３は溶融して下方から減っていくので、これを補充するため、溶接棒３は上方から支持円筒５に対して徐々に挿入される。

この溶接時、従来は飛び散っていたスパッタ粒子には、アーク放電で生じる溶接棒３の近傍の電子を付着させて負電荷を帯びさせる。アーク放電で生じる放電電流は電流の回りに強磁界を形成し、負電荷を帯びたスパッタ粒子は、ローレンツ力によってアーク放電の中心方向に向かう力を加えられる。

また、本実施の形態の溶接装置１では、図１から図３に示したように、ガス注入口７および８からガスがらせん状に回転するようにして注入される。このガスの回転は、スパッタ粒子が支持円筒５の外径から外れて飛び散ろうとするのを遮蔽する役目も果たす。

また、ガスがらせん状に回転していることによって、スパッタ粒子にも回転が与えられ、スパッタ粒子が支持円筒５の径方向外側に飛び散ろうとする力を弱めることができる。

本実施の形態によれば、らせん状に回転するガス流によってスパッタ粒子の飛び散りを減少させることができる。

次に、本発明による別の実施の形態について図４を参照して説明する。

図４は、図１とは別の実施の形態の溶接装置１０の側断面図である。

この溶接装置１０は、溶接対象である、接地された母材１２と、溶接棒１３との間に電源装置１４によって電圧を印加して構成される。なお、各部の材質、ガスの種類等は図１に示した実施の形態と同様である。

この実施の形態は、たとえば広い範囲を溶接することを目的として太い溶接棒を用いる場合の例である。溶接棒が太いと、アーク熱にさらされる表面積も大きくなり、必要以上に溶接棒が溶融して飛び散るスパッタの量も増えてしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、溶接棒１３を管状にし、その中にガスを通し、これによって溶接棒１３の先端部１３ａを冷却し、溶接棒１３が必要以上に溶融しないように構成した。

溶接棒１３の周囲には、溶接棒１３を支持する支持円筒１５が設けられている。支持円筒１５の外側には、支持円筒１５との間にガスの通るスペースを形成する支持部材１６が設けられている。

支持円筒１５と支持部材１６との間には、ガス供給装置１９からのガスがガス注入口１７および１８から注入される。また、本実施の形態においては、ガス供給装置１９からのガスが、ガス注入口２０を介して管状の溶接棒１３の中心部に供給される。

本実施の形態においても、ガス供給装置１９からのガスは、支持円筒１５と支持部材１６との間をらせん状に回転しながら進行し、図４に示す下方の先端から噴出され、スパッタ粒子の飛散を防ぐ役割を果たす。また、ガス注入口２０から供給されたガスは溶接棒１３の他端から噴出され、先端部１３ａのアーク熱による過剰な過熱を防ぎ、過剰な溶融を抑え、飛散するスパッタ粒子の発生を抑えることができる。

次に、本発明によるさらに別の実施の形態について図５を参照して説明する。

図５は、図１や図４とは別の実施の形態の溶接装置３１の側断面図である。

この溶接装置３１は、溶接対象である、接地された母材３２と、溶接棒３３との間に電源装置３４によって電圧を印加して構成される。なお、各部の材質、ガスの種類等は図１に示した実施の形態と同様である。

この実施の形態では、スパッタの飛び散りを防止するため、スパッタを吸引する手段を備えた。

溶接棒３３の周囲には、溶接棒３３を支持する支持円筒３５が設けられている。支持円筒３５の外側には、支持円筒３５との間にガス（ガス供給装置３９から供給したガス）の通るスペースを形成する支持部材３６が設けられている。支持部材３６の外側には、支持部材３６との間にガス（ガス供給装置３９から供給したガスおよび周辺の空気）やスパッタの通るスペースを形成する支持部材４０が設けられている。

支持円筒３５と支持部材３６との間には、ガス供給装置３９からのガスがガス注入口３７および３８から注入される。支持部材３６の先端部は、先端が細くなるように絞りこまれており、これによってガス供給装置３９から供給されたガスは、ガスジェット状にされ、溶接棒３３の先端の中心方向に向けられる。溶接時に生じるスパッタは、このガスジェットによって、飛び散る勢いを弱められる。

支持部材３６と支持部材４０との間では、吸引装置４３によってガス吸引口４１および４２を介してガスやスパッタの吸引が行われる。ガス供給装置３９から供給されたガスによって飛び散る勢いを弱められたスパッタは、支持部材３６と支持部材４０との間からガスとともに吸引され、排出される。吸引装置４３としては強力な吸引ポンプを用いればよい。

なお、図１や図４に示した実施の形態ではガスをらせん状にして供給したが、本実施の形態では、ガス供給装置３９からのガスをらせん状にしてもよいし、らせん状にせずにストレートにしてもよい。

また、この図５の実施の形態において、図４の実施の形態と同様に溶接棒の形状を環状にしてその管内にガスを供給するようにしてもよい。

本発明の一実施の形態による溶接装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示した溶接装置１を、図１の方向Ａから見た平面図である。図１に示した溶接装置１の側断面図である。図１とは別の実施の形態の溶接装置１０の側断面図である。図１や図４とは別の実施の形態の溶接装置３１の側断面図である。

符号の説明

１溶接装置
２母材
３溶接棒
４電源装置
５支持円筒
６支持部材
７、８ガス注入口
９ガス供給装置

Claims

母材と溶接棒との間のアーク放電により発生するアーク熱によって前記溶接棒の先端部を溶融させて溶接するアーク溶接を行う溶接装置において、
前記溶接棒の周囲にらせん状のガス流を生成し、前記らせん状のガス流によって前記溶接棒によるスパッタ粒子に回転を与え、該スパッタ粒子が前記らせん状のガス流の回転円の径方向外側に飛散しようとする力を弱め、
前記溶接棒を管状とし、前記溶接棒の管内にガスを供給し、
前記アーク熱によって溶融する前記溶接棒の先端部を、前記溶接棒の管内に供給したガスによって冷却し、
前記溶接棒の周囲に該溶接棒を支持する支持円筒を設け、前記溶接棒の溶融側先端部よりも前記支持円筒の先端部が前記母材側に突出している
ことを特徴とする溶接装置。