JP5248753B2

JP5248753B2 - 溶接用トーチ

Info

Publication number: JP5248753B2
Application number: JP2006164650A
Authority: JP
Inventors: 大西村; 淳大久保; 文夫清水
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP2007330990A

Description

本願発明は、溶接用トーチに関し、ノズル先端から流出させるシールドガスの乱れを抑制し、より安定した溶接を行うことができるようにしたものに関する。

たとえばＭＩＧ溶接用のトーチによる溶接は、ノズル中央に位置するワイヤ送給部材の先端から送出される溶接用ワイヤと対象物との間にアーク放電を発生させ、その熱により溶接用ワイヤを溶融させて連続的に溶接ビードを形成することにより行う。ブローホールやアンダーカットといった溶接欠陥を防止し、適正な溶接ビードを形成するためには、アーク放電により溶接ワイヤが溶融する溶接部位に周囲空気が進入することを防止する必要がある。そのため、この種の溶接用トーチにはアルゴンガス等の不活性シールドガスが導入されており、ノズル先端から流出させるシールドガスによって溶接部位をガスシールドするようになっている。

そうして、溶接部位に対する安定的なガスシールドを達成するためには、ノズル先端から流出させるシールドガスの流れをできるだけ乱れの少ない層流に維持することが望ましい。

ノズル先端からのシールドガスの流れを乱れの少ないものとするためには、たとえば、特許文献１に記載されているように、シールドガスをノズル先端の近傍に配置したオリフィスを通じてノズルに供給するようにするのが通常である。上記特許文献１ではさらに、オリフィスに通じるガス通路に、整流フィンを設ける構成も開示されている。

特開２０００−９４１３９号公報

ところで、この種の溶接用トーチのノズル先端からのシールドガスがより乱れの少ない状態であることが、アルミ部品の溶接の場合のように、溶接用トーチを高速で移動させて行う高速溶接においても溶接欠陥を生じにくくさせる上で望ましい。また、この種の溶接用トーチには、給電ワイヤ、ワイヤ送給路、シールドガス送給路が束となって接続されており、溶接用トーチの移動に伴う送給路の屈曲変形に起因して、溶接トーチへの定常的なガス供給を行えない事情があり、これは、ノズル先端からのシールドガスの流れを乱す要因となる。これらの要因を除去することもまた、高速溶接を安定して行う上で重要である。

このようなことから、特許文献１に示されている構成のように、シールドガスをノズル先端近傍に設けたオリフィスを介して供給するだけでは、より高速での溶接に対応させた安定したシールドガス流れを達成するにはいまだ不十分であった。

また、ワイヤを供給してアーク溶接を行う溶接用トーチにおいては、トーチの基端において、トーチ本体とワイヤとの隙間から、ワイヤの送給に引きずられるようにして外部空気がトーチ内に進入し、この空気がシールドガスに混入してしまうという問題もあった。シールドガスは、溶接部位を周囲空気から遮断するために供給されるものであるところ、シールドガスに空気が混入していたのでは、かりにこのシールドガス流れの乱れを少なくすることができたとしても、溶接欠陥を防止する役割が大幅に減殺されてしまう。

本願発明は、上記の事情のもとで考え出されたものであり、ノズル先端から溶接部位に向けて流出させられるシールドガスの乱れをより少なくすることができる溶接用トーチを提供することをその課題とする。本願発明はまた、ノズル先端に送られるシールドガスに外部空気が混入する可能性を減じることができる溶接用トーチを提供することをもその課題とする。

上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を採用している。

すなわち、本願発明によって提供される溶接用トーチは、一定の軸方向長さを有するトーチボディと、このトーチボディの先端に設けられたノズルと、上記トーチボディの先端において上記ノズルによって取り囲まれるように設けられた給電チップと、上記トーチボディの内部に形成されたシールドガス供給路とを備え、このシールドガス供給路を通じて上記ノズルにシールドガスを送出するように構成され、シールドガス供給管から供給されたシールドガスが上記シールドガス供給路の基端側に設けた第１の絞り部を通じて上記シールドガス供給路に導入されるとともに、上記シールドガス供給路の先端側に設けた第２の絞り部を通じて上記シールドガス供給路内のシールドガスが上記ノズル内に送出されるように構成されており、上記トーチボディは、その軸方向に延びる管状の導電部材を備えているとともに、この導電部材の先端が筒状の導電ピースおよび筒状のチップジョイントを介して上記給電チップに接続されている一方、この給電チップにはまた、上記トーチボディの基端側から上記導電部材の内部に気密状に導入されたワイヤ送給部材の先端が上記導電ピースの内部に位置する筒状のワイヤガイドを介して接続されており、かつ、上記導電部材の内部空間が、上記シールドガス供給路の一部を形成している溶接用トーチであって、上記シールドガス供給管は、上記導電部材の外周に形成した環状空間に連通させられており、かつ、上記第１の絞り部は、上記環状空間に連通するようにして上記導電部材の側壁にその内外に貫通して形成した複数のオリフィス孔によって構成されており、上記導電ピースには、内外に貫通する複数の整流孔が形成されているとともに、上記ワイヤガイドの外周面における上記複数の整流孔と軸方向において対応する位置に上記シールドガス供給路と連通する環状凹部が形成されており、上記第２の絞り部は、上記導電ピースに外嵌された筒状のオリフィス部材に、当該オリフィス部材の内周面に形成した環状溝を介して上記複数の整流孔と連通するように内外に貫通して形成した複数のオリフィス孔によって形成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、この溶接用トーチに導入されるシールドガスが、第１の絞り部と第２の絞り部との少なくとも２段階において、圧力変動等が整えられた上でノズルに供給されるので、ノズル先端から流出させられるシールドガスの層流長がより延長させられる。これにより、溶接部位のガスシールドをより安定して行うことができ、溶接用トーチを高速で移動させて行う溶接においても対応することができる。また、このような構成によれば、導電部材をシールドガス供給路として都合よく利用することができる。また、ワイヤガイドがトーチボディの基端側から気密状に導入させられているので、ワイヤの送給に連れられて外部空気がトーチボディ内のシールドガス供給路に進入することを防止することができる。したがって、従来のように、ワイヤ送給にともなって外部空気がシールドガスに混入してしまうといった不具合を解消することができる。

なお、上記給電チップとしては、溶接ワイヤ送出機能を備えた、ＭＩＧ溶接用の給電チップと、タングステン電極を備えたＴＩＧ溶接用の給電チップとがある。いずれにしても、アークを発生させて溶接部位を形成するにあたり、安定したガスシールドを行うことができる。

このように、本願発明に係る溶接用トーチによれば、トーチボディの内部を、第１の絞り部と第２の絞り部とで区画されたガス整流チャンバとして有効に利用し、ノズル先端からのシールドガス流れの層流長を延長し、より安定した溶接作業を行うことができることとなる。

本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照しつつ、具体的に説明する。

図１ないし図３は、本願発明に係る溶接用トーチの第１の実施形態を示しており、この溶接用トーチ１００Ａは、ワイヤを送出して行うＭＩＧ溶接用に構成されたものに本願発明を適用したものである。

この溶接用トーチ１００Ａは、所定長さの管状をしており、かつ所定の曲率で湾曲させられているトーチボディ２００と、このトーチボディ２００の先端に形成されたノズル３１０と、このノズル３１０の内部に位置する給電チップ４００と、トーチボディ２００の内部に套挿されたワイヤ送給部材５００と、を備えて大略構成されている。

上記トーチボディ２００の湾曲部は、導電パイプ２１０と、この導電パイプ２１０の外側に一定のすきま２１５を介して外嵌された外套パイプ２２０を備えて構成されている。導電パイプ２１０の適部には、給水管２３０が接続されており、上記のすきま２１５に冷却水を循環させることができるようにしてある。

上記導電パイプ２１０の基端は、導体でできた接続ピース２４０が連結されている。この接続ピース２４０は、導電パイプ２１０の内孔２１０ａと連通する筒状をしているとともに、アダプタ部材３００を介して図示しない溶接ロボットにおけるショックセンサ等の支持部材に連結支持される。

上記導電パイプ２１０の先端には、全体として筒状をした導電ピース２５０が接続されている。この導電ピース２５０の内孔２５０ａは、導電パイプ２１０の内孔２１０ａと略同径で連続させられている。この導電ピース２５０には、ノズル支持部材２６０が外嵌されており、このノズル支持部材２６０の外周に、絶縁ブッシュ２７０を介してノズル３１０の基端がねじ接合されている。

上記導電ピース２５０の先端には、チップジョイント４１０が嵌合接続されている。このチップジョイント４１０もまた、全体として筒状をしており、基端側受容孔４１１と先端側受容孔４１２とを備えている。基端側受容孔４１１には、上記導電ピース２５０の内孔２５０ａにおいてすきま４２１を介して位置するワイヤガイド４２０の先端が挿入支持されている。先端側受容孔４１２には、給電チップ４００の基端が挿入支持されている。上記導電ピース２５０の先端部外周にはまた、オリフィスピース４３０が外嵌されている。

上記ワイヤガイド４２０の基端には、上記導電パイプ２１０の内孔２１０ａに挿通されたパイプ状のワイヤ送給部材５００の先端が接続されている。このワイヤ送給部材５００はまた、上記した接続ピース２４０の基端からこのトーチボディ２００内に一連に引き込まれており、上記のように導電パイプ２１０の内孔２１０ａを介して上記ワイヤガイド４２０に接続されている。なお、上記接続ピース２４０の基端におけるワイヤ送給部材導入孔２４１とワイヤ送給部材５００との間は、Ｏリング２４２による気密シールが施されている。図示しないワイヤは、ワイヤ送給部材５００の内部ないしワイヤガイド４２０の内部を通り、給電チップ４００の貫通孔４０１からその先端へと送り出される。給電チップ４００は、導電ピース２５０、チップジョイント４１０を介して導電パイプ２１０と導通させられており、ワイヤは、給電チップ４００の貫通孔４０１を通過する際に給電チップ４００から溶接電流の供給を受ける。

導電パイプ２１０の基端側に一体に連続する接続ピース２４０には、シールドガス供給管６００が接続され、このシールドガス供給管６００からのシールドガスが、導電パイプ２１０の内孔２１０ａへ導入されるようになっている。

すなわち、上記接続ピース２４０の基端側外周には、環状凹部２１１が形成されるとともに、この環状凹部２１１を覆うようにして短尺パイプ６１０が外嵌されることにより、環状空間２１１ａが形成されている。環状凹部２１１の底部には、接続ピース２４０を内外に貫通する複数のオリフィス孔２１２が形成されている。図３に良く表れているように、短尺パイプ６１０には、シールドガス供給管６００が接続されている。これにより、シールドガス供給管６００からのシールドガスは、いったん環状空間２１１ａ内に導入された後、複数のオリフィス孔２１２を介して接続ピース２４０ないし導電パイプ２１０の内孔２１０ａへと導入される。この実施形態では、このオリフィス孔２１２が本願発明における第１の絞り部Ａとして機能する。

ワイヤガイド４２０の軸方向適部の外周には、環状凹部４２２が形成されていて、この環状凹部４２２がこのワイヤガイド４２０の外周と導電ピース２５０の内孔２５０ａとの間のすきまと連通する環状空間４２２ａを形成している。また、導電ピース２５０における上記環状空間４２２ａと対応する部位には、内外に貫通する複数の整流孔２５１が形成されている。この整流孔２５１の外側には、上記のオリフィスピース４３０が位置しているが、このオリフィスピース４３０の内周には、上記整流孔２５１と連通する環状溝４３１が形成されているとともに、この環状溝４３１の底部に内外に貫通する複数のオリフィス孔４３２が形成されている。このオリフィス孔４３２の外部開口は、ノズル３１０内空間に連通させられている。

このように、上記導電パイプ２１０の内孔空間は、ワイヤガイド４２０と導電ピース２５０の内孔２５０ａとの間のすきま４２１、ワイヤガイド４２０の外周に形成した環状凹部４２２からなる環状空間４２２ａ、導電ピース２５０に設けた整流孔２５１、オリフィスピース４３０の内周に設けた環状溝４３１、および、オリフィスピース４３０に設けたオリフィス孔４３２を介してノズル３１０内空間に連通させられている。この実施形態では、上記オリフィス孔４３２が本願発明における第２の絞り部Ｂとして機能する。

上記から明らかなように、この実施形態では、トーチボディ２００の基端側において、第１の絞り部Ａとしてのオリフィス孔２１２を介して導電パイプ２１０内のシールドガス供給路に導入されたシールドガスが、トーチボディ２００の先端側において、第２の絞り部Ｂとしてのオリフィス孔４３２を介してノズル３１０内空間に送出されることになる。したがって、第１の絞り部Ａと第２の絞り部Ｂとの少なくとも２段階において、圧力変動等が整えられた上でシールドガスがノズル３１０内空間に供給されるので、ノズル３１０先端から流出させられるシールドガスの層流長がより延長させられる。これにより、溶接部位のガスシールドをより安定して行うことができ、溶接用トーチ１００Ａを高速で移動させて行う溶接においても対応することができる。換言すれば、上記構成の溶接用トーチ１００Ａによれば、トーチボディ２００の内部を、第１の絞り部Ａと第２の絞り部Ｂとで区画されたガス整流チャンバとして有効に利用しつつ、ノズル３１０先端からのシールドガス流れの層流長を延長し、より安定した溶接作業を行うことができることとなるのである。

この実施形態ではまた、第２の絞り部Ｂとしてのオリフィス孔４３２に加え、上記の整流孔２５１が第３の絞り部として機能しうるから、ノズル３１０内空間へ向かわせるシールドガスの流れをより安定したものとすることができる。

さらに、この実施形態では、ワイヤ送給部材５００とトーチボディ２００との間を気密シールしているので、ワイヤの送り込みによって外部空気がトーチボディ２００内に進入し、この空気がシールドガスに混入するといったことも回避することができる。

図４は、本願発明に係る溶接用トーチの第２の実施形態を示しており、この溶接用トーチ１００Ｂは、タングステン固定電極を備えたＴＩＧ溶接用に構成されたものに本願発明を適用したものである。この図において、図１ないし図３に示した第１の実施形態における部材ないし部分と同等もしくは同一の部材ないし部分には、同一の参照符号を付してある。

概して管状をしたトーチボディ２００の内部には、タングステン電極４０２を内挿した給電パイプ４０３ないし給電チップ４００が内挿されている。トーチボディ２００の内孔と給電パイプ４０３との間には、すきまが形成されており、このすきまは、給電チップ４００の内孔に連通させられている。

トーチボディ２００の基端外周には、環状の凹部２１１が形成され、この環状凹部２１１と、この環状凹部２１１を取り囲むようにして外嵌された短尺パイプ６１０とにより環状空間２１１ａが形成されている。上記環状凹部２１１の底部には、トーチボディ２００の内外に貫通する複数のオリフィス孔２１２が形成されており、上記短尺パイプ６１０には、シールドガス供給管６００が接続されている。これにより、シールドガス供給管６００からのシールドガスが、オリフィス孔２１２からなる第１の絞り部Ａを介してトーチボディ２００内部空間に導入される。

給電チップ４００の外周には、ノズル３１０が配置されているが、上記給電チップ４００には、その内孔と外部とを連通させる複数のオリフィス孔４３２が形成されている。これにより、上記のように第１の絞り部Ａを介してトーチボディ２００内部に導入されたシールドガスは、上記オリフィス孔４３２からなる第２の絞り部Ｂを介してノズル３１０内空間に向けて送出される。

この実施形態においても、トーチボディ２００の内部を、第１の絞り部Ａと第２の絞り部Ｂとで区画されたガス整流チャンバとして有効に利用しつつ、ノズル３１０先端からのシールドガス流れの層流長を延長し、より安定した溶接作業を行うことができるという、第１の実施形態について上述したのと同様の利点を享受することができる。

もちろん、この発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本願発明の範囲に包摂される。

実施形態では、第１の絞り部Ａと第２の絞り部Ｂとを、いずれも複数のオリフィス孔により構成しているが、各絞り部の形態としては、オリフィス孔の形態に限定されない。要するに、シールドガス供給管からトーチボディに導入されるシールドガスの流れを絞ることができればよいのであり、たとえば、ガス供給路の中間にメッシュ状のスクリーンを介装して各絞り部を構成するといったことも可能である。

また、シールドガス供給路に整流フィンを付加することも、もちろん可能であり、そうすれば、本願発明の利点に加え、ノズル先端からのシールドガスの層流長を、より延長することが可能となる。

さらに、第１の実施形態において示唆したが（整流孔２５１）、トーチボディ内のシールドガス供給路の基端側に設ける第１の絞り部と、先端側に設ける第２の絞り部に加え、第３の絞り部を付加することも、もちろん本願発明の範囲に包摂される。

さらに、実施形態では、ＭＩＧ溶接用に構成した溶接用トーチ１００Ａと、ＴＩＧ溶接用に構成した溶接用トーチ１００Ｂについて本願発明を適用したが、トーチボディ内にシールドガス供給路が形成されており、トーチ先端のノズルからシールドガスを流出させて溶接部位に介するガスシールドを行うことができるあらゆるタイプの溶接用トーチに本願発明を適用することができるのであり、たとえば、プラズマ溶接用に構成された溶接トーチにも、同様にして本願発明を適用することができる。

本願発明の第１の実施形態に係る溶接用トーチの縦断面図である。図１に示される溶接用トーチの要部拡大断面図である。図１のIII-III線に沿う断面図である。本願発明の第２の実施形態に係る溶接用トーチの縦断面図である。

符号の説明

Ａ第１の絞り部
Ｂ第２の絞り部
１００Ａ，１００Ｂ溶接用トーチ
２００トーチボディ
２１０導電パイプ
２１２オリフィス孔（第１の絞り部としての）
２４０接続ピース
２４２Ｏリング
２５０導電ピース
３１０ノズル
４００給電チップ
４２０ワイヤガイド
４３０オリフィスピース
４３２オリフィス孔（第２の絞り部としての）
５００ワイヤ送給部材
６００シールドガス供給管

Claims

一定の軸方向長さを有するトーチボディと、このトーチボディの先端に設けられたノズルと、上記トーチボディの先端において上記ノズルによって取り囲まれるように設けられた給電チップと、上記トーチボディの内部に形成されたシールドガス供給路とを備え、このシールドガス供給路を通じて上記ノズルにシールドガスを送出するように構成され、
シールドガス供給管から供給されたシールドガスが上記シールドガス供給路の基端側に設けた第１の絞り部を通じて上記シールドガス供給路に導入されるとともに、上記シールドガス供給路の先端側に設けた第２の絞り部を通じて上記シールドガス供給路内のシールドガスが上記ノズル内に送出されるように構成されており、
上記トーチボディは、その軸方向に延びる管状の導電部材を備えているとともに、この導電部材の先端が筒状の導電ピースおよび筒状のチップジョイントを介して上記給電チップに接続されている一方、この給電チップにはまた、上記トーチボディの基端側から上記導電部材の内部に気密状に導入されたワイヤ送給部材の先端が上記導電ピースの内部に位置する筒状のワイヤガイドを介して接続されており、かつ、上記導電部材の内部空間が、上記シールドガス供給路の一部を形成している溶接用トーチであって、
上記シールドガス供給管は、上記導電部材の外周に形成した環状空間に連通させられており、かつ、上記第１の絞り部は、上記環状空間に連通するようにして上記導電部材の側壁にその内外に貫通して形成した複数のオリフィス孔によって構成されており、
上記導電ピースには、内外に貫通する複数の整流孔が形成されているとともに、上記ワイヤガイドの外周面における上記複数の整流孔と軸方向において対応する位置に上記シールドガス供給路と連通する環状凹部が形成されており、
上記第２の絞り部は、上記導電ピースに外嵌された筒状のオリフィス部材に、当該オリフィス部材の内周面に形成した環状溝を介して上記複数の整流孔と連通するように内外に貫通して形成した複数のオリフィス孔によって形成されていることを特徴とする、溶接用トーチ。