JP5826057B2 - 複合溶接方法及び複合溶接用の溶接トーチ - Google Patents

Description

本発明は、複合溶接方法及び複合溶接用の溶接トーチに関する。

不活性ガスの雰囲気中で非消耗性のタングステン電極と被溶接物との間にアークを発生させるＴＩＧ（Ｔａｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ Ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接法は、高品質な溶接部が得られることから広く採用されている。しかしながら、他の溶接方法である、ＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ Ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接法、ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ Ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接法と比較すると、溶接速度が遅く、溶接作業効率が劣るという課題があった。

一方で、ＭＡＧ溶接法は活性ガスの雰囲気中で、ＭＩＧ溶接法は不活性ガスの雰囲気中で、それぞれ消耗性の溶接ワイヤ電極と被溶接物との間にアークを発生させる溶接法であり、上述のようにＴＩＧ溶接法と比較して作業効率は優れているが、スパッタが発生しやすいという課題があった。さらに、ＭＡＧ溶接法においては、溶接金属の靭性が低下しやすいという課題があった。

ここで、ＭＡＧ溶接法及びＭＩＧ溶接法において、スパッタが発生しやすい原因は、溶接ワイヤ電極の先端が母材と短絡し易いためである。また、ＭＡＧ溶接法において、靭性が低下しやすい原因は、シールドガス中の酸化性ガスが溶接金属に溶融し、溶接金属の酸素量が増大するためである。

そこで、両者の欠点を補うために、ＴＩＧ−ＭＩＧの複合溶接法が各種提案されている（例えば、特許文献１）。
ところで、炭素鋼やステンレス鋼に対してアルゴンやヘリウム等の不活性ガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶接を行うと、陰極点が固定されずアークのふらつきが生じる。
これに対して、上記ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接では、先行のＴＩＧアークにより、金属蒸気が発生するため、そこに電気の流れ道が形成される。そして、ＴＩＧアークによって生じた溶融池は、固体金属よりも仕事関数が小さく電子を放出し易いため、ＭＩＧアークの陰極点がその溶融池に固定され易い。

そのため、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接では、炭素鋼やステンレス鋼に対しても、不活性ガスを用いたシールドガス中でも安定した溶接が可能であり、溶接金属中の溶存する酸素量を小さくすることが出来る。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接では、ＭＩＧ溶接電極のワイヤが母材に接触しそうになった際には、ＴＩＧアークの加熱作用によってワイヤ先端を溶融させて溶滴として離脱させるため、ワイヤと母材との短絡が生じることがなく、スパッタの発生も防止することができる。

このように、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接法は、ＴＩＧ溶接とＭＡＧ（あるいはＭＩＧ）溶接との欠点を補うことが可能な溶接方法であるが、アークの硬直性という特性のため、特有の課題がある。ここで、アークの硬直性とは、電極を傾けてもアークがタングステン電極やワイヤの延長方向に真っ直ぐに発生しようとする性質を指している。そして、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接法では、電気の流れ方向が正反対なＴＩＧアークとＭＩＧアークとが近接して発生しているため、電磁力によってアークの反発作用が発生する。

その結果、従来のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接法では、異なる方向に発生する、アークの硬直作用と反発作用とにより、アークが不安定になり易いという課題があった。そして、アークが不安定になると、ビード不整やブローホールが発生しやすくなるという問題があった。

ところで、従来のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接に見られた上記アークの反発作用を低減させるために、ホットワイヤＴＩＧ溶接法が採用されている（例えば、特許文献２を参照）。図１２に、一般的なホットワイヤＴＩＧ溶接法を示す。図１２に示すように、ホットワイヤＴＩＧ溶接法ではワイヤからはアークを発生させずに、ワイヤ通電による抵抗加熱を利用し、溶接を行う。これにより、ＭＩＧアークが消滅し、アークの反発作用がなくなるため、アークの安定性を高めることができる。

このため、ホットワイヤＴＩＧ溶接法におけるワイヤ加熱用電源では、ワイヤ〜母材間でアークを発生させる為に高い電圧（例えば１３〜３０Ｖ）で電圧をコントロールするＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接法のＭＩＧ溶接電源とは異なり、電圧を低く（例えば、６〜７Ｖ）コントロールするようになっている。

特開昭５３−３４６５３号公報 特開平６−７９４６６号公報

しかしながら、特許文献２に記載された従来のホットワイヤＴＩＧアーク溶接法では、上述したようにＭＩＧ溶接側の電圧が小さいため、従来のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接法と比較してワイヤ加熱力が小さく、ワイヤの溶融速度が小さくなるという問題があった。また、入熱も小さくなり、溶け込みも小さくなるという問題があった。このように、従来のホットワイヤＴＩＧアーク溶接法では、溶接速度・作業効率を改善することが望まれていた。

さらに、従来のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接法では、ＴＩＧアーク及びＭＩＧアークからのプラズマ気流の衝突によってシールドガス流れに乱流が生じやすいため、溶接部が酸化しやすくなるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、アークの安定性を高め、溶接速度及び作業効率を向上するとともに、酸化のない良好な溶接部を得ることが可能な複合溶接方法及びこれに用いる複合溶接用の溶接トーチを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、
請求項１に記載の発明は、溶接方向に対して先行する側でＴＩＧアークを発生させ、後行する側でＭＩＧアークを発生させて母材を溶接する複合溶接方法であって、ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定し、ＴＩＧ電極とＭＩＧ電極とに継続してアークを発生させ、前記ＴＩＧ電極の中心軸と母材の表面との交点と、前記ＭＩＧ電極の中心軸と母材の表面との交点との距離の絶対値が２０ｍｍ以下とし、前記ＴＩＧ電極と前記ＭＩＧ電極とをノズル本体の内側に配置し、前記ノズル本体の下端から前記母材の表面までの距離を２５ｍｍ以下に維持するとともに、前記ＴＩＧ電極及び前記ＭＩＧ電極の基端側から先端側に、当該ＴＩＧ電極及び当該ＭＩＧ電極に沿ってそれぞれ異なるシールドガスを流しながら、前記ＴＩＧアーク及び前記ＭＩＧアークを発生させ、前記ＭＩＧ電極に沿って流すシールドガスの流速は、前記ＴＩＧ電極に沿って流すシールドガスの流速の３０％に相当する流速と同じ、又はそれよりも速いことを特徴とする複合溶接方法である。

請求項２に記載の発明は、前記ＴＩＧ電極及び前記ＭＩＧ電極を一つのノズル本体の内側に配置することを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法である。

請求項３に記載の発明は、前記ＴＩＧ電極と前記ＭＩＧ電極とをそれぞれ別のノズル本体の内側に配置することを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法である。

請求項４に記載の発明は、シールドガスとして、Ｈｅを２５％以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法である。

請求項５に記載の発明は、シールドガスとして、水素を３％以上９％以下含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法である。

請求項６に記載の発明は、シールドガスとして、水素を３％以上９％以下およびＨｅを２５％以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法である。

請求項７に記載の発明は、シールドガスとして、水素を３％以上９％以下含有し、残部がヘリウムガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法である。

請求項８に記載の発明は、ＴＩＧ溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向側に傾斜させた際の、ＴＩＧ溶接トーチの中心軸と法線とのなす角であるトーチ角度αと、ＭＩＧ溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向と反対側に傾斜させた際の、ＭＩＧ溶接トーチの中心軸と法線とのなす角であるトーチ角度βとの合計角度（｜α｜＋｜β｜）を３０〜１２０°の範囲とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の複合溶接方法である。

請求項９に記載の発明は、後行ＭＩＧ溶接にパルス電流を付加することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の複合溶接方法である。

請求項１０に記載の発明は、前記ノズル本体の周囲の一部又は全部を取り囲むように設けられたシールド部材によって、前記母材の表面上に形成される溶接部を覆いながら溶接することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の複合溶接方法である。

請求項１１に記載の発明は、前記ノズル本体と前記シールド部材との間の、前記母材の表面に向かって請求項４乃至７のいずれか一項に記載のシールドガスを吹付けながら溶接することを特徴とする請求項１０に記載の複合溶接方法である。

請求項１２に記載の発明は、前記シールド部材の下端から前記母材の表面までの距離を１５ｍｍ以下に維持しながら溶接することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の複合溶接方法である。

請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の複合溶接方法に用いる溶接トーチであって、ＴＩＧ電極と、溶接方向に対して前記ＴＩＧ電極の後段に設けられたＭＩＧ電極と、前記ＴＩＧ電極と前記ＭＩＧ電極とを内部に収納するノズル本体と、を備え、前記ノズル本体の下端から母材の表面までの距離が２５ｍｍ以下とされていることを特徴とする複合溶接用の溶接トーチである。

請求項１４に記載の発明は、前記ノズル本体内に、ＴＩＧアーク用のシールドガスの流路と、ＭＩＧアーク用のシールドガスの流路と、が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の複合溶接用の溶接トーチである。

請求項１５に記載の発明は、前記ノズル本体の周囲の一部又は全部を取り囲むように設けられたシールド部材を備え、前記ノズル本体と前記シールド部材との間に前記シールド部材の下端から母材の表面までの距離が１５ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の複合溶接用の溶接トーチである。

請求項１６に記載の発明は、前記シールド部材に、母材の表面上に形成される溶接部を保護するためのシールドガスの噴出部が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の複合溶接用の溶接トーチである。

本発明の複合溶接方法によれば、ＴＩＧ電極とＭＩＧ電極とに継続してアークを発生させて溶接する際に、ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定されており、後行のＭＩＧアークの陰極点領域が、先行するＴＩＧアークが形成する溶融池よりも大きくなることがない。このため、アークのふらつきが生じにくくなり、アークの安定性を高めることができる。
また、溶接対象の母材の板厚が大きくなった場合には、ＴＩＧ及びＭＩＧいずれの電流も大きくすることができるため、溶接速度及び作業効率を向上することができる。

また、本発明の複合溶接方法によれば、ＴＩＧ電極の中心軸と母材の表面との交点と、ＭＩＧ電極の中心軸と母材の表面との交点との距離の絶対値が２０ｍｍ以下である。このように、二つのアークを接近して発生させることで生じるアークの重なり部では、電磁力が打ち消されるためにトータルでの電磁力が減少し、相対的にアークの硬直性の作用が大きくなるため、アークの安定性を高めることができる。

さらに、本発明の複合溶接方法によれば、ノズル本体の下端から母材の表面までの距離を２５ｍｍ以下に維持しつつ、ノズル本体の下端から母材の表面に向かってシールドガスを吹付けながらＴＩＧアーク及びＭＩＧアークを発生させるため、母材の表面に形成される溶接部をシールドガスによって効果的に保護することができる。これにより、これにより、ＴＩＧ、ＭＩＧ両アークからのプラズマ気流の衝突によってシールドガス流れに乱流が生じやすいＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接においても、酸化のない良好な溶接部を得ることができる。

また、本発明の他の複合溶接方法では、ＴＩＧ電極とＭＩＧ電極とに継続してアークを発生させて溶接する際に、ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定するとともに、シールドガスとして、Ｈｅを２５％以上含有し残部が、アルゴンガスであるガスを用いている。ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定することにより、後行のＭＩＧアークの陰極点領域が、先行するＴＩＧアークが形成する溶融池よりも大きくなることがない。また、シールドガス中のヘリウムおよびＨ_２は熱伝導度が大きいため、アークが冷却される。これにより生じる熱的ピンチ効果により、電流のパス自体はアーク柱中心に集中し、母材直近ではアーク自身も緊縮する。そのため、アークの硬直性が増加し、相対的にアークの硬直性の作用がアークの反発作用よりも大きくなる。したがって、アークの安定性を高めることができる。

さらに、本発明の他の複合溶接方法によれば、ノズル本体の周囲の一部又は全部を取り囲むように設けられたシールド部材によって、母材の表面上に形成される溶接部を覆いながら溶接するため、ＴＩＧ、ＭＩＧ両アークからのプラズマ気流の衝突によってシールドガス流れに乱流が生じやすいＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接においても、酸化のない良好な溶接部を得ることができる。

本発明の複合溶接用の溶接トーチによれば、ＴＩＧ電極とＭＩＧ電極とを内部に収納するノズル本体を備える構成となっている。このように、ノズル本体内に、ＴＩＧ電極とＭＩＧ電極とが配置されることで、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて用いるシールドガスを共有することができる。これにより、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて別々のシールドガスを用いる必要がなく、一種類のシールドガスを共有することができるため、装置の小型化が可能となる。また、２本のノズルを一体化して１本のノズルとすることにより、シールドガスの流量低減を図る事ができる。

また、本発明の複合溶接用の溶接トーチによれば、ノズル本体の下端から母材の表面までの距離が２５ｍｍ以下とされている。これにより、母材の表面に形成される溶接部をシールドガスによって効果的に保護することができるため、ＴＩＧ、ＭＩＧ両アークからのプラズマ気流の衝突によってシールドガス流れに乱流が生じやすいＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接においても、酸化のない良好な溶接部を得ることができる。

（ａ）は、本発明の複合溶接方法を適用した第１実施形態に用いる溶接トーチを備えたガス溶接装置の一例を示す概略構成図であり、（ｂ）は、ノズル本体の先端部分の拡大図である。 本発明の複合溶接方法に用いるガス溶接装置の、溶接トーチ部分の拡大図である。 本発明の複合溶接方法に適用可能なＭＩＧ溶接のパルス電流の波形、電流変化、周波数を示す図である。 本発明の実施例における、ビード外観検査の結果を示す写真である。 本発明の実施例における、ビード外観検査の結果を示す写真である。 本発明の複合溶接方法を適用した第２実施形態に用いる溶接トーチ及びノズル本体の先端部分の拡大図である。 本発明の複合溶接方法を適用した第３実施形態を説明するための図であり、（ａ）はノズル本体の先端部分の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の実施例における、ビード外観検査の結果を示す写真である。 本発明の実施例における、ビード外観検査の結果を示す写真である。 本発明の実施例における、ビード外観検査の結果を示す写真である。 本発明の実施例における、ビード外観検査の結果を示す写真である。 従来の一般的なホットワイヤＴＩＧアーク溶接装置の構成を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である複合溶接方法について、これに用いる複合溶接用の溶接トーチを備えた溶接装置とともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態である複合溶接方法に用いる溶接装置を示す概略構成図である。図１（ａ）において、符号１は、溶接トーチ（複合溶接用の溶接トーチ）を示す。この溶接トーチ１は、筒状部材からなるノズル本体２と、このノズル本体２内において溶接方向に対して先行する側に配された棒状のタングステン電極３と、ノズル本体２内において溶接方向に対して後行する側に配された溶接ワイヤ４と、この溶接ワイヤ４を通電させるためのコンタクトチップ４ａとから概略構成されている。また、溶接トーチ１は、一重構造となっており、１種のシールドガスのみを使用する構造となっている。さらに、本実施形態の溶接装置は、タングステン電極３と母材５との間に溶接電流（ＴＩＧ電流）を印加してＴＩＧアークを発生させる溶接電源６と、溶接ワイヤ４と母材５との間に溶接電流（ＭＩＧ電流）を印加してＭＩＧアークを発生させる溶接電源７とを備えている。

図１（ｂ）に示すように、溶接トーチ１のノズル本体２の先端側には、シールドガス噴出部８が設けられている。このシールドガス噴出部８は、シールドガスを貯える図示略のシールドガス供給源に接続されている。そして、このシールドガス供給源からのシールドガスがシールドガス噴出部８に供給され、ノズル本体２の先端から被溶接物である母材５に向けて吹き出されるようになっている（符号９）。

ここで、ノズル本体２の先端から被溶接物である母材５に向けて噴出されるシールドガス９の流速は、０．２〜２（ｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることが好ましい。流速が０．２（ｍ／ｓｅｃ）未満であると、ＴＩＧ、ＭＩＧ両アークからのプラズマ気流の衝突によってガス流れに乱流が生じやすいＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接において、プラズマ気流衝突による乱流が支配的となり、外気を巻き込んで溶接部を酸化させてしまうために好ましくない。一方、流速が２（ｍ／ｓｅｃ）を超えると、過大な流速によってシールドガス自体の流れが乱流となり、外気を巻き込んで溶接部を酸化させてしまうために好ましくない。

これに対して、流速が上記範囲であると、図１（ｂ）に示すように、ノズル本体２の下端と母材５の表面との距離Ｈ_１を２５ｍｍまで離すことができる（換言すると、シールドガスの流速条件を適正範囲とすることを条件に、距離Ｈ_１を２５ｍｍ以下とすることが可能となる）。このように、ノズル本体２の下端と母材５との距離Ｈ_１の許容範囲が広くなることにより、溶接前に溶接トーチ１の厳格な位置調整の必要がなくなるとともに、母材５の表面上の凹凸や段差があっても問題なく溶接することができる。

なお、図１（ｂ）に示すように、ガス噴出面の面積Ｓ_１としてノズル本体２の下端部の開口面積を用いた場合の、ガス流量及びガス流速の具体例を下記表１に示す。

本実施形態のシールドガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスを用いることができるが、ヘリウム（Ｈｅ）を２５％以上含有し、残部がアルゴン（Ａｒ）ガスであるガスを用いることが好ましい。ここで、シールドガスとしてヘリウムを２５％以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いた場合、ヘリウムは熱伝導度が大きいためアークが冷却される。これにより生じる熱的ピンチ効果により、電流のパス自体はアーク柱中心に集中し、母材５の直近ではアーク自身も緊縮する。そのため、アークの硬直性が増加し、相対的にアークの硬直性の作用がアークの反発作用よりも大きくなることで、アークの安定性が向上する。

また、さらにアルゴンガス、ヘリウムガス、及びアルゴンとヘリウムとの混合ガスに、３％以上９％以下の水素ガスを添加しても同様の効果を得る事ができる。水素ガスは可燃性ガスである為、爆発の危険性があり取扱いに注意を要する。水素と窒素との混合ガスが、空気によって希釈される場合の爆発範囲を考慮し、水素ガスの添加上限は９％とした。

本実施形態の母材５としては、特に限定されるものではなく、様々な材料に適用することができる。具体的には、ニッケル合金、アルミニウム、マグネシウム系材料、銅系材料、ステンレス鋼や炭素鋼等の鉄鋼系材料を挙げることができる。中でも、従来からＴＩＧ溶接やＭＡＧ溶接による溶接において課題があった鉄鋼系材料に適用することが好ましい。

溶接トーチ１のタングステン電極３は、溶接電源６のマイナス端子に接続され、溶接電源６のプラス端子に接続された母材５との間に溶接電流が印加され、母材５の表面にＴＩＧアークが発生するようになっている。

ここで、タングステン電極（ＴＩＧ電極）３は、図２に示すように、その中心軸３Ａと法線とのなす角αが、溶接方向に対して進行方向側に傾斜させても良い。

また、ＴＩＧアーク長Ｍは、特に限定されるものではなく、母材５の種類、厚さによって適宜選択することができる。具体的には、２〜２０ｍｍの範囲とすることが好ましい。

溶接ワイヤ４は、特に限定されるものではなく、ソリッドワイヤの他メタル系フラックス入りワイヤ等、接合対象である母材の材質に応じて適宜選択することができる。また、溶接ワイヤ４は、コンタクトチップ４ａに設けられた内孔に挿通され、溶接トーチ１の先端から外側に向けて送給可能とされている。そして、コンタクトチップ４ａは、溶接電源７のプラス端子に接続され、溶接電源７のマイナス端子に接続された母材５との間に溶接電流が印加され、母材５の表面にＭＩＧアークが発生するようになっている。

ここで、溶接ワイヤ（ＭＩＧ電極）４は、図２に示すように、その中心軸４Ａと法線とのなす角βが、溶接方向に対して進行方向と反対側に傾斜させても良い。

なお、タングステン電極の中心軸３Ａと法線とのなす角度αと、溶接ワイヤの中心軸４Ａと法線とがなす角度βとの合計の角度（｜α｜＋｜β｜）が、３０〜１２０°の範囲となることが望ましい。このようにアークを接近させて発生させると、アークの重なり部が生じる。そして、アークの重なり部では電磁力が打ち消されるため、トータルでの電磁力が減少し、相対的にアークの硬直性の作用が大きくなってアークの安定性が増加する。被溶接物と溶接トーチとの接触を避ける為、合計角度の上限値は１２０°とした。

また、溶接ワイヤ４の突き出し長さＮは、特に限定されるものではなく、母材５の種類、厚さによって適宜選択することができる。具体的には、１０〜３０ｍｍの範囲とすることが好ましい。

本実施形態の溶接トーチ１は、タングステン電極（ＴＩＧ電極）３の中心軸３Ａと母材５の表面との交点３Ｂと、溶接ワイヤ（ＭＩＧ電極）４の中心軸４Ａと母材５の表面との交点４Ｂと、の距離をアーク間距離Ｌと定義した場合、このアーク間距離Ｌの絶対値が２０ｍｍ以下とされている。

ここで、アーク間距離Ｌの絶対値としたのは、図２に示すように、先行ＴＩＧの交点３Ｂが後行ＭＩＧの交点４Ｂよりも溶接方向の進行方向側にある場合に限らず、後行ＭＩＧの交点４Ｂが先行ＴＩＧの交点３Ｂよりも溶接方向の進行方向側にある場合も含む趣旨である。

なお、本実施形態の溶接トーチ１におけるノズル本体２の先端形状は特に限定されるものではない。具体的には、ノズル本体２を断面視した際に、図１（ａ）に示すように溶接方向に対して前後の壁がいずれも垂直となっていてもよく、図１（ｂ）に示すように溶接方向に対して前後の壁がそれぞれタングステン電極（ＴＩＧ電極）３及び溶接ワイヤ（ＭＩＧ電極）４の傾斜と同程度に傾斜されていてもよい。

次いで、この溶接装置を用いた複合溶接方法について説明する。
初めに、図示略のシールドガス供給源からシールドガスを供給して溶接トーチ１（ノズル本体２に設けたシールドガス噴出部８）に送る。そして、ノズル本体２の先端から被溶接物である母材５に向けて噴出されるシールドガス９の流速を０．２〜２（ｍ／ｓｅｃ）の範囲となるように調整するとともに、ノズル本体２の下端と母材５の表面との距離Ｈ_１を２５ｍｍ以下となるように溶接トーチ１の高さを調整する。ついで、溶接電源６を動作させてタングステン電極３と母材５との間に溶接電流（ＴＩＧ電流）を印加してＴＩＧアークを継続して発生させるとともに、溶接電源７を動作させて溶接ワイヤ４と母材５との間に溶接電流（ＭＩＧ電流）を印加してＭＩＧアークを継続して発生させて溶接を行う。

なお、後行ＭＩＧ溶接に付加する溶接電流（ＭＩＧ電流）には、パルス無しの波形でも使用出来るが、図３及び表２に示すようなパルス電流を付加してもよい。後行ＭＩＧ溶接にパルス電流を付加することにより、後行ＭＩＧの硬直性の増大によってアークが安定し、良好なビード外観を得ることができる。

このような先行ＴＩＧ−後行ＭＩＧによる複合溶接方法では、先行ＴＩＧアークにより母材５の表面が加熱されて溶融して溶融池が形成され、この溶融池上に後行ＭＩＧアークの陰極点が形成される。

ところで、溶接速度及び作業効率を向上させるためには、溶接対象となる母材５の厚さが厚くなるにつれてＴＩＧ、ＭＩＧいずれの電流も大きくしなければならない。そこで、本実施形態の複合溶接方法では、先ず、ＴＩＧ電流を大きな値に設定する。このＴＩＧ電流が大きくなるにつれて、溶接トーチ１と母材５との間の金属蒸気の発生量が大きくなるとともに母材５の表面に形成される溶融池が大きくなる。

次に、ＭＩＧ電流を大きな値に設定するが、本実施形態の複合溶接方法では、ＭＩＧ電流の値がＴＩＧ電流の設定値を超えないように設定する（すなわち、ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定する）。

ところで、後行のＭＩＧアークの電流（ＭＩＧ電流）の値が、先行のＴＩＧアークの電流（ＴＩＧ電流）の値よりも大きくなると、ビード形状（具体的には、ビード止端）が不安定となる。具体的には、後行のＭＩＧ電流が大きくなるにつれて、ＭＩＧアークは大きくなり、溶接速度は向上する。しかしながら、先行のＴＩＧ電流の値が後行のＭＩＧ電流の値よりも小さいと、ＴＩＧアークにより形成される母材５の表面の溶融池の面積が狭くなり、ＭＩＧアークの拡がりが溶融池の幅以上となってしまう。すると、溶融池からはみ出した部分のＭＩＧアークがふらつくため、ビードの蛇行が生じ易くなる。また、ＴＩＧアークによる溶融池が狭くなると、後行のＭＩＧアークの広がりの幅が限定されるため、ビードのぬれ性が悪化する。

これに対して、本実施形態の複合溶接方法によれば、ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定するため、後行のＭＩＧアークの陰極点領域が、先行するＴＩＧアークが形成する溶融池よりも大きくなることがない。このため、アークのふらつきが生じにくくなり、アークの安定性を高めることができる。また、溶接対象の母材の板厚が大きくなった場合には、ＴＩＧ及びＭＩＧいずれの電流も大きくすることができるため、溶接速度及び作業効率を向上することができる。

さらに、本実施形態の複合溶接方法は、図２に示すように、タングステン電極（ＴＩＧ電極）３の中心軸３Ａと母材５の表面との交点３Ｂと、溶接ワイヤ（ＭＩＧ電極）４の中心軸４Ａと母材５の表面との交点４Ｂとの距離であるアーク間距離Ｌの絶対値が２０ｍｍ以下とされている。

ところで、上記アーク間距離の絶対値が２０ｍｍを超えると、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとの重なり部が生じなくなり、大きな電磁力が働くためアークが不安定になる。また、ＭＩＧアーク通過時に、溶接トーチ１と母材５との間に生じる金属蒸気や、母材５の表面に形成される溶融池の供給が不十分となり、アークのふらつきが発生しやすくなる。その結果、ビード形状（ビード止端）が不安定となる。

これに対して、本実施形態の複合溶接方法によれば、上記アーク間距離Ｌの絶対値が２０ｍｍ以下とされており、ＴＩＧアーク及びＭＩＧアークの二つのアークが接近して発生することで、アークの重なり部が生じる。この重なり部では電磁力が打ち消されるため、トータルでの電磁力が減少し、相対的にアークの硬直性の作用がアークの反発作用よりも大きくなる。したがって、アークの安定性が向上する。

また、２つのアークを接近させて発生させると、ＭＩＧアーク通過時に、溶接トーチ１と母材５との間に生じる金属蒸気や、母材５の表面に形成される溶融池の供給が十分となり、アークの安定性が向上する。

さらに、本実施形態の複合溶接方法によれば、ノズル本体２の下端から母材５の表面までの距離Ｈ_１を２５ｍｍ以下に維持しつつ、ノズル本体２の下端から母材５の表面に向かってシールドガスを吹付けながらＴＩＧアーク及びＭＩＧアークを発生させるため、ＴＩＧ、ＭＩＧ両アークからのプラズマ気流の衝突によってシールドガス流れに乱流が生じやすいＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接においても、酸化のない良好な溶接部を得ることができる。

更にまた、本実施形態の複合溶接方法によれば、母材５の表面に形成される溶接部をシールドガスによって効果的に保護することができる。これにより、溶接部への外部からの影響を低減することができるため、アークの安定性を高めることができる。

なお、溶接部は、トーチの移動に伴って露出し大気成分により酸化する。ノズル本体２の進行方向と逆方向にボックスを設け、シールドガスの成分と異なる例えば不活性ガス（アフターシールドガス）を供給することで酸化を防止することができ望ましい。

（第１実施形態の変形例）
第１の実施形態の複合溶接方法では、Ｈｅを２５％以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスをシールドガスとして用いてもよい。シールドガス中のヘリウムは熱伝導度が大きいため、アークが冷却され、熱的ピンチ効果により、電流のパス自体はアーク柱中心に集中し、母材直近ではアーク自身も緊縮する。そのため、アークの硬直性が増加し、相対的にアークの硬直性の作用がアークの反発作用よりも大きくなる。したがって、アークの安定性を高めることができる。

（検証試験１）
１つのノズル本体内に先行ＴＩＧ電極−後行ＭＩＧ電極を配置した溶接トーチにおいて、先行ＴＩＧ電極の傾斜角度α、後行ＭＩＧ電極の傾斜角度βとした溶接装置を用いて、一般的なステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる母材の溶接を行なった。なお、溶接条件としては、表３に示す条件を用いた。また、ノズル本体の下端と母材との距離との関係によるビード外観検査の結果を表４に示す。

表４に示すように、ノズル下端から母材に向けて噴出されるシールドガスの流速を０．２〜２（ｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることにより、ノズル下端から母材表面の距離を２５ｍｍ以下とすることが可能となることを確認した。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明を適用した第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態の複合溶接方法に用いた溶接装置を用いることが可能であるが、第１の実施形態の溶接トーチ及び複合溶接方法とは一部において異なるものとなっている。したがって、第１の実施形態と同一である溶接トーチの構成及び複合溶接方法の部分については、説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態のノズル本体２２は、当該ノズル本体２２内に、ＴＩＧアーク用のシールドガス（ＴＩＧ軸方向のシールドガス）２９ａの流路２２Ａと、ＭＩＧアーク用のシールドガス（ＭＩＧ軸方向のシールドガス）２９ｂの流路２２Ｂと、が設けられている。また、シールドガスの流路２２Ａ，２２Ｂには、図示略のシールドガス供給源に接続されたシールドガス噴出部２８ａ，２８ｂがそれぞれ設けられている。これにより、本実施形態の溶接トーチでは、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて同一のシールドガスを用いることも、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて異なるシールドガスを用いることもできるように構成されている。

本実施形態の溶接トーチでは、シールドガス噴出部２８ａ，２８ｂから噴出されたＴＩＧアーク用のシールドガス２９ａ及びＭＩＧアーク用のシールドガス２９ｂがそれぞれＴＩＧ電極３及びＭＩＧ電極４に沿って流路２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ通過した後、ノズル本体２２の先端から被溶接物である母材５に向けて吹き出されるようになっている（符号２９）。

本実施形態のシールドガスとしては、第１実施形態及びその変形例において説明したシールドガスを用いることができる。また、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて同一のシールドガスを用いることも、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて異なるシールドガスを用いることもできる。

本実施形態では、ノズル本体２２の先端側に設けられたシールドガス噴出部２８ａ，２８ｂから噴出されるシールドガス２９ａ，２９ｂの流速ｖ_１、ｖ_２は、それぞれ０．３〜３．３（ｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることが好ましい。さらに、ＭＩＧアーク用のシールドガス２９ｂの流速ｖ_２は、ＴＩＧアーク用のシールドガス２９ａの流速ｖ_１に対して、少なくとも３０％以上の値とすることが好ましい（ｖ_２≧０．３ｖ_１）。

ここで、上記流速ｖ_１、ｖ_２がそれぞれ０．３（ｍ／ｓｅｃ）未満であると、ＴＩＧ、ＭＩＧ両アークからのプラズマ気流の衝突によってガス流れに乱流が生じやすいＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接において、プラズマ気流衝突による乱流が支配的となり、外気を巻き込んで溶接部を酸化させてしまうために好ましくない。一方、流速ｖ_１、ｖ_２がそれぞれ３．３（ｍ／ｓｅｃ）を超えると、過大な流速によってシールドガス自体の流れが乱流となり、外気を巻き込んで溶接部を酸化させてしまうために好ましくない。

また、上記流速ｖ_２が、流速ｖ_１に対して３０％未満の値であると、ＴＩＧ側のアーク圧力に対して、ＭＩＧ側のアーク圧力が過小となり、その結果、溶融池が後方へと押し流される現象が支配的となってビード不整が生じるために好ましくない。

これに対して、上記流速ｖ_１、ｖ_２がそれぞれ上記範囲であるとともに、流速ｖ_２が流速ｖ_１に対して３０％以上である場合には、図６に示すように、ノズル本体２２の下端と母材５の表面との距離Ｈ_２を２５ｍｍまで離すことができる（換言すると、シールドガスの流速条件を適正範囲とすることを条件に、距離Ｈ_２を２５ｍｍ以下とすることが可能となる）。

なお、図６に示すように、流路２２Ａ，２２Ｂの断面積（図６中では、シールドガス噴出部２８ａ，２８ｂの底面の面積）をガス噴出面の面積Ｓ_２ａ、Ｓ_２ｂとした場合の、ガス流量及びガス流速（ｖ_１、ｖ_２）の具体例を下記表５に示す。

次いで、本実施形態の複合溶接方法について説明する。
初めに、図示略のシールドガス供給源からシールドガス噴出部２８ａ，２８ｂにそれぞれシールドガスを供給して流路２２Ａ，２２Ｂに送る。そして、シールドガス２９ａ，２９ｂの流速ｖ_１、ｖ_２をそれぞれ０．３〜３．３（ｍ／ｓｅｃ）の範囲となるように調整するとともに、流速ｖ_２が流速ｖ_１に対して、少なくとも３０％以上の値となるように調整する。また、ノズル本体２２の下端と母材５の表面との距離Ｈ_２を２５ｍｍ以下となるように溶接トーチの高さを調整する。ついで、ノズル本体２２の先端から被溶接物である母材５に向けてシールドガスを噴出しつつ、溶接電源６を動作させてタングステン電極３と母材５との間に溶接電流（ＴＩＧ電流）を印加してＴＩＧアークを継続して発生させるとともに、溶接電源７を動作させて溶接ワイヤ４と母材５との間に溶接電流（ＭＩＧ電流）を印加してＭＩＧアークを継続して発生させて溶接を行う。

本実施形態の複合溶接方法によれば、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて異なるシールドガスを用いることにより、シールドガスをあらかじめ混合することなく、アーク直下にて直接、任意の組成の混合ガスにてシールドガスの効果を与えることができる。

より具体的には、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとにおいて異なる流速でシールドガスを流すことによって、ＴＩＧアークおよびＭＩＧアークのアーク圧力に差異を与えることができる。また、各々のアークの軸方向に流速を持つシールドガスを流すことによって、プラズマ気流に沿ったシールドガスの流れを形成することができ、少ない流速でも効果的に溶接部を保護することができる。さらに、異なるシールドガスを用いる際に、各々のガスを異なる流速とすることで、溶接部に作用するガス組成を任意に変更することができる。

（第２実施形態の変形例）
第２の実施形態の複合溶接方法では、溶接トーチのノズル本体２２内に、タングステン電極（ＴＩＧ電極）３と、溶接ワイヤ（ＭＩＧ電極）４とが配置される構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、タングステン電極が配置されたノズル本体を有する溶接トーチ（ＴＩＧ溶接トーチ）と、溶接ワイヤが配置されたノズル本体を有する溶接トーチ（ＭＩＧ溶接トーチ）とを溶接方向の前後に配設して、先行ＴＩＧアークと後行ＭＩＧアークとを発生させる構成としても良い。

なお、上述したように先行ＴＩＧ−後行ＭＩＧをそれぞれ別の溶接トーチからなる構成とした場合、ＴＩＧ溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向側に傾斜させた際の、ＴＩＧ溶接トーチの中心軸と法線とのなす角をトーチ角度αというものとする（図２参照）。また、ＭＩＧ溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向と反対側に傾斜させた際の、ＭＩＧ溶接トーチの中心軸と法線とのなす角をトーチ角度βというものとする（図２参照）。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明を適用した第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１及び第２の実施形態の複合溶接方法に用いた溶接装置を用いることが可能である。第１及び第２の実施形態の溶接トーチ及び複合溶接方法とは一部において同一となっている。したがって、第１及び第２の実施形態の溶接トーチの構成及び複合溶接方法の同一の部分については、説明を省略する。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、本実施形態の溶接トーチは、タングステン電極３が配置されたノズル本体３２ａを有する溶接トーチ（ＴＩＧ溶接トーチ）と、溶接ワイヤ４が配置されたノズル本体３２ｂを有する溶接トーチ（ＭＩＧ溶接トーチ）とを溶接方向の前後に配設して、先行ＴＩＧアークと後行ＭＩＧアークとを発生させる構成（上述した第２実施形態の変形例）において、ノズル本体３２ａ及びノズル本体３２ｂを取り囲むシールドボックス（シールド部材）３０が設けられていることを特徴としている。

シールドボックス３０は、図７（ａ）に示すように、溶接方向に対して前方側に当該溶接方向と垂直に設けられた前壁３０ａと、後方側に当該溶接方向と垂直に設けられた後壁３０ｃと、当該溶接方向と平行に設けられた一対の側壁３０ｂ，３０ｂとから構成された筒状の部材である。このシールドボックス３０は、母材５の溶接部の表面の上方の空間を覆うように構成される。

また、シールドボックス３０には、図示略のシールドガス供給源に接続されたシールドガス噴出部３８ｃがノズル本体３２ａ及びノズル本体３２ｂを取り囲むように設けられている。これにより、本実施形態の溶接トーチでは、シールドボックス３０内の母材５の表面に向かってシールドガス３９ｃを吹付けることができるため、特に溶接後の溶接部をシールドガスによって保護するように構成されている（図７（ｂ）を参照）。

なお、シールドボックス３０とノズル本体３２ａ及びノズル本体３２ｂとの位置は、図７（ａ）に示すように、シールドボックス３０内の前壁３０ａから溶接部Ｐまでの距離ｌ_１と、溶接部Ｐから後壁３０ｃまでの距離ｌ_２とした場合に、ｌ_１＜ｌ_２となるように配置することが好ましい。

本実施形態の溶接トーチでは、ＴＩＧ溶接トーチのノズル本体３２ａの先端側にＴＩＧアーク用のシールドガス３９ａを噴出するシールドガス噴出部３８ａが、ＭＩＧ溶接トーチのノズル本体３２ｂの先端側にはＭＩＧアーク用のシールドガス３９ｂを噴出するシールドガス噴出部３８ｂが、それぞれ設けられている。そして、シールドガス噴出部３８ａ，３８ｂから噴出されたＴＩＧアーク用のシールドガス３９ａ及びＭＩＧアーク用のシールドガス３９ｂがそれぞれＴＩＧ電極３及びＭＩＧ電極４に沿って、ノズル本体３２ａ，３２ｂの先端から被溶接物である母材５に向けて吹き出されるようになっている。

本実施形態のシールドボックス３０に設けられたシールドガス噴出部３８ｃから噴出するシールドガス３９ｃとしては、第１及び第２実施形態において説明したシールドガスを用いることができる。また、ＴＩＧアーク及びＭＩＧアークと同一のシールドガスを用いることも、ＴＩＧアーク及びＭＩＧアークと異なるシールドガスを用いることもできる。

本実施形態では、ノズル本体３２ａの先端側にそれぞれ設けられたシールドガス噴出部３８ａから噴出されるシールドガス３９ａの流速ｖ_１は、０．５〜５（ｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることが好ましい。また、ノズル本体３２ｂの先端側にそれぞれ設けられたシールドガス噴出部３８ｂから噴出されるシールドガス３９ｂの流速ｖ_２は、０．５〜５（ｍ／ｓｅｃ）の範囲とすることが好ましい。さらに、ＭＩＧアーク用のシールドガス３９ｂの流速ｖ_２は、ＴＩＧアーク用のシールドガス３９ａの流速ｖ_１に対して、少なくとも３０％以上の値とすることが好ましい（ｖ_２≧０．３ｖ_１）。

更にまた、本実施形態では、シールドボックス３０に設けられたシールドガス噴出部３８ｃから噴出するシールドガス３９ｃの流速ｖ_３は、０．０５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることが好ましい。

なお、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、シールドボックス３０の下端と母材５の表面との距離Ｈ_３を１５ｍｍ以下とすることが好ましい。

ここで、本実施形態の溶接トーチを用いた複合溶接方法では、シールドボックス３０の下端と母材５の表面との距離Ｈ_３を１５ｍｍ以下の条件を満たした上で、シールドボックス３０に設けられたシールドガス噴出部３８ｃから噴出するシールドガス３９ｃの流速ｖ_３は、０．０５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることで、ＴＩＧアーク用のシールドガス３９ａの流速ｖ_１及びＭＩＧアーク用のシールドガス３９ｂの流速ｖ_２が上記流速条件を満たさない場合であっても、良好な溶接が可能となる。

すなわち、ＴＩＧアーク用のシールドガス３９ａ及びＭＩＧアーク用のシールドガス３９ｂを全く用いない場合（シールドボックス３０からのシールドガス３９ｃのみを用いる場合）であっても、良好な溶接が可能となる。

なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、ノズル本体３２ａ，３２ｂの断面積（シールドガス噴出部３８ａ，３８ｂの底面の面積）をガス噴出面の面積Ｓ_３ａ、Ｓ_３ｂとし、シールドボックス３０に設けられたシールドガス噴出部３８ｃの底面の面積をガス噴出面の面積Ｓ_３ｃとした場合の、ガス流量及びガス流速（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３）の具体例を下記表６に示す。

次いで、本実施形態の複合溶接方法について説明する。
初めに、図示略のシールドガス供給源からシールドガス噴出部３８ａ，３８ｂにそれぞれシールドガスを供給するとともに、シールドガス３９ａ，３９ｂの流速ｖ_１、ｖ_２をそれぞれ適正範囲となるように調整する。さらに、流速ｖ_２が流速ｖ_１に対して、少なくとも３０％以上の値となるように調整する。一方、シールドボックス３０の下端と母材５の表面との距離Ｈ_３を１５ｍｍ以下となるように溶接トーチの高さを調整する。ついで、シールドボックス３０に設けられたシールドガス噴出部３９ｃから被溶接物である母材５に向けてシールドガス３９ｃを流速ｖ_３が０．０５（ｍ／ｓｅｃ）以上となるように噴出する。そして、溶接電源６を動作させてタングステン電極３と母材５との間に溶接電流（ＴＩＧ電流）を印加してＴＩＧアークを継続して発生させるとともに、溶接電源７を動作させて溶接ワイヤ４と母材５との間に溶接電流（ＭＩＧ電流）を印加してＭＩＧアークを継続して発生させて溶接を行う。

本実施形態の複合溶接方法によれば、上述した第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、シールドボックス３０の下端と母材５の表面との距離Ｈ_３を１５ｍｍ以下の条件を満たした上で、シールドボックス３０に設けられたシールドガス噴出部３８ｃから噴出するシールドガス３９ｃの流速ｖ_３は、０．０５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることで、ＴＩＧアーク用のシールドガス３９ａの流速ｖ_１及びＭＩＧアーク用のシールドガス３９ｂの流速ｖ_２が上記流速条件を満たさない場合であっても、良好な溶接が可能となる。

（第３実施形態の変形例）
第３の実施形態の複合溶接方法では、シールドボックス３０が、前壁３０ａと、後壁３０ｃと、一対の側壁３０ｂ，３０ｂとから構成された筒状の部材である構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、シールドボックス３０の前壁３０ａ及び後壁３０ｃの一方又は両方を取り除いて、少なくとも一対の側壁３０ｂ，３０ｂを有する構成としても良い。

以下に、具体例を示す。
（検証試験２）
先行ＴＩＧ−後行ＭＩＧをそれぞれ別の溶接トーチとし、先行ＴＩＧ溶接トーチのトーチ角度α、後行ＭＩＧ溶接トーチのトーチ角度βとするとともに、シールドボックスを有する溶接装置を用いて、一般的なステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる母材の溶接を行なった。なお、溶接条件としては、表７に示す条件を用いた。また、アーク間距離Ｌによるビード外観検査の結果を表８に示す。

表８に示すように、安定な溶接を行なうためには、アーク間距離Ｌの絶対値が２０ｍｍ以内であることが必要であることを確認した。

（検証試験３）
先行ＴＩＧ−後行ＭＩＧをそれぞれ別の溶接トーチし、先行ＴＩＧ溶接トーチのトーチ角度α、後行ＭＩＧ溶接トーチのトーチ角度βとするとともに、シールドボックスを有する溶接装置及びシールドボックスを有さない溶接装置をそれぞれ用いて、一般的なステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる母材の溶接を行なった。なお、溶接条件としては、表９に示す条件を用いた。また、シールドボックスの有無によるビード外観検査の結果を表１０に示す。

表１０に示すように、シールドボックスを有する溶接装置を用いることにより、良好な溶接結果が得られることを確認した。また、シールドボックスの下端と母材の表面との距離を１５ｍｍ以下とした上で、シールドボックスから噴出するシールドガスの流速を０．０５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることで、ＴＩＧアーク用のシールドガス及びＭＩＧアーク用のシールドガスを全く用いない場合であっても、良好な溶接が可能となることを確認した。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、第１の実施形態の溶接装置を構成する溶接トーチ１は、ノズル本体２が一重構造である場合について例示したが、多重構造とし、インナーノズルのみに本発明のシールドガスを用い、アウターノズルは不活性ガスとしてもよい。

また、本溶接方法は、下向姿勢が好ましいが、これに限定されるものでなく、全姿勢溶接に適用可能である。

さらに、継ぎ手形状についても限定されるものではなく、重ね隅肉溶接等に適用する事ができる。特に、狭開先突合せ溶接において、従来のＭＩＧ溶接に比べて溶け込みが増大するとともに、ぬれ性を改善できる。そして、従来のＴＩＧ溶接に比べて溶着量を増大でき、生産効率を高めることが出来る。

本発明の複合溶接方法は、原子力容器、各種圧力容器等、従来、靱性とスパッタの観点とからＴＩＧ溶接しか適用できなかった製品への適用が可能である。
また、近年、鉄ベース材料の溶接金属中酸素量を低減させる方法として、クリーンＭＩＧ溶接法の開発が、各ワイヤメーカーや溶接機メーカーで行なわれているが、本発明の複合溶接法はその一つの手段となり得る。

１・・・溶接トーチ（複合溶接用の溶接トーチ）
２・・・ノズル本体
３・・・タングステン電極（ＴＩＧ電極）
４・・・溶接ワイヤ（ＭＩＧ電極）
５・・・母材
６，７・・・溶接電源
８・・・シールドガス噴出部
９・・・シールドガス
３０・・・シールドボックス（シールド部材）
Ｈ・・・ノズル本体の下端と母材の表面との距離
Ｌ・・・アーク間距離

Claims (16)

1. 溶接方向に対して先行する側でＴＩＧアークを発生させ、後行する側でＭＩＧアークを発生させて母材を溶接する複合溶接方法であって、
   ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定し、ＴＩＧ電極とＭＩＧ電極とに継続してアークを発生させ、
   前記ＴＩＧ電極の中心軸と母材の表面との交点と、前記ＭＩＧ電極の中心軸と母材の表面との交点との距離の絶対値が２０ｍｍ以下とし、
   前記ＴＩＧ電極と前記ＭＩＧ電極とをノズル本体の内側に配置し、
   前記ノズル本体の下端から前記母材の表面までの距離を２５ｍｍ以下に維持するとともに、
   前記ＴＩＧ電極及び前記ＭＩＧ電極の基端側から先端側に、当該ＴＩＧ電極及び当該ＭＩＧ電極に沿ってそれぞれ異なるシールドガスを流しながら、前記ＴＩＧアーク及び前記ＭＩＧアークを発生させ、
   前記ＭＩＧ電極に沿って流すシールドガスの流速は、前記ＴＩＧ電極に沿って流すシールドガスの流速の３０％に相当する流速と同じ、又はそれよりも速いことを特徴とする複合溶接方法。
2. 前記ＴＩＧ電極及び前記ＭＩＧ電極を一つのノズル本体の内側に配置することを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法。
3. 前記ＴＩＧ電極と前記ＭＩＧ電極とをそれぞれ別のノズル本体の内側に配置することを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法。
4. シールドガスとして、Ｈｅを２５％以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
5. シールドガスとして、水素を３％以上９％以下含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
6. シールドガスとして、水素を３％以上９％以下およびＨｅを２５％以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
7. シールドガスとして、水素を３％以上９％以下含有し、残部がヘリウムガスであるガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
8. ＴＩＧ溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向側に傾斜させた際の、ＴＩＧ溶接トーチの中心軸と法線とのなす角であるトーチ角度αと、ＭＩＧ溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向と反対側に傾斜させた際の、ＭＩＧ溶接トーチの中心軸と法線とのなす角であるトーチ角度βとの合計角度（｜α｜＋｜β｜）を３０〜１２０°の範囲とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
9. 後行ＭＩＧ溶接にパルス電流を付加することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
10. 前記ノズル本体の周囲の一部又は全部を取り囲むように設けられたシールド部材によって、前記母材の表面上に形成される溶接部を覆いながら溶接することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
11. 前記ノズル本体と前記シールド部材との間の、前記母材の表面に向かって請求項４乃至７のいずれか一項に記載のシールドガスを吹付けながら溶接することを特徴とする請求項１０に記載の複合溶接方法。
12. 前記シールド部材の下端から前記母材の表面までの距離を１５ｍｍ以下に維持しながら溶接することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の複合溶接方法。
13. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の複合溶接方法に用いる溶接トーチであって、
    ＴＩＧ電極と、
    溶接方向に対して前記ＴＩＧ電極の後段に設けられたＭＩＧ電極と、
    前記ＴＩＧ電極と前記ＭＩＧ電極とを内部に収納するノズル本体と、を備え、
    前記ノズル本体の下端から母材の表面までの距離が２５ｍｍ以下とされていることを特徴とする複合溶接用の溶接トーチ。
14. 前記ノズル本体内に、ＴＩＧアーク用のシールドガスの流路と、ＭＩＧアーク用のシールドガスの流路と、が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の複合溶接用の溶接トーチ。
15. 前記ノズル本体の周囲の一部又は全部を取り囲むように設けられたシールド部材を備え、前記ノズル本体と前記シールド部材との間に前記シールド部材の下端から母材の表面までの距離が１５ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の複合溶接用の溶接トーチ。
16. 前記シールド部材に、母材の表面上に形成される溶接部を保護するためのシールドガスの噴出部が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の複合溶接用の溶接トーチ。