JP5863952B2 - 半自動溶接システム、変換用アダプタキット、及び溶接用トーチ - Google Patents

半自動溶接システム、変換用アダプタキット、及び溶接用トーチ Download PDF

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Description

本発明は、半自動溶接システム、変換用アダプタキット、及び溶接用トーチに関する。
本願は、２０１２年３月２９日に、日本に出願された特願２０１２−０７７３０９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
金属や非鉄金属などを母材として用いた構造物（被溶接物）の溶接には、従来よりＴＩＧ溶接(Tungsten Inert Gas welding)又はプラズマアーク溶接等のＧＴＡＷ(Gas Tungsten Arc welding)と呼ばれる非消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられている。
また、ＭＩＧ溶接(Metal Inert Gas welding)、ＭＡＧ溶接(Metal Active Gas welding)又は炭酸ガスアーク溶接等のＧＭＡＷ(Gas Metal Arc welding)と呼ばれる消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられている。なお、消耗電極式のガスシールドアーク溶接は、消耗電極となる溶接ワイヤーの送給を自動で行いながら、溶接を手動で行うため、半自動アーク溶接とも呼ばれている。
これらの溶接方法では、一般に溶接用トーチを使用し、電極と被溶接物との間でアークを発生させて、このアークの熱により被溶接物を溶かして溶融池（プール）を形成しながら溶接が行われる。また、溶接中は電極の周囲を囲むトーチノズルからシールドガスを放出し、このシールドガスで大気（空気）を遮断しながら溶接が行われる。
ここで、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、従来より使用されている汎用のＴＩＧ溶接用トーチ１００について説明する。なお、図１３Ａは、このＴＩＧ溶接用トーチ１００の側面図であり、図１３Ｂは、このＴＩＧ溶接用トーチ１００の要部断面図である。
このＴＩＧ溶接用トーチ１００は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極１０１と、非消耗電極１０１を内側に挿入した状態で支持するコレット１０２と、非消耗電極１０１を先端側から突出させた状態でコレット１０２を内側に保持するコレットボディ１０３と、コレットボディ１０３が取り付けられるトーチボディ１０４と、非消耗電極１０１の周囲を囲んだ状態でコレットボディ１０３に取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズル１０５と、トーチボディ１０４とトーチノズル１０５との間に配置される前側ガスケット１０６と、トーチボディ１０４との間に後側ガスケット１０７を配置した状態で取り付けられるトーチキャップ１０８と、トーチボディ１０４が取り付けられると共に、使用者が把持するハンドル１０９とを概略備えている。
そして、このＴＩＧ溶接用トーチ１００では、溶接ケーブルＣを接続した後、トーチノズル１０５からシールドガスを放出しながら、非消耗電極１０１と被溶接物との間でアークを発生させて溶接が行われる。
一方、図１４に示すように、従来より使用されている汎用のＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００について説明する。なお、図１４は、このＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００の一例を示す側面図である。なお、図１４では、この溶接用トーチ２００の一部を切り欠いて示している。
このＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００は、図１４に示すように、被溶接物との間でアークを発生させる消耗電極２０１と、消耗電極２０１を案内しながら、その先端側から送り出すコンタクトチップ２０２と、コンタクトチップ２０２が取り付けられるトーチボディ２０３と、コンタクトチップ２０２の周囲を囲んだ状態でトーチボディ２０３に取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズル２０４と、トーチボディ２０３が取り付けられると共に、使用者が把持するハンドル２０５とを概略備えている。
そして、このＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００では、溶接ケーブルＣを接続した後、トーチノズル２０４からシールドガスを放出しながら、消耗電極２０１と被溶接物との間でアークを発生させて溶接が行われる。また、このＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００では、消耗電極２０１自体をアーク中で溶融させながら溶接が行われるため、ハンドル２０５の内側を通して消耗電極２０１が自動で送給される仕組みとなっている。
ところで、ＴＩＧ溶接では、比較的に薄肉な薄板を対象として溶接を行うため、使用電流が５０〜２００Ａの範囲で溶接が行われる。したがって、厚肉な被溶接物を対象として溶接を行う場合には、溶着量が不足するため、複数回のパスで溶接を行う必要がある。
例えば、高い強度が求められる水平すみ肉溶接をＴＩＧ溶接で行った場合には、溶融量が不足するため、継手性能を得るのに脚長及びのど厚が必要となる。この場合、溶加材を供給することで、その脚長及びのど厚を確保することになる。
また、手動によるＴＩＧ溶接の場合、溶加材として溶接ワイヤーを用いて、一部に自動で供給する方法が用いられるものの、そのほとんどが手動で溶接ワイヤーを供給している。
溶接ワイヤーを自動で送給する手段としては、ＴＩＧ溶接用ロボットなどの自動機がある。そして、このような手段をＴＩＧ用溶接トーチに取り付けて、溶接ワイヤーの送給を自動で行いながら、ＴＩＧ溶接を行うＴＩＧ溶接装置も提案されている（例えば、特許文献１〜４を参照。）。
一方、ＴＩＧ溶接よりも高速且つ高溶着で溶接を行う必要がある場合には、ＭＡＧ溶接のような消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられる。ＭＡＧ溶接では、シールドガスに不活性ガスと炭酸ガスを混合して使用することで、溶接部分の溶け込みを深くすることが可能である。
また、ＭＡＧ溶接では、使用電流が１００〜５００Ａの範囲で溶接が行われるため、厚板を対象とした溶接に適している。ＭＡＧ溶接では、消耗電極となる溶接ワイヤーをコンタクトチップの先端部から送り出すＭＡＧ溶接用トーチを用いて、溶接ワイヤーの送給を自動で行い、このワイヤー自体をアーク中で溶融させながら溶接が行われる。
このように、非消耗電極式のガスシールドアーク溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）と、消耗電極式のガスシールドアーク溶接（例えば、ＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接）では、被溶接物や板厚などにより棲み分けがなされている。このため、これらの溶接装置を対象する被溶接物に合わせて複数用意しておく必要があった。
特開２００１−１１３３７０号公報 特開２００１−１３８０５３号公報 特開２００７−０００９３３号公報 特表２００９−５４５４４９号公報
ところで、上述したＴＩＧ溶接では、溶着量の増加を図るため、高電流を流しつつ、溶加材（溶加棒）の供給を手動で行いながら、上述した汎用のＴＩＧ溶接用トーチ１００を用いて溶接を行おうとすると、溶加材の供給が間に合わなくなることがあった。この場合、使用者が左右の手で溶加材の供給とＴＩＧ溶接用トーチ１００の操作を同時に行わなければならず、そのための熟練技術が必要となる。
また、高電流を流したＴＩＧ溶接の場合、溶接用トーチ１００のハンドル１０９がアークに近くなるため、手を火傷してしまう可能性がある。また、トーチノズル１０５が熱で破損する可能性も高くなる。
一方、溶接ワイヤーの送給を自動で行うため、上述した汎用のＴＩＧ溶接用トーチ１００にワイヤー狙いガイドを取り付けて半自動のＴＩＧ溶接を行った場合には、このワイヤー狙いガイドを取り付けたトーチ周りが大きくなり、使い勝手が非常に悪くなる。
また、半自動のＴＩＧ溶接で高電流を流した場合も、溶接トーチを手動で操作することから、手を火傷してしまう可能性がある。さらに、ワイヤー狙いガイドの樹脂部分が溶けてしまい、高電流での溶接に耐えられなくなるおそれもある。
これに対して、上述したＭＡＧ溶接では、高電流且つ高溶着の溶接が可能である。しかしながら、ＭＡＧ溶接では、溶接中にスラグや金属粒など（スパッタという。）が飛散し易く、溶接後に後処理が必要となる。また、溶接部の仕上がりがＴＩＧ溶接ほど美しくはならず、溶接欠陥も発生し易いなどの問題がある。
また、シールドガスに酸素や炭酸を添加した混合ガス（ＭＡＧ溶接）や、１００％の炭酸ガス（炭酸ガスアーク溶接）を使用すると、気孔などの溶接欠陥が発生してしまう材質のものには使用できなくなる。
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、高速且つ高溶着の溶接を可能とした非消耗電極式の半自動溶接システム、並びにそのような半自動溶接システムにおいて、消耗電極式の溶接用トーチを非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキット、並びにそのような変換用アダプタキットが取り付けられた溶接用トーチを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１） 被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被溶接物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとが設けられた溶接用トーチと、
前記溶接用トーチに取付治具を介して取り付けられた送給ヘッドの先端部から前記被溶接物の溶融池に向かって溶接ワイヤーを送給するワイヤー送給装置と、
前記溶接用トーチに電力及びシールドガスを供給する溶接電源装置とを備え、
前記溶接用トーチは、先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチのうち、少なくともその一部を流用したものからなることを特徴とする非消耗電極式の半自動溶接システム。
（２） 前記溶接用トーチは、前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコンタクトチップと、前記変換用のコンタクトチップに前記非消耗電極を取り付ける固定治具とを備えることによって、少なくとも前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるトーチボディ、トーチノズル及びハンドルを流用したものからなることを特徴とする前記（１）に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（３） 前記溶接用トーチは、前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持すると共に、前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコレットボディとを備えることによって、少なくとも前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるトーチボディ、トーチノズル及びハンドルを流用したものからなることを特徴とする前記（１）に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（４） 前記溶接用トーチは、前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持するコレットボディと、前記コレットボディに取り付けられると共に、前記シールドガスを放出するトーチノズルと、前記コレットボディが取り付けられると共に、前記トーチボディの代わりに前記ハンドルに取り付けられる変換用のトーチボディとを備えることによって、少なくとも前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるハンドルを流用したものからなることを特徴とする前記（１）に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（５） 前記送給ヘッドは、前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるコンタクトチップを流用したものからなることを特徴とすることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（６） 前記送給ヘッドは、前記取付治具の位置を変更することによって、前記溶接ワイヤーの送給位置が調整可能とされていることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（７） 前記溶接電源装置は、前記消耗電極式の半自動溶接システムが備える溶接電源装置の少なくとも一部を流用したものからなることを特徴とする前記（１）〜（６）の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（８） 前記溶接電源装置は、その定格出力電流の最大値が２００Ａ以上であることを特徴とする前記（７）に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（９） 前記ワイヤー送給装置は、前記消耗電極式又は非消耗電極式の半自動溶接システムが備えるワイヤー送給装置の少なくとも一部を流用したものからなることを特徴とする前記（１）〜（８）の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（１０） 前記溶接電源装置に接続されて、前記溶接用トーチ内を流れる冷却液を循環させることによって、前記溶接用トーチを冷却する冷却装置を備えることを特徴とする前記（１）〜（９）の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
（１１） 先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチを、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極を備える非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、
前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコンタクトチップと、
前記変換用のコンタクトチップに前記非消耗電極を取り付ける固定治具とを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
（１２） 先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチを、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極を備える非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、
前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、
前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持すると共に、前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコレットボディとを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
（１３） 先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチを、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極を備える非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、
前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、
前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持するコレットボディと、
前記コレットボディが取り付けられると共に、前記トーチボディの代わりに前記ハンドルに取り付けられる変換用のトーチボディとを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
（１４） 更に、非消耗電極を備えることを特徴とする前記（１１）〜（１３）の何れか一項に記載の変換用アダプタキット。
（１５） 更に、先端部から溶接ワイヤーを送り出す送給ヘッドと、前記送給ヘッドを前記溶接用トーチに取り付ける取付治具とを備えることを特徴とする前記（１１）〜（１４）の何れか一項に記載の変換用アダプタキット。
（１６） 前記送給ヘッドは、前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるコンタクトチップを流用したものからなることを特徴とする前記（１５）に記載の変換用アダプタキット。
（１７） 前記送給ヘッドは、前記取付治具の位置を変更することによって、前記溶接ワイヤーの送給位置が調整可能とされていることを特徴とする前記（１５）又は（１６）に記載の変換用アダプタキット。
（１８） 前記（１１）〜（１７）の何れか一項に記載の変換用アダプタキットが取り付けられたことを特徴とする溶接用トーチ。
以上のように、本発明よれば、消耗電極式の半自動溶接システムの少なくとも一部を流用した高速且つ高溶着の溶接を可能とした非消耗電極式の半自動溶接システム、並びに、そのような半自動溶接システムにおいて、消耗電極式の溶接用トーチを非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキット、並びにそのような変換用アダプタキットが取り付けられた溶接用トーチを提供することが可能である。
本発明を適用した溶接用トーチ及び変換用アダプタキットの一例を示す側面図である。 図１Ａに示す溶接用トーチの要部を拡大した断面図である。 図１Ａに示す溶接用トーチを用いた溶接中の状態を溶接線方向の側面から見た模式図である。 溶接中に被溶接物の溶融池が凹状となる場合を示す模式図である。 溶接中に被溶接物の溶融池が凸状となる場合を示す模式図である。 別の固定治具を用いた取付構造を示す側面図である。 別の固定治具を用いた取付構造を示す側面図である。 別の固定治具を用いた取付構造を示す側面図である。 別の変換用アダプタキットを示す側面図である。 別の変換用アダプタキットを示す側面図である。 図６Ａに示す変換アダプタキットがハンドルに取り付けられた状態を示す側面図である。 別のワイヤー狙いガイドを示す側面図である。 別のワイヤー狙いガイドを示す側面図である。 ダンパー機構を備えたワイヤー狙いガイドを示す側面図である。 本発明を適用した半自動溶接システムの一構成例を示す模式図である。 実施例１において突合せ溶接を行った後の外観を示す写真である。 実施例２において水平すみ肉溶接を行った後の外観を示す写真である。 実施例３において水平すみ肉溶接を行った後の断面を示す拡大写真である。 従来のＴＩＧ溶接用トーチの一例を示す側面図である。 図１３Ａに示すＴＩＧ溶接用トーチの要部断面図である。 従来のＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチの一例を示す側面図である。
以下、本発明を適用した半自動溶接システム、変換用アダプタキット及び溶接用トーチについて、図面を参照して詳細に説明する。
（溶接用トーチ及び変換用アダプタキット）
先ず、本発明を適用した溶接用トーチ及び変換用アダプタキットの一例について説明する。
図１Ａは、本発明を適用した溶接用トーチ１の一例を示す側面図である。なお、図１Ａでは、この溶接用トーチ１の一部を切り欠いて示している。図１Ｂは、図１Ａに示す溶接用トーチ１の要部を拡大した断面図である。
この溶接用トーチ１は、例えば上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００（消耗電極式の溶接用トーチ）の少なくとも一部を流用したものからなる。具体的には、本発明を適用した変換用アダプタキット５０を用いて、上記ＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００で使用される消耗電極２０１の代わりに、非消耗電極２が取り付けられた構成を有している。また、この溶接用トーチ１は、溶加材である溶接ワイヤー１０の送給を自動で行いながら、溶接を手動で行うことが可能となっている。
具体的に、この溶接用トーチ１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極２と、非消耗電極２が取り付けられたコンタクトチップ３と、コンタクトチップ３が取り付けられるトーチボディ４と、コンタクトチップ３の周囲を囲んだ状態でトーチボディ４に取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズル５と、トーチボディ４が取り付けられると共に、使用者が把持するハンドル６とを概略備えている。
非消耗電極２は、例えばタングステンなどの融点の高い金属材料を用いて形成された長尺状の電極棒からなる。
コンタクトチップ３は、例えば銅又は銅合金などの電気伝導性及び熱伝導性に優れた金属材料を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。また、コンタクトチップ３は、軸線方向に貫通する貫通孔３ａを有し、通常はこの貫通孔３ａを通して消耗電極を先端側へと送り出すことが可能となっている。
これに対して、本発明を適用して溶接用トーチ１では、コンタクトチップ３の貫通孔３ａに非消耗電極２が挿入された状態で、固定治具７を介して非消耗電極２がコンタクトチップ３に取り付けられている。すなわち、このコンタクトチップ３は、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００で使用されるコンタクトチップ２０２の代わりに、トーチボディ４に取り付けられた変換用のコンタクトチップである。
本発明を適用した変換用アダプタキット５０は、これら変換用のコンタクトチップ３と固定治具７とを備えて構成されている。そして、本発明を適用した溶接用トーチ１は、この変換用アダプタキット５０を用いて、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００をＴＩＧ溶接用トーチに変換することが可能となっている。したがって、この溶接用トーチ１が備えるトーチボディ４、トーチノズル５及びハンドル６については、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００が備えるトーチボディ２０３、トーチノズル２０４及びハンドル２０５を流用することが可能である。
固定治具７は、例えば銅又は銅合金などの電気伝導性及び熱伝導性に優れた金属材料を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。この固定治具７は、軸線方向に貫通する貫通孔７ａを有し、この貫通孔７ａの内側に挿入された非消耗電極２を軸線方向にスライド可能に支持する。また、固定治具７の基端側には、複数のスリット７ｂが周方向に並んで設けられている。これら複数のスリット７ｂは、固定治具７の基端から軸線方向の中途部に亘って直線状に切り欠かれている。これにより、各スリット７ｂの間には、縮径方向に弾性変形可能なチャック部７ｃが形成されている。また、チャック部７ｃの先端には、漸次縮径されたテーパー部７ｄが設けられている。
そして、この固定治具７は、その基端側をコンタクトチップ３の内側に挿入した状態で、コンタクトチップ３の内周面にネジ止めによって着脱自在に取り付けることが可能となっている。また、固定治具７がコンタクトチップ３に取り付けられた際に、このコンタクトチップ３の内側において固定治具７のテーパー部７ｄがコンタクトチップ３の内側に設けられたテーパー面３ｂに当接することによって、この固定治具７のチャック部７ｃが縮径方向に弾性変形する。これにより、固定治具７のチャック部７ｃが非消耗電極２を挟持しながら、この非消耗電極２をコンタクトチップ３に固定することが可能となっている。
また、コンタクトチップ３は、その基端側をネジ止めによってトーチボディ４に着脱自在に取り付けることが可能となっている。これに対して、トーチボディ４には、このコンタクトチップ３を取り付けるためのチップボディ８が一体又は別体に取り付けられている。
チップボディ８は、上述したコンタクトチップ３よりも熱伝導率が低い導電性金属材料、例えば軟鋼やステンレス鋼などの鋼材又は真鍮等を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。また、チップボディ８の内側は、トーチボディ４側から供給されたシールドガスが流れる流路を形成している。
また、チップボディ８の基端側の外周部には、オリフィス９が取り付けられている。このオリフィス９の外周部には、シールドガスを噴出する複数の噴出孔９ａが周方向に並んで設けられている。
トーチボディ４は、上述したコンタクトチップ３よりも熱伝導率が低い導電性金属材料、例えば軟鋼やステンレス鋼などの鋼材又は真鍮等を用いて形成された概略円筒状の本体金具（図示せず。）を有し、この本体金具が絶縁樹脂により被覆された構造を有している。
本体金具は、コンタクトチップ３及びチップボディ８を介して非消耗電極２に電力を供給する給電部を形成するものであり、また、その内側がコンタクトチップ３に向かってシールドガスを供給する流路を形成している。そして、この本体金具の一端側（先端側）に取り付けられたチップボディ８にコンタクトチップ３をネジ止めにより着脱自在に取り付けることが可能となっている。
トーチノズル５は、上記オリフィス９から噴出されたシールドガスの整流を行うものであり、耐熱性に優れた金属材料や絶縁材料等を用いて概略円筒状に形成されたノズル形状を有している。そして、このトーチノズル５は、トーチボディ４の外周部にネジ止めにより着脱自在に取り付けることが可能となっている。なお、トーチノズル５は、その先端側が高温に晒されることから、この先端部分のみを耐熱性に優れた別部材により構成することも可能である。
なお、シールドガスとしては、例えばアルゴンやヘリウムといった不活性ガスを単体若しくは複数の不活性ガスを混合して用いることができる。さらに、このシールドガスに水素や窒素等を添加することも可能である。この場合、酸化性ガスを使用しないため、被溶接物に形成されるビードの酸化を低減でき、濡れ性も改善できる。
ハンドル６には、オン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）を切り換えるスイッチ６ａが設けられている。また、ハンドル６には、上記トーチボディ４の他端側（後端側）に設けられた接続部が着脱自在に取り付けられている。そして、このハンドル６の内側を通して上記トーチボディ４の接続部に溶接ケーブルＣがネジ止め等により接続可能となっている。なお、ハンドル６については、このようなハンドルタイプのものに限らず、ペンシルタイプのものであってもよい。
なお、溶接ケーブルＣの内側には、例えば、外部電源から上記トーチボディ４の本体金具（給電部）に電力を供給する給電ケーブルや、本体金具（流路）にシールドガスや溶接ワイヤー（消耗電極）を供給するライナー（コンジットとも言う。）などが設けられている。
溶接用トーチ１には、溶加材である溶接ワイヤー１０を自動で送給するためのワイヤー狙いガイド（ガイドチップボディ、ガイドリングとも言う。）１１が取り付けられている。このワイヤー狙いガイド１１は、溶接ワイヤー１０を案内しながら、その先端側から溶接ワイヤー１０を送り出す送給ヘッド１２と、送給ヘッド１２の先端部に向かって溶接ワイヤー１０を送給するライナー１３とを備え、上記トーチノズル５の外周部に取付治具１４を介して送給ヘッド１２が着脱自在に取り付けられた構造を有している。
このうち、送給ヘッド１２には、消耗電極式の溶接用トーチで使用される汎用のコンタクトチップを用いることができる。一方、取付治具１４は、上記トーチノズル５の外周部における前後方向の位置や軸回りの位置を変更することによって、溶接ワイヤー１０の送給位置を任意に調整することが可能となっている。
なお、溶接ワイヤー１０については、被溶接物の母材に合わせて従来公知のものの中から最適な溶接材料からなるものを適宜選択して使用することが可能である。また、取付治具１４については、上記トーチノズル５の外周部に直接取り付けられた構成に限らず、絶縁部材（図示せず。）を介して上記トーチノズル５の外周部に取り付けられた構成としてもよい。
上記溶接用トーチ１を用いて溶接を行う際は、被溶接物と非消耗電極２との間でアークを発生させて、このアークの熱により被溶接物を溶かして溶融池（プール）を形成する。そして、溶接中は、非消耗電極２の周囲を囲むトーチノズル５からシールドガスを放出し、このシールドガスで大気（空気）を遮断する。さらに、溶接中は、被溶接物の溶融池に向かって溶接ワイヤー１０を自動で送給し、アーク中で溶接ワイヤー１０を溶融させながら溶接が行われる。
この場合、溶接ワイヤー１０が自動で送給されるため、溶接用トーチ１を両手で操作することができ、熟練技術を持たなくても、安定且つ容易に溶接作業を行うことが可能である。
以上のように、本発明を適用した溶接用トーチ１は、上記変換用アダプタキット５０を用いて、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００で使用される消耗電極２０１の代わりに、非消耗電極２が固定治具７を介してコンタクトチップ３に取り付けられている。
これにより、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００をＴＩＧ溶接用トーチに変換して用いることが可能である。また、この場合、新たにＴＩＧ溶接用トーチを用意するといった必要がなく、このような溶接用トーチ１及び変換用アダプタキット５０を安価に提供することが可能である。
また、本発明を適用した溶接用トーチ１は、上記図１３Ａ及び図１３Ｂに示すＴＩＧ溶接用トーチ１００よりも比較的高い電流（例えば２００Ａ以上）を流すことができるＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００を流用することが可能である。なお且つ、この溶接用トーチ１にワイヤー狙いガイド１１を取り付けて、溶接ワイヤー１０の送給を自動で行いながら、半自動のＴＩＧ溶接を行うことが可能である。
これにより、スパッタの発生を防ぎつつ、高速且つ高溶着の溶接を行うことが可能である。また、従来の手動によるＴＩＧ溶接のように、使用者が左右の手で溶加材の供給とＴＩＧ溶接用トーチ１００の操作を同時に行う必要がないため、熟練技術を要することなく、仕上がりのよい溶接を行うことが可能である。
また、半自動のＴＩＧ溶接で高電流を流した場合でも、この溶接用トーチ１は高電流に対応したＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００を流用していることから、従来のＴＩＧ溶接用トーチのように、例えばトーチノズル５やワイヤー狙いガイド１１等が熱で破損するといったことを防ぐことが可能性である。
さらに、シールドガスに酸素や炭酸を添加した混合ガス（ＭＡＧ溶接）や、１００％の炭酸ガス（炭酸ガスアーク溶接）を使用した場合に、気孔などの溶接欠陥が発生してしまう材質のものにも使用が可能である。
また、この溶接用トーチ１を手動で操作した場合でも、従来のＴＩＧ溶接用トーチよりもアークからハンドル６までの距離を十分に取ることができるため、手を火傷してしまうといったことを防ぐことが可能である。
さらに、この溶接用トーチ１にワイヤー狙いガイド１１を取り付けて半自動のＴＩＧ溶接を行った場合でも、このワイヤー狙いガイド１１を取り付けられたトーチノズル５からハンドル６までの距離を十分に取ることができるため、溶接中にワイヤー狙いガイド１１が邪魔になることがない。
以上のように、この溶接用トーチ１を用いた場合には、半自動のＴＩＧ溶接でありながら、ＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接並みの高速且つ高溶着の溶接を行うことが可能である。
ここで、上記溶接用トーチ１の溶接中の状態を図２に模式的に示す。なお、図２は、上記溶接用トーチ１の溶接中の状態を溶接線方向の側面から見た図である。
図２に示すように、上記溶接用トーチ１を用いた溶接を行う際は、非消耗電極２に対する溶接ワイヤー１０の傾き角θを１０〜４５°とした状態で、被溶接物Ｓの溶融池Ｐに向かって溶接ワイヤー１０を供給することが好ましい。この傾き角θを１０〜４５°とすることで、被覆アーク溶接に近い感覚で溶接作業を行うことが可能である。また、狭い箇所での溶接作業も可能となる。なお、図２中に示すＳ’の部分は、溶接後に被溶接物Ｓに形成される余盛を表したものである。
なお、溶接中は溶融池Ｐ内を観察することはできないものの、この溶接中に溶接ワイヤー１０が非溶融状態と溶融状態を繰り返す現象が発生していると思われる。このとき、上記溶接用トーチ１のハンドル６を握った手には、溶融状態から非溶融状態となるときの抵抗感覚が伝わるため、この抵抗感を目安にして適切なアーク長を維持することが可能である。
また、この抵抗感覚は、さほど熟練技能を必要としない被覆アーク溶接において、溶加棒の先端を被溶接物Ｓに押し付けて溶接する際に手に伝わる感覚に類似している。特に、上述した非消耗電極２に対する溶接ワイヤー１０の傾き角θを１０〜４５°とすることで、このような感覚を得ることが可能である。また、溶接中に溶接ワイヤー１０の先端を上記溶接物Ｓに押し付ける際の押付け力は、０．２〜１０Ｎの範囲とすることが好ましく、０．５〜５Ｎの範囲とすることが更に好ましい。
溶加材として溶接棒でなく溶接ワイヤー１０を用いた場合には、溶加材の連続的な供給が可能である。一方、溶接ワイヤー１０は、スプールに巻かれた状態から供給されるため、送給ヘッド１２の先端から送り出された際に、曲がり癖によってこの溶接ワイヤー１０を真っ直ぐに供給できないことがある。この場合、送給ヘッド１２の先端から送り出された溶接ワイヤー１０が溶融池Ｐに供給される前に、非消耗電極２に接触してしまう可能性がある。
これに対しては、図２に示すように、非消耗電極２の先端から溶接ワイヤー１０までの水平方向の距離Ｄを２ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることが好ましい。この距離Ｄが２ｍｍよりも短くなると、非消耗電極２と溶接ワイヤー１０とが接触する可能性が高くなる。
一方、電流が大きくなるのに従って、この距離Ｄを大きくすることによって、溶接ワイヤー１０の移行形態を制御でき、そのときの距離Ｄの最大値が８ｍｍである。すなわち、この距離Ｄが短すぎると、溶接ワイヤー１０が溶融池Ｐに到達する前に溶滴となってしまうため、いわゆる溶滴移行形態となる。一方、この距離Ｄが長すぎると、溶接ワイヤー１０が溶けない又は半溶融状態で溶融池Ｐに到達するため、いわゆるブリッジ移行形態となる。
このような溶接ワイヤー１０の移行形態は、電流の大きさによって変化することになる。したがって、この距離Ｄを調整することで、その目的や溶接者の好みにあったブリッジ移行形態又は溶滴移行形態を選択することができる。具体的に、この距離Ｄについては、２ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることがより好ましい。この距離Ｄが５ｍｍを超えると、溶接ワイヤー１０が溶融しきれずに融合不良などの欠陥が生じる可能性を考慮する必要がある。
また、非消耗電極２の先端から溶融池Ｐまでの鉛直方向の距離Ｈについては、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましく、３ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることがより好ましい。例えば、手動アーク溶接のアーク長の変動を考慮することで、非消耗電極２の先端が溶融池Ｐに接触しにくくすることができる。この距離Ｈが３ｍｍより短くなると、非消耗電極２の先端が溶融地Ｐに接触する可能性が高くなる。一方、この距離Ｈが１０ｍｍより長くなると、シールドガスが不足して、シールド性が悪くなる。
ここで、被溶接物Ｓの溶融池Ｐは、電流の大きさによって、図３Ａに示すような凹状となる場合と、図３Ｂに示すような凸状となる場合がある。したがって、上記距離Ｈは、電流の大きさによって深さ方向に変化することになる。このため、溶接前に上記距離Ｈを予め設定しておくことは困難であるものの、手動による溶接を基本とした場合、この距離Ｈが３ｍｍ以上であれば、目測により距離Ｈを制御することが可能である。なお、図３Ａ及び図３Ｂ中に示すＢの部分は、溶接後に被溶接物Ｓに形成されるビードを表したものである。
なお、本発明を適用した溶接用トーチ及び変換用アダプタキットは、上記実施形態に示す溶接用トーチ１及び変換用アダプタキット５０に必ずしも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、上記溶接用トーチ１では、固定治具７を介して非消耗電極２がコンタクトチップ３に取り付けられた構造となっているが、上記図１Ｂに示す固定治具７を用いた取付構造に限らず、例えば図４Ａ〜図４Ｃに示すような固定治具７Ａ〜７Ｃを用いた取付構造とすることも可能である。なお、図４Ａ〜図４Ｃに示す固定治具７Ａ〜７Ｃにおいて、互いに共通の部位についてはまとめて説明すると共に、同じ符号を付すものとする。
具体的に、図４Ａ〜図４Ｃに示す固定治具７Ａ〜７Ｃは、上記固定治具７と同じ材料を用いて形成されたキャップ部材７１及びチャック部材７２とを有している。
このうち、キャップ部材７１は、コンタクトチップ３の先端部に取り付けられる概略円筒状の部材からなる。また、キャップ部材７１は、軸線方向に貫通する貫通孔７１ａを有している。そして、このキャップ部材７１は、その内側にコンタクトチップ３の先端側を挿入した状態で、コンタクトチップ３の外周面にネジ止めによって着脱自在に取り付けることが可能となっている。
一方、チャック部材７２は、コンタクトチップ３の内側に挿入可能な概略円筒状の部材からなる。また、チャック部材７２は、軸線方向に貫通する貫通孔７２ａを有し、この貫通孔７２ａの内側に挿入された非消耗電極２を軸線方向にスライド可能に支持する。
また、図４Ａ〜図４Ｃに示す固定治具７Ａ〜７Ｃのうち、図４Ａに示す固定治具７Ａは、チャック部材７２の基端側に複数のスリット７２ｂが周方向に並んで設けられた構成となっている。一方、図４Ｂに示す固定治具７Ｂは、チャック部材７２の先端側に複数のスリット７２ｂが周方向に並んで設けられた構成となっている。一方、図４Ｃに示す固定治具７Ｃは、チャック部材７２の基端側及び先端側に複数のスリット７２ｂが周方向に並んで設けられた構成となっている。
これら複数のスリット７２ｂは、チャック部材７２の基端又は先端から軸線方向の中途部に亘って直線状に切り欠かれている。これにより、各スリット７２ｂの間には、縮径方向に弾性変形可能なチャック部７２ｃが形成されている。また、チャック部７２ｃの先端には、漸次縮径されたテーパー部７２ｄが設けられている。
そして、これら図４Ａ〜図４Ｃに示す固定治具７Ａ〜７Ｃを用いた取付構造では、チャック部材７２をコンタクトチップ３の内側に挿入した状態で、キャップ部材７１をコンタクトチップ３に取り付ける。このとき、チャック部材７２のテーパー部７２ｄがコンタクトチップ３又はキャップ部材７１の内側に設けられたテーパー面３ｂ，７１ｂに当接することによって、このチャック部材７２のチャック部７２ｃが縮径方向に弾性変形する。これにより、チャック部７２ｃが非消耗電極２を挟持しながら、この非消耗電極２をコンタクトチップ３に固定することが可能となっている。
上記実施形態では、上述した変換用のコンタクトチップ３と固定治具７，７Ａ〜７Ｃとを備えて構成される変換用アダプタキット５０を用いて、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００をＴＩＧ溶接用トーチに変換した場合について例示した。
一方、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００をＴＩＧ溶接用トーチに変換する場合には、上述した変換用アダプタキット５０以外にも、例えば図５に示すような変換用アダプタキット５０Ａを用いることも可能である。
具体的に、この変換用アダプタキット５０Ａは、図５に示すように、上記非消耗電極２を内側に挿入した状態で支持するコレット５１と、上記非消耗電極２を先端側から突出させた状態でコレット５１を内側に保持すると共に、上記コンタクトチップ２０２の代わりに上記トーチボディ２０３に取り付けられる変換用のコレットボディ５２とを備えている。
したがって、この変換用アダプタキット５０Ａを用いた場合には、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００が備えるトーチボディ２０３、トーチノズル２０４及びハンドル２０５を流用することが可能である。
さらに、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００をＴＩＧ溶接用トーチに変換する場合には、例えば図６Ａ及び図６Ｂに示すような変換用アダプタキット５０Ｂを用いることも可能である。なお、図６Ａは、変換用アダプタキット５０Ｂを示す側面図であり、図６Ｂは、変換用アダプタキット５０Ｂが上記ハンドル２０５取り付けられた状態を示す側面図である。
具体的に、この変換用アダプタキット５０は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上記非消耗電極２を内側に挿入した状態で支持するコレット（図示せず。）と、上記非消耗電極２を先端側から突出させた状態でコレットを内側に保持するコレットボディ（図示せず。）と、コレットボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズル５３と、コレットボディが取り付けられると共に、上記トーチボディ２０３の代わりに上記ハンドル２０５に取り付けられる変換用のトーチボディ５４とを概略備えている。
すなわち、この変換用アダプタキット５０は、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００が備えるハンドル２０５に取り付け可能となっている以外は、従来より公知のＴＩＧ溶接用トーチと同様の構成とすることが可能である。
したがって、この変換用アダプタキット５０Ｂを用いた場合には、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００が備えるハンドル２０５を流用することが可能である。
以上のように、本発明を適用した溶接用トーチでは、上述した変換用アダプタキット５０，５０Ａ，５０Ｂを用いることによって、消耗電極式の溶接用トーチが備えるコンタクトチップと、トーチボディと、トーチノズルと、ハンドルとのうち、少なくともその一部を流用した非消耗電極式の溶接用トーチを構成することが可能である。また、本発明を適用した変換用アダプタキットを用いた場合には、消耗電極式の溶接用トーチが備える消耗電極の代わりに非消耗電極を取り付けることによって、消耗電極式の溶接用トーチを非消耗電極式の溶接用トーチに容易に変換することが可能である。
また、上記ワイヤー狙いガイド１１については、上述したトーチノズル５の外周部に取付治具１４を介して送給ヘッド１２が着脱自在に取り付けられた構成に必ずしも限定されるものではない。
例えば、図７Ａに示すワイヤー狙いガイド１１Ａのように、上記トーチボディ４に取り付けられたインシュレータ（絶縁筒）１５の外周部に取付治具１４Ａを介して送給ヘッド１２が着脱自在に取り付けられた構成とすることも可能である。
また、このワイヤー狙いガイド１１Ａが備える取付治具１４Ａは、上記送給ヘッド１２を回動自在に支持している。これにより、上記溶接ワイヤー１０の傾き角θを任意に調整することが可能である。
一方、図７Ｂに示すワイヤー狙いガイド１１Ｂのように、上記送給ヘッド１２を前後方向にスライド自在に支持する取付治具１４Ｂを備えた構成とすることも可能である。これにより、上記溶接ワイヤー１０の先端から溶融池Ｐまでの距離を任意に調整することが可能である。
一方、図８に示すワイヤー狙いガイド１１Ｃのように、上記送給ヘッド１２と上記取付治具１４との間にダンパー機構１６を配置した構成とすることも可能である。このダンパー機構１６は、コイルバネ１６ａにより送給ヘッド１２を前方に向かって付勢した状態で、この送給ヘッド１２を前後方向にスライド自在に支持している。これにより、溶接中に溶接ワイヤー１０の先端が上記溶接物Ｓに押し付けられた際に、その衝撃を緩和しながら、溶接中の振れ等の発生を低減することが可能である。なお、このダンパー機構１６を備えたワイヤー狙いガイド１１Ｃでは、その全長が長くなるため、送給ヘッド１２が取付治具１４を介してトーチボディ４の外周部に取り付けられている。
また、本発明を適用した溶接用トーチでは、上述したトーチノズル５からアルゴンやヘリウムといった不活性ガス（シールドガス）を放出する一重ノズル構造に限らず、例えば、シールドガスとして、内側のトーチノズル（インナーノズル）から不活性ガスを放出すると共に、それよりも外側のトーチノズル（アウターノズル）から酸化性ガスを放出するといった二重ノズル構造とすることも可能である。
また、本発明を適用した溶接用トーチとしては、空冷式と水冷式の何れの溶接用トーチも使用可能であるが、水冷式の溶接用トーチを使用することがより好ましい。すなわち、空冷式の溶接用トーチでは、上述した電力を供給する給電ケーブルや、シールドガスを供給するライナーを備えた溶接ケーブルＣを用い、水冷式の溶接用トーチでは、更に冷却水（冷却液）を循環させる冷却ケーブルを備えた溶接ケーブルＣを用いる。したがって、水冷式の溶接用トーチの方が熱や衝撃に対して損傷を受けにくく、トーチ自体をコンパクト化することによって、狭い箇所での溶接作業も可能となる。
また、本発明では、上記図１４に示すＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００に、上記取付治具１４を介して送給ヘッド１２を取り付けることで、コールドワイヤータンデム溶接を行うことも可能である。さらに、本発明は、ホットワイヤー及び複合溶接（タンデム溶接）を組み合わせることも可能である。ホットワイヤーは、上記溶接ワイヤー１０を予め温める方法であり、コールドワイヤーよりも溶融速度が上がるため、高溶着の溶接が可能となる。さらに、上記溶接ワイヤー１０を消耗電極とする消耗電極式のガスシールドアーク溶接を行えば、ホットワイヤーよりも更に高溶着の溶接を行うことが可能となる。
なお、本発明が対象とする被溶接物については、特に限定されるものではなく、溶接可能な全ての材質のものに対して溶接を行うことが可能である。
（半自動溶接システム）
次に、本発明を適用した半自動溶接システムの一例について説明する。
図９は、本発明を適用した半自動溶接システム５００の一構成例を示す模式図である。
この半自動溶接システム５００は、図９に示すように、上記溶接用トーチ１と、上記溶接用トーチ１に電力及びシールドガスを供給する溶接電源装置５０１と、上記ワイヤー狙いガイド１１に溶接ワイヤー１０を送給するワイヤー送給装置５０２と、上記溶接用トーチ１を冷却する冷却装置５０３とを概略備えている。
このうち、溶接電源装置５０１には、上記溶接ケーブルＣを介して上記溶接用トーチ１が接続されている。この溶接ケーブルＣの内側には、上記溶接用トーチ１に電力を供給する給電ケーブルＣ１と、シールドガスを導入するライナーＣ２と、冷却水を循環させる冷却ケーブルＣ３と、上記溶接用トーチ１のスイッチ６ａと電気的に接続されたスイッチケーブルＣ４とが設けられている。
溶接電源装置５０１は、先端にコンセントプラグが設けられた電源ケーブルＣ５を有し、このコンセントプラグを外部電源（例えば交流２００Ｖの商用電源）に接続することによって、電源ケーブルＣ５を介して外部電源から電力が供給されるようになっている。また、溶接電源装置５０１には、ガスケーブルＣ６を介してガスボンベ５０４が接続されており、このガスケーブルＣ６を介してガスボンベ５０４からシールドガスが供給されるようになっている。さらに、溶接電源装置５０１には、冷却ケーブルＣ３が接続されている。
溶接電源装置５０１には、各種の操作を行うためのスイッチなどが設けられている。さらに、溶接電源装置５０１には、各種の操作を遠隔で行うための操作用リモコン５０５が接続ケーブルＣ７を介して電気的に接続されている。
ワイヤー送給装置５０２には、例えばスプール（図示せず。）に巻かれた溶接ワイヤー１０を上記ライナー１３を介して送給ヘッド１２へと送給するものである。なお、上記ライナー１３については、上記溶接ケーブルＣとは別体に設けたり、その途中を上記溶接ワイヤーＣの内側に配置することによって、上記溶接ケーブルＣと一体的に設けたりすることも可能である。
ワイヤー送給装置５０２には、制御ケーブルＣ８を介してワイヤー制御装置５０６が接続されている。このワイヤー制御装置５０６は、ワイヤー送給装置５０２の駆動を制御するものであり、具体的には、上記溶接用トーチ１の操作や、上記溶接電源装置５０１から上記溶接用トーチ１への出力設定等に合わせて、溶接ワイヤー１０の送給開始又は送給停止、並びに溶接ワイヤー１０の送給速度等を調整するものである。
このため、ワイヤー制御装置５０６は、上記溶接電源装置５０１とは同期ケーブルＣ９を介して電気的に接続されている。また、上記スイッチケーブルＣ４は、このワイヤー制御装置５０６を介して上記溶接用電源装置５０１と電気的に接続されている。
また、ワイヤー制御装置５０６は、先端にコンセントプラグが設けられた電源ケーブルＣ１０を有し、このコンセントプラグを外部電源（例えば交流２００Ｖの商用電源）に接続することによって、電源ケーブルＣ１０を介して外部電源から電力が供給されるようになっている。
さらに、ワイヤー制御装置５０６には、各種の操作を行うためのスイッチなどが設けられている。さらに、ワイヤー制御装置５０６には、各種の操作を遠隔で行うための操作用リモコン５０７が接続ケーブルＣ１１を介して電気的に接続されている。
冷却装置５０３は、上記冷却ケーブルＣ３を介して上記溶接用電源装置５０１と接続されている。この冷却装置５０３は、冷却水を貯留するタンクや、冷却水を圧送するポンプ、冷却水を冷却するラジエータ等を備え、上記冷却ケーブルＣ３を介して冷却水を強制的に循環させるようになっている。
また、冷却装置５０３は、先端にコンセントプラグが設けられた電源ケーブルＣ１２を有し、このコンセントプラグを外部電源（例えば交流２００Ｖの商用電源）に接続することによって、電源ケーブルＣ１２を介して外部電源から電力が供給されるようになっている。
以上のような構成を有する半自動溶接システム５００では、溶接時に使用者が上記溶接用トーチ１のスイッチ６ａを押すことによって、オン（ＯＮ）状態となる。このとき、溶接電源装置５０１から給電ケーブルＣ１を介して上記溶接用トーチ１に電力（交流又は直流）が供給されると共に、ライナーＣ２を介して上記溶接用トーチ１にシールドガスが供給される。また、ワイヤー送給装置５０２から送給された溶接ワイヤー１０が上記ライナー１３を介して送給ヘッド１２の先端から送り出される。
これにより、上記溶接用トーチ１のトーチノズル５からシールドガスを放出し、非消耗電極２と被溶接物との間でアークを発生させた状態で、自動で送給される溶接ワイヤー１０をアーク中で溶融させながら溶接が行われる。また、溶接中は、冷却水を循環させながら上記溶接用トーチ１の冷却を行う。
以上のようにして、この半自動溶接システム５００では、上記溶接用トーチ１を用いた半自動のＴＩＧ溶接（非消耗電極式のガスシールドアーク溶接）を行うことが可能である。
本発明を適用した半自動溶接システム５００では、上記溶接用トーチ１を用いることによって、スパッタの発生を防ぎつつ、高速且つ高溶着の溶接を行うことが可能である。また、従来の手動によるＴＩＧ溶接のように、使用者が左右の手で溶加材の供給とＴＩＧ溶接用トーチ１００の操作を同時に行う必要がないため、熟練技術を要することなく、仕上がりのよい溶接を行うことが可能である。特に、溶接電源装置５０１については、その定格出力電流の最大値が２００Ａ以上のものを用いることで、高電流に対応した半自動のＴＩＧ溶接を行うことが可能である。
また、半自動のＴＩＧ溶接で高電流を流した場合でも、上記溶接用トーチ１が高電流に対応したＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用トーチ２００を流用していることから、従来のＴＩＧ溶接用トーチのように、例えばトーチノズル５やワイヤー狙いガイド１１等が熱で破損するといったことを防ぐことが可能性である。
さらに、シールドガスに酸素や炭酸を添加した混合ガス（ＭＡＧ溶接）や、１００％の炭酸ガス（炭酸ガスアーク溶接）を使用した場合に、気孔などの溶接欠陥が発生してしまう材質のものにも使用が可能である。
また、上記溶接用トーチ１を手動で操作した場合でも、従来のＴＩＧ溶接用トーチよりもアークからハンドル６までの距離を十分に取ることができるため、手を火傷してしまうといったことを防ぐことが可能である。
さらに、上記溶接用トーチ１にワイヤー狙いガイド１１を取り付けて半自動のＴＩＧ溶接を行った場合でも、このワイヤー狙いガイド１１を取り付けられたトーチノズル５からハンドル６までの距離を十分に取ることができるため、溶接中にワイヤー狙いガイド１１が邪魔になることがない。
また、本発明を適用した半自動溶接システム５００では、上記溶接用トーチ１を用いるだけでなく、上記溶接電源装置５０１、上記ワイヤー送給装置５０２（ワイヤー制御装置５０６を含む。）、冷却装置５０３についても、ＴＩＧ溶接用の溶接電源装置や、ワイヤー送給装置（ワイヤー制御装置を含む。）、冷却装置を用いるだけでなく、ＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接用の溶接電源装置や、ワイヤー送給装置（ワイヤー制御装置を含む。）、冷却装置を流用することが可能である。
すなわち、本発明を適用した非消耗電極式の半自動溶接システムでは、消耗電極式の半自動溶接システムの少なくとも一部を流用することによって、半自動のＴＩＧ溶接でありながら、ＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接並みの高速且つ高溶着の溶接を行うことが可能である。
さらに、新たに高電流に対応したＴＩＧ溶接システムを用意するといった必要がなく、上記溶接用トーチ１と共に、ＭＩＧ（又はＭＡＧ）溶接システムを流用ことで、このような高電流に対応した非消耗電極式の半自動溶接システムを安価に提供することが可能である。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
（実施例１）
実施例１では、実際に上記図１Ａ及び図１Ｂに示す溶接用トーチ１を用いて突合せ溶接を行った。その溶接条件は以下のとおりである。
被溶接物の材質：ＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス鋼）、板厚１２ｍｍ
シールドガス：９３％Ａｒガスと７％Ｈ２ガスの混合ガス（条件１）、１００％Ａｒガス（条件２）
非消耗電極：タングステン電極棒、直径３．２ｍｍ
電流：ピーク電流３５０Ａ、ベース電流２００Ａ、パルス周波数３０Ｈｚ
溶接ワイヤー：ＳＵＳ３０８Ｌ、直径１．６ｍｍ、送給速度３．５Ｍ／ｍｉｎ
そして、溶接後の写真を図１０に示す。なお、図１０中の左側の写真は条件１の場合であり、図１０中の右側の写真は条件２の場合である。
図１０に示すように、溶接部分は、溶接欠陥のない美しい仕上がりとなった。
（実施例２）
実施例２では、実際に上記図１Ａ及び図１Ｂに示す溶接用トーチ１を用いて水平すみ肉溶接を行った。その溶接条件は以下のとおりである。
被溶接物の材質：ＵＮＳ Ｓ３２７５０（二相ステンレス鋼）、板厚８ｍｍ
シールドガス：５０％Ａｒガスと５０％Ｈｅガスの混合ガス（条件１）、９３％Ａｒガスと７％Ｈ２ガスの混合ガス（条件２）
非消耗電極：タングステン電極棒、直径４．０ｍｍ
電流：ピーク電流３２０Ａ、ベース電流３００Ａ、パルス周波数３０Ｈｚ
溶接ワイヤー：３２９Ｊ４Ｌ、直径１．２ｍｍ、送給速度６Ｍ／ｍｉｎ
そして、溶接後の写真を図１１に示す。なお、図１１中の左側の写真は条件１の場合であり、図１１中の右側の写真は条件２の場合である。
図１１に示すように、溶接部分は、溶接欠陥のない美しい仕上がりとなった。
（実施例３）
実施例３では、実際に上記図１Ａ及び図１Ｂに示す半自動の溶接用トーチ１と、上記図１３Ａ及び図１３Ｂに示す手動のＴＩＧ溶接用トーチ１００とを用いて水平すみ肉溶接を行い、その比較を行った。
上記図１Ａ及び図１Ｂに示す半自動の溶接用トーチ１の溶接条件は以下のとおりである。
被溶接物の材質：ＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス鋼）、板厚１０ｍｍ
シールドガス：５０％Ａｒガスと５０％Ｈ２ガスの混合ガス
非消耗電極：タングステン電極棒、直径３．２ｍｍ
電流：３００Ａ
溶接ワイヤー：ＳＵＳ３０８Ｌ、直径０．９ｍｍ、送給速度７．０Ｍ／ｍｉｎ
一方、上記図１３Ａ及び図１３Ｂに示すＴＩＧ溶接用トーチ１００の溶接条件は以下のとおりである。
被溶接物の材質：ＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス鋼）、板厚１０ｍｍ
シールドガス：５０％Ａｒガスと５０％Ｈ２ガスの混合ガス
非消耗電極：タングステン電極棒、直径３．２ｍｍ
電流：３００Ａ
溶接ワイヤー：ＳＵＳ３０８Ｌ、直径２．４ｍｍ、手送り
そして、溶接後の写真を図１２に示す。なお、図１２中の右側の写真は、上記図１Ａ及び図１Ｂに示す半自動の溶接用トーチ１を用いた場合であり、図１２中の左側の写真は、上記図１３Ａ及び図１３Ｂに示す手動のＴＩＧ溶接用トーチ１００を用いた場合である。
図１２に示すように、上記図１Ａ及び図１Ｂに示す半自動の溶接用トーチ１を用いた場合には、上記図１３Ａ及び図１３Ｂに示す手動のＴＩＧ溶接用トーチ１００を用いた場合よりも、溶込み深さが深く、溶着率の高い溶接を短時間で行うことができた。
以上のように、本発明によれば、スパッタの発生を防ぎつつ、高速且つ高溶着の溶接を行うことが可能となった。
１…溶接用トーチ ２…非消耗電極 ３…コンタクトチップ ４…トーチボディ ５…トーチノズル ６…ハンドル ７，７Ａ〜７Ｄ…固定治具 ８…チップボディ ９…オリフィス １０…溶接ワイヤー １１，１１Ａ〜１１Ｃ…ワイヤー狙いガイド １２…送給ヘッド １３…ライナー １４，１４Ａ，１４Ｂ…取付治具 １５…インシュレータ １６…ダンパー機構 ５０，５０Ａ，５０Ｂ…変換用アダプタキット ５１…コレット ５２…コレットボディ ５３…トーチノズル ５４…トーチボディ ７１…キャップ部材 ７２…チャック部材 ５００…半自動溶接システム ５０１…溶接電源装置 ５０２…ワイヤー送給装置 ５０３…冷却装置 ５０４…ガスボンベ ５０５…操作用リモコン ５０６…ワイヤー制御装置 ５０７…操作用リモコン Ｃ…溶接ケーブル Ｓ…被溶接物 Ｐ…溶融池

Claims (18)

  1. 被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被溶接物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとが設けられた溶接用トーチと、
    前記溶接用トーチに取付治具を介して取り付けられた送給ヘッドの先端部から前記被溶接物の溶融池に向かって溶接ワイヤーを送給するワイヤー送給装置と、
    前記溶接用トーチに電力及びシールドガスを供給する溶接電源装置とを備え、
    前記溶接用トーチは、先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチのうち、少なくともその一部を流用したものからなることを特徴とする非消耗電極式の半自動溶接システム。
  2. 前記溶接用トーチは、前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコンタクトチップと、前記変換用のコンタクトチップに前記非消耗電極を取り付ける固定治具とを備えることによって、少なくとも前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるトーチボディ、トーチノズル及びハンドルを流用したものからなることを特徴とする請求項１に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  3. 前記溶接用トーチは、前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持すると共に、前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコレットボディとを備えることによって、少なくとも前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるトーチボディ、トーチノズル及びハンドルを流用したものからなることを特徴とする請求項１に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  4. 前記溶接用トーチは、前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持するコレットボディと、前記コレットボディに取り付けられると共に、前記シールドガスを放出するトーチノズルと、前記コレットボディが取り付けられると共に、前記トーチボディの代わりに前記ハンドルに取り付けられる変換用のトーチボディとを備えることによって、少なくとも前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるハンドルを流用したものからなることを特徴とする請求項１に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  5. 前記送給ヘッドは、前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるコンタクトチップを流用したものからなることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  6. 前記送給ヘッドは、前記取付治具の位置を変更することによって、前記溶接ワイヤーの送給位置が調整可能とされていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  7. 前記溶接電源装置は、前記消耗電極式の半自動溶接システムが備える溶接電源装置の少なくとも一部を流用したものからなることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  8. 前記溶接電源装置は、その定格出力電流の最大値が２００Ａ以上であることを特徴とする請求項７に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  9. 前記ワイヤー送給装置は、前記消耗電極式又は非消耗電極式の半自動溶接システムが備えるワイヤー送給装置の少なくとも一部を流用したものからなることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  10. 前記溶接電源装置に接続されて、前記溶接用トーチ内を流れる冷却液を循環させることによって、前記溶接用トーチを冷却する冷却装置を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の非消耗電極式の半自動溶接システム。
  11. 先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチを、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極を備える非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、
    前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコンタクトチップと、
    前記変換用のコンタクトチップに前記非消耗電極を取り付ける固定治具とを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
  12. 先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチを、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極を備える非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、
    前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、
    前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持すると共に、前記コンタクトチップの代わりに前記トーチボディに取り付けられる変換用のコレットボディとを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
  13. 先端部から消耗電極を送り出すコンタクトチップと、前記コンタクトチップが取り付けられるトーチボディと、前記トーチボディに取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズルと、前記トーチボディが取り付けられると共に、使用者が把持するハンドルとを備える消耗電極式の溶接用トーチを、被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極を備える非消耗電極式の溶接用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、
    前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、
    前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持するコレットボディと、
    前記コレットボディが取り付けられると共に、前記トーチボディの代わりに前記ハンドルに取り付けられる変換用のトーチボディとを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
  14. 更に、非消耗電極を備えることを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載の変換用アダプタキット。
  15. 更に、先端部から溶接ワイヤーを送り出す送給ヘッドと、前記送給ヘッドを前記溶接用トーチに取り付ける取付治具とを備えることを特徴とする請求項１１〜１４の何れか一項に記載の変換用アダプタキット。
  16. 前記送給ヘッドは、前記消耗電極式の溶接用トーチが備えるコンタクトチップを流用したものからなることを特徴とする請求項１５に記載の変換用アダプタキット。
  17. 前記送給ヘッドは、前記取付治具の位置を変更することによって、前記溶接ワイヤーの送給位置が調整可能とされていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の変換用アダプタキット。
  18. 請求項１１〜１７の何れか一項に記載の変換用アダプタキットが取り付けられたことを特徴とする溶接用トーチ。
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