JP6635559B2 - ワークのコーナー部の振動ｔｉｇ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス板や銅板、アルミ板等の金属板の端部同士を直角状に突き合して成るワークのコーナー部、即ち、金属板を箱曲げしたワークのコーナー部又は金属板を角筒状に曲げ加工したワークのコーナー部若しくは二枚の金属板を直角状に突き合せたワークのコーナー部を、狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチにより共付け溶接するようにしたものであり、特に、板厚が０．６ｍｍ〜１．６ｍｍの金属板により形成したワークのコーナー部を、狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチをワークのコーナー部と直交する方向へ振動させながら溶接方向へ走行させて溶接するようにしたワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法に関するものである。

従前からステンレス板等の金属板を折り曲げ加工して成るワークのコーナー部を外側からコーナー溶接する自動溶接機が開発され、実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。

従来のワークのコーナー溶接においては、ワークのコーナー部をコーナー治具上で上向き姿勢でクランプした後、ワークのコーナー部を形成する左右一対の金属板の突き合せ形態に応じてＴＩＧ溶接用トーチを左右何れかに振り、ＴＩＧ溶接用トーチのタングステン電極棒の先端をワークＷのコーナー部の突き合せ位置上方に位置させて溶接を行うようにしている。

即ち、従来のワークのコーナー溶接においては、図２６（Ａ）に示すように、ワークＷのコーナー部を形成する左右一対の金属板Ｗ１，Ｗ２のうち、左側の金属板Ｗ１の先端面Ｗ１ａを右側の金属板Ｗ２の内側面Ｗ２ｃに左側の金属板Ｗ１の外側面Ｗ１ｂと右側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａとが面一になるように突き合せたワークＷのコーナー部を溶接する場合には、ＴＩＧ溶接用トーチ１０１のタングステン電極棒１０１ａの先端が左側の金属板Ｗ１の先端面Ｗ１ａの外側縁Ｗ１ｄの上方位置になるように、ＴＩＧ溶接用トーチ１０１をワークＷのコーナー部の稜線上方位置（この場合、右側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａの外側縁Ｗ２ｄが稜線となる）から左側へ移動させ、この状態でＴＩＧ溶接用トーチ１０１をワークＷのコーナー部に沿って移動させながらコーナー部を溶接するようにしている。

また、図２６（Ｂ）に示すように、ワークＷのコーナー部を形成する左右一対の金属板Ｗ１，Ｗ２のうち、右側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａを左側の金属板Ｗ１の内側面Ｗ１ｃに右側の金属板Ｗ２の外側面Ｗ２ｂと左側の金属板Ｗ１の先端面Ｗ１ａとが面一になるように突き合せたワークＷのコーナー部を溶接する場合には、ＴＩＧ溶接用トーチ１０１のタングステン電極棒１０１ａの先端が右側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａの外側縁Ｗ２ｄの上方位置になるように、ＴＩＧ溶接用トーチ１０１をワークＷのコーナー部の稜線上方位置（この場合、左側の金属板Ｗ１の先端面Ｗ１ａの外側縁Ｗ１ｄが稜線となる）から右側へ移動させ、この状態でＴＩＧ溶接用トーチ１０１をワークＷのコーナー部に沿って移動させながらコーナー部を溶接するようにしている。

ところで、ＴＩＧ溶接用トーチ１０１をワークＷのコーナー部の稜線Ｗ１ｄ，Ｗ２ｄ上方位置から左右何れかに振った状態でワークＷのコーナー部を溶接すると、シールドガスＧがワークＷのコーナー部の稜線Ｗ１ｄ，Ｗ２ｄの左側又は右側に多く流れ、これによりアークが左右何れかに流れて不安定になってアークの指向性が失われることになる（図２５（Ａ）及び（Ｂ）参照）。そのため、作業者が手溶接によりアークをコントロールしていた。

しかし、作業者がアークをコントールできず、アークがワークＷのコーナー部の稜線Ｗ１ｄ，Ｗ２ｄから左右何れかに流れると、溶接ビードがコーナー部の中心位置から片寄った位置に形成されると共に、ワークＷのコーナー部の片側だけが溶けて穴あきが発生することがあり、溶接済みのワークＷの品質が著しく低下するという問題があった。

また、ＴＩＧ溶接用トーチ１０１によりワークＷのコーナー部の稜線Ｗ１ｄ，Ｗ２ｄから左右にずれた箇所を溶かすので、溶接終了後にワークＷのコーナー部の稜線Ｗ１ｄ，Ｗ２ｄが残ることになり、ワークＷのコーナー部が奇麗な円弧にならない（図２７（Ａ）及び（Ｂ）参照）。そのため、溶接終了後にワークＷのコーナー部をサンダーやベルトサンダーで仕上げ、最後にバフ仕上げを行う必要があり、多大の労力と時間を要するうえ、騒音の問題等が発生していた。

更に、ワークＷのコーナー部を形成する左右一対の金属板Ｗ１，Ｗ２の突き合せ形態に応じてＴＩＧ溶接用トーチ１０１を左右何れかに振っているため、ワークＷのコーナー部の突き合せ形態が変われば、その都度ＴＩＧ溶接用トーチ１０１のセット位置を変更しなければならないうえ、作業者が間違ってＴＩＧ溶接用トーチ１０１をセットした場合、溶接不良（穴あきや融合不良）が発生することになる。

実用新案登録第２５４６４５３号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、溶接部の外観形状が優れていると共に、穴あき等の溶接欠陥の無いコーナー溶接を行え、しかも、溶接終了後にサンダー仕上げやバフ仕上げ等の仕上げ加工を必要としないワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法は、金属板の端部同士を直角状に突き合して成るワークのコーナー部をその稜線が上を向く姿勢でクランプした後、シールドガスを外側と内側に流し且つ内側のシールドガスを外側のシールドガスより高速で噴出させるように外側ノズルの内側に狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチを、ワークのコーナー部の稜線と直交する方向へ振動させながらワークのコーナー部に沿って走行させてワークのコーナー部を溶接するようにしたワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法であって、前記ワークのコーナー部を形成する左右一対の金属板のうち、片側の金属板の先端面を反対側の金属板の内側面に片側の金属板の外側面と反対側の金属板の先端面とが面一になるように突き合して成るワークのコーナー部をその稜線が上を向く姿勢でクランプした後、前記ＴＩＧ溶接用トーチを、その振幅が少なくともワークのコーナー部の稜線上方位置から片側の金属板の先端面の外側縁の上方位置までとなるようにワークのコーナー部の稜線と直交する方向へ振動させつつ、前記ＴＩＧ溶接用トーチとワークのコーナー部との間に発生させたアークによりワークのコーナー部に溶融プールを形成し、前記ＴＩＧ溶接用トーチをワークのコーナー部に沿って走行させることによって前記溶融プールをＴＩＧ溶接用トーチと同じ方向へ移動させながらワークのコーナー部を溶接するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項２に記載のワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法は、請求項１に記載のワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法において、前記狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチを、振動数が１Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲内で振動させるようにしたことに特徴がある。

本発明に係るワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法は、アークの指向性が良くなる狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチを使用し、当該ＴＩＧ溶接用トーチをワークのコーナー部の稜線位置を中心にしてコーナー部と直交する方向へ振動させながらワークのコーナー部に溶融プールを形成し、この溶融プールをＴＩＧ溶接用トーチの走行によりＴＩＧ溶接用トーチと同じ方向へ移動させてワークのコーナー部を溶接するようにしているため、ワークのコーナー部の稜線両側部分が均等に溶けると共に、ワークのコーナー部の溶けた金属が表面張力により丸くなり、ワークのコーナー部が奇麗な円弧状になって左右均等な形状となる。

その結果、本発明に係るワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法は、ワークのコーナー部を溶接した際に、溶接ビードがワークのコーナー部の中心位置に形成されると共に、穴あき等の溶接欠陥が発生すると言うことがなく、溶接により作製された製品の品質が著しく向上することになる。
また、コーナー溶接によってワークのコーナー部が奇麗な円弧状になるため、ワークのコーナー部を溶接した後にサンダー仕上げやバフ仕上げ等の仕上げ加工を必要とせず、多大の労力と時間を要することがなくなると共に、騒音の問題も無くすことができる。
更に、ＴＩＧ溶接用トーチを振動させているため、溶融プールの湯の温度が均一になって金属の組織の粗大化を防止することができる。

本発明の方法に用いるワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接装置の正面図である。 同じくワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接装置の側面図である。 同じくワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接装置の平面図である。 下治具ユニット及びクランプユニットの斜視図である。 下治具ユニット及びクランプユニットの正面図である。 下治具ユニット及びクランプユニットの側面図である。 下治具ユニット及びクランプユニットの平面図である。 下治具ユニット及びクランプユニットを示し、箱曲げしたワークのコーナー部を挟持した状態の正面図である。 下治具ユニットの斜視図である。 下治具ユニットの一部切欠正面図である。 下治具ユニットの一部切欠平面図である。 クランプユニットの一部切欠き正面図である。 図１２のＡ−Ａ線断面図である。 トーチユニットの斜視図である。 トーチユニットの正面図である。 トーチユニットの側面図である。 トーチユニットの平面図である。 トーチユニットの一部の部材を省略した斜視図である。 トーチユニットの一部の部材を省略した一部切欠き平面図である。 狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチの縦断面図である。 押圧保持部材の斜視図である。 治具ユニット及びクランプユニットの要部の側面図である。 狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチでワークのコーナー部を溶接する状態を示す説明図である。 本発明の方法及び装置により溶接されたワークのコーナー部の拡大断面図である。 本発明の方法と従来の方法により溶接されたワークのコーナー部の外観写真である。 従来のＴＩＧ溶接用トーチによりワークのコーナー部を溶接する状態を示し、（Ａ）はＴＩＧ溶接用トーチが左側に振れた状態の説明図、（Ｂ）はＴＩＧ溶接用トーチが右側に振れた状態の説明図である。 従来の方法により溶接されたワークのコーナー部の拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は本発明の方法に用いるワークＷのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接装置を示し、当該振動ＴＩＧ溶接装置は、ステンレス板や銅板、アルミ板等の金属板（例えば、板厚が０．６ｍｍ〜１．６ｍｍの金属板）の端部同士を直角状に突き合して成るワークＷのコーナー部、即ち、金属板を箱曲げしたワークＷのコーナー部又は金属板を角筒状に曲げ加工したワークＷのコーナー部若しくは二枚の金属板を直角状に突き合せたワークＷのコーナー部を、アークの指向性が良くなる狭窄ノズル５３ｃを備えたＴＩＧ溶接用トーチ５３により共付け溶接するようにしたものである。

前記ワークＷのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接装置は、図１〜図３に示す如く、フレーム１と、ワークＷ（以下、ワークＷは四隅のコーナー部に隙間が生じないように箱曲げしたワークＷとする）のコーナー部を裏面側から支持するコーナー治具１８を有する下治具ユニット２と、コーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部を上方から押圧してコーナー治具１８の上面へ押圧固定する左右のクランプ３４を有するクランプユニット３と、ワークＷのコーナー部に沿って往復移動し、ワークＷのコーナー部を共付け溶接するアークの指向性が良くなる狭窄ノズル５３ｃを備えたＴＩＧ溶接用トーチ５３を支持するトーチユニット４と、コーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部付近の底面部をコーナー治具１８の先端面１８ｆへ押圧保持する押圧保持部材５とを備えている。

前記フレーム１は、図１〜図３に示す如く、水平姿勢のベースフレーム１ａと、ベースフレーム１ａ上に設けたボックス状の本体フレーム１ｂとを備えており、本体フレーム１ｂの内部には、溶接電源６、配電盤（図示省略）、コンプレッサー（図示省略）等がそれぞれ収容されている。

尚、図１〜図３において、７はタッチ式の操作パネル、８は自動運転スイッチ、９はフットスイッチ、１０は溶接ガス等の接続口、１１は安全カバー、１２はキャスター、１３は吊下げ用のアイボルトである。

前記下治具ユニット２は、図４〜図１１に示す如く、縦向き姿勢のマンドレル取付台１４と、マンドレル取付台１４の前面に水平姿勢で固定されたほぼ直方体形状のマンドレル１５と、マンドレル１５の上面にリニアガイド１６（ガイドレール１６ａ及びガイドレール１６ａ上を摺動するスライダ１６ｂから成る）を介してマンドレル１５の長手方向へ往復移動自在に支持された厚肉板状の治具スライド体１７と、治具スライド体１７の先端部に着脱自在に設けられ、ワークＷのコーナー部を裏面側から支持すると共に、ワークＷのコーナー部を溶接する際に余分な熱を吸収してビードの溶け落ちや穴あき、熱歪等を防止するコーナー治具１８と、マンドレル１５と治具スライド体１７の間に介設され、治具スライド体１７をマンドレル１５に沿って往復移動させる治具スライド体用駆動部１９とを備えており、前記コーナー治具１８が、治具スライド体１７の往復移動により左右のクランプ３４の下方に位置する後退位置（図６の一点鎖線位置）と左右のクランプ３４の斜め下方前方に位置する前方位置（図６の実線位置）とに亘って前後方向へ往復移動自在となっている。

具体的には、前記コーナー治具１８は、図９に示す如く、銅部材により上面１８ａが山形状に形成されており、コーナー治具１８の下面に形成した凹溝１８ｂを治具スライド体１７の先端部側上面に形成した凸条部１７ａに嵌め込むことにより治具スライド体１７に支持されている。このとき、コーナー治具１８は、治具スライド体１７の凸条部１７ａに着脱自在に取り付けた治具ストッパー２０により位置決めされた状態で治具スライド体１７に支持されている。

尚、この実施形態では、コーナー治具１８の山形状の上面１８ａの一方の面１８ａと他方の面１８ａとが為す角度は、９０度に設定されており、正方形状又は長方形状に箱曲げしたワークＷのコーナー部を支持できるようになっている。

また、コーナー治具１８は、図６及び図１０に示す如く、治具スライド体１７の先端部側面に位置決めピン２１を介して設けた治具押え板２２と、治具押え板２２及び治具スライド体１７に挿着されたクランプレバー２３とにより治具スライド体１７に対して着脱自在となっており、クランプレバー２３を締め付ける方向へ回動操作すると、治具押え板２２がコーナー治具１８側及び治具スライド体１７側へ押圧され、治具押え板２２の先端部（上端部）でコーナー治具１８を治具スライド体１７側へ押圧固定するとこができ、また、クランプレバー２３を緩める方向へ回動操作すると、治具押え板２２がフリーの状態となり、コーナー治具１８を治具スライド体１７から取り外すことができるようになっている。

更に、コーナー治具１８の山形状の上面１８ａには、図６、図９及び図１１に示す如く、箱曲げしたワークＷの開口側の外周縁部に施したヘミング加工した部分（図示省略）又は箱曲げしたワークＷの開口側の外周縁部に形成した内向きのフランジ部分（図示省略）が嵌り込む受け入れ溝１８ｃが形成されている。この受け入れ溝１８ｃの形成位置及び溝１８ｃの幅は、ワークＷのヘミング加工した部分又はワークＷのフランジ部分を溝１８ｃに挿入したときに、ワークＷの底面部内面をコーナー治具１８の先端面１８ｆに当接させることができるようにそれぞれ設定されている。

このように、コーナー治具１８の上面１８ａに形成した受け入れ溝１８ｃにワークＷのヘミング加工した部分やワークＷのフランジ部分を挿入し、ワークＷのコーナー部を裏面側からコーナー治具１８の山形状の上面１８ａで支持すると、ヘミング加工を施したワークＷやフランジ部を形成したワークＷであっても、ワークＷのコーナー部内面がコーナー治具１８の山形状の上面１８ａに面接触状態で当接することになり、左右のクランプ３４によるクランプを良好且つ確実に行えることになる。

加えて、コーナー治具１８は、図１１に示す如く、コーナー治具１８の頂部にワークＷのコーナー部に沿って形成されたアルゴンガス等のシールドガス（このシールドガスは溶接部の酸化を防止する）が流れるガス溝１８ｄと、治具スライド体１７に形成したシールドガスのガス通路１７ｂと前記ガス溝１８ｄとを連通すべくコーナー治具１８の頂部に縦向きに形成されたガス供給口１８ｅとを備えており、ガス供給用継手２４から治具スライド体１７のガス通路１７ｂに供給されたシールドガスがガス供給口１８ｅからガス溝１８ｄ内へ流れるようになっている。

尚、コーナー治具１８には、図示していないが、長さが異なるもの、上面１８ａの一方の面と他方の面とが為す角度が９０度以外のも、山形状の上面１８ａに溝１８ｃを形成していないもの等、様々なコーナー治具１８が用意されており、ワークＷの大きさや形状に合わせて交換できるようになっている。例えば、長さの長いコーナー治具１８を使用すれば、深い箱物を作製することができ、また、コーナー治具１８の上面１８ａの一方の面と他方の面とが為す角度が１２０度のコーナー治具１８を使用すれば、六角形状の箱を作製することができる。

前記治具スライド体用駆動部１９は、図６及び図９に示す如く、マンドレル１５の下面にマンドレル１５に沿って取り付けたロッドレスシリンダ１９ａと、ロッドレスシリンダ１９ａの可動部１９ｂと治具スライド体１７とを連結する連結金具１９ｃとを備えており、ロッドレスシリンダ１９ａの両端部に設けた二つの作動流体供給用継手１９ｄから作動流体を交互に供給することによりコーナー治具１８を後退位置（図６の一点鎖線位置）と前方位置（図６の実線位置）とに亘って前後方向へ往復移動させることができる。

尚、治具スライド体用駆動部１９には、図示していないが、ロッドレスシリンダ１９ａに替えて通常の複動型シリンダを使用しても良く、或いは、ボールネジ機構とモータを使用しても良い。

そして、前記下治具ユニット２は、本体フレーム１ｂの前面に下治具ユニット用昇降支持機構２５を介して昇降自在に支持されており、下治具ユニット２全体が下降してコーナー治具１８がクランプユニット３から大きく離れる下降位置（図５及び図６に示す位置）と、下治具ユニット２全体が上昇してコーナー治具１８とクランプユニット３の左右のクランプ３４とでワークＷのコーナー部を挟持固定するクランプ位置（図８に示す位置）とに亘って昇降自在となっている。

即ち、前記下治具ユニット用昇降支持機構２５は、図４〜図６に示す如く、フレーム１の前面に固定した縦向き姿勢の治具ベース２５ａと、治具ベース２５ａの前面にリニアガイド２５ｂを介して昇降自在に支持され、下治具ユニット２のマンドレル取付台１４が固定される治具上下スライド板２５ｃと、治具ベース２５ａに縦向き姿勢で固定され、治具上下スライド板２５ｃにシリンダ連結板２５ｄを介して連結された流体圧シリンダ２５ｅとを備えており、流体圧シリンダ２５ｅを伸縮動作して治具上下スライド板２５ｃを上下動させることにより下治具ユニット２を昇降させることができるようになっている。

前記クランプユニット３は、下治具ユニット用昇降支持機構２５の治具ベース２５ａに設けられ、コーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部を上方から押圧してコーナー治具１８の山形状の上面１８ａへ押圧固定する左右のクランプ３４等を備えており、左右のクランプ３４のうち、一方のクランプ３４（図５の右側のクランプ３４）を左右方向（他方のクランプ３４に対して近づいたり、離れたりする方向）へ移動調整可能として左右のクランプ３４の間隔を微調整できるようにし、また、他方のクランプ３４（図５の左側のクランプ３４）を左右方向へ移動調整可能として左右のクランプ３４の間隔を微調整できるようにすると共に、上下方向へも揺動可能とし、クランプ３４の先端部を複数の加圧バネ３６によりワークＷのコーナー部の上面１８ａへ弾性的に当接させるようにしている。

即ち、前記クランプユニット３は、図４〜図８、図１２及び図１３に示す如く、治具ベース２５ａの上端部に一定の間隔を空けて水平姿勢で且つ平行状に固定した左右のクランプブロック２６と、左右のクランプブロック２６の先端部同士を連結する正面カバー２７と、右側のクランプブロック２６の下面に固定した右側のクランプスライドベース２８と、左側のクランプブロック２６の下面に鉛直姿勢で螺着したクランプガイドネジ２９に上下方向へ揺動自在に支持された左側のクランプスライドベース２８と、左右のクランプスライドベース２８の下面にボールスライドガイド３０（レール３０ａ、ブロック３０ｂ及びボール３０ｃから成る）を介して左右方向へ水平移動自在に取り付けた左右のクランプスライド板３１と、左右のクランプスライド板３１にクランプ押え板３２及びクランプレバー３３を介して着脱自在に取り付けられ、ワークＷのコーナー部をコーナー治具１８の上面１８ａへ押圧固定する左右のクランプ３４と、左右のクランプスライドベース２８と左右のクランプスライド板３１との間にそれぞれ設けられ、左右のクランプスライド板３１を左右方向へ移動調整する左右のクランプ幅調整機構３５と、左側のクランプブロック２６と左側のクランプスライドベース２８との間に介設され、左側のクランプスライドベース２８を下方へ付勢して左側のクランプ３４の先端部をコーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部の上面１８ａへ弾性的に当接させる複数の加圧バネ３６（圧縮コイルスプリング）とを備えている。

また、前記左右のクランプ３４は、ワークＷのコーナー部を溶接する際に、主にアークの拡がりを遮断してワークＷのコーナー部にアークエネルギーを集中的に与えるものであり、図１２に示す如く、断面形状が逆Ｌ字形の板状に形成された金属部材製の基端側クランプ３４ａと、基端側クランプ３４ａの下端に固定され、先端部が鋭角状に形成された銅部材製の板状の先端側クランプ３４ｂとから成る。この左右のクランプ３４には、長さの異なるものが複数用意されており、箱曲げしたワークＷの深さに応じて交換し、ワークＷの深さに関係なくワークＷのコーナー部をコーナー治具１８の上面１８ａへ確実且つ良好に押圧固定できるようにしている。

更に、前記左右のクランプ幅調整機構３５は、図８及び図１２に示す如く、クランプスライドベース２８の下面に固定したクランプ調整台３５ａと、クランプ調整台３５ａに水平姿勢で正逆回転自在に挿通支持され、先端部がクランプスライド板３１に螺挿されたクランプ調整ボルト３５ｂと、クランプ調整台３５ａとクランプスライド板３１との間に介設され、クランプ調整ボルト３５ｂの弛み止めをすると共に、クランプスライド板３１を他方のクランプ３４側へ付勢する圧縮コイルスプリング３５ｃと、クランプ調整台３５ａに螺挿され、クランプ調整ボルト３５ｂを回り止めする固定用ボルト３５ｄと、をそれぞれ備えており、クランプ調整ボルト３５ｂを正回転若しくは逆回転させると、クランプ調整ボルト３５ｂが一回転するごとにクランプスライド板３１がクランプ調整ボルト３５ｂに形成したネジのピッチ分だけ左右方向へ移動するようになっている。
従って、左右のクランプスライド板３１に取り付けた左右のクランプ３４も、左右方向（図１２の左右方向）へ移動し、左右のクランプ３４の間隙が調整されることになる。

而して、前記クランプユニット３によれば、左右のクランプ３４の間隔を溶接するワークＷの厚みに応じてクランプ幅調整機構３５により調整した後、左右のクランプ３４とコーナー治具１８とでワークＷのコーナー部を上下方向から挟持固定するときに、右側のクランプ３４の先端を基準にして左側のクランプ３４が加圧バネ３６の作用により均一にワークＷのコーナー部を押えることができる。

前記トーチユニット４は、狭窄ノズル５３ｃを備えたＴＩＧ溶接用トーチ５３を支持し、ＴＩＧ溶接用トーチ５３をワークＷのコーナー部に沿って往復走行させると共に、ワークＷのコーナー部と直交する方向へ振動させるものである。このトーチユニット４は、狭窄ノズル５３ｃを備えた溶接用トーチ５３が後退位置にあるコーナー治具１８の上方後方に位置する待機位置と溶接トーチ５３がコーナー治具１８の上方に位置する溶接作業位置とに亘って前後方向へ往復移動自在となっており、コーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部の溶接時に待機位置から溶接作業位置へ引き出され、溶接トーチ５３が所定の速度でワークＷのコーナー部に沿って直線移動するようになっている。

即ち、トーチユニット４は、図１４〜図１９に示す如く、本体フレーム１ｂ内に水平姿勢で配設したトーチユニットベース３７と、トーチユニットベース３７の上面に固定した前後レール台３８と、前後レール台３８の上面にリニアガイド３９を介して前後方向へ往復移動自在に支持された左右スライドベース４０と、前後レール台３８と左右スライドベース４０との間に配設され、左右スライドベース４０を前後方向へ往復移動させる前後用モータ４１及びベルト伝動機構４２と、左右スライドベース４０の上面にリニアガイド４３を介して左右方向へ往復移動自在に支持された左右スライドベース板４４と、左右スライドベース４０と左右スライドベース板４４との間に配設され、左右スライドベース板４４を左右方向へ往復移動させるボールネジ機構４５及び正逆回転自在な左右用モータ４６と、左右スライドベース板４４に設けた縦向き姿勢の上下スライドベース４７と、上下スライドベース４７にリニアガイド４８を介して昇降自在に支持された上下スライド板４９と、上下スライドベース４７と上下スライド板４９との間に配設され、上下スライド板４９を昇降動させるボールネジ機構５０及び正逆回転自在な上下用モータ５１と、基端部が上下スライド板４９に固定され、先端部が本体フレーム１ｂから前方へ突出する水平姿勢のトーチ支持アーム５２と、トーチ支持アーム５２の先端部に取り付けられ、狭窄ノズル５３ｃを備えたＴＩＧ溶接用トーチ５３と、を備えており、左右スライドベース４０、左右スライドベース板４４及び上下スライド板４９を動かすことによって、溶接用トーチ５３が前後方向、左右方向及び上下方向へ動くようになっている。

また、トーチユニット４は、左右用モータ４６によりカップリング５４を介してボールネジ機構４５を正逆回転させると、左右スライドベース４０がワークＷのコーナー部と直交する左右方向へ往復移動し、左右スライドベース４０に上下スライドベース４７、上下スライド板４９及びトーチ支持アーム５２を介して支持されたＴＩＧ溶接用トーチ５３もワークＷのコーナー部と直交する左右方向へ往復移動するようになっている。即ち、トーチユニット４は、ボールネジ機構４５及び左右用モータ４６を作動させることによって、ＴＩＧ溶接用トーチ５３がワークＷのコーナー部と直交する方向へ振動するようになっている。

この実施形態においては、狭窄ノズル５３ｃを備えたＴＩＧ溶接用トーチ５３を、振動数が１Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲内で振動させるようにしている。また、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の振幅は、図２３に示す如く、少なくともワークＷのコーナー部の稜線（Ｗ２ｄ）上方位置から片側の金属板（Ｗ１）の先端面（Ｗ１ａ）の外側縁（Ｗ１ｄ）の上方位置になるようにしている。

前記左右用モータ４６には、ステッピングモータが使用されており、左右用モータ４６へ所定数のパルス入力信号が加えられると、左右用モータ４６の出力軸が入力パルス数に応じたステッピング回転を行い、この回転運動がカップリング５４を介してボールネジ機構４５に伝達され、これによってボールネジ機構４５のボールネジ軸を所定の角度又は所定の回転数だけ正回転又は逆回転させる。これにより左右スライドベース４０がワークＷのコーナー部と直交する左右方向へ往復移動することになる。

この実施形態に於いては、左右用モータ４６にステッピングモータを使用しているが、回転角度を制御できるモータであれば如何なる型式のモータであっても良く、例えばサーボモータ（ＤＣモータ＋エンコーダ）やＡＣサーボモータ（ＡＣモータ＋エンコーダ）、超音波モータを使用するようにしても良い。

前記ＴＩＧ溶接用トーチ５３は、図２０に示すように、外側ノズル５３ａの内側にタングステン電極棒５３ｂが挿通される狭窄ノズル５３ｃを備えており、シールドガスＧを狭窄ノズル５３ｃの外側と内側に分け且つ狭窄ノズル５３ｃの内側のシールドガスＧ１を狭窄ノズル５３ｃの外側のシールドガスＧ２より高速で噴出させるようになっている。図２０に示すような狭窄ノズル５３ｃを備えるＴＩＧ溶接用トーチ５３は、特開２０１２−１３９７０４号公報及び国際公開第２０１３／１５７０３６号パンフレットにより公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

また、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の狭窄ノズル５３ｃとタングステン電極棒５３ｂとの隙間は、外側ノズル５３ａと狭窄ノズル５３ｃとの隙間に比べてかなり狭くなっていて、狭窄ノズル５３ｃから噴出する内側のシールドガスＧ１が、外側ノズル５３ａと狭窄ノズル５３ｃとの間の間隙から噴出する外側のシールドガスＧ２の数倍の流速で噴出するようになっている。このＴＩＧ溶接用トーチ５３は、狭窄ノズル５３ｃの内側を流れるシールドガスＧ１が全シールドガスＧ（Ｇ１＋Ｇ２）の２０〜６０％となるように構成されていることが好ましい。

尚、狭窄ノズル５３ｃを備えたＴＩＧ溶接用トーチ５３は、狭窄ノズル５３ｃを備えていない従来のＴＩＧ溶接用トーチ５３に比べて風の影響に左右されず、アークのエネルギー密度、指向性、硬直性を保つことができると共に、高速速度を行えるうえ、溶接部の曲げ延性の向上を図れる等の利点を有する。

前記押圧保持部材５は、下降位置にあるコーナー治具１８よりも高い位置に配設されており、コーナー治具１８が下降位置からクランプ位置へ上昇したときにコーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部付近の底面部をコーナー治具１８の先端面１８ｆへ押圧保持するものである。

即ち、前記押圧保持部材５は、図５、図６及び図８に示す如く、コーナー治具１８に支持されたワークＷの底面部表面に当接し得る鉛直回転自在な複数のローラーから成り、左右のクランプ３４の何れか一方のクランプ３４先端（この例では、右側のクランプ３４先端）に固定した取付台５５に設けられている。

具体的には、押圧保持部材５を形成する各ローラーは、何れもベアリング構造のガイドローラーから成り、図８及び図２２に示す如く、取付台５５の両端部に固定したシャフト金具５６に支持された水平姿勢のシャフト５７に並列状態で且つ鉛直回転自在に支持されている。これら各ローラーは、下治具ユニット２が下降位置からクランプ位置に上昇したときに、後退位置にあるコーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部付近の底面部外表面に当接してワークＷの底面部をコーナー治具１８の先端面１８ｆへ押圧保持するようになっている。

また、押圧保持部材５によるワークＷの底面部のコーナー治具１８への押圧保持は、ワークＷのコーナー部がコーナー治具１８と左右のクランプ３４とにより上下方向から挟持固定される前に行われるようになっている。そのため、押圧保持部材５は、左右のクランプ３４の先端部よりも下方位置に配置されており、左右のクランプ３４よりも先にワークＷの底面部表面側に当接するようになっている。

更に、押圧保持部材５の上方位置で且つ取付台５５の上端部には、図２２に示す如く、初期アークを発生させるブロック状に形成された銅製のスタートタブ５８が設けられている。

次に、上述したワークＷのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接装置を用いて四隅に隙間が生じないように箱曲げした金属板製のワークＷのコーナー部を共付け溶接し、一端面が開放された箱状の製品を作製する場合について説明する。

尚、ワークＷには、厚みが０．６ｍｍ〜１．６ｍｍのステンレス鋼板等を円筒状に曲げ加工したワークＷが使用されている。また、溶接電流、アーク長、シールドガスの供給量、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の走行速度、タングステン電極棒５３ｂの先端形状等の溶接条件は、ワークＷの材質、板厚、幅等に応じて最適の条件下に設定されていることは勿論である。

先ず、作業員は、下降位置にある下治具ユニット２のコーナー治具１８を後退位置（図６の一点鎖線位置）から前進位置（図６の実線位置）へ前進させ、前進位置にあるコーナー治具１８に箱曲げしたワークＷをセットする。即ち、箱曲げしたワークＷの四つのコーナー部のうち、一つのコーナー部の裏面を前記コーナー治具１８の上面１８ａに被せ、ワークＷのコーナー部を裏面側からコーナー治具１８で支持する。

コーナー治具１８にワークＷをセットしたら、前進位置にあるコーナー治具１８を後退位置まで後退させた後、下降位置にある下治具ユニット２をクランプ位置（図８参照）まで上昇させ、コーナー治具１８に支持されたワークＷのコーナー部付近の底面部を押圧保持部材５によりコーナー治具１８の先端面１８ｆへ押圧保持した後、ワークＷのコーナー部を上向きの状態でコーナー治具１８の傾斜状の上面１８ａと左右のクランプ３４とで上下方向から挟持固定する。

ところで、箱曲げしたワークＷのコーナー部を裏面側からコーナー治具１８で支持した際に、ワークＷの直角に対向する２面の対向縁の間隔がワークＷの自重により広がり、ワークＷのコーナー部に隙間ができることがある。

そこで、この振動ＴＩＧ溶接装置においては、図２２に示す如く、コーナー治具１８が下降位置からクランプ位置に上昇するときに押圧保持部材５によりワークＷのコーナー部付近の底面部をコーナー治具１８の先端面１８ｆへ押圧保持するようにしている。そのため、ワークＷのコーナー治具１８に支持された２面に掛かっていたワークＷの自重が取り除かれ、ワークＷのコーナー部が弾性力により元の状態に戻り、ワークＷのコーナー部の隙間が無くなる。

尚、ワークＷのコーナー部をコーナー治具１８上で上向きの状態でクランプしたときには、図２３に示す如く、ワークＷのコーナー部は、ワークＷのコーナー部を形成する左右一対の金属板Ｗ１，Ｗ２のうち、片側の金属板Ｗ１（例えば、左側の金属板Ｗ１）の先端面Ｗ１ａが反対側の金属板Ｗ２（例えば、右側の金属板Ｗ２）の内側面Ｗ２ｃに片側の金属板Ｗ１の外側面Ｗ１ｂと反対側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａとが面一になるように突き合されているか、若しくは、図示していないが、ワークＷのコーナー部を形成する左右一対の金属板Ｗ１，Ｗ２のうち、片側の金属板Ｗ２（例えば、右側の金属板Ｗ２）の先端面Ｗ２ａが反対側の金属板Ｗ１（例えば、左側の金属板Ｗ１）の内側面Ｗ１ｃに片側の金属板Ｗ２の外側面Ｗ２ｂと反対側の金属板Ｗ１の先端面Ｗ１ａとが面一になるように突き合されている。また、ワークＷのコーナー部の形態が前者の場合（図２３）、反対側の金属板Ｗ２（右側の金属板Ｗ２）の先端面Ｗ２ａの外側縁Ｗ２ｄがワークＷのコーナー部の稜線となっている。反対に、ワークＷのコーナー部の形態が後者の場合（図示省略）、片側の金属板Ｗ１（左側の金属板Ｗ１）の先端面Ｗ１ａの外側縁Ｗ１ｄがワークＷのコーナー部の稜線となっている。

この実施形態においては、ワークＷのコーナー部の突き合せ形態は、前者の状態となっており、右側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａの外側縁Ｗ２ｄがワークＷのコーナー部の稜線となっている。

ワークＷのコーナー部がコーナー治具１８及び左右のクランプ３４により隙間の無い状態でクランプされたら、自動運転スイッチ８をＯＮの状態にする。

そうすると、トーチユニット４が作動し、ＴＩＧ溶接用トーチ５３を、ワークＷのコーナー部の稜線（右側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａの外側縁Ｗ２ｄ）を中心にしてコーナー部と直交する方向へ振動させつつ、ＴＩＧ溶接用トーチ５３とワークＷのコーナー部との間にアークを発生させてワークＷのコーナー部に溶融プールを形成する。

このとき、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の振幅は、少なくともワークＷのコーナー部の稜線（右側の金属板Ｗ２の先端面Ｗ２ａの外側縁Ｗ２ｄ）の上方位置から片側の金属板Ｗ１の先端面Ｗ１ａの外側縁Ｗ１ｄの上方位置になるようにする。

そして、アークが安定したら、ＴＩＧ溶接用トーチ５３をワークＷのコーナー部の稜線を中心にしてコーナー部と直交する方向へ振動させつつ、ＴＩＧ溶接用トーチ５３をワークＷのコーナー部に沿って走行させることによってコーナー部に形成された溶融プールをＴＩＧ溶接用トーチ５３と同じ方向へ移動させながらワークＷのコーナー部を共付け溶接する。

このとき、ＴＩＧ溶接用トーチ５３をワークＷのコーナー部の稜線を中心にしてコーナー部と直交する方向へ振動させながらワークＷのコーナー部に溶融プールを形成し、この溶融プールをＴＩＧ溶接用トーチ５３の走行によりＴＩＧ溶接用トーチ５３と同じ方向へ移動させてワークＷのコーナー部を溶接するようにしているため、ワークＷのコーナー部の稜線両側部分が均等に溶けると共に、ワークＷのコーナー部の溶けた金属が表面張力により丸くなり、ワークＷのコーナー部が奇麗な円弧状になって左右均等な形状となる（図２４参照）。

ワークＷのコーナー部の溶接が終了したら、トーチユニット４が溶接作業位置から待機位置へ後退すると共に、下治具ユニット２がクランプ位置から下降位置に下降した後、下治具ユニット２のコーナー治具１８が後退位置から前進位置へ移動する。これにより、作業員は、コーナー治具１８から取り外すことができる。

以下、同様にして振動ＴＩＧ溶接装置によりワークＷの残りの三つのコーナー部を順次溶接して行き、箱曲げしたワークＷから箱状の製品を作製する。

このように、ワークＷのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法及びその装置は、アークの指向性が良くなる狭窄ノズル５３ｃを備えたＴＩＧ溶接用トーチ５３を使用し、当該ＴＩＧ溶接用トーチ５３をワークＷのコーナー部の稜線を中心にしてコーナー部と直交する方向へ振動させながらワークＷのコーナー部を溶接するようにしているため、ワークＷのコーナー部が奇麗な円弧状になって左右均等な形状となる。

その結果、ワークＷのコーナー部を溶接した際に穴あき等の溶接欠陥が発生すると言うことがなく、溶接により作製された製品の品質が著しく向上することになる。
また、コーナー溶接によってワークＷのコーナー部が奇麗な円弧状になるため、ワークＷのコーナー部を溶接した後にサンダー仕上げやバフ仕上げ等の仕上げ加工を必要とせず、多大の労力と時間を要することがなくなると共に、騒音の問題も無くすことができる。
更に、ＴＩＧ溶接用トーチ５３を振動させているため、溶融プールの湯の温度が均一になって金属の組織の粗大化を防止することができる。

図２５は本発明の方法と従来の方法により薄鋼板製の箱形のワークのコーナー部を溶接した場合の外観写真を示し、本発明の方法と従来の方法によるタングステン電極棒の狙い位置、表側のビードの外観、裏側のビードの外観をそれぞれ表した写真である。

即ち、本発明の方法は、ＴＩＧ溶接用トーチ５３のタングステン電極棒５３ｂの先端をワークＷのコーナー部の中央位置（コーナー部の稜線上方位置）にセットし、ＴＩＧ溶接用トーチ５３に振動幅が０．３ｍｍ（振幅は０．１５ｍｍ）の振動を与えて溶接した。

これに対して、従来の方法は、ＴＩＧ溶接用トーチ５３のタングステン電極棒５３ｂの先端をワークＷのコーナー部の中央位置から右側位置（又は左側位置）にセットし、ＴＩＧ溶接用トーチ５３に振動を与えずに溶接した。

尚、溶接条件は、厚さ０．６ｍｍのＳＵＳ３０４製の薄鋼板、トリウム入りのタングステン電極棒５３ｂ、タングステン電極棒５３ｂの先端角：２５°、左右のクランプ３４の幅：２．０ｍｍ、コーナー治具１８のガス溝１８ｄの幅：２．０ｍｍ、トーチガス：８．０リットル／分、バックガス：１．０リットル／分、アーク長：１．００ｍｍ、ＡＶＣ設定電圧：１１．２０Ｖ（ＡＶＣ設定電圧は、アーク電圧制御（Arc Voltage Control）の設定電圧である。）、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の振動幅（本発明のみ）：０．３ｍｍとした。

図２５の写真からも明らかなように、左右に０．３ｍｍの振動を与えた本発明の方法は、ワークＷのコーナー部に形成されたビードが左右均一なＲ形状となった。また、溶接裏ビードは、ワークＷのコーナー部の裏側真中に位置している。

これに対して、従来の方法は、タングステン電極棒５３ｂの狙い位置に溶接ビードが形成され、狙い位置の反対側に角部が残っている。そのため、溶接終了後にサンダー仕上げやバフ仕上げ等の仕上げ加工が必要になる。また、溶接裏ビードも、明らかに狙い位置側に寄っている。更に、ワークＷのコーナー部の突き合せ形態に応じてＴＩＧ溶接用トーチ５３の位置をセットしなおさなければならず、作業者が間違ってセットした場合、溶接不良（穴あきや融合不良）を引き起こすことになる。

このように、本発明の振動ＴＩＧ溶接方法及び振動ＴＩＧ溶接装置は、ワークＷのコーナー部の溶接外観が優れていると共に、溶接不良の削減を図れ、しかも、仕上げ工程を少なくできる等の利点を有する。

尚、ワークＷのコーナー部に形成される円弧の左右方向の幅（大きさ）は、電流の大きさとＴＩＧ溶接用トーチ５３の振動によって調整することができる。電流を強くすると、ワークＷのコーナー部に形成される円弧の左右方向の幅が広くなってアールが大きくなり、また、電流を弱くすると、ワークＷのコーナー部に形成される円弧の左右方向の幅が狭くなってアールが小さくなる。ワークＷのコーナー部に形成される円弧の大きさを電流の強弱で調整できない分は、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の振動の幅で調整する。

上記の実施形態においては、振動ＴＩＧ溶接装置を用いて箱曲げしたワークＷのコーナー部を共付け溶接するようにしたが、他の実施形態においては、振動ＴＩＧ溶接装置により二枚の金属薄板を直角状に突き合して形成したワークＷのコーナー部を溶接しても良く、また、コーナー自動溶接装置により金属薄板を角筒状に曲げ加工して形成したワークＷのコーナー部を溶接するようにしても良い。

また、上記の実施形態においては、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の振幅をワークＷのコーナー部の稜線上方位置から片側の金属板の先端面の外側縁の上方位置となるようにしたが、他の実施形態においては、ＴＩＧ溶接用トーチ５３の振幅をワークＷのコーナー部の稜線上方位置から片側の金属板の先端面の外側縁の上方位置から少し外側の位置となるようにしても良い。

４はトーチユニット、１８はコーナー治具、３４は左右のクランプ、５３はＴＩＧ溶接用トーチ、５３ａは外側ノズル、５３ｃは狭窄ノズル、Ｗはワーク、Ｗ１，Ｗ２はワークを形成する金属板、Ｗ１ａ，Ｗ２ａは金属板の先端面、Ｗ１ｂ，Ｗ２ｂは金属板の外側面、Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃは金属板の内側面、Ｗ１ｄ，Ｗ２ｄは金属板の先端面の外側縁。

Claims (2)

1. 金属板（Ｗ１），（Ｗ２）の端部同士を直角状に突き合して成るワーク（Ｗ）のコーナー部をその稜線が上を向く姿勢でクランプした後、シールドガス（Ｇ）を外側と内側に流し且つ内側のシールドガス（Ｇ１）を外側のシールドガス（Ｇ２）より高速で噴出させるように外側ノズル（５３ａ）の内側に狭窄ノズル（５３ｃ）を備えたＴＩＧ溶接用トーチ（５３）を、ワーク（Ｗ）のコーナー部の稜線と直交する方向へ振動させながらワーク（Ｗ）のコーナー部に沿って走行させてワーク（Ｗ）のコーナー部を溶接するようにしたワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法であって、前記ワーク（Ｗ）のコーナー部を形成する左右一対の金属板（Ｗ１），（Ｗ２）のうち、片側の金属板（Ｗ１）の先端面（Ｗ１ａ）を反対側の金属板（Ｗ２）の内側面（Ｗ２ｃ）に片側の金属板（Ｗ１）の外側面（Ｗ１ｂ）と反対側の金属板（Ｗ２）の先端面（Ｗ２ａ）とが面一になるように突き合して成るワーク（Ｗ）のコーナー部をその稜線が上を向く姿勢でクランプした後、前記ＴＩＧ溶接用トーチ（５３）を、その振幅が少なくともワーク（Ｗ）のコーナー部の稜線上方位置から片側の金属板（Ｗ１）の先端面（Ｗ１ａ）の外側縁（Ｗ１ｄ）の上方位置までとなるようにワーク（Ｗ）のコーナー部の稜線と直交する方向へ振動させつつ、前記ＴＩＧ溶接用トーチ（５３）とワーク（Ｗ）のコーナー部との間に発生させたアークによりワーク（Ｗ）のコーナー部に溶融プールを形成し、前記ＴＩＧ溶接用トーチ（５３）をワーク（Ｗ）のコーナー部に沿って走行させることによって前記溶融プールをＴＩＧ溶接用トーチ（５３）と同じ方向へ移動させながらワーク（Ｗ）のコーナー部を溶接するようにしたことを特徴とするワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法。
2. 前記狭窄ノズル（５３ｃ）を備えたＴＩＧ溶接用トーチ（５３）を、振動数が１Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲内で振動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のワークのコーナー部の振動ＴＩＧ溶接方法。