JP7286306B2

JP7286306B2 - 溶接トーチ

Info

Publication number: JP7286306B2
Application number: JP2018231419A
Authority: JP
Inventors: 怜士玉城
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2023-06-05
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: JP2020093270A

Description

本発明は、消耗電極式ガスシールドアーク溶接に用いられる溶接トーチに関する。

この種の溶接トーチは、可撓性を持たせた溶接ケーブルの先端に接続され、ワイヤ送給機から送り出されて溶接ケーブル内を案内されてきた溶接ワイヤに給電しつつ、ノズルから噴射されるシールドガスで覆いながら繰り出す役割を果たす部材であり、その構造は、たとえば特許文献１、とくにその図６に表れている。

ワイヤは、溶接ケーブルから溶接トーチにおいてチップボディと呼ばれる部材の中心孔にまでいたるライナに案内される。ワイヤは、チップボディの先端側に接続される給電チップの中心孔を通る際に給電を受ける。シールドガスは、チップボディの内部空間から当該チップボディに設けた通気孔、当該チップボディの外周に設けたオリフィス部材を介してノズル内空間に導出され、給電チップから送出されるワイヤの周囲を取り囲むようにしてノズル先端から噴射される。

溶接品位を維持するための重要な要素として、ノズルから噴射されるシールドガスに偏流が生じないようにする、すなわち、シールドガスがワイヤの周囲を偏りなく流れるようにすることが求められる。そのために、チップボディの内部空間からその外部のオリフィス部材ないしノズル空間へのガス通路を形成するためにチップボディに設けられる通気孔は、複数のものがチップボディの周方向等間隔に設けられる。

しかしながら、ワイヤを案内するライナは、コイル状のものが一般的であるため、撓みが生じてチップボディの中心孔断面における位置が安定せず、複数の通気孔を部分的に塞ぐ状態となることがある。そうすると、ノズル空間でのシールドガスに偏流が生じることとなり、これが溶接品位の悪化原因となる。

特開２０１６－８７６２８号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ノズルを流れるシールドガスに偏流が生じないようにした溶接トーチを提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

すなわち、本発明によって提供される溶接トーチは、チップボディと、その先端側に接続された給電チップと、先端が上記チップボディの中心孔に導入され、溶接ワイヤを案内するワイヤガイドライナと、上記チップボディおよび上記給電チップを取り囲むノズルと、を備え、上記チップボディの中心孔から導出させたシールドガスを上記ノズルから噴射しつつ、上記給電チップから上記溶接ワイヤを送出させて溶接を行う溶接トーチであって、上記ワイヤガイドライナは、少なくとも上記チップボディの中心孔においてはパイプ材により形成され、上記中心孔は、先端側の第１領域と、後端側の第２領域とを有し、上記第１領域は上記パイプ材の外径と対応した内径を有して上記パイプ材の先端側を所定長さにわたって嵌合保持するとともに、上記第２領域は上記パイプ材の外径より大の内径を有して上記パイプ材の外周面との間に上記シールドガスの流路を形成することを特徴とする。

好ましい実施の形態では、上記パイプ材の外径は、３～１０ｍｍである。

好ましい実施の形態では、上記第１領域の長さは、６～５０ｍｍである。

好ましい実施の形態では、上記パイプ材の長さは、１００～３００ｍｍである。

好ましい実施の形態では、上記第２領域において、上記パイプ材は上記チップボディの中心孔と同心状である。

上記構成の溶接トーチでは、ワイヤガイドライナのうちの少なくともチップボディの中心孔に位置する部分はハイプ材で形成され、その先端はチップボディの中心孔の先端側第１領域に嵌合保持されている。このようにパイプ材の先端側が固定されることから、チップボディの中心孔の第２領域において、パイプ材がチップボディの中心孔の内壁に不用意に接触することがない。したがって、ワイヤガイドライナが撓んでチップボディの複数の通気孔の一部を塞ぐといった事態が防止され、ノズル内でのシールドガスの偏流を防止することができる。

本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。

本発明の一実施形態に係る溶接トーチの縦断面図である。図１の要部拡大図である。図１のIII-III線に沿う断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る溶接トーチＡ１の縦断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図１のIII-III線に沿う断面図である。

溶接トーチＡ１は、消耗電極式ガスシールドアーク溶接に用いられるものであり、冷却機構を備えた構成を有する。この溶接トーチＡ１は、トーチボディ１００と、チップボディ２００と、給電チップ２５０と、ワイヤガイドライナ３００と、ノズル４００と、オリフィス部材５００と、を有する。

トーチボディ１００は、円筒状の部材であり、その前端部が連結筒１５０を介してノズル４００の後端に連結されている。連結筒１５０は、チップボディ２００に外嵌された絶縁部材１６０に外嵌されるノズル４００の後端部と、トーチボディ１００とをねじ手段１５１により連結している。ノズル４００は、円筒状をしており、ノズル壁４１０の厚さの内部に冷却用の往路通水路４２１、および復路通水路４２２が形成されているが、これについては後述する。

チップボディ２００は、概して円筒状をしており、前後方向に貫通する中心孔２１０を有する。このチップボディ２００は、導電性金属でできており、テーパ状に縮径した先端部には、給電チップ２５０が連結されている。給電チップ２５０もまた導電性金属でできており、トーチ中心軸ＣＬに沿ってワイヤ送出孔２５１が貫通形成されている。チップボディ２００は、図示しない給電ケーブルに導通させられる。

チップボディ２００の中心孔２１０はトーチ中心軸ＣＬに沿って延び、前方側第１領域２１１と、後方側第２領域２１２とを有する。第１領域２１１の内径は、後記するワイヤガイドライナ３００のパイプ材３１０の外径と対応している。第２領域２１２の内径は第１領域２１１の内径より大である。

チップボディ２００のノズル内空間４０２に臨む部位には、環状のオリフィス部材５００が外嵌されている。オリフィス部材５００の内周面５０１とチップボディ２００の外周面２０１との間には環状空間２０２が形成されている。チップボディ２００には、環状空間２０２とチップボディ２００の中心孔（第２領域２１２）２１０とを連通させる通気孔２２０が形成されている。この通気孔２２０は、複数のものがチップボディ２００の周方向等間隔に形成されている(図３参照)。オリフィス部材５００には、上記環状空間２０２とノズル内空間４０２とを連通させるオリフィス孔５１０が形成されている。このオリフィス孔５１０もまた、複数のものがオリフィス部材５００の周方向等間隔に形成される。このチップボディ２００にも、いくつかの通水路２３１，２３２，２４１，２４２が形成されているが、これについてはさらに後述する。

トーチボディ１００の内部には、チップボディ２００の後端に隣接するようにして内筒１１０と外筒１２０とが同心状に配置されている。内筒１１０の内径はチップボディ２００の中心孔２１０の第２領域２１２の内径と同じである。外筒１２０と内筒１１０との間の空間は、冷却用通水空間１３１，１３２として利用される。この通水空間１３１，１３２は、断面において２つの領域に区分されており、一方は往路用通水空間１３１、他方は復路用通水空間１３２である。これら通水空間１３１，１３２は、図示しない往路用通水ポートおよび復路用通水ポートに連通させられている。なお、チップボディ２００の中心孔２１０ないし上記内筒１１０と後記するワイヤガイドライナ３００（パイプ材３１０）との間の環状空間１１２は、シールドガス通路とされ、これは図示しないシールドガス供給路に連通させられている。

ワイヤガイドライナ３００は、ワイヤ送給装置（図示略）から送給される溶接ワイヤＷを内包しつつ案内する筒状の部材であり、少なくともチップボディ２００の中心孔２１０に位置する部分は、たとえば銅、ステンレス、真鍮などの金属製パイプ材３１０である。この種の溶接トーチＡ１は通常、可撓性のコンジットケーブル（図示略）を介して制御装置やワイヤ送給装置に連結され、コンジットケーブルの内部には給電ケーブルやワイヤガイドライナ３００などが挿通されるが、ワイヤガイドライナのうちのコンジットケーブル内に挿通される部分は、上記したパイプ材３１０の後端に実質的に接続された、たとえばコイル状の可撓管とされる。

パイプ材３１０の外径はチップボディ２００の中心孔２１０の第１領域２１１の内径と対応しており、当該パイプ材３１０は、上記中心孔２１０の第１領域２１１に嵌合保持される。第１領域２１１の長さは、パイプ材３１０を、アーク溶接による熱影響を受けてもなお長期間安定してトーチ中心軸ＣＬに沿って位置させるのに十分な長さに設定される。この第１領域２１１の長さが短すぎるとパイプ材３１０の安定保持に支障をきたす。また長すぎるとチップボディ２００におけるノズル内空間４０２に臨む長さが不当に長くなり、不適である。パイプ材３１０の外径を基準とし、これを３～１０ｍｍとした場合、上記中心孔２１０の第１領域２１１の長さは、６～５０ｍｍ、より好ましくは、２０～３０ｍｍとすることが適当である。

チップボディ２００には、その基端側に位置し、トーチボディ１００内に形成された往路通水空間１３１に連通する第１往路通水路２３１、これに連通し、チップボディ２００の先端側に位置する第２往路通水路２３２、当該第２往路通水路２３２から折り返して当該チップボディ２００の先端側に位置する第２復路通水路２４２および上記トーチボディ１００内に形成された復路通水空間４２２に連通する第１復路通水路２４１が形成されている。ただし、チップボディ２００の第２復路通水路２４２は、上記絶縁部材１６０に形成された往路用連絡路１６１を介してノズル４００の往路通水路４２１に連通させられており、ノズル４００の復路通水路４２２は、上記絶縁部材１６０に形成された復路用連絡路１６２を介してチップボディ２００の第１復路通水路２４１に連通させられている。

したがって、冷却水は、図２に矢印で経路を示すように、トーチボディ１００の往路通水路１３１、チップボディ２００の第１往路通水路２３１、同第２往路通水路２３２、同第２復路通水路２４２、絶縁部材１６０の往路用連絡路１６１、ノズル４００の往路通水路４２１、同復路通水路４２２、絶縁部材１６０の復路用連絡路１６２、チップボディ２００の第１復路通水路２４１およびトーチボディ１００の復路通水空間１３２の順に通水されて溶接トーチＡ１の冷却作用を行い、溶接品位の安定に寄与する。

次に、実施形態に係る上記構成の溶接トーチＡ１の作用について説明する。

ワイヤガイドライナ３００を通じて送られてきた溶接ワイヤＷは、パイプ材３１０から給電チップ２５０を経て溶接トーチＡ１の先端から送出される。シールドガスは、トーチボディ１００の内筒１１０とパイプ材３１０との間ないしチップボディ２００の中心孔２１０の第２領域２１２とパイプ材３１０との間の環状空間１１２（シールドガス通路）から通気孔２２０ないしオリフィス部材５００のオリフィス孔５１０を経てノズル内空間４０２に導出され、ノズル４００の先端から上記のように送出される溶接ワイヤＷを取り囲むようにして噴射させられる。こうして噴射させられるシールドガスが溶接部位をシールドし、溶接品位を保持する。

ワイヤガイドライナ３００の先端部分を構成するパイプ材３１０は、ある程度の剛性を有し、その先端がチップボディ２００の中心孔２１０の第１領域２１１に所定の長さにわたって嵌合保持されているため、チップボディ２００の中心孔２１０の第２領域２１２においては、その中心位置（トーチ中心軸ＣＬ）に沿って保持され、決して上記第２領域２１２の内壁に接触するなどして複数の通気孔２２０の一部を塞ぐといった事態は起こり得ない。その結果、ノズル４００においてシールドガスに偏流が生じることはなく、溶接品位が好適に保持される。

なお、実施形態に係る溶接トーチＡ１は冷却機能を有するが、その作用は上述したとおりである。

もちろん、本発明の範囲は上記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、すべて本発明の範囲に含まれる。

本発明では、ワイヤガイドライナ３００の先端部分、すなわちチップボディ２００の中心孔２１０に進入している部分がある程度の剛性を有するパイプ材３１０とし、この部の先端が中心孔２１０の第１領域２１１に嵌合保持されていればよいのであって、先端部分以外は、たとえば可撓性のコイル状ライナで構成してもよい。実施形態は、トーチボディ１００を含め、全体が直線状に延びる溶接トーチＡ１に本発明を適用したが、ワイヤガイドライナ３００の先端部以外を可撓性のライナで構成することにより、トーチボディが湾曲するタイプの溶接トーチにも本発明を適用できる。

また、全体が湾曲し、チップボディ２００およびその中心孔２１０も湾曲する溶接トーチにも本発明を適用することができ、その場合、ワイヤガイドライナ３００のパイプ材３１０も、チップボディ２００の中心孔２１０の湾曲に対応した湾曲形態をとることになる。

Ａ１：溶接トーチ，Ｗ：溶接ワイヤ，２００：チップボディ，２１０：中心孔，２１１：第１領域，２１２：第２領域，２５０：給電チップ，３００：ワイヤガイドライナ，３１０：パイプ材，４００：ノズル

Claims

チップボディと、その先端側に接続された給電チップと、先端が上記チップボディの中心孔に導入され、溶接ワイヤを案内するワイヤガイドライナと、上記チップボディおよび上記給電チップを取り囲むノズルと、を備え、上記チップボディの中心孔から導出させたシールドガスを上記ノズルから噴射しつつ、上記給電チップから上記溶接ワイヤを送出させて溶接を行う溶接トーチであって、
上記ワイヤガイドライナは、少なくとも上記チップボディの中心孔においては金属製のパイプ材により形成され、
上記中心孔は、先端側の第１領域と、後端側の第２領域とを有し、
上記パイプ材の外径は、３～１０ｍｍであるとともに上記第１領域の長さは、２０～３０ｍｍであり、
上記第１領域は上記パイプ材の外径と対応した内径を有して上記パイプ材の先端側を嵌合保持するとともに、上記第２領域は上記パイプ材の外径より大の内径を有して上記パイプ材の外周面との間に上記シールドガスの流路を形成することを特徴とする、溶接トーチ。
上記パイプ材の長さは、１００～３００ｍｍである、請求項１に記載の溶接トーチ。
上記第２領域において、上記パイプ材は上記チップボディの中心孔と同心状である、請求項２に記載の溶接トーチ。