JP7337120B2 - 溶接トーチ及びその溶接トーチを備えた溶接装置並びに溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は溶接トーチ及びその溶接トーチを備えた溶接装置並びに溶接方法に係り、特に、溶接トーチが電極ホルダーと電極から成り、しかも、空冷式であるものに好適な溶接トーチ及びその溶接トーチを備えた溶接装置並びに溶接方法に関する。

溶接装置の１つであるＴＩＧ溶接装置が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載されているＴＩＧ溶接装置は、ワーク等に当たっても変形せず、絶縁性に優れ、あらゆる溶接姿勢に対応できる電極揺動型のＴＩＧ溶接トーチを有するＴＩＧ溶接装置を提供するために、非消耗電極を先端に支持し、冷却水流入管及び冷却水流出管を有するトーチブロックと、冷却水流入管及び冷却水流出管並びにシールドガス流入管を有するシールドガスブロックとを備え、前記各冷却水流入管及び冷却水流出管並びにシールドガス流入管が並設するように前記トーチブロックとシールドガスブロックを隣接配置したＴＩＧ溶接装置において、トーチブロックの冷却水流入管及び冷却水流出管とシールドガスブロックの冷却水流入管及び冷却水流出管並びにシールドガス流入管を一体に連結して外装する外装保護体を設けたことが記載されている。

特開平９－２０６９４７号公報

特許文献１に記載の溶接装置による溶接は、電極ホルダーと電極が分離構造の溶接トーチを用いて、電極が母材に対して傾斜して揺動することで、溶接ビードと母材との境界に未溶着部分が発生しないように溶接している。

しかしながら、電極を冷却するために冷却水流入管及び冷却水流出管を有するため、溶接装置が複雑になり、コストが増加するという課題があった。

溶接機を最低限で改造し、電極を冷却するための冷却水流入管及び冷却水流出管のない空冷式の溶接トーチを設ければ、特許文献１に記載の特徴を実現できるが、電極を支持する電極ホルダーの材質を耐熱性の高い材質に変更する必要がある。

また、溶接時に高温となることによって、電極や電極ホルダー先端部の劣化が発生する。劣化した電極や電極ホルダーは交換するが、できる限り交換部品のコストを抑えること、及び交換しやすい形状とすることが必要である。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、電極を冷却する冷却水流路のない空冷式の溶接トーチであって、電極ホルダーの耐熱性が高く、交換しやすい形状であり、かつ、交換部品のコストを抑えることができる溶接トーチ及びその溶接トーチを備えた溶接装置並びに溶接方法を提供することにある。

本発明の溶接トーチは、上記目的を達成するために、電極ホルダーと、該電極ホルダーに保持される電極とを備え、前記電極が前記電極ホルダーに傾斜して保持されている空冷式の溶接トーチであって、前記電極ホルダーの材質がタングステン合金であることを特徴とする。

また、本発明の溶接装置は、上記目的を達成するために、電極ホルダー及び前記電極ホルダーに保持される電極を備え、前記電極が前記電極ホルダーに傾斜して保持された空冷式の溶接トーチと、該溶接トーチを保持するトーチホルダーと、前記溶接トーチの前記電極の周囲のガスを吹き出すノズルとを備えた溶接装置であって、前記溶接トーチは、上記構成の溶接トーチであることを特徴とする。

また、本発明の溶接方法は、上記目的を達成するために、電極ホルダーと、該電極ホルダーに保持される電極とを備え、かつ、空冷式の溶接トーチを用いて溶接する際に、前記電極ホルダーに前記電極が傾斜して保持された状態で溶接すると共に、前記電極ホルダーを交換する毎に前記電極の傾斜角を変えた前記溶接トーチを用いて溶接することを特徴とする。

本発明によれば、電極を冷却する冷却水流路のない空冷式の溶接トーチであって、電極ホルダーの耐熱性が高く、交換しやすい形状であり、かつ、交換部品のコストを抑えることのできる溶接トーチ及びその溶接トーチを備えた溶接装置並びに溶接方法を得ることができる。

本発明の溶接トーチの実施例１であり、電極と電極ホルダーが分離されている状態を示す図である。 本発明の溶接トーチの実施例１であり、電極が電極ホルダーに保持されている状態を示す図である。 本発明の溶接トーチの実施例２であり、電極ホルダーのロッド部とヘッド部が分割され、電極と電極ホルダーが分離されている状態を示す図である。 本発明の溶接トーチの実施例２であり、電極ホルダーのロッド部とヘッド部が結合され、その電極ホルダーに電極が保持されている状態を示す図である。 本発明の溶接トーチの実施例３であり、電極ホルダーのロッド部とヘッド部及びライナー部が分割され、電極と電極ホルダーが分離されている状態を示す図である。 本発明の溶接トーチの実施例３であり、電極ホルダーのロッド部、ヘッド部、ライナー部が結合され、その電極ホルダーに電極が保持されている状態を示す図である。 本発明の実施例４としての溶接装置を示す図である。 図４（ａ）の溶接装置に採用される溶接トーチを示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の溶接トーチ及びその溶接トーチを備えた溶接装置並びに溶接方法を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に、本発明の溶接トーチの実施例１を示す。

図１（ａ）は、本実施例の溶接トーチ１Ａの電極３と電極ホルダー２が分離されている状態を示し、図１（ｂ）は、本実施例の溶接トーチ１Ａの電極３が電極ホルダー２に保持されている状態を示す。

該図に示す本実施例の溶接トーチ１Ａは、タングステン合金から成る一体物の電極ホルダー２と、この電極ホルダー２に保持される電極３とを備え、電極３が電極ホルダー２に傾斜して保持されている空冷式の溶接トーチであることを特徴とする。電極３の材質は、例えば、タングステンである。

上記の電極３は、電極ホルダー２の下方に切られたねじ穴２ａに挿入された炭素鋼から成る止めねじ４で固定され、止めねじ４は、電極ホルダー２の略横からねじ穴２ａに挿入されて電極３を固定している。電極ホルダー２には、電極３を電極ホルダー２の下側から斜め上方に貫通するように取り付け可能な貫通孔５がある。そして、上記止めねじ４を緩めることで、電極３が電極ホルダー２から分離可能になっている。

このような本実施例の構成によれば、電極３が電極ホルダー２に傾斜して保持されていることから、電極３が母材に対して傾斜して溶接できるため、溶接ビードと母材との境界に未溶着部分が発生することはない。

また、電極３を電極ホルダー２の下側から斜め上方に貫通するように取り付けることで、電極３の長さを調整することができる。電極３の先端が消耗した際に、取付け長さを調整することで電極３を継続して利用できる時間が長くなる。この構成により、電極３の交換頻度が減少し、コストを抑制することが可能となる。

また、電極ホルダー２はタングステン合金で形成されており、他の材質（例えば、クロム合金、炭素鋼、ベリリウム合金等）に比べて、長時間の溶接作業に使用することが可能である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に、本発明の溶接トーチの実施例２を示す。

図２（ａ）は、本実施例の溶接トーチ１Ｂの電極ホルダー２のロッド部２ｂとヘッド部２ｃが分割され、電極３と電極ホルダー２が分離されている状態を示し、図２（ｂ）は、本実施例の溶接トーチ１Ｂの電極ホルダー２のロッド部２ｂとヘッド部２ｃが結合され、その電極ホルダー２に電極３が保持されている状態を示す。

該図に示す本実施例の溶接トーチ１Ｂは、タングステン合金から成る電極ホルダー２と、この電極ホルダー２に保持される電極３とを備え、電極３が電極ホルダー２に傾斜して保持され、しかも、電極ホルダー２は、ロッド部２ｂと、電極３を保持するヘッド部２ｃとから成り、ロッド部２ｂとヘッド部２ｃは分割可能に接続されている空冷式の溶接トーチであることを特徴とする。

上記の電極ホルダー２のロッド部２ｂとヘッド部２ｃは、一方（ロッド部２ｂ又はヘッド部２ｃ）に切られたねじ（図示せず）と、他方（ヘッド部２ｃ又はロッド部２ｂ）に切られたねじ穴（図示せず）とを係合することによるねじ止めで分割可能に接続されている。

上記の電極３は、電極ホルダー２のヘッド部２ｃに切られたねじ穴２ａに挿入された炭素鋼から成る止めねじ４で固定され、止めねじ４は、電極ホルダー２の略横からねじ穴２ａに挿入されて電極３を固定している。ヘッド部２ｃには、電極３をヘッド部２ｃの下側から斜め上方に貫通するように取り付け可能な貫通孔５がある。そして、上記止めねじ４を緩めることで、電極３が電極ホルダー２から分離可能になっている。

このような本実施例の構成によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、電極ホルダー２のヘッド部２ｃが劣化した場合には、電極ホルダー２のヘッド部２ｃだけを交換すれば良い。この構成により、電極ホルダー２の交換部品のコストを抑制することができる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に、本発明の溶接トーチの実施例３を示す。

図３（ａ）は、本実施例の溶接トーチ１Ｃの電極ホルダー２のロッド部２ｂとヘッド部２ｃ及びライナー部２ｄが分割され、電極３と電極ホルダー２が分離されている状態を示し、図３（ｂ）は、本実施例の溶接トーチ１Ｃの電極ホルダー２のロッド部２ｂ、ヘッド部２ｃ、ライナー部２ｄが結合され、その電極ホルダー２に電極３が保持されている状態を示す。

該図に示す本実施例の溶接トーチ１Ｃは、タングステン合金から成る電極ホルダー２と、この電極ホルダー２に保持される電極３とを備え、電極３が電極ホルダー２に傾斜して保持され、しかも、電極ホルダー２は、ロッド部２ｂとヘッド部２ｃ及びライナー部２ｄとから成り、ロッド部２ｂとヘッド部２ｃは、ライナー部２ｄを介して固定されている空冷式の溶接トーチであることを特徴とする。

具体的には、ライナー部２ｄをヘッド部２ｃに挿入し、ロッド部２ｂをヘッド部２ｃにねじ込むことで押されたライナー部２ｄで電極３が固定されている。ヘッド部２ｃには、電極３をヘッド部２ｃの下側から斜め上方に貫通するように取り付け可能な貫通孔５がある。

このような本実施例の構成によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、実施例１及び2では、止めねじ４を電極ホルダー２の略横からねじ穴２ａに挿入して電極ホルダー２のヘッド部２ｃに電極３を固定していたが、本実施例の溶接トーチ１Ｃでは、止めねじ４を用いず、ライナー部２ｄをヘッド部２ｃに挿入し、ロッド部２ｂをヘッド部２ｃにねじ込むことで押されたライナー部２ｄで電極３を固定することができる。

なお、ライナー部２ｄの材質は電極３と同一の素材でも異なる素材でも良く、耐熱性の高い素材、例えば、タングステン、セラミック等を用いることが好ましい。

また、本実施例では、電極ホルダー２のロッド部２ｂとライナー部２ｄが分割された構造となっているが、ロッド部２ｂとライナー部２ｄが一体となった構造としても良い。この場合、ロッド部２ｂの先端部のみを耐熱性の高い素材とし、ロッド部２ｂの先端部の耐熱性の高い素材を介してヘッド部２ｃをロッド部２ｂに固定することができる。

更に、実施例１及び２で用いた止めねじ４の材質は炭素鋼であり、溶接時に高熱になることによって止めねじ４に焼き付きが生じ、電極３を交換できないという懸念があるが、本実施例によれば、止めねじ４を用いることなく電極３を固定できるため、焼き付きが生じることがないので、溶接後も電極３を交換することが可能となる。

なお、上記した各実施例で説明した溶接トーチ１Ａ、１Ｂ又は１Ｃを用いて溶接する際、即ち、電極ホルダー２と、この電極ホルダー２に保持される電極３とを備え、かつ、空冷式の溶接トーチ１Ａ、１Ｂ又は１Ｃを用いて溶接する際には、電極ホルダー２に電極３が傾斜して保持された状態で溶接すると共に、電極ホルダー２を交換する毎に電極２の傾斜角を変えた溶接トーチ１Ａ、１Ｂ又は１Ｃを用いて溶接するようにしても良い。

図４（ａ）に、本発明の実施例４として実施例３で説明した溶接トーチ１Ｃを用いた溶接装置１０を示し、図４（ｂ）に、溶接トーチ１Ｃを示す。

該図に示すように、本実施例の溶接装置１０は、実施例３で説明したように、電極ホルダー２及びこの電極ホルダー２に保持される電極３を備え、かつ、空冷式の溶接トーチ１Ｃと、この溶接トーチ１Ｃを保持するトーチホルダー１１と、溶接トーチ１Ｃの電極３の周囲のガスを吹き出すノズル１２とを備えて概略構成されている。

そして、本実施例の溶接装置１０は、ノズル１２の先端１２ａに切り欠き（Ｕ字状に形成された溝）１２ｂを設け、この切り欠き１２ｂに電極３を保持している電極ホルダー２の先端部（ヘッド部２ｃ）が位置している。

なお、切り欠き１２ｂは、切り欠きのないノズル１２を改造して形成することもできる。改造する場合は、切り欠き１２ｂに電極ホルダー２の先端が設置できるように、切り欠き１２ｂを形成する。

本実施例では、溶接装置１０に実施例３で説明した溶接トーチ１Ｃを用いた例について説明したが、溶接トーチ１Ｃに代えて実施例１で説明した溶接トーチ１Ａ、実施例２で説明した溶接トーチ１Ｂを用いても良い。

このような本実施例の構成よれば、電極３が電極ホルダー２に傾斜して保持されている溶接トーチ１Ｃを用いていることから、電極３が母材に対して傾斜しているため、溶接ビードと母材との境界に未溶着部分が発生することはない。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加える事も可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をする事が可能である。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…溶接トーチ、２…電極ホルダー、２ａ…ねじ穴、２ｂ…ロッド部、２ｃ…ヘッド部、２ｄ…ライナー部、３…電極、４…止めねじ、５…貫通孔、１０…溶接装置、１１…トーチホルダー、１２…ノズル、１２ａ…ノズルの先端、１２ｂ…切り欠き。

Claims (12)

1. 電極ホルダーと、該電極ホルダーに保持される電極とを備え、前記電極が前記電極ホルダーに傾斜して保持されている空冷式の溶接トーチであって、
   前記電極ホルダーの材質がタングステン合金であることを特徴とする溶接トーチ。
2. 請求項１に記載の溶接トーチであって、
   前記電極は、前記電極ホルダーの下側から斜め上方に貫通するように取り付け可能な貫通孔が設置されていることを特徴とする溶接トーチ。
3. 請求項１又は２に記載の溶接トーチであって、
   前記電極ホルダーは、ロッド部と、前記電極を保持するヘッド部とから成り、前記ロッド部と前記ヘッド部は分割可能に接続されていることを特徴とする溶接トーチ。
4. 請求項３に記載の溶接トーチであって、
   前記電極ホルダーの前記ロッド部と前記ヘッド部は、一方に切られたねじと、他方に切られたねじ穴とを係合することによるねじ止めで分割可能に接続されていることを特徴とする溶接トーチ。
5. 請求項１又は２に記載の溶接トーチであって、
   前記電極ホルダーは、ロッド部とヘッド部及びライナー部とから成り、前記ロッド部と前記ヘッド部は、前記ライナー部を介して固定されていることを特徴とする溶接トーチ。
6. 請求項５に記載の溶接トーチであって、
   前記ライナー部は、前記ロッド部よりも耐熱性の高い材質であることを特徴とする溶接トーチ。
7. 請求項５に記載の溶接トーチであって、
   前記ロッド部と前記ライナー部が一体構造であり、前記ロッド部の先端部のみを耐熱性の高い素材とし、前記ロッド部の先端部の耐熱性の高い素材を介して前記ヘッド部が前記ロッド部に固定されていることを特徴とする溶接トーチ。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の溶接トーチであって、
   前記ライナー部を前記ヘッド部に挿入し、前記ロッド部を前記ヘッド部にねじ込むことで押された前記ライナー部で前記電極が固定されていることを特徴とする溶接トーチ。
9. 電極ホルダー及び前記電極ホルダーに保持される電極を備え、かつ、空冷式の溶接トーチと、該溶接トーチを保持するトーチホルダーと、前記溶接トーチの前記電極の周囲のガスを吹き出すノズルとを備えた溶接装置であって、
   前記溶接トーチは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の溶接トーチであることを特徴とする溶接装置。
10. 請求項９に記載の溶接装置であって、
    前記ノズルの先端に切り欠きを設け、前記切り欠きに前記電極を保持している前記電極ホルダーの先端部が位置していることを特徴とする溶接装置。
11. 請求項１０に記載の溶接装置であって、
    前記切り欠きは、Ｕ字状に形成された溝であることを特徴とする溶接装置。
12. 電極ホルダーと、該電極ホルダーに保持される電極とを備え、かつ、空冷式の溶接トーチを用いて溶接する際に、
    前記電極ホルダーに前記電極が傾斜して保持された状態で溶接すると共に、前記電極ホルダーを交換する毎に前記電極の傾斜角を変えた前記溶接トーチを用いて溶接することを特徴とする溶接方法。

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