JPH01157780A - ガス遮蔽金属アーク溶接トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、遮蔽ガスの供給を必要とするアーク溶接過
程で充填金属を供給する為に消耗性ワイヤ電極材料を使
うと共に、トーチ・ヘッドを冷却する手段を持つ形式の
ガス遮蔽金属アーク溶接装置に関する。更に具体的に云
えば、この発明は、この様な装置で、溶接すべき継目に
対する接近が限られている、工作物の内壁を溶接する為
の改良に関する。

上に述べた形式の遮蔽ガス金属アーク溶接装置は従来か
らあって周知であり、商業的な形式では、トーチ・ヘッ
ドを密に取付けた手で保持する絶縁トーチ本体と、消耗
性ワイヤ電極、電力及び遮蔽ガスをトーチ本体の把手を
介してトーチ時ヘッドに供給する手段を持つのが普通で
ある。この溶接過程をこの明細書ではＧＭＡ過程と呼ぶ
。随意選択により、この過程は、トーチ・ヘッドとの間
で冷却水をやり取りする手段を用いてもよい。従来のＧ
ＭＡ装置は、トーチの寸法が問題とならない様な外部溶
接に適しているが、溶接区域に対する接近が限られてい
る工作物内の内壁の溶接には不適当である。典型的な問
題は、圧縮機羽根車の内部の羽根を隣接する円板、並び
に／又は向い側の円板に溶接する必要があることであり
、この場合、溶着部の継目に対する接近は、圧縮機の吐
出開口を通るしかないが、普通、円板の間の間隔は８乃
至３０ミリである。圧縮機の羽根車を溶接する時の別の
問題は、羽根が羽根車の内側及び外側の間で絶えず形及
び方向を変え、めくら溶着を実施しなければならないこ
とである。

この問題に対する１つの解決策が米国特許第４゜１３３
．４６９号に記載されており、この米国特許では、案内
管によって溶着用継目を追跡する可撓性のプローブ形ト
ーチ・ヘッドを使ったＧＭＡ溶接装置が提案されている
。細長いＵ字形の案内管を曲げて溶着する継目の形と同
形にし、Ｕ字形が溶接すべき内壁の間の継目の方を向（
様にする。

トーチ・ヘッドを銅導体を編んだ可撓性のさやに取付け
、このさやが電力を通すと共に、プラスチックの冷却水
管、電極ワイヤ案内管及びガス管を取囲んでいる。トー
チ・ヘッドを可撓性のさやによって案内管の中に挿入し
、トーチ・ヘッドを可撓性のさやによって、羽根車の吐
出開口に向って引張る。案内管が溶接すべき継目に対し
、トーチ・ヘッドの距離を保つと共にその姿勢を保つ。

この方法による１つの問題は、溶接のあらゆる設計に対
する案内管を作っておいて、手元に保管しなければなら
ないことである。

この発明は、案内管を必要とせず、溶着部の種々の継目
の形式に適応し得る、接近が限られた場合に用いるＧＭ
Ａ溶接装置の改良である。

従って、この発明の１つの目的は、溶接すべき継目に対
する接近が限られている工作物内の内壁を溶接するのに
適したＧＭＡ溶接装置の改良を提供することである。

この発明の別の目的は、溶着部の品質が改善されると共
に、圧縮機の羽根車を製造する時の溶接コストを切下げ
る、接近が限られた場合に用いるＧＭＡトーチを提供す
ることである。

この発明の構成、作用及びその他の目的並びに利点は、
以下図面について説明する所から理解されよう。

発明の要約 簡単に云うと、この発明を実施する時、改良されたＧＭ
Ａ溶接装置が、消耗性電極及び遮蔽ガスを溶接すべき継
目に差向ける様になっている流体冷却のトーチ・ヘッド
と、該トーチ・ヘッドから実質的な距離だけ隔たってい
て、トーチ・ヘッドに電極ワイヤ、電力、遮蔽ガス及び
冷却材を供給すると共に冷却材をトーチ・ヘッドから吐
出させる手段を持つトーチ本体と、遮蔽ガスをトーチ・
ヘッドに通し、溶接電力をトーチ・ヘッドに送り、且つ
トーチ・ヘッドとの間で冷却材を通す様にした少なくと
も３つの互いに同軸の流体を通す管の集成体とを有し、
この集成体はトーチ本体からトーチ・ヘッドを支持する
様になっていると共に、溶着を行なう間、トーチ・ヘッ
ドを工作物の壁にばね作用によって偏圧する手段を持っ
ている。

好ましい実施例の説明 第１図には、この発明の目的とする、接近が限られた場
合に用いるＧＭＡ溶接トーチ１０が略図で示されており
、これは全体を１１で示し、この明細書でＧＭＡ供給装
置と呼ぶ冷却式の遮蔽ガス金属アーク溶接を行なうのに
必要な種々の形式の補助装置に接続される。溶着部充填
材料として役立つ消耗性電極ワイヤ１２が制御パネル１
５の作動により、ワイヤ駆動部１４を介してワイヤ・リ
ール１３から供給される。制御パネル１５はリレー１６
をも作動する。このリレーが溶接機１７からの溶接用直
流電力を溶接トーチ１０に接続する。

更に制御パネル１５が、冷却材装置１８とトーチ１０の
間の冷却水の流れを制御する。ガスびん１９からの不活
性遮蔽ガスの供給部を設けて、ＧＭＡ装置１１が完成す
る。この様なＧＭＡ供給装置は普通のものであって、周
知である。

溶接が限られている時に用いる溶接トーチ１０が、トー
チ本体２０を持ち、これは参照数字２２で示した離れた
所にあるトーチ・ヘッドに対する、電力、消耗性電極ワ
イヤ、遮蔽ガス及び冷却材の供給を制御する手動押し釦
作動装置２１の様な手段を備えている。トーチ本体２０
とトーチ・ヘッド２２の間に接続されたワイヤ絶縁兼案
内管２３が、トーチ・ヘッドにワイヤ電極を通す。２４
に示した少なくとも３つの互いに同軸の管の集成体が、
これから説明する様に、実質的な距離にわたってトーチ
本体からトーチ・ヘッド２２を支持する。

第２図、第３図及び第４図について、好ましい実施例の
トーチ・ヘッド２２を詳しく説明する。

外側部分は、第３図に示す様に略矩形断面のセラミック
・ガス・カップ２５であり、これが平行な縦方向通路２
６．２７を構成している。通路２６゜２７が、トーチ・
ヘッドの前端の下向きのカップ開口２８で一緒になり、
そこで終端する。通路２６．２７には全体を２９で示す
導電性流体冷却接触ブロック集成体が配置されており、
これは弯曲した銅の接触管３０．接触管保持体３１及び
導電性冷却マニホルド３２で構成される。接触管３０は
弯曲していて、管２３を通って接触管３０に送られる消
耗性ワイヤ１２を、溶接すべき継目に向は寸、正しい姿
勢及び方向に差向ける。接触管３０が止めねじ３３によ
り、接触管保持体３１内の所定位置に保持される。マニ
ホルド３２の前端は３４に示す様にねじ山を設けてあり
、接触管保持体３１をマニホルド３２に取付けるのに役
立つ。

トーチ・ヘッド２２が管束成体２４によって支持される
。この管束成体は、内側の銅の冷却材吐出管３５、中心
の銅の冷却材供給管３６及びポリテトラフルオロエチレ
ン（デュポン社の登録商標のテフロン）の様な材料から
なる外側の絶縁された遮蔽ガス送出し管３７で構成され
ることが、断面で示されている。

銅の中心管３６が冷却マニホルド３２に銀でろう付けさ
れると共に、トーチ・ヘッドに溶接電力を送出す為の電
気導体として利用される。外側管３７は、保持体３１及
びマニホルド３２の周囲に形成された多数の縦方向の溝
孔３８に遮蔽ガスを供給する出口を持っている。溝孔３
８がガス・カップ２５の出口２８と連通する。

第３図及び第４図に示したトーチ本体２２の端面図を見
れば、トーチ・ヘッドの配置は、その寸法を最小限に抑
える様になっていて、特に接近が限られている場合の内
壁の溶接に適していることが理解されよう。夫々ワイヤ
絶縁兼案内管２３と管束成体２４を受入れる内部通路２
６．２７は、　　゛ガス・カップ２５の幅と奥行を示す
略四角断面の対角線上に中心を持つ。この対角線が、直
角に交わる第１の接触壁３９及び第２の接触壁４０を２
等分する。接触管３０からのワイヤ棒１２及び遮蔽ガス
が、トーチ争ヘッドの前端で壁３９，４０が交わる所に
下向きに差向けられると共に、接触管３９．４０が工作
物の内壁と接触している時、溶接棒が溶接すべき継目に
対し、正しい姿勢及び方向で供給される様に配置されて
いる。

このことが第４図に例示されている。この図の鎖線は、
互いに予め選ばれた角度をなす様に配置されていて、そ
の間に溶接すべき継目４３を定める第１の内壁４１及び
第２の内壁４２を持つ工作物を示している。トーチ・ヘ
ッドの壁３９．４０が内壁４１．４２と接触している時
、溶接ワイヤ１２が継目４３に対して正しい向きに供給
される。

４４に示したトーチ・ヘッドの幅は、円板及び向い側の
円板の間の間隔よりも小さくなる様に選ばれる。今の場
合、トーチ・ヘッドの幅は約１４關である。

第５図には、ＧＭＡ溶接用の必要な材料を離れた場所か
ら供給すると共に、トーチ・ヘッドを支持する好ましい
実施例のトーチ本体が示されている。第５図に示すトー
チ本体２０は導電マニホルド４５を絶縁繊維シュラウド
によって取囲むことによって構成されている。

トーチ本体２０の端面図が第６図に示されている。第７
図の断面図に示す様に、マニホルド４５は円形断面であ
って、４つの縦方向通路を持つ。

即ち、ＧＭＡ装置１１に接続されて冷却流体の供給を受
ける通路４７、遮蔽ガスの供給を受ける様に接続された
通路４８、熱を帯びた冷却材を装置からＧＭＡ装置１１
へ通す通路４９、及びＧＭＡ装置１１から電極ワイヤを
受取る通路５０である。

３つの縦方向通路４７．４８．４９が、５１に示す様な
半径方向通路により、夫々互いに同軸の管３５．３７．
３６の内部に接続され、通路５１は、第８図に示す様に
、５２に水子様な栓によって閉じられている。

第９図及び第１０図には、工作物が、この発明が特に有
用である典型的な圧縮機の羽根車である場合を示しであ
る。第９図は、圧縮機の向い側の円板並びに／又は円板
５３を軸方向に見た図であり、この円板は円周方向に相
隔たる羽根車の複数個の弯曲した羽稙５４を持っている
。これらの羽根は、羽根の間の空間を典型的には８乃至
３０ミルの深さにフライス加工す葛ことによって形成さ
れる。

第１０図は向いの円板並びに／又は円板５３と羽根及び
／又は向いの円板５４の半径方向に見た図であり、隣接
する円板並びに／又は向いの円板５５が、羽根５４に結
合される様に位置ぎめされた状態を示す。羽根５４及び
円板５５が、選ばれた角度に配置されていて、溶接すべ
き継目５６を構成する内壁５４ａ、５５ａを構成してい
る。溶接すべき継目に対する接近は、圧縮機の羽根車の
吐出開口にある接近が限られた開口５７を通してしか出
来ない。第９図に見られる様に、溶接トーチ・ヘッド２
２が同軸の管の集成体２４に支持されていて、管の集成
体５４を若干曲げることにより、内壁に対してばね作用
で偏圧されている。トーチ・ヘッド２２を壁５４ａ、５
５ａに対してばね作用で偏圧しながらトーチ・ヘッドを
引込める（又はその代りに、工作物をトーチ・ヘッドに
対して動かす）（第１０図）。消耗性電極ワイヤがトー
チ・ヘッドに供給され、トーチ・ヘッドを引込める時、
ＧＭＡ過程によって溶接を実施する。

第９図に示し、これまでの図面に関連して説明した実施
例では、トーチ・ヘッドを溶着する継目及び内壁にばね
作用で偏圧する手段が、同軸の管の集成体自体によって
構成されている。これは、一方又は両方の冷却材管に対
する材料を選ぶことによって実現される。この管は導電
性であると共に適正なばね特性を持っている。この為の
好ましい材料はベリリウム銅である。２つの冷却材管の
内の別の１つが導電性であって、他方はばねの偏圧作用
を行なうのに適する様な弾力性を持つ金属管材料で構成
することが出来る。

別の案は、複合積層体の外側ガス供給管に、絶縁性であ
ると共にばねによる偏圧作用を持つものを選ぶことであ
る。

トーチ・ヘッドをトーチ本体からばね作用で偏圧するこ
とが出来る様にする適当な手段として、この他の種々の
手段を利用することが出来る。

第１１図、第１２図及び第１３図はこう云う代案を簡単
にした形で示す。第１１図は絶縁硝子繊維又は絶縁材料
を巻付けるか吹付けた鋼で作られた板ばね５８を示す。

ばね５８の１端がトーチ本体２０に取付けられ、他端が
トーチ・ヘッド（図面に示してない）に取付けられる。

同軸の管の集成体２４及びワイヤ絶縁兼案内管２３は前
に述べた通りである。

第１２図は前と同じくトーチ本体２０、管の集成体２４
及び案内管を示している。然し、中心の銅の冷却材供給
管３６に螺旋形ばね５９を巻付けて、余分のばね特性を
持たせている。螺旋形ばね５９はベリリウム銅の中心管
と組合せて使うことが出来る。

第１３図は複合硝子繊維構造又は均等物からなる弾力性
のある外被６０の内側にある同軸の管の集成体２４及び
案内管２３の両方を示す。管６０がトーチ本体２０及び
トーチ・ヘッド２２（図面には示してない）の間を伸び
、ばね作用による偏圧を行なうと共に、部材を偏圧する
と共に、管が工作物に巻込まれるのを防止するのに役立
つ。

以上の説明で、トーチ本体からトーチ・ヘッドを「実質
的な距離」だけ隔てると述べたのは、溶接すべき、接近
が限られた内部の継目に配置された時のトーチ・ヘッド
と、トーチ本体を操作する、工作物の外部にあるトーチ
本体の間の距離を指す。

この実質的な距離は、特定の溶接トーチに対して選ばれ
、トーチ・ヘッドが支持されなくなる程大きくしてはな
らないが、溶着する継目に届がず、トーチ・ヘッドを継
目に偏圧することが出来ない程短くしてはならない。典
型的には、トーチ・ヘッドとトーチ本体の間の距離は１
００ｍｍ乃至７゜Ｏｍｍである。他方、トーチ・ヘッド
の幅は１ｏ乃至１５ｍｍ程度だけにし、約３０市より大
きくしない。従って、「実質的な距離」と云う言葉は、
トーチ本体の幅に対して云うものであり、この発明の範
囲では、トーチ本体の幅の少なくとも１０倍を意味する
。

この発明の好ましい実施例と考えられるものを説明した
が、当業者には、この他の変更が考えられよう。特許請
求の範囲の記載は、こう云う全ての変更がこの発明の範
囲内に含まれることを意味するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の接近が限られた場合に用いる溶接ト
ーチを備えた完全な遮蔽ガス金属アーク溶接装置の略図
、 第２図はこの発明のトーチ・ヘッドの一部分を断面で示
した側面図、 第３図は第２図の線■−■で切った断面図、第４図は第
２図のトーチ・ヘッドの端面図、第５図はこの発明のト
ーチ本体の一部分を断面で示した側面図、 第６図は第５図のトーチ本体を線ＶＩ−Ｖｌから見た端
面図、 第７図及び第８図は夫々線■−■及び■−■で切ったト
ーチ本体の断面図、 第９図は圧縮機の羽根車の向い円板及び／又は円板の一
部分を軸方向に見た図、 第１０図は溶接しようとする圧縮機の羽根車の円板及び
向い円板を組立てた状態を半径方向に見た図、 第１１図、第１２図及び第１３図は３つの別の形のばね
偏圧手段を示す簡略側面図である。 主な符号の説明 ２０；トーチ本体 ２２：トーチ・ヘッド ３５．３６．３７：管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、その間に溶接すべき継目を限定する工作物内の第１
   及び第２の内壁を結合するガス遮蔽金属アーク溶接トー
   チに於て、 外壁が前記工作物の内壁と接触する様になっていて、消
   耗性電極ワイヤ及び遮蔽ガスを前記継目に差向ける流体
   冷却電気絶縁トーチ・ヘッドと、該トーチ・ヘッドから
   実質的な距離だけ隔たっていて、消耗性電極ワイヤ、溶
   接電力、遮蔽ガス及び冷却流体を制御自在に供給する手
   段を持つトーチ本体と、 前記トーチ・ヘッドを前記トーチ本体から離して支持す
   る様になっていて、該トーチ・ヘッド及びトーチ本体の
   間で遮蔽ガス、溶接電力及び冷却流体を通す様に接続さ
   れた互いに同軸の流体導通管の集成体と、 溶接を行なう間、前記トーチ・ヘッドを前記内壁にばね
   作用によって偏圧する手段とを有するガス遮蔽金属アー
   ク溶接トーチ。 ２、前記トーチ・ヘッドが、該トーチ・ヘッドを位置ぎ
   めする為に、互いに略垂直であって前記工作物の第１及
   び第２の壁に接触する様になっている第１及び第２の外
   壁を持つ外側電気絶縁ガス・カップを有する請求項１記
   載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ。 ３、前記管の集成体が、遮蔽ガスを収容した絶縁材料か
   らなる外側管と、中心管と、内側管とを有し、前記中心
   管及び内側管の内の少なくとも一方は導電材料で構成さ
   れていて冷却流体を収容すると共に前記トーチ・ヘッド
   をトーチ本体に電気接続し、こうして溶接電力が前記ト
   ーチ・ヘッドに通される様にした請求項１記載のガス遮
   蔽金属アーク溶接トーチ。 ４、前記流体を導通させる管の少なくとも１つがばね材
   料で構成されていて、前記ばね作用によって偏圧する手
   段となる請求項１記載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ
   。 ５、前記トーチ・ヘッドが１辺が３０ミリを越えない略
   四角断面を持ち、前記四角断面の対角線上に配置される
   第１及び第２の縦方向通路を構成していて、前記電極ワ
   イヤ及び前記管の集成体を夫々前記第１及び第２の通路
   内に配置した外側セラミック・ガス・カップを持ち、電
   極ワイヤ及び管の集成体を工作物から絶縁すると共にそ
   れらを相互に位置ぎめする請求項１記載のガス遮蔽金属
   アーク溶接トーチ。 ６、前記トーチ・ヘッド及び前記トーチ本体が１００乃
   至７００ミリの距離だけ隔たっている請求項１記載のガ
   ス遮蔽金属アーク溶接トーチ。 ７、前記トーチ・ヘッド及び前記トーチ本体が少なくと
   も前記トーチ本体の幅の１０倍だけ隔たっている請求項
   １記載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ。 ８、前記ばね作用によって偏圧する手段が、前記トーチ
   、ヘッド及びトーチ本体の間に接続された絶縁板ばねで
   構成される請求項１記載のガス遮蔽金属アーク溶接トー
   チ。 ９、前記ばね作用によって偏圧する手段が、前記流体を
   通す管の１つの周りに巻付けた螺旋形ばねで構成される
   請求項１記載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ。 １０、前記ばね作用によって偏圧する手段が、前記流体
   を通す管の集成体を取囲んでいて、前記トーチ・ヘッド
   及びトーチ本体の間に接続された弾力性絶縁管で構成さ
   れる請求項１記載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ。 １１、前記トーチ・ヘッドが外側電気絶縁セラミック・
   ガス・カップを有し、該ガス・カップ内に導電性接触ブ
   ロック集成体が配置されていて前記電極ワイヤを受入れ
   る様に配置され、該接触ブロック集成体は前記流体を通
   す管の内の少なくとも１つに電気接続されることにより
   、溶接電力が前記ガス・カップ内のワイヤに接続される
   請求項１記載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ。 １２、前記接触ブロック集成体が遮蔽ガスを収容した１
   つの流体を通す管にも接続されていて、前記電極ワイヤ
   を遮蔽するガスの冷却通路を構成している請求項１１記
   載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ。 １３、前記接触ブロック集成体が冷却流体を収容した１
   つの流体を通す管に接続されていることにより、溶接中
   、該接触ブロック集成体が流体で冷却される請求項１１
   記載のガス遮蔽金属アーク溶接トーチ。