JPH02268979A - ガスシールドアーク溶接トーチ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属構造物の加工、組立等に用いられる炭酸
ガスアーク溶接、あるいは闘＾Ｇ溶接、ＭＩＧ溶接等の
ガスシールドアーク溶接用の溶接トーチ（以下トーチと
略す）に関するものである。

［従来の技術］ ガスシールドアーク溶接に用いられるトーチは、一般に
第４図（イ）にその先端部を示すように、溶接ワイヤｌ
（以下ワイヤと略す）に給電の為のコンタクトチップ２
（以下チップと略す）があり、溶接アーク８（以下アー
クと略す）を保護するためのシールドガス送給ノズル３
（以下ノズルと略す）が設置されており、これらを保持
するための図示しないトーチ本体にはワイヤ送給用のコ
ンジットチューブや、電流を供給するためのケーブル、
およびシールドガスホース等が取りつけられている。

溶接品質に特に重要な影響をおよぼすのは、第４図に示
すアーク８に近接したチップとノズルにより構成される
トーチ先端部分である。

まずチップについては第４図に示したように、チップ周
側部５は先細の円筒状で中芯にワイヤ１を送給するワイ
ヤ送給孔７が設けられており、その先端部６は平面状に
形成されているものが最も一般的に用いられている。

一方、ノズルについえは、同じく第４図に示すように、
中心におかれたチップを包囲するごとく、円筒形で鉛直
な形状のものが多く、その材質は銅あるいは調合金製で
これにクロームメツキを施したものが実用されている。

これらチップとノズルよりなるトーチを用いてガスシー
ルドアーク溶接（以下溶接と略す）を施工すると第４図
（ロ）に示すように、スパッタ１１がチップおよびノズ
ルに付着し、溶接時間の経過と共にスパッタは堆積して
いく。このように、スパッタが堆積していくと、ついに
はシールドガスが乱流となって、溶接部のガスシールド
効果が不完全となり、溶接欠陥が発生する。同図の９は
溶接金属、１０は母材である。このため、スパッタの付
着量がある一定量になると溶接を中断してノズルの清掃
を行なう必要があり、これは溶接能率を低下させる要因
となフている。特に高能率、高連続溶接が指向されるロ
ボット溶接においては、このスパッタ対策が重要な課題
である。

この課題を解決する方法の１つとして、チップについて
は、例えば実公昭６１−８１５０３号が提案されている
。これは第５図に示すようにチップ周側部５に放熱用の
フィン１４を設け、先端部は軸方向に円錐状の凹部１５
を形成させ、かつ、チップ外周全面に窒化ボロン系の溶
剤を塗付するというものである。

ここでフィン１４を設けであるのは、チップがアーク熱
により過熱してスパッタが付着しやすくなるのを防ぐた
めの放熱用のものであり、先端部の円錐状凹部１５はス
パッタがワイヤ出口近傍に付着し難くするためのもので
あり、窒化ボロン系の溶剤を塗付するのはスパッタの付
着を減少させるためとなっている。

しかしながら、このチップは加工、製作費が高いという
問題がある。また、チップ先端に円錐状の凹部を形成さ
せるということは、その先端が鋭角に突出しているとい
うことであり、スパッタは逆にその先端の突出部に付着
（第５図（１１）のＳで示す）しやすくなり、それを起
点として順次堆積していくという欠点が生じている。さ
らに窒化ボロン系の溶剤は、溶接アーク熱により蒸発し
て機能しなくなるため、しばしば溶剤を再塗布しなけれ
ばならないという問題がある。

よって、このチップは、コスト高な割には効果が少ない
ため、現実には使われておらず、はとんどのチップは第
４図に示す形状のものが大半を占めている。

一方、ノズルについては、実開昭６１−４９６８１号に
開示されている。その本文には「これはガスノズルの少
なくとも先端部内周面を合成樹脂で形成される」ものと
なっており、第６図（イ）にその正断面図を示した。図
中３はノズルで、１６は合成樹脂で形成されたものであ
り、その斜視図を同図（ロ）に示した。このリング状合
成樹脂は厚さが薄いためアークの輻射熱で容易に高温に
なり易く。

特にリング状の切欠部１７よりスパッタの付着が始まり
、堆積していくという問題がある。また、この提案では
、スパッタの除去は合成樹脂部をとり除くのみでよいと
いうメリットはあるが、工業的には非常にコスト高とな
る欠点があり実用されていない。

以上、チップ、ノズルのそれぞれについて示したが、ス
パッタ対策については、これらを合せた溶接トーチとし
て解決する必要があり、そのようなものは皆無で、現在
使用されている溶接トーチは、第４図に示すものが大半
を占めている。

［発明が解決びょうとする課題］ 本発明は溶接作業中にアーク発生点に近接しているチッ
プ場よびノズルより構成される溶接トーチにおいて、ス
パッタ付着が非常に少ない、すなわち長時間連続溶接が
可能な溶接トーチを提供することが課題である。

［Ｂ題を解決するための手段］ 第１図に示す溶接トーチにおいて、アークに近接するチ
ップとノズルのうち、チップ２は、先端のワイヤ送給孔
出口先端部６を円周に沿って凸状の曲面に形成せしめた
同心円状のチップとし、ノズル３は円筒状の銅または銅
合金製ノズル３ａの先端部に耐熱性、絶縁性、可撓性の
ある耐熱布製（例えばガラス繊維織布に合成雲母あるい
は耐熱樹脂シリコーン等を含浸コーティングしたもの）
のスリーブ３ｂを該ノズルを延長するごとく円筒状に接
続し、複合ノズルとした手段により、スパッタ付着を少
なくし、長時間連続溶接を可能にしたいという課題を解
決した。

［作用］ 本発明のチップとノズルより構成される溶接トーチの実
施例を第１図に示したトーチ先端部を参照しながら以下
に説明する。まず溶接中のチップにスパッタが飛散する
状況を第２図に示す。アーク発生点から飛散したスパッ
タ１１が該チップに衝突してもすべるようにはじかれて
スパッタは付着し難い。これは同図の矢印で示すスパッ
タ飛散経路とチップ先端面との接触角αが小さいためで
ある。これに対し、従来法チップを使用した場合の例を
第７図に示したが、この場合の接触角αは大きいためス
パッタは付着しやすいのである。

しかしながら本発明のトーチでも接触角αが直角となる
部分があるため、溶接時間の経過とともに、この部分か
らスパッタは付着するようになる。−旦スバッタが付着
すると、それにつらなるようにして、スパッタは横に広
がり、またＨ４重なるように堆積していく。このように
積重なるように付着したスパッタは凝固冷却時に収縮力
が生じる。この状況を第３図の矢印１２で示した。すな
わち、チップ先端が曲面状に突出しているためスパッタ
の凝固収縮力１２はチップから剥離する方向１３のよう
に生じるので、スパッタはその重みで落下する。このよ
うに付着スパッタが堆積すると剥離、落下をくり返すた
め、連続して溶接が施工可能である。

これに対し、従来法チップの場合は、第４図（ロ）に示
すように、末法チップのような現象が生じないため、ス
パッタか堆積していくに従い、シールドガス流が乱流と
なって空気を巻き込み溶接欠陥発生の原因となる。よっ
て、連続溶接作業は不可能である。

さらに本チップの場合、もう１つの作用として、ワイヤ
との間で焼付現象が起り難いという特長かあり、これに
ついて以下説明する。一般にワイヤはリールに巻取られ
たものが使用されるため、チップを通過する際にもワイ
ヤの曲りぐせは残フている。このワイヤ曲りぐせのため
チップ先端のワイヤ送給孔が局部的に摩耗するという現
象か生じる。第８図はこの状況を示すもので、ワイヤの
曲りぐせにより生じた摩耗部を１８で示した。

この部位にスパッタが衝突すると摩耗部とスパッタが溶
は合い、さらにワイヤとの間に焼付けが生じ、ワイヤが
送給できなくなることがある。この状況を第９図に示し
たが、ワイヤ１と母材１０との間ではアークは発生せず
、チップ２とワイヤ１との間でアークが発生している。

すなわちワイヤは母材に短絡した状態で、チップ、ワイ
ヤ間にアークか発生する現象である。この現象は再アー
クスタート時に発生することが多い。このような現象が
起きた場合はチップを取りはずし、チップ先端をヤスリ
等で研削、手直しして再使用するが、このような現象が
起ったチップは以後も同じ現象をくり返すため、結局新
しいチップと取変えることになる。

これに対し、本発明におけるチップは、ワイヤ送給孔先
端がなめらかな凸状曲面となっているため、チップ先端
を摩耗することが少なく、スパッタが飛散してきても、
送給されるワイヤと共に溶融池に落下するため、ワイヤ
焼付は等の現象は発生しない。よ７て本発明チップの場
合長時間連続溶接が可能であると同時に、耐用期間が長
くなるという効果が得られている。

次にノズルについてであるが、本発明で用いるノズルは
、銅あるいは調合金製の円筒状ノズルの先端部に円筒形
の耐熱布を該ノズルを延長するごとく接続したものであ
る。すなわち、溶接時間の経過と共にスパッタが付着し
易い金属製（銅または銅合金）ノズルに対し、本発明の
銅ノズル部はアーク発生点から離れた奥の方にあるため
スパッタは銅ノズル部まで届かず、よって付着すること
はない。一方、木調ノズルを延長するごとくして取付け
られた耐熱布製ノズル部は、不燃シートであり、スパッ
タは付着し難いという作用がある。

耐熱布はガラス繊維織布あるいは炭素繊維に合成雲母あ
るいは耐熱樹脂シリコーン等を含浸塗布してあり、耐熱
性のばか絶縁性および可撓性を有している。この耐熱布
部に飛散した球状の溶滴であるスパッタは、すべるよう
にころがって落下するため付着しない。しかし時間の経
過と共に耐熱布製ノズルもアークの輻射熱で温度が上昇
してくる。この場合スパッタは保有している熱で耐熱布
に塗布されている塗膜を溶かすが付着することはなく、
先と同様に落下する。さらに溶接を続行すると表面にあ
られれた炭素繊維あるいはガラス繊維に付着するが、繊
維自身が熱による退化で一部剥れるようにスパッタと共
に落下するがシールドガス流を乱すことはない。このよ
うに、本発明ノズルの場合、従来法ノズルと比較してア
ークタイムを２倍以上の連続溶接を可能とした。

また耐熱布製ノズルの先端部がアーク熱で退化損耗した
場合、該損耗部を補充するごとく伸ばして、銅ノズルと
の接続位置を変えることにより、くり返し使用すること
が出来る。

［実施例コ 本発明トーチを用いて施工した実施例を以下に示す。広
幅鋼板の連続溶接に適用した結果で、第１Ｏ図に従来法
トーチによる施工状況と対比して示した。

第１０図（イ）は本発明トーチによるもので、ノズルは
銅製ノズルと耐熱布製ノズルを接合した複合ノズルを使
用し、チップは先端部を円弧状に加工したものを使用し
ている。同図（ロ）は従来法の溶接トーチによる場合を
示している。

・実験条件 鋼板：　５Ｍ４１Ｂ　２５ｎ＋ｎ＋Ｌ　ｘ　Ｉｏｏｏｍ
ｍｘ　５５００ｍｍ開先角度：４０度、ルートギャップ
６ｍｍ裏当材：固形フラックス・バッキング材溶接”）
イヤ：　ＪＩＳ　Ｚ　３３１２、ＹＧＷｌｌ（軟鋼用ソ
リッド・ワイヤ） シールドガス：　Ｇｏ、　２５１　／＋ｉｎ・溶接条件 （電流）　　（電圧）　　　（速度） Ａｍｐ　　　　Ｖｏｌｔ　　　　　ｃｍ／ｍｉｎ初層　
　　３００　　　　２９　　　　　１３２層　　３５０
〜３７０　３３〜３５２３３層以降　　〃〃ｌＯ〜１８ 結果は従来法溶接トーチによる場合溶接長２．５ｍ近傍
よりノズル、チップにスパッタが堆積している状況が観
察され、４．０Ｉ１１近傍ではビード形状が乱れて、明
らかに内部欠陥が発生している事が判明したので溶接を
中断した。Ｘ線検査の結果、溶接長２．７ｍ近傍からブ
ローホールが発生していることがわかった。すなわちア
ークタイム２０分程度でスパッタにより溶接継続は不可
能であワだ。

次に本発明の溶接トーチを用いて実験した結果は、　５
．５ｍ全長を連続して溶接することができ、Ｘ線検査の
結果は無欠陥で健全であった。

従来法溶接トーチによる場合は溶接途中で１回アークを
中断してスパッタを除去し、再アークスタートしなけれ
ばならない。このようなビード継目には溶込み不足等の
欠陥が必ず発生する。すなわちアークを消弧した時に出
来るクレータと未溶接部に段差が出来ているため、再ア
ークをクレータ部からスタートしても継目の段差のとこ
ろにアークが届かず溶込み不足が生ずる。この欠陥が発
生しないようにするためには、このクレータ部を段差が
なくなるようになめらかな傾斜にグラインダ等で研削手
入れする必要がある。このグラインダ手入れは開先形状
と同形になるようにていねいに施工する必要があるため
、非常に作業能率を悪くする要因となっている。従来法
トーチを使用して２回目の実験の場合、２．５１まで溶
接した時点でアークを一旦止めノズルの清掃を行ない、
再アーク時に溶接継目をグラインダ手入れしたが、この
作業時間に約２０分を要した。

［発明の効果］ 以上述べたように本溶接トーチはスパッタ対策として溶
接アークに最も近接したチップ喝よびノズルの両面から
解決したもので、従来品溶接トーチに比べて連続溶接時
間が２倍以上とすることが可能となった。従来品トーチ
ではスパッタのために途中でアークを中断する必要があ
ったが、本発明トーチの場合、その必要がなくなった分
作業能率が向上する効果が得られる。

次に、本発明の溶接トーチのチップの製作コストは、従
来品チーツブとほとんど差がなく、またノズルのうち銅
もしくは銅合金製ノズル部は従来品ノズルより短くなっ
た分、若干安価になっており、耐熱布製ノズル部は非常
に安価であるので、本溶接トーチは従来品トーチとほぼ
同じ製作コストであるという効果がある。

また本溶接トーチのチップはワイヤの曲りぐせに対して
順応性があり、ワイヤがチップに焼付く等のことがない
ため耐用期間が伸びるという効果がある。またノズルも
銅もしくは銅合金製ノズル部にスパッタが付着すること
がないため半永久的に使用可能である。

一方不燃シート製のノズル部はスパッタの付着は少ない
が長時間使用するとアークの輻射熱等で損耗してくる。

損耗して短かくなるζその分丈該ノズル部を伸ばすよう
にして接続し直すことにより数回使用することが可能で
ある。さらに短かくなれば最終的には耐熱布部を取替え
ればよい。この耐熱布部のノズルは非常に安価であるの
で消耗品として使用できるものである。

また、本発明トーチのノズルは可撓性、絶縁性があるの
で狭開先溶接等において、該ノズル部が、開先部に接触
するようなことがあっても゛問題なく溶接を継続できる
という副次的効果も得られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接トーチの実施例を示すもので溶接
アークに近接した溶接トーチ先端部を示す側断面図であ
る。第２図は本発明トーチで用いるチップ先端部を拡大
して示す側断面図、第３図は第２図と同じチップ先端部
でスパッタが付着している状況を示す側断面図、第４図
（イ）は従来法溶接トーチで用いられているトーチ先端
部の側断面図で同図（０）は該トーチ先端部にスパッタ
が付着している状況を示す側断面図、第５図（（）　（
０）（八）は従来技術として引用した実公昭６１−８１
５０３号の例を示す説明図、第６図（（）　（０）は同
じく引用した実開昭６１−４９６８１号の例を示す説明
図、第７図は従来法チップにスパッタが付着する状況を
示す説明図、第８図（（）　（Ｑ）は同じ〈従来法チッ
プのワイヤ送給孔の摩耗状況を示す縦断面図と底面図、
第９図は従来法チップにワイヤが焼付く状況を示す説明
図、第１０図は、実施例で示した本発明トーチ（イ）と
従来法トーチ（０）を対比して示す説明図である。 １・・・溶接ワイヤ、２・・・コンタクトチップ、３・
・・ガスシールド・ノズル、３ａ−銅又は銅合金製ノズ
ル部、３　ｂ−・・耐熱布製ノズル部、４・・・耐熱布
固定金具、５・・・チップ周側部、６・・・チップ先端
部、７・−ワイヤ送給孔、８・・・溶接アーク、９・・
・溶接金属、１０・・・母材、１１・・・スパッタ、１
２・・・スパッタの凝固収縮力方向の矢印、１３−・・
スパッタの剥離方向の矢印、１４−放熱用フィン、１５
・・・円雄状凹み、１６・・・合成樹脂部、１７・−合
成樹脂の切欠部、ｔ　ａ−・・ワイヤ送給孔先端の摩耗
部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、軸芯に溶接ワイヤを挿通する貫通孔を有し、電流を
   供給するためのコンタクトチップと該コンタクトチップ
   を包囲するごとく設置されるシールドガスノズルより成
   るガスシールドアーク溶接トーチにおいて、前記コンタ
   クトチップは先端の溶接ワイヤ送給孔出口端面を円周に
   沿って凸状の曲面に形成せしめた円筒状とし、前記シー
   ルドガスノズルは先端部に可撓性のある耐熱布を銅また
   は銅合金製ノズルを延長するごとく円筒状に接続した複
   合ノズルとすることを特徴とするガスシールドアーク溶
   接トーチ。