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ホツトワイヤ溶接装置
JPH04344873A
Japan
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Katsuyoshi Hori 勝義 堀 Toshiharu Akega 明賀 俊治 - Current Assignee
- Mitsubishi Power Ltd
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Description
translated from
加金属を加えながら形成し、薄板を高速、安定に溶接す
るホツトワイヤ溶接装置に関する。
接には、TIGアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子
ビーム溶接、レーザ溶接などが適用されているが、多く
の場合、添加金属なしで単に母材を溶融凝固するだけの
、いわゆるなめ付け溶接が採用されている。しかしこの
ような薄板の溶接では、シエア切断面をそのままないし
は簡単な仕上げ加工だけで突き合わせ溶接できることが
望ましが、ばりなどにより多少のギヤツプや目違いを生
じやすい。また溶接前の拘束や設定不十分による、ある
いは溶接中の歪みによる突き合わせ部ギヤツプ不揃いや
目違いも加わり、ことに高速で溶接しようとすると、ビ
ード幅が細くなる傾向も寄与して、突き合わせ部にアン
ダーカツトを形成しやすい問題があつた。
属を形成すると、開先ギヤツプの変動など母材条件の変
動に対する裕度が大きくなり、作業が大層容易になるこ
とが期待される。そこで添加ワイヤを用いることもしば
しば行われているが、その添加ワイヤは、従来は通電加
熱されていない、いわゆる、コールドワイヤであつた。
る傍ら母材の一部での形でコールドワイヤを溶融するた
めに、ワイヤの溶融速度を大きく取れない問題があつた
。即ち、ワイヤを高速に溶融するためにアーク電流など
溶融熱源を大きく取つているときに、たまたまワイヤ挿
入位置がアーク発生位置から少しずれたりすると、薄い
母材の溶融が急速に進み、溶け落ちが生じて溶接できな
くなる。結局、小さい溶融熱源で母材の溶融状態、ワイ
ヤ溶融状態を監視しながら、ゆつくり溶接することにな
り、溶接速度が遅くなつていた。
高能率に形成するホツトワイヤ溶接装置が知られている
が、その適用はビード幅が少なくとも2mm以上のビー
ドを形成する溶接に限られ、従来のホツトワイヤ溶接装
置では、通常、直径が1.0mmないし2.4mm近傍
の添加心線がホツトワイヤとして用いられていた。すな
わち、細いビード幅で高速溶接するには、不適当であつ
た。
3mm以下などの薄板を高速溶接する際に溶着金属を高
能率に添加することについて配慮がされておらず、この
ため開先状態についての裕度が狭く、また溶接速度の点
で改善の余地が残されているなどの問題があつた。
かつ高速に溶接する手段を提供することのできるホツト
ワイヤ溶接装置を提供することにある。
め本発明は、形成するビード幅より細い添加ワイヤ、即
ち0.6mm以下の細い添加ワイヤを、弾性体を介して
コンタクトチツプ先端部に押圧しながら、添加ワイヤに
通電加熱して高温の添加金属を形成させることを特徴と
する。
用いても、ワイヤは弾性体を介してコンタクトチツプ先
端部に押圧されているので、ワイヤとコンタクトチツプ
間の電気的接触は十分に維持され、ワイヤ通電加熱が乱
れることなく、ワイヤは一定の溶融状態で溶融池に添加
される。すなわち、極めて細い添加ワイヤでも、ホツト
ワイヤにすることができる。そして、このような細い添
加ワイヤで小さい溶融池に半溶融状態の金属を高速に添
加するので、アンダーカツトを形成することなく、薄板
の高速溶接に適した細い溶接ビードを形成できる。
一実施例の全体構成を示す図である。母材溶融熱源とし
て、TIGアーク溶接電源1を用いてTIGトーチ2と
母材3間にアーク4を形成し母材3を溶融する。ワイヤ
加熱電源として、出力電流を制御できる直流電源5を用
い、ワイヤトーチ6と母材3に接続している。添加ワイ
ヤ7は直径0.4mmの308ステンレス鋼心線を用い
た。このように細いワイヤを用いると、ワイヤの剛性が
小さくなるので、様々な工夫を必要とする。突き合わせ
溶接する母材としての薄板3は拘束治具8の上に置いて
いる。
では、ワイヤ送給ローラはトーチから離れた所に置き、
コンジツトチユーブでトーチまで案内される形で送給さ
れる。しかし、本実施例のように、ワイヤ7の直径が細
くなると、コンジツトチユーブでトーチまで案内する形
では途中で座屈して送給されなくなる。そこで、ワイヤ
トーチ6の直ぐそばに、またはトーチに一体に組み込ん
でワイヤ7を引き込むいわゆるプルの作用をする送給モ
ータ9とプル送給ローラ10を配置した。ワイヤリール
11はプル送給モータ9の近くに配置するのが好ましい
が、溶接作業の妨げになることがあるので、1m程度離
したところに置き、その間はコンジツト12でワイヤ7
を案内するようにした。
タ9までワイヤ7を送給するのは手送りでもよいが、本
実施例ではリール11側にもプツシユの作用をするプツ
シユ送給モータ13を配置し、いわゆるプツシユプル方
式でワイヤ送給した。この場合、プツシユの作用が強す
ぎるとワイヤ7が座屈するので、プツシユ側を定速度送
給とし、プル側を低トルク回転となるように、すなわち
、常にワイヤ7が引つ張られるように送給モータ9,1
3を制御した。
斜視図である。ワイヤ7に接触通電するためのコンタク
トチツプ14の先端近くに、取り付け部材15とそれに
固定された板ばね16、板ばね16の先端に固定された
セラミツクチユーブ17からなるワイヤ押さえ部材18
が設置されている。細いワイヤ7では、ワイヤリール1
1出口で曲がり癖を直線に近い状態に修正していても、
その後のワイヤトーチ6の先端に至るまでにちよつとし
た力が加わつても新たに曲がりを生じる。一方、溶接ビ
ード19の幅が0.8mmのように狭いと、ワイヤ先端
位置はより一層精度よく制御しないと母材溶融池20か
ら外れてしまい溶接不能となる。
4から、母材溶融池20までのワイヤエクステンシヨン
Lの間は、セラミツクチユーブ17を用いて、できるだ
け溶融池20の近くまで案内するようにした。通常の太
い線を用いるホツトワイヤ溶接におけるワイヤ通電は、
ワイヤ7の曲がり癖とワイヤ弾性を利用したコンタクト
チツプとの接触で行つている。しかし、ごく細いワイヤ
は曲がり癖も一定せず、弾性も弱いので接触点が安定せ
ず、また頻繁に接触不十分の状態が発生し、ワイヤ加熱
が安定しない。
先端に耐摩耗性、耐熱衝撃性がよく、電気的絶縁性の高
い窒化珪素からなるセラミツクチユーブ17を取り付け
、コンタクトチツプ14先端で該セラミツクチユーブ1
7の中心軸がコンタクトチツプ14の中心軸と少しずれ
る方向にセラミツクチユーブ17でワイヤ7を板ばね1
6の作用で弾力的に押さえて、ワイヤ7がコンタクトガ
ラス14の先端で安定に接触するようにし、これによつ
てワイヤ通電が安定して行えるようにした。
は、コンタクトチツプ14の先端から母材3までのワイ
ヤエクステンシヨンLは、ほとんどの場合、20ないし
100mmの間に設定される。そして、このエクステン
シヨン間で常温から融点直下の温度まてワイヤ7は加熱
される。ところが、ごく細いワイヤ7を通電加熱する場
合には、太いワイヤ7の場合に比較して、ワイヤ7の軟
化によつて自身を支える作用が弱くなり、垂れて挿入位
置がずれる。この軟化による垂れでワイヤ挿入位置がず
れることを防止するには、エクステンシヨンを15mm
以下にすることが推奨され、本実施例では12mmとし
た。このようにエクステンシヨンが短いと、コンタクト
チツプ14内でワイヤ接触通電位置が少しずれても、ワ
イヤ発熱量に与える影響が大きい。
でワイヤ加熱しながら溶接しているときに、実効エクス
テンシヨンが12mmから20mmに変化すると、ワイ
ヤ7は加熱され過ぎてパチパチ音を発生しながら溶断を
生じ、溶融池20への溶融金属の供給が不連続になる。 低溶接速度のときには不連続性が溶融池20で緩和され
て影響が少ないが、溶接速度が0.3m/分以上にもな
ると、形成されるビードが不連続になつてしまう。
定な加熱状態になるようにワイヤ電流を調整していたと
きに、エクステンシヨンが急に12mmに変化すると、
ワイヤ加熱が不足し、低い温度の硬いワイヤ7が溶融池
20に突き刺さり、後からどんどん冷たいワイヤ7が送
給されてきて、たちまちワイヤ7が大きく横方向にはみ
出し、溶接できなくなる。ここで述べたように、コンタ
クトチツプ14内での接触通電位置の変化は、ことに細
い添加ワイヤで形成されやすく、そして高溶接速度のと
きには殊に避けなければならない問題である。従つて、
細径ワイヤをホツトワイヤとして使う場合には、ワイヤ
押さえ部材18の設置は必須であつた。
0の中にホツトワイヤの先端を入れながら溶着金属を形
成していくので、ホツトワイヤの直径より幅狭い細いビ
ードを形成するのは困難となる。すなわち、幅が0.8
mmなどの細いビードを形成しながら高速溶接するとき
には、添加するワイヤ7の直径はそのビード幅の80%
以下の直径のワイヤ7を用いかつワイヤ先端を溶融池2
0に精度よく位置させることが必要となつた。このため
、セラミツクチユーブ17はワイヤエクステンシヨンの
1/2程度の長さに、本実施例では6mmのものを用い
、ワイヤ通電を安定にする作用とワイヤ7の先端位置を
安定させる作用とを持たせた。
、溶接開始時にはTIGアークをスタートし、母材3を
十分溶融してからワイヤ送給を開始するシーケンスが通
常であつた。しかし高溶接速度の場合には、このように
すると溶着金属不足部分がワイヤ送給開始まで形成され
てしまうので、ワイヤ7が母材3に接触したことを検知
してからアークスタートするシーケンスを採用した。
母材溶融熱源にはTIGアークを用いた例について述べ
たが、小径の熱源であればよく、プラズマアーク、レー
ザ、電子ビームも用いることができる。また、ここで述
べたワイヤ通電用のトーチ構造、なかんずくワイヤ通電
用の接触構造は、細径ワイヤの消耗電極アーク溶接用ト
ーチにも適用できる。
材として、セラミツクチユーブ17を用いたが、これに
限られることなく、図3に示すようにチツプ14に取り
付けられたばね板21を介してローラ22あるいはロー
ラ22の代わりにセラミツクチツプを置いてワイヤ7を
コンタクトチツプ14に押し付ける構造としてもよい。
イヤ通電期間中にも、電子ビームを発生していると、ワ
イヤ電流の磁界の作用で電子ビームが偏向し、開先から
外れてしまう。そこで、図4に示すように、ワイヤ通電
期間中には、電子ビームの発生を休止し、ワイヤ非通電
期間中には電子ビームを発生して母材の溶融を進めるよ
うにした。
するとき、一般に、添加ワイヤを用いないときにはアン
ダーカツトを形成しやすく、許容開先ギヤツプは板厚2
mmの軟鋼板で、0.1mm程度であるが、添加ワイヤ
を用いると、ギヤツプを十分に埋める溶着金属を添加で
きるので、許容開先ギヤツプは0.3mm程度になる。 この溶着金属を本発明のホツトワイヤ装置を用いて形成
するとき、高温に加熱された金属が添加されるので、レ
ーザによる溶融熱量のほとんどをそのまま母材溶融に利
用でき、許容開先ギヤツプは0.3mm程度と変わりな
いが、添加ワイヤもレーザで溶融しなければならない従
来の場合に比較して、溶接速度を高めることができる。
でも、ホツトワイヤにすることができる。そして、この
ような細い添加ワイヤで小さい溶融池に半溶融状態の金
属を高速に添加できるので、開先ギヤツプが多少存在し
ていてもアンダーカツトを形成することなく、細い溶接
ビードで薄板の高速溶接ができるようになつた。また、
高速溶接できるので、溶接歪みの発生も少なくなつた。 また、0.2mmなど薄板を突き合わせ溶接するときに
、TIGアークで溶かすだけだと溶接は難しいが、直径
0.4mmのホツトワイヤを添加すると容易に溶接でき
るようになつた。
実施例を示す構成図である。
ある。
の説明図である。
Claims (4)
Hide Dependent
translated from
- 【請求項1】 母材溶融熱源装置、ワイヤ送給装置、
添加ワイヤ、該添加ワイヤに通電するためのコンタクト
チツプ、該コンタクトチツプと母材間に添加ワイヤを介
して通電するための電源を備えたホツトワイヤ溶接装置
において、直径が0.6mm以下の添加ワイヤを通電加
熱して溶着金属を形成することを特徴とするホツトワイ
ヤ溶接装置。 - 【請求項2】 弾性体を介してワイヤ接触用部材で添
加ワイヤをコンタクトチツプ先端部に押圧してワイヤ通
電する機構を備えたことを特徴とする請求項1記載のホ
ツトワイヤ溶接装置。 - 【請求項3】 母材溶融はTIGアーク、プラズマア
ーク、レーザ、あるいは電子ビームで行うことを特徴と
する請求項1または2記載のホツトワイヤ溶接装置。 - 【請求項4】 母材溶融を電子ビームで行う装置、パ
ルス電流をワイヤに通電してワイヤ加熱する装置を備え
、該電子ビーム発生装置はワイヤ電流のパルス期間中に
電子ビームの発生を停止し、ワイヤ電流の非パルス期間
中には電子ビームを発生して母材溶融を進行するスイツ
チング回路を備えたことを特徴とする請求項1または2
記載のホツトワイヤ溶接装置。