JPH0653316B2 - 減圧式水中スタッド溶接方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水中においてスタッド溶接を行う方法およ
びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

水中においてスタッド溶接を行なう方式としては、スタ
ッド溶接部の水を排除しないで、そのままスタッド溶接
を行なう湿式スタッド溶接方式と、スタッド溶接部の水
を排除してスタッド溶接を行なう乾式スタッド溶接方式
とが知られている。

乾式スタッド溶接方式としては、特開昭５５−３３８７
７号公報および特開昭５８−２０３８１号公報により公
表されている方式、すなわち、スタッド溶接ガンの先端
に設けられた水封部材内に空気を送って、その空気圧に
より水封部材と被溶接物との間の水を排除したのち、ス
タッド溶接を行なう方式が知られており、また特公昭６
１−１０２２７号公報により公表されているように、水
封部材と被溶接物との間の水を排水ポンプにより排除し
たのち、水封部材と被溶接物との間にアルゴン，ヘリウ
ム等の不活性ガスを注入し、次いでスタッド溶接を行な
う方式も知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来の乾式スタッド溶接方式の場合は、何れもスタ
ッド溶接を行なう部分の雰囲気を大気圧よりも高い圧力
にして、スタッド溶接を行なうので、垂直な被溶接物に
スタッド棒をスタッド溶接する場合は、横向き状態にな
り、そのため溶融金属が垂れ落ち易いという問題があ
り、また第６図に示すように、上部の余盛りがなかった
り、第７図に示すように、片溶け状態になることがあ
る。

また従来のスタッド溶接ガンの場合は、スタッド棒の前
進速度（押込速度）が一定であり、そのため前進速度が
速いときは、溶融プールを飛散させてビード形状を悪く
する傾向があり、また逆に、前進速度が遅いときは、ス
タッド棒が溶融プールに着く時点で、そのプールが固り
始めており、そのため押込み不良の欠陥が生じることに
なり、最適の前進速度を選定することは困難であった。

例えば第８図に示すように、スタッド棒の前進移動速度
を３００mm／secに設定した場合は、その移動速度が速
過ぎて、第９図に示すように、垂直な被溶接物５にスタ
ッド溶接されたスタッド棒３の上部に余盛りが形成され
ず、スタッド棒の前進移動速度を２００mm／secに設定
した場合は、第１０図に示すように、スタッド溶接部の
上部にアンダーカット４５や割れ４６が発生し、またス
タッド棒の前進移動速度を１００mm／secに設定した場
合は、その移動速度が遅過ぎて、スタッド棒の前端が溶
融プールに突入する前に溶融プールが凝固を始め、その
ため第１１図に示すように、スタッド棒３の押込み不良
による欠陥が生じるという問題がある。

この発明は、前述の問題点を有利に解決できる減圧式水
中スタッド溶接方法およびその装置を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、この発明の減圧式水中スタ
ッド溶接方法においては、スタッド溶接ガンにおける外
筒１の前端部に取付けた弾性材料製水封部材２により、
スタッド棒３の前端部およびこれに嵌設されたフェルー
ル４を囲んだ状態で、前記水封部材２を水中の被溶接物
５の表面に当接し、かつ吸引ポンプ６により、水封部材
２内の水を吸引排出すると共に、水封部材２内を減圧
し、次にスタッド棒３の前端からアークを発生させた状
態で、移動用エアシリンダ７によりスタッド棒３を高速
で前進移動させ、次いでスタッド棒３の前端が溶融金属
のプール面に到達したとき、スタッド棒３を押圧する部
材に、減速用ばね８の抵抗力を作用させて、スタッド棒
３を被溶接物５に向かって低速で前進移動させ、そのス
タッド棒３を被溶接物５にスタッド溶接する。

またこの発明の減圧式水中スタッド溶接装置において
は、スタッド溶接ガンにおける外筒１の前端部に、スタ
ッド棒３の前端部およびこれに嵌設されたフェルール４
を囲む弾性材料製水封部材２が取付けられ、その水封部
材２に吸引ポンプ６が接続され、前記外筒１の後部に連
結されたケーシング９に、移動用エアシリンダ７が固定
され、前記スタッド棒３の後端部を保持するチャック１
０を備えている移動軸１１は、前記ケーシング９に前後
摺動自在に嵌設され、前記移動軸１１は前記エアシリン
ダ７のピストン杆１２に連結され、前記移動軸１１に減
速用ばね８が嵌設され、その減速用ばね８の前端部がケ
ーシング９に係合されたとき、減速用ばね８の後端部と
移動軸１１のばね受部１３との間に間隙Ｄが設けられて
いる。

〔作用〕

水封部材２の開口縁部を被溶接物５に当接した状態で、
吸引ポンプ６により水封部材２内が減圧され、次にスタ
ッド棒３の前端部からアークが発生された状態で、移動
用エアシリンダ７により移動軸１１を介してスタッド棒
３が高速度が前進移動され、続いてスタッド棒３の前端
部が溶融金属のプール面に到達したとき、減速用ばね８
の抵抗力によりスタッド棒３が減速され、そのスタッド
棒３が被溶接物５に向かって低速度で前進移動されてス
タッド溶接される。

〔実施例〕

次にこの発明を図示の例によって詳細に説明する。

第１図ないし第３図はこの発明の実施例に係る減圧式水
中スタッド溶接装置を示すものであって、スタッド溶接
ガンにおける前後方向に延長する外筒１内に、前後方向
に延長するスタッド棒３が収容され、そのスタッド棒３
の前端部は外筒１から突出し、かつスタッド棒３の前端
部にこれを囲むフェルール４が配置され、そのフェルー
ル４は前後方向に延長する保持筒１４内の前部に摺動自
在に嵌合され、その保持筒１４の後部外周に固定された
支持リング１５は前記外筒１の前端部に嵌合された押ね
じ１６により固定されている。前記スタッド棒３の前端
部，フェルール４および保持筒１４を囲む環状の弾性材
料製水封部材２の中央側部分は、前記支持リング１５の
前面に当接され、前記水封部材２の中央側部分および支
持リング１５に挿通されて外筒１に螺合されたボルト１
７により、水封部材２および支持リング１５が外筒１の
前端部に固定されている。

前記保持筒１４の後端の内向きフランジとフェルール４
の後端面との間に押付用ばね１８が介在され、かつ前記
水封部材２の内部に前進移動制限用ストッパ１９が固定
され、前記外筒１の前端側に支持盤２０が嵌合されてボ
ルト２１により固定され、その支持盤２０の前部の周囲
に複数の電磁吸着具２２が固定され、さらに前記外筒１
の後端部に支承金具２３の前端の雄ねじ筒が螺合連結さ
れ、その支承金具２３に、支持部材２４および電気絶縁
材料製の把手２５付きボックス２６が嵌合されてボルト
２７により固定され、前記ボックス２６と支承金具２３
とによりケーシング９が構成されている。

スタッド棒３の後端部を嵌入把持するチャック１０を前
部に備えている移動軸１１は、前記支承金具２３に前後
摺動自在に嵌挿され、前記ケーシング９内に固定された
保持部材２８に、移動用エアシリンダ７が固定され、そ
のエアシリンダ７におけるピストン杆１２の先端部に連
設された雄ねじ軸は、前記移動軸１１の後端部に設けら
れたねじ孔に螺合連結され、さらに移動軸１１の後端部
に操作板２９がボルトにより固定されている。

前記移動軸１１の後端部は給電ケーブル３０を介して溶
接電源に接続され、前記エアシリンダ７におけるシリン
ダ３１の前端面と前記操作板２９との間に押圧ばね３２
が介在され、前記移動軸１１の中間部に嵌設された減速
用ばね８の前端部が支承金具２３に係合し、かつエアシ
リンダ７が短縮しているとき、前記減速用ばね８の後端
部と移動軸１１の後端のばね受部１３との間に間隙Ｄが
設けられている。また前記エアシリンダ７に伸長用エア
ホース３３および短縮用エアホース３４が接続され、か
つ前記把手２５に溶接スタート用スイッチ３５および電
磁吸着具オンオフ用スイッチ３６が設けられている。

圧縮空気供給口３７を備えてているエジェクターポンプ
からなる吸引ポンプ６は前記支持部材２４に固定され、
前記水封部材２に設けられた吸引口３８と前記吸引ポン
プ６の吸引口とは吸引ホース３９を介して接続され、か
つ前記外筒１の中間部に、その外筒１内に圧縮空気供給
用口金４０が螺合連結され、その口金４０は、圧縮空気
供給用ホース４１を介して水上または陸上の圧縮空気供
給源に接続されている。また前記保持部材２８にポテン
ショメータ４２が固定され、そのポテンショメータ４２
の移動部材４３は前記操作板２９に連結され、かつ前記
移動部材４３の前端部とケーシング９内の前部との間
に、戻しばね４４が介在されている。

前記実施例の減圧式水中スタッド溶接装置を使用して水
中スタッド溶接を行なう場合は、まず水封部材２の開口
縁部が被溶接物５に当接された状態で、電磁吸着具オン
オフ用スイッチ３６がオンにされて、電磁吸着具２２に
通電されることにより、その電磁吸着具２２が被溶接物
５に吸着されると共に、フェルール４およびスタッド棒
３が被溶接物５の表面に接触され、かつ溶接開始まで
は、押圧ばね３２の押圧力により移動軸１１を介してス
タッド棒３が前方に押圧されて、そのスタッド棒３の前
端部が被溶接物５の表面に押付けられる。

次に溶接スタート用スイッチ３５を押すと、まず口金４
０から外筒１とスタッド棒３との間に圧縮空気が数秒間
だけ吹込まれたのち、吸引ポンプ６が運転されて、水封
部材２内から吸引ホース３９を通って排水が行なわれ
る。このように口金４０から圧縮空気が吹込まれると、
その圧縮空気によって、フェルール４および保持筒１４
とスタート棒３との間の水分が吹き飛ばされ、水封部材
２内の水分は吸引ホース３９を通って排出される。

次いで給電ケーブル３０を接続した溶接電源がオンにな
り、スタッド棒３の前端からアークが発生する。

このアーク発生と同時に、短縮用エアホース３４からエ
アシリンダ７に圧縮空気が供給されて、エアシリンダ７
が短縮されることにより、移動軸１１を介してスタッド
棒３が後方に牽引されて、そのスタッド棒３が被溶接物
５から後方に２〜３mm引き戻される。そして設定時間
（０．７〜０．９秒）の間、アークが持続されると共
に、そのアークが切れると同時またはアークが切れる直
前に、伸長用エアホース３３に圧縮空気が供給されてエ
アシリンダ７が伸長され、移動軸１１を介してスタッド
棒３が前進移動されていく。

この前進移動速度は、スタッド棒３の前端部が溶融金属
のプール面に到達するまで、すなわち減速用ばね８の両
端部が支承金具２３およひばね受部１３に突き当たるま
では高速（例えば３００mm／sec）であるが、スタッド
棒３の前端部が溶融金属のプール面に到達したとき、減
速用ばね８の両端部が支承金具２３およびばね受部１３
に突き当たって、その減速用ばね８の抵抗力により減速
される。

したがって、スタッド棒３の前端部が溶融金属のプール
面に到達したのちは、スタッド棒３が低速度（例えば３
０mm／sec）で被溶接物５に向かって前進移動されてス
タッド溶接される。なお前述の一連の動作は、図示しな
い制御装置によりシーケンス制御される。

前述のようにしてスタッド溶接を行なう場合、フェルー
ル４は、溶融プールの垂れ落ちを防止すると共に、アー
ク圧により空気を排除し、溶接プールを空気からシール
ドする機能を発揮する。

第５図はこの発明の方法によるスタッド溶接部を示すも
のであって、スタッド棒３の前端部の全周に均一な余盛
りを有する高品質のスタッド溶接部である。

第４図はこの発明の実施例に係る方法のタイムチャート
を示すものであって、吸引口３８からの吸引排出を停止
した状態で圧縮空気供給用口金４０から外筒１内に圧縮
空気が吹込まれ、次いで前記圧縮空気の吹込みが停止さ
れると同時に吸引口３８から吸引排出が開始される。

次にスタッド棒３の前端部から溶接用のアークが発生さ
れた直後に、スタッド棒３が後退移動され、次いでスタ
ッド棒３がプール面に到達するまで高速で前進移動さ
れ、続いてスタッド棒３が被溶接物５に向かって低速で
前進移動されると共に溶接アークが停止され、かつ吸引
排出が停止される。

なお圧縮空気の吹込み継続したままの状態でスタッド溶
接を行なうと、ビードが飛び散るので不完全溶接にな
る。また外筒１，ケーシング９，ボックス２６あるいは
把手２５などの制続部の不測の接続不良等により、水中
スタッド溶接装置の内部に海水が侵入してくるのを防止
するために、把手２５の開口部４３から空気等の気体を
圧送するか、あるいは封入して、水中スタッド溶接装置
内の気体圧力を外部水圧よりも若干高い圧力に保持して
もよい。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように構成されているので、以下に記
載するような効果を奏する。

スタッド棒３の前端からアークを発生させた状態で、そ
のスタッド棒３を溶融金属のプール面に到達するまで高
速で前進移動させ、次いで前記スタッド棒３を低速で前
進移動させるので、溶融金属が固まる前にプールを乱す
ことなく、スタッド棒３を所定位置まで前進させること
ができ、そのため全周に均一な余盛りを有する高品質の
スタッド溶接を行なうことができる。

またケーシング９に固定した移動エアシリンダ７のピス
トン杆１２に、スタッド棒３を支持している移動軸１１
が連結され、その移動軸１１を前後摺動自在に支承する
ケーシング９と移動軸１１の後部のばね受部１３との間
において、その移動軸１１に減速用ばね８が嵌設され、
その減速用ばね８の前端部または後端部とケーシング９
の前部または前記ばね受部１３との間に間隙Ｄが設けら
れているので、１台の移動用エアシリンダ７を伸長動作
させるだけで、スタッド棒３を溶融金属のプール面まで
高速で前進移動させ、次いで低速で前進移動させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の実施例に係る減圧式水
中スタッド溶接装置を示すものであって、第１図は一部
切欠縦断側面図、第２図はその装置の前端側部分を拡大
して示す縦断側面図、第３図は前記装置におけるスタッ
ド棒移動装置付近を拡大して示す縦断側面図である。第
４図はこの発明の実施例に係る方法のタイムチャートを
示す図、第５図はこの発明の方法によるスタッド溶接部
を示す側面図である。 第６図および第７図は高雰囲気圧中で行なったスタッド
溶接部の側面図、第８図はスタッド棒を一定速度で前進
移動させる場合の速度設定図、第９図ないし第１１図は
スタッド棒の一定移動速度を変更した場合のスタッド溶
接部を示す側面図である。 図において、１は外筒、２は弾性材料製水封部材、３は
スタッド棒、４はフェルール、５は被溶接物、６は吸引
ポンプ、７は移動用エアシリンダ、８は減速用ばね、９
はケーシング、１０はチャック、１１は移動軸、１２は
ピストン杆、１３はばね受部、１４は保持筒、１８は押
付用ばね、１９は前進移動制限用ストッパ、２２は電磁
吸着具、２３は支承金具、２５は把手、２６はボック
ス、２８は保持部材、３０は給電ケーブル、３２は押圧
ばね、３５は溶接スタート用スイッチ、３６は電磁吸着
具オンオフ用スイッチ、３８は吸引口、３９は吸引ホー
ス、４０は圧縮空気供給用口金、４１は圧縮空気供給用
ホース、４２はポテンショメータである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スタッド溶接ガンにおける外筒１の前端部
   に取付けた弾性材料製水封部材２により、スタッド棒３
   の前端部およびこれに嵌設されたフェルール４を囲んだ
   状態で、前記水封部材２を水中の被溶接物５の表面に当
   接し、かつ吸引ポンプ６により、水封部材２内の水を吸
   引排出すると共に、水封部材２内を減圧し、次にスタッ
   ド棒３の前端からアークを発生させた状態で、移動用エ
   アシリンダ７によりスタッド棒３を高速で前進移動さ
   せ、次いでスタッド棒３の前端が溶融金属のプール面に
   到達したとき、スタッド棒３を押圧する部材に、減速用
   ばね８の抵抗力を作用させて、スタッド棒３を被溶接物
   ５に向かって低速で前進移動させ、そのスタッド棒３を
   被溶接物５にスタッド溶接する減圧式水中スタッド溶接
   方法。
2. 【請求項２】スタッド溶接ガンにおける外筒１の前端部
   に、スタッド棒３の前端部およびこれに嵌設されたフェ
   ルール４を囲む弾性材料製水封部材２が取付けられ、そ
   の水封部材２に吸引ポンプ６が接続され、前記外筒１の
   後部に連結されたケーシング９に、移動用エアシリンダ
   ７が固定され、前記スタッド棒３の後端部を保持するチ
   ャック１０を備えている移動軸１１は、前記ケーシング
   ９に前後摺動自在に嵌設され、前記移動軸１１は前記エ
   アシリンダ７のピストン杆１２に連結され、前記移動軸
   １１に減速用ばね８が嵌設され、その減速用ばね８の前
   端部がケーシング９に係合されたとき、減速用ばね８の
   後端部と移動軸１１のばね受部１３との間に間隙Ｄが設
   けられている減圧式水中スタッド溶接装置。