JPH07115187B2 - ガス拡散による溶接用保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】本発明は特に自動機械又は溶接用
ロボットを使用する融接法の適用に適合するガス拡散に
よる溶接用保護装置に係る。本発明はそれ自体周知の溶
接方法、例えばＴＩＧ溶接又はアークプラズマ溶接又は
レーザビーム溶接に適用される。これらの方法の適用に
よっては該当する被溶接部品の材料の種類に従い、特に
航空機モータ部品に使用されるチタン合金又はニッケル
をベースとする超合金の場合、保護ガスカバー（特にア
ルゴンやヘリウムのような中性ガス）により溶融ゾーン
及び溶接ビードを酸化の危険から保護することがしばし
ば必要である。ちなみに、溶接トーチにより溶融ゾーン
のレベルに直接ガス保護を行うことは知られており、ガ
スはトーチを通って導入され、該トーチの端部で拡散さ
れる。多くの場合、溶接サドル（ｔｒａｉｎａｒｄ ｄ
ｅ ｓｏｕｄａｇｅ）と呼称される補助工具を付加しな
ければならない。この工具は形成されたばかりで冷却過
程時に存在する溶接ビードのレベルで該トーチの近傍ゾ
ーンを所定の長さにわたって覆わなければならず、した
がって、この工具は溶接レベルで部品の幾何学的形状に
適合しなければならず、溶接作業時に溶接トーチの移動
に従わなければならない。溶接すべき材料が厚くなり酸
化し易くなるほど、工具により確保される溶接カバーの
長さが長くなる。厚さ８ｍｍのチタンをベースとする部
品の場合、この長さは例えば１５０ｍｍを越え得る。し
かしながら、原理として従来既知であり且つ既に使用さ
れているこれらの技術の使用は、溶接作業を自動機械又
は（全移動がプログラムされ、全溶接パラメータが自動
調節の利益にあずかる）溶接用ロボットにより実行する
ように完全に自動化する場合、深刻な問題にぶつかる。
更に、従来使用されている既存のサドルは形状が固定し
ており、したがって、部品の各構造に特有の工具を配置
しなければならない。本発明の目的は、完全に満足でき
る解決方法が以前に決定されていない上記問題を解決で
きるような装置を実現することである。条件を満たすガ
ス拡散による溶接用保護装置は、後方に伸延する２つの
平行な翼を有し、溶接ヘッドを受容する取付エレメント
と、保護ガスの供給を受け、供給された保護ガスを溶接
ビード上に向ける第１のシールドエレメントと、保護ガ
スの供給を受け、供給された保護ガスを溶接ビード上に
向ける第２のシールドエレメントと、前記第１のシール
ドエレメント及び前記第２のシールドエレメントに前記
保護ガスを供給する保護ガス源とを具備してなり、前記
第１のシールドエレメントは、少なくとも一部分が前記
取付エレメントの翼の間に位置するように、回動自在に
前記取付エレメントに取り付けられると共に、前記取付
エレメントの翼の間に位置し前記保護ガスを受容する内
部チャンバ及び後方に伸延する２つの平行な翼を有して
おり、前記第２のシールドエレメントは、少なくとも一
部分が前記第１のシールドエレメントの翼の間に位置す
るように、回動自在に前記第１のシールドエレメントに
取り付けられると共に、前記第１のシールドエレメント
の翼の間に位置し前記保護ガスを受容する内部チャンバ
を有しており、前記保護装置は、更に前記第１のシール
ドエレメント及び前記第２のシールドエレメントの各々
の内部チャンバ上で夫々翼に隣接して位置する１対のピ
ストンを具備しており、該ピストンは、保護ガスが各内
部チャンバに圧力下のもと導入されると、隣接する翼に
接するように付勢され、シールドエレメントを所望の位
置でロックし、これによりシールドエレメントの回動を
防ぐように構成されていることを特徴とする。該保護装
置においては、保護ガスが導入されない時点で、特に得
ようとする溶接ビードの円弧の半径に対応する半径を有
する周囲円弧に沿って、溶接すべき部品の輪郭に適合す
る位置にシールドエレメントを配置することが可能な一
方で、保護ガスが各内部チャンバに圧力下のもと導入さ
れると、各シールドエレメントのピストンが隣接する翼
に圧接するように付勢され、シールドエレメントを所望
の位置でロックし、これによりシールドエレメントの回
動を防ぐことができる。従って、該保護装置は、部品の
種々の形状に係わりなく部品上に容易に、溶接ヘッド近
傍の溶接ビードを覆うように配置され得、しかも冷却時
まで溶接部及び溶融ゾーンの十分な保護を確保し得、ま
た溶接作業を自動機械又は溶接用ロボットにより実行す
るように完全に自動化することを容易に可能とする。該
装置により使用される溶接方法は、（ａ）第１段階とし
て、特に得ようとする溶接ビードの円弧の半径に対応す
る半径を有する周囲円弧に沿って、溶接すべき部品の輪
郭に適合する位置に保護装置のシールドエレメントを配
置する段階と、（ｂ）第２段階として、保護ガス入口を
開放し、該シールドエレメントをガス圧の作用下で相互
に固定する固定段階と、（ｃ）第３段階として、溶接ヘ
ッド及びこれに連結された保護装置を部品からの距離が
溶接に適当となるように配置する段階との３段階を含ん
でおり、第３段階の後に該保護装置によりガス拡散によ
り溶接ビードを保護しながら所謂溶接を実施する。有利
には、前記保護ガス源が、保護ガスを溶接ヘッドにも供
給する。また、好適な一実施例においては、前記第１の
シールドエレメント及び第２のシールドエレメントの各
々は、出口チャンバと、該出口チャンバと前記内部チャ
ンバとを連通し、保護ガスが前記内部チャンバから前記
出口チャンバへと流れることを可能にする通過孔とを備
えており、また、前記出口チャンバは下部開口を有して
おり、該下部開口には均一なガス拡散を確保すべく多孔
質材料プレートが配置されている。また、通過孔を流れ
る保護ガスの流れを制御するためのピンねじが備えられ
ていてもよい。また、前記第１のシールドエレメント及
び前記第２のシールドエレメントが夫々水平な軸の回り
で回動するように構成されていてもよいし、夫々垂直な
軸の回りで回動するように構成されていてもよい。本発
明の他の特徴及び利点は添付図面を参考に本発明の実施
態様に関する以下の説明からよく理解されよう。図１は
自動機械又は溶接用ロボット（図示せず、本発明の範囲
外である）に取り付けられた溶接ヘッド１を概略的に示
す。ヘッド１はレーザ、ＴＩＧ溶接又はプラズマ溶接等
の種々の型であり得る。図１に示す例では、溶接電極２
を含むＴＩＧ溶接ヘッドを示した。該溶接ヘッド１には
ガス拡散による溶接保護装置３が装着されており、該装
置は、溶接ヘッド１に連合し且つ該溶接ヘッド１への装
置３の固定を確保する取付エレメント４を含む。取付エ
レメント４には溶接サドルを構成する２つのシールドエ
レメント５及び６がヒンジ式に連結されている。これら
のシールドエレメント５及び６は適当な管７により単一
の保護ガス供給源８に連結されている。特に航空機モー
タ用のチタン合金又はニッケルをベースとする超合金部
品の溶接に本発明を適用する場合、該保護ガスは中性ガ
ス、特にアルゴンである。有利なことには、単一のガス
源を使用してシールドエレメント５及び６と所謂溶接ヘ
ッド１とに供給することができる。図２、図３及び図４
により詳細に示すように、保護装置３の取付エレメント
４は特にねじ切り部分１０を介して溶接ヘッド１の端部
に固定されたほぼ円筒形の本体９を含む。本体９は中空
であり、溶接ヘッドの端部にノズルを形成し、特に溶接
電極２（図例の場合）が貫通するか又は溶接用エネルギ
ビーム（特にレーザ型）が透過するように構成されてい
る。本体９は相互に離間し且つ平行な２つの壁を形成す
る２つの翼１１及び１２を有する。該取付エレメント４
には、保護ガス拡散用前部サドルを形成するシールドエ
レメント５が回動軸を形成するピン２６によりヒンジ式
に取り付けられている。シールドエレメント５は相互に
離間し且つ平行な２つの壁を形成する２つの翼１３及び
１４を後部に支持しており、これらの翼の間には保護ガ
ス拡散用後部サドルを形成する第２のシールドエレメン
ト６が配置されている。該エレメント６は更に回動軸を
形成するピン２７を介してシールドエレメント５に連結
されている。各シールドエレメント５及び６は更にスリ
ット１９及び２０を備えており、該スリットの内側を固
定用フィンガ２１及び２２が移動するように構成されて
いる。各シールドエレメント５及び６の上部には、管部
分１５及び１６が夫々固定されており、該管部分にはガ
ス導入管７が取り付けられている。ガスは該シールドエ
レメント５及び６の各々を通って下部開口に向かって導
かれ、該開口にはガスの規則的拡散を確保する多孔質材
料プレート１７及び１８が配置されている。ガスは内部
チャンバ１９ａから通過孔２１ａを通って出口チャンバ
２０ａに移動する。シールドエレメント６の通過孔には
ガス流量の調節に使用可能なピンねじ２２ａが挿通され
ている。内部チャンバ１９ａは、部品１ａの特に円形の
内部プロフィルに適合するようにシールドエレメント５
及び６を上昇させるとき（図５）、又は部品１ｂの特に
円形の外部プロフィルに適合するようにシールドエレメ
ント５及び６を単なる重力効果により下降させるとき
（図６）に、本体９の壁に沿って滑動し得る２つのピス
トン２３を備えている。これらのピストン２３は概ね円
形の形状であり、その周囲には内部チャンバ１９ａから
の保護ガスの漏れを防ぐための環状気密パッキン２４及
び２５が配置されている。パッキン２４及び２５の移動
はガスが完全に導入されていない時に実施される。この
状態では、ピストン２３は隣接する翼１１、１２、１
３、又は１４の内面に滑動自在に当接している。ガスが
シールドエレメントに導入され、ガス圧が内部チャンバ
１９ａ内で上昇すると、ピストン２３は外側に付勢さ
れ、翼１１、１２、１３、又は１４の内面に押し付けら
れる。これにより、シールドエレメント５及び６は回動
を禁止され、獲得した位置に固定される。こうしてこの
位置は固定状態に維持される。本発明のガス拡散による
溶接用保護装置を使用し、特に図１、図２、図３、図
４、図５及び図６に関して以上に記載した第１の実施態
様にしたがって実施される溶接方法は主に、（ａ）第１
段階として、溶接すべき部品の表面のレベルに溶接ヘッ
ド１を導き、単なる重力の作用により保護装置のシール
ドエレメント５及び６を部品輪郭に沿って支承させるド
ッキング段階と、（ｂ）第２段階として、保護ガス供給
源８からの保護ガス入口を開放し、該シールドエレメン
ト５及び６をガス圧の作用下で相互に固定する固定段階
と、（ｃ）第３段階として、溶接ヘッド１及びこれに連
結された保護装置３を部品からの距離が溶接に適当とな
るようの配置する段階とを含む。この配置後、該当用途
（特にＴＩＧ法、プラズマ又はレーザビームによる溶
接）に選択された溶接ヘッド１に対応する溶接モードの
それ自体既知の技術により所謂溶接作業を実施する。こ
の溶接作業の進行中、溶接ビードは本発明の保護装置３
により拡散されるガスカバーにより酸化から保護され
る。シールドエレメント５及び６を所与のプロフィルに
適合させることにより得られる保護装置の可変形状によ
り、装置は異なる外形の部品にも使用できるという利点
を有する。図２、図３、図４、図５及び図６に示す例で
は、半径４００ｍｍ以上の任意の円形部品を処理するこ
とができる。図１、図２、図３、図４、図５及び図６に
関して以上に説明した本発明の実施態様は円筒形フェル
ール型の円形部品の溶接に特に適している。頻用される
他の用途としては、水平面に沿って配置された部品の面
に円形溶接ビームを形成する場合がある。この型の用途
に適合する本発明の保護装置はこの場合、図７及び図８
に示す実施態様にしたがって具現され得る。先述の場合
と同様に溶接ノズルが取付エレメント１０４が配置され
ており、該取付エレメント１０４には可変形状の溶接サ
ドルを構成する複数（図７及び図８の例では３個）のシ
ールドエレメント１０５、１０６及び１０６ａが結合さ
れている。各管１０７がこれらのエレメントを保護ガス
供給源に連結している。ガスは各通過孔１２１ａを介し
て各シールドエレメント内を通り、各出口チャンバ１２
０ａに向かって導かれ、該出口チャンバはガス拡散を確
保する各多孔質材料プレート１１７により閉鎖されてい
る。ガス流量はピンねじ１２２ａにより調節され得る。
各シールドエレメント（例えば１０５）はガスの入口に
連結され且つ２つのピストン１２３の間に形成されたチ
ャンバ１１９ａを含み、該ピストンは図２、図３及び図
４に関して第１の実施態様について上述したと同様に、
ガス圧の作用下で該シールドエレメント１０５の位置を
固定する。該ピストン１２３は取付エレメント１０４の
翼１１１及び１１２に押し付けられ固定される。シール
ドエレメント１０６はシールドエレメント１０５の翼１
１３及び１１４に押し付けられ固定され、シールドエレ
メント１０６ａはシールドエレメント１０６の翼１１３
ａ及び１１４ａに押し付けられ固定される。シールドエ
レメント１０５の本体に対するピストン１２３の固定は
パッキン１２４及び１２５の締着摩擦又は回転防止キー
（図示せず）により得られる。上記第２の実施態様にし
たがって具現される保護装置の動作は第１の実施態様に
より得られる動作と同様である。ただ一点留意すべき点
として、装置を使用する溶接方法の第１段階は重力の作
用を利用する代わりに、部品上で形成すべき溶接ビーム
線のプロフィルを再現するゲージを利用し、このゲージ
上にシールドエレメント１０５、１０６及び１０６ａを
支承させることにより該シールドエレメントを配置しな
ければならない点が前記実施態様と異なる。図８は図７
に示した第２の実施態様による保護装置のこの配置の一
例を示す。図例では１５０ｍｍの半径が得られる。上述
のように、保護装置が可変形状であるため部品の種々の
外形に適合させることができ、しかも冷却時まで溶接部
及び溶融ゾーンの所望の十分な保護を確保し且つ自動溶
接設備で有利に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施態様に従うガス拡散による
溶接用保護装置を備えるＴＩＧ溶接ヘッドの全体図であ
る。

【図２】図１に示した保護装置のの細部を示す図３のＩ
Ｉ−ＩＩ線における拡大断面図である。

【図３】図２に示した保護装置の概略平面図である。

【図４】図２及び図３に示した保護装置の図２のＩＶ−
ＩＶ線における断面図である。

【図５】円形部品の内部に配置した図２、図３及び図４
の保護装置の側面図である。

【図６】円形部品の外側表面の溶接の実施に対応する構
造における図２、図３及び図４の保護装置の側面図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施態様による保護装置の図２
と同様の断面図である。

【図８】円形溶接の実施に対応する構造における図７の
保護装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 溶接ヘッド ２ 溶接電極 ３ 溶接用保護装置 ４ 取付エレメント ５，６，１０５，１０６，１０６ａ シールドエレメン
ト ８ 保護ガス供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤツク・ルイ・ロマン・リビエール フランス国、91360・ビルモワソン・スユ ロルジユ、アブニユ・ジヤン・ムーラン、 25 (56)参考文献 実開 平２−127372（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−189695（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−72980（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭50−40192（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ヘッド近傍の溶接ビードを覆うよう
   に配置される、ガス拡散による溶接用保護装置であっ
   て、該保護装置は、 後方に伸延する２つの平行な翼を有し、溶接ヘッドを受
   容する取付エレメントと、 保護ガスの供給を受け、供給された保護ガスを溶接ビー
   ド上に向ける第１のシールドエレメントと、 保護ガスの供給を受け、供給された保護ガスを溶接ビー
   ド上に向ける第２のシールドエレメントと、 前記第１のシールドエレメント及び前記第２のシールド
   エレメントに前記保護ガスを供給する保護ガス源とを具
   備してなり、 前記第１のシールドエレメントは、少なくとも一部分が
   前記取付エレメントの翼の間に位置するように、回動自
   在に前記取付エレメントに取り付けられると共に、前記
   取付エレメントの翼の間に位置し前記保護ガスを受容す
   る内部チャンバ及び後方に伸延する２つの平行な翼を有
   しており、 前記第２のシールドエレメントは、少なくとも一部分が
   前記第１のシールドエレメントの翼の間に位置するよう
   に、回動自在に前記第１のシールドエレメントに取り付
   けられると共に、前記第１のシールドエレメントの翼の
   間に位置し前記保護ガスを受容する内部チャンバを有し
   ており、 前記保護装置は、更に前記第１のシールドエレメント及
   び前記第２のシールドエレメントの各々の内部チャンバ
   上で夫々翼に隣接して位置する１対のピストンを具備し
   ており、該ピストンは、保護ガスが各内部チャンバに圧
   力下のもと導入されると、隣接する翼に接するように付
   勢され、シールドエレメントを所望の位置でロックし、
   これによりシールドエレメントの回動を防ぐように構成
   されていることを特徴とするガス拡散による溶接用保護
   装置。
2. 【請求項２】 前記保護ガス源が、保護ガスを溶接ヘッ
   ドにも供給する請求項１に記載の保護装置。
3. 【請求項３】 前記第１のシールドエレメント及び第２
   のシールドエレメントの各々は、出口チャンバと、該出
   口チャンバと前記内部チャンバとを連通し、保護ガスが
   前記内部チャンバから前記出口チャンバへと流れること
   を可能にする通過孔とを備えている請求項１又は２に記
   載の保護装置。
4. 【請求項４】 前記出口チャンバは下部開口を有してお
   り、該下部開口には均一なガス拡散を確保すべく多孔質
   材料プレートが配置されている請求項３に記載の保護装
   置。
5. 【請求項５】 通過孔を流れる保護ガスの流れを制御す
   るためのピンねじが備えられている請求項３又は４に記
   載の保護装置。
6. 【請求項６】 前記第１のシールドエレメント及び前記
   第２のシールドエレメントが夫々水平な軸の回りで回動
   する請求項１から５のいずれか一項に記載の保護装置。
7. 【請求項７】 前記第１のシールドエレメント及び前記
   第２のシールドエレメントが夫々垂直な軸の回りで回動
   する請求項１から５のいずれか一項に記載の保護装置。