JPH07266051A - ガスシールドアーク溶接トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高速すみ肉溶接や高電流溶接など
で２本のワイヤを使用するＭＡＧ溶接法のガスシールド
アーク溶接トーチを提供する。 【構成】 ２本の消耗電極ワイヤ１ａ，１ｂを送給して
ツインアークを発生させるガスシールドアーク溶接トー
チにおいて、ワイヤ孔８ａ，８ｂと対向する位置に２本
のシールドガス孔１０ａ，１０ｂと、ガス孔の上部にワ
イヤ孔およびガス孔を貫通するシールドガス導入孔１１
を設け、さらに溶接トーチ本体の中間部に外皮３を設け
て二重構造とし、この中軸４に冷却部隙間の０．４〜
０．９倍の高さを有する突起１４ａ，１４ｂ設けたＭＡ
Ｇ溶接トーチ構造である。 【効果】 ブローホール等の発生はなく、安定したアー
ク現象を維持して良好なビード外観を得ることができ、
溶接品質，作業能率の向上，コストダウンを図り得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤを消耗電極とす
るガスシールドアーク溶接（以下、ＭＡＧ溶接と略称す
る）で、特に高速すみ肉溶接などで有効な同一溶接トー
チで２本のワイヤを使用するＭＡＧ溶接法（以下、ＴＷ
−ＭＡＧ法と略称する）の溶接トーチに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼管杭などに使用されるスパイラル鋼管
は、製造された素管の７０％近くが何らかの二次加工溶
接がなされている。これらの作業は入力に頼っているの
が現状であるが、今後予想される需要増に対応するに
は、溶接士の確保が難しく、また新たな工場立地スペー
ス入手も非常に困難な環境になりつつある。

【０００３】従って現状の資源で生産性を向上させるた
めには、溶接速度を高め溶接能率を向上することが愁眉
の問題であり、ロボット化し易いＭＡＧ溶接でサブマー
ジドアアーク溶接能率に近い高速化技術の出現が待たれ
ている。

【０００４】従来使用されているＭＡＧ溶接では、１溶
接トーチを用いた水平すみ肉溶接で７ｍｍ以上の脚長を
確保できる限界溶接速度は５０ｃｍ／ｍｉｎであり、７
０ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接では、所定の等脚長を保
証するワイヤ溶着量を与えても目標脚長には届かず、従
ってビード幅が狭く、凸型のビードになっていた。

【０００５】ここで目標脚長を確保するには、高速溶接
になるほどワイヤ溶着速度を上げなければならないが、
それには使用する溶接電流が必然的に高くなる。このた
め、アーク力がより強力になって溶融プールが後方に押
しやられるとともに、溶融プール形状も図４（ａ）に示
す涙滴型から図４（ｂ）に示す溶接線方向に細長く伸び
た形状に変化し、幅が狭い状態でビート止端凝固が開始
する。

【０００６】そのために、残された溶融金属はビード高
さ方向に盛り上がるしかなく、結果として図４（ｃ）に
示す凸ビードとなったり、また図４（ｄ）に示すアンダ
カットＵａ，Ｕｂが発生し易くなるものと考えられる。

【０００７】溶接高速化を阻害する要因は、上述したよ
うに高速溶接になるほどアークが後方に引かれ、幅方向
の広がりが小さくなること、及び高溶接電流化によって
アーク力が強力になって溶融プールが後方に押しやられ
るためである。この阻害要因を解消する手段としては、
消耗電極ワイヤ（以下ワイヤと略記する）を複数化して
アーク力を分散し、溶融プール後退を抑えることが有効
であり、これまで種々の提案がなされている。

【０００８】例えば特公平１−５０５０７号公報，特開
昭６１−２１２４８０号公報にみられるような、１電極
をツインワイヤ化したサブマージドアーク溶接法、特開
昭６３−１４０７７３号公報にみられるごとく、１溶接
トーチに複数ワイヤを送給するＭＡＧ溶接法などが開示
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サブマ
ージドアーク溶接法は、溶接施工対象によってはフラッ
クスの散布，回収，スラグ処理など、ロボット化にあた
りなお解決すべき課題が残されている。

【００１０】また上述の特開昭６３−１４０７７３号公
報のような、一本の溶接トーチで複数ワイヤを用いてＭ
ＡＧ溶接を行う方法では、溶接トーチはシールド部分な
どにより大型化が避けられず、すみ肉溶接などへの適用
は困難である。

【００１１】またシールドガス供給部分を溶接トーチか
ら独立させ、曲率を有するパイプなどで溶接前後方向か
らシールドガスを供給する方式（以下サイドシールド方
式と略称する）も本発明者らが特願平５−１４８０９２
号にて提案した。

【００１２】この場合には、高精度のシールドガス供給
位置設定が必要で、正しくアーク位置に設定しないと、
低コストのソリッドワイヤ使用ではシールド不足による
溶接金属ブローホールが発生し易く、フラックス入りワ
イヤのようなシールド助成剤を含有したワイヤでないと
安定したビードが得られないという難点があった。

【００１３】本発明は、同一溶接トーチで２本のワイヤ
を消耗電極とするＴＷ−ＭＡＧ法において、ソリッドワ
イヤを適用しても健全な溶接ビード形成が可能なガスシ
ールドアーク溶接トーチを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、同一溶接トー
チ本体内を貫通する２本の消耗電極ワイヤ（１ａ，１
ｂ）を給電チップ（５ａ，５ｂ）に送給し、ツインアー
クを発生させるガスシールドアーク溶接トーチにおい
て、２本のワイヤを導入するワイヤ孔（８ａ，８ｂ）と
対向する位置にシールドガスを供給するシールドガス孔
（１０ａ，１０ｂ）を少なくとも２本設け、かつ該ガス
孔の上部にそれぞれのワイヤ孔およびガス孔を貫通する
シールドガス導入孔（１１）を設けたことを特徴とする
ガスシールドアーク溶接トーチである。

【００１５】また上記のガスシールドアーク溶接トーチ
（２）において、溶接トーチ本体の中間部を、上下が閉
塞されたパイプ状の外皮（３）と、該外皮に対向した内
部に対向する冷却部隙間の０．４〜０．９倍の高さを有
する２本の突起（１４ａ，１４ｂ）を有する中軸（４）
とからなる二重構造とし、前記外皮（３）は２本の突起
（１４ａ，１４ｂ）の両側に冷媒導入孔（１２）及び冷
媒排出孔（１３）を設けたガスシールドアーク溶接トー
チである。

【００１６】

【作用】以下本発明を、図面に基づいて作用と共に詳細
に説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施例の溶接トー
チの縦断面図，図２はその正面図，図３は図１に示す溶
接トーチのＡ−Ａ’断面図を示し、以下図１，２，３の
参照符号を用いて説明する。

【００１８】本溶接トーチでは、先ずワイヤ送給ローラ
等によって送られた２本の消耗電極ワイヤ１ａ，１ｂ
を、トーチ本体内を貫通するツインワイヤ用溶接トーチ
２に導入する。

【００１９】溶接トーチの下部には、電極ワイヤが通過
するための２本のワイヤ孔８ａ，８ｂと、このワイヤ孔
に水平面上で９０°回転した対向する位置にはシールド
ガスを供給するシールドガス孔１０ａ，１０ｂを設け、
さらにそれらの孔上部には各ワイヤ孔およびガス孔を貫
通するシールドガス導入孔１１を設けている。そして溶
接トーチ下端は、給電チップ５ａ，５ｂを取り巻くよう
にシールドノズル９を装着した構造となっている。

【００２０】すなわちシールドガス導入孔１１に送られ
たシールドガスは、２本のワイヤを導入するワイヤ孔８
ａ，８ｂ及びシールドガス孔１０ａ，１０ｂを経由して
溶接トーチ下面の給電チップ５ａ，５ｂ装着面に達し、
そこで開放されてワイヤ先端で発生するアークを確実に
シールドすることが可能となる。

【００２１】またこのガスの一部は、溶接トーチ２に連
結されたツインワイヤ用コンジット１３ａ，１３ｂを遡
って給送ローラ側にも放出されるが、大部分は抵抗の少
ないシールドガス供給孔１０ａ，１０ｂに流れるためそ
の量は微少であり、逆に送給ローラ側からガスを常に放
出させることによって大気の吸入を防止している。この
ような構造にすることによって、２本のワイヤから発生
するアークのシールド効果をサイドシールド方式により
飛躍的に高めることができる。

【００２２】ここで使用するシールドガスは、一般に溶
接用として使用される炭酸ガス１００％，炭酸ガスに少
量のアルゴンやその他不活性ガスを混合したガス、ある
いはアルゴン１００％など、大気中の酸素，窒素をシー
ルドし得るガスであれば種類は特に限定されないが、流
量は２０〜５０リットル／分程度が好ましい範囲であ
る。

【００２３】この値未満ではシールド不足となり、また
５０リットル／分を超えるような強いガスの流れになれ
ばアークが乱れ、溶接が不安定になるので好ましくな
い。流量は溶接周囲の風速や溶接速度によって適宜設定
され、風が極く弱い場合や低速溶接ではやや低めに、ま
た風速が強かったり、高速溶接を行なう場合には高めに
することが好ましい。

【００２４】また同一溶接トーチで２本のワイヤを消耗
電極として用いるＴＷ−ＭＡＧ法では、従来の１本のワ
イヤを用いるＭＡＧ法に比べてはるかに大溶接電流の使
用が可能であり、溶接能率を大幅に向上できる。しかし
ながら６００Ａ以上の溶接電流を連続使用した場合に
は、アークの幅射熱によって溶接トーチが高温になるた
め、トーチに冷却機能を付与させることが必要となって
くる。

【００２５】図５は、大溶接電流の使用に耐えられるよ
う、冷却水が循環する構造を溶接トーチ中間部に設けた
本発明の第２の実施例の溶接トーチの縦断面図，図６は
その正面図、図７は図５に示す溶接トーチのＢ−Ｂ’断
面図を示したものである。

【００２６】すなわち図７の断面図に示すように、第２
の実施例のＭＡＧ溶接トーチ中間部は、２本の突起１４
ａ，１４ｂを有する中軸４には消耗電極ワイヤ１ａ，１
ｂ及びシールドガスを通すためのシールドガス孔１０
ａ，１０ｂが設けられ、それを包み込むパイプ状の外皮
３を装着した二重構造としている。

【００２７】そしてこの外皮３には、冷媒を循環させる
ための導入孔１２及び排出孔１３が配置されている。導
入孔１２から導かれた冷媒は、溶接トーチ中間部の上下
が閉塞されたパイプ状の外皮３と中軸４との隙間を通っ
て排出孔１３に向かうが、中軸４には対向した位置に２
本の突起１４ａ，１４ｂが、上部から下方に向かって冷
却部隙間の０．４〜０．９倍の高さで設けられており、
冷媒はこの突起に邪魔され、この突起をかいくぐって反
対側の排出孔１３に向かう流れとなる。

【００２８】かかる構造にすることにより冷媒を効率的
に循環させることができ、冷却機能付加による溶接トー
チ径増大を最小限に留め、ソリッドワイヤによる高速す
み肉溶接や狭隘部での溶接を可能とするものである。

【００２９】ここで、突起１４ａ，１４ｂの高さを冷却
部隙間の０．４〜０．９倍と限定したのは、冷媒の循環
効率を考慮したためである。すなわち０．４未満では、
冷却下部の冷媒の循環が不十分で熱対流に頼るようにな
り、効率が低下するためである。

【００３０】一方０．９を超えると、使用中の不純物の
堆積などにより排出孔が閉塞する危険がある。また突起
の厚みは、冷媒の流速で変形してしまう薄いものや、冷
媒の容量を大きく狭めるほどの極厚なものは不適であ
り、１ｍｍ前後のものが好ましい。

【００３１】冷却効率から考えると、冷媒は底部から導
入し上部に排出するのが最も好ましいが、底部に導入孔
１２を設けるのは溶接トーチの配列時の干渉となるの
で、本実施例の図７では、導入孔１２及び排出孔１３は
上部の１８０°対称位置に配置されている。

【００３２】なおこの配置位置は必ずしも対称である必
要はないが、各孔が両突起の片側に配置するのは好まし
くなく、少なくとも９０°以上は離して配置されるべき
である。また冷媒も特に限定されず、一般に使用されて
いる油，水等でなんら問題ないが、その流量は１リット
ル／ｍｉｎ以上が必要で、それ未満では水などの場合に
は一部が蒸気となって冷却効率が低下するので好ましく
ない。

【００３３】

【実施例】本発明例１，２（前記実施例１，２）の溶接
トーチ、及び図８に示す比較例のサイドシールド方式の
溶接トーチを用い、水平すみ肉溶接を行なった。供試鋼
材は、水平すみ肉溶接ではＳＭ４００，板厚１２．７ｍ
ｍとし、またワイヤはソリッドでＪＩＳ Ｚ ３３１２
ＹＧＷ１２相当１．２ｍｍ径，シールドガスはＣＯ₂
を２０リットル／ｍｉｎ使用した。

【００３４】また、本発明例溶接トーチの冷却効果を確
認するため、溶接トーチ冷却用冷媒として１リットル／
分の循環水を用い、回転するパイプ上で１０分間の連続
溶接を行なった。表１に実施した溶接条件，表２に溶接
結果を示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】本発明例１，２の溶接トーチを用い、ワイ
ヤをタンデムに配置して水平すみ肉溶接を行なった試験
記号Ａ，Ｂでは、所定の突出し長２５ｍｍを確保して、
溶接速度７０ｃｍ／ｍｉｎで脚長８ｍｍの健全なすみ肉
ビードを得ることができたが、比較例のサイドシールド
方式の溶接トーチを用いた試験記号Ｃでは、シールド不
良によるアーク不安定や、ピット，ブローホールが発生
した。

【００３８】つぎに、比較例のサイドシールド方式の溶
接トーチと本発明例２の溶接トーチを用いて、溶接速度
５０ｃｍ／ｍｉｎで回転するパイプ上で１０分間の下向
き連続溶接を行ない、トーチ表面温度、及び溶接状況を
調査した。

【００３９】その結果、水冷のない比較例の溶接トーチ
では、表２中の試験記号Ｅに示したように、給電チップ
の上５ｃｍ位置における溶接トーチ表面温度は２４０℃
以上にも達し、なお増加している傾向が認められた。そ
して溶接開始数分後からワイヤ溶融効率が高まり、ワイ
ヤ送給速度一定下では溶接電流値が徐々に低下し、アー
ク安定性が劣化した。

【００４０】一方、本発明例の試験記号Ｄでの溶接トー
チ表面温度は５０℃程度であり、かつ溶接開始４分後以
降では飽和しており、溶接状況の変化も全く認められ
ず、安定したビードが得られた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のガスシール
ドアーク溶接トーチは、溶接トーチを溶接能率のよい２
本のワイヤを使用するＴＷ−ＭＡＧ溶接法に適用するこ
とにより、安価なソリッドワイヤを使用した高速すみ肉
溶接が可能となり、また高溶接電流を用いて連続溶接を
行なっても安定したアーク現象を維持して、ブローホー
ル，ピットの発生はなく良好なビード外観を得ることが
でき、溶接品質の向上とともに溶接作業能率の向上およ
びコストダウンを図ることができ、産業上のメリットは
大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の溶接トーチの縦断面図
である。

【図２】図１に示す溶接トーチの正面断面図である。

【図３】図１に示す溶接トーチのＡ−Ａ’部断面図であ
る。

【図４】溶融プール形状とすみ肉溶接ビード断面形状を
説明する図面であり、（ａ）図は涙滴型プール形状，
（ｂ）図は溶接線方向に細長く伸びたプール形状，
（ｃ）図は凸ビードとなったすみ肉溶接，（ｄ）図はす
み肉溶接のアンダカットを示す図面である。

【図５】本発明の第２の実施例の溶接トーチの縦断面図
である。

【図６】図５に示す溶接トーチの正面断面図である。

【図７】図５に示す溶接トーチのＢ−Ｂ’部断面図であ
る。

【図８】従来のサイドシールド方式溶接トーチの縦断面
図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 消耗電極ワイヤ ２ 溶接トーチ ３ 外皮 ４ 中軸 ５ａ，５ｂ 給電チップ ６ 給電端子 ７ 溶接トーチホルダー ８ａ，８ｂ ワイヤ孔 ９ シールドノズル １０ａ，１０ｂ シールドガス孔 １１ シールドガス導入孔 １２ 冷媒導入孔 １３ 冷媒排出孔 １３ａ，１３ｂ ツインワイヤ用コンジット １４ａ，１４ｂ 突起 １５ シールドガスパイプ Ｍ 溶融プール Ｕａ，Ｕｂ アンダカット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一溶接トーチ本体内を貫通する２本の
   消耗電極ワイヤ（１ａ，１ｂ）を給電チップ（５ａ，５
   ｂ）に送給し、ツインアークを発生させるガスシールド
   アーク溶接トーチにおいて、２本のワイヤを導入するワ
   イヤ孔（８ａ，８ｂ）と対向する位置にシールドガスを
   供給するシールドガス孔（１０ａ，１０ｂ）を少なくと
   も２本設け、かつ該ガス孔の上部にそれぞれのワイヤ孔
   およびガス孔を貫通するシールドガス導入孔（１１）を
   設けたことを特徴とするガスシールドアーク溶接トー
   チ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のガスシールドアーク溶
   接トーチ（２）において、溶接トーチ本体の中間部を、
   上下が閉塞されたパイプ状の外皮（３）と、該外皮に対
   向した内部に対向する冷却部隙間の０．４〜０．９倍の
   高さを有する２本の突起（１４ａ，１４ｂ）を有する中
   軸（４）とからなる二重構造とし、前記外皮（３）は２
   本の突起（１４ａ，１４ｂ）の両側に冷媒導入孔（１
   ２）及び冷媒排出孔（１３）を設けたガスシールドアー
   ク溶接トーチ。