JPH08309543A

JPH08309543A - 溶接ヒューム吸引除去方法

Info

Publication number: JPH08309543A
Application number: JP11494895A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Nakano; 俶明中野; Yoshikazu Kawamata; 禎和川俣
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1996-11-26
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JP2902571B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットを使用した自動溶接において、ヒュ
ームを高効率で確実に吸引除去することができる溶接ヒ
ューム吸引除去方法を提供する。【構成】溶接トーチ２と、溶接ヒュームを吸引する吸
引口を備えた吸引ノズル２０とを溶接線に沿って配置し
て、溶接トーチからシールドガスを供給すると共に、溶
接トーチを介して送給される溶接ワイヤ３と被溶接物と
の間で生起されたアーク４により溶接する。そして、溶
接部からのヒューム含有空気を吸引ノズル２０により吸
引する。この吸引ノズル２０には可撓性及び電気絶縁性
を有する絶縁部材２１が着脱自在に取り付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットを使用した自動
溶接において有害なヒュームを吸引除去するのに好適の
溶接ヒューム吸引除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有害な溶接ヒュームを回収して除去する
手段として、溶接部全体を排気する局所排気装置と、ヒ
ューム吸引口を溶接トーチ自体に設けた溶接ヒューム吸
引トーチを備えた溶接装置（特公昭５１−２０３０５
号，特開平５−１３８３６０号，特願平６−０７３５６
０号）と、溶接ロボットにフードを設けて集塵する装置
（実公平７−１３９０８号）等がある。

【０００３】溶接ロボット及び各種の自動溶接装置によ
る溶接作業においては、従来人手作業では過酷で適用し
難いような溶接条件、例えば、高電流（３００Ａ以上）
で且つ長時間の溶接条件が採用されることが多く、ヒュ
ームの発生量も多いと共にそのヒュームが離散する範囲
も拡大してしまう。

【０００４】図７はビードオンプレート溶接（薄板溶
接）方法を示す模式図である。但し、図７の（ａ）は溶
接線に直交する方向から見た図であり、（ｂ）は（ａ）
に直交する方向から見た図である。被溶接板（薄板）１
の上方に溶接トーチ２が配置され、この溶接トーチ２か
ら溶接ワイヤ３が送給され、溶接ワイヤ３と被溶接板１
との間でアーク４が生起されている。溶接進行方向の後
方には溶接ビード５が形成されている。このビードオン
プレート溶接においては、溶接線方向及びこれに直交す
る方向のいずれにおいても幅Ｗ₁の領域にヒュームが離
散する。

【０００５】図８はすみ肉溶接方法を示す模式図であ
る。横板６上に立板７が垂直に配置され、この横板６と
立板７とが交叉するすみ部に対し、溶接トーチ２が約４
５°に傾斜して配設されて溶接ワイヤ３によりすみ肉溶
接継手が形成される。この場合は、ヒュームは立板７に
規制されて、すみ部に沿う溶接線方向に流れやすく、従
って、ヒュームの離散領域は溶接線方向にＷ₂の幅を有
するものとなる。

【０００６】図９は突合せ溶接方法を示す模式図であ
る。被溶接板８、９は、その突合せ端部にＶ形の開先を
形成して突き合わされている。開先底部には、被溶接板
８、９の底面に重ねられた裏当金１０が配置されてい
る。この開先内に、溶接トーチ２が挿入され、この溶接
トーチ２から送出される溶接ワイヤ３によりアーク４が
生起されて開先内が溶接金属で充填される。この突合せ
溶接においては、ヒュームの離散領域が更に一層溶接線
方向に広がり、幅Ｗ₃の領域にヒュームが離散する。

【０００７】図１０はこれらの各溶接条件についてその
そのヒューム流の離散幅を示すグラフ図である。横軸の
Ａは図７に示すビードオンプレート溶接の場合、Ｂは図
８のすみ肉溶接の場合、Ｃは図９の突合せ溶接の場合で
ある。この図１０から明らかなように、ヒューム流の離
散幅は高電流と低電流とで相違し、高電流になるほど拡
大する。また、このヒューム流の離散幅は、すみ肉溶
接、突合せ溶接となるにつれて増大する。

【０００８】図１１は前述の吸引ノズル付き溶接トーチ
により、突合せ溶接時のヒュームを吸引除去する方法を
示す。このヒューム吸引ノズル付きトーチ１１は２重管
構造を有し、外管と内管との間隙に連通する吸引口１２
から溶接部近傍の空気を吸引し、内管を介して溶接ワイ
ヤ３を送給すると共に、シールドガスを噴出する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
広範な領域に離散するヒュームを回収する場合に、従来
の局所排気装置では、ヒューム回収用フードをその発生
源から離して設置せざるを得ないので、大規模で高価な
設備が必要となるのみならず、被溶接ワークの形状が複
雑な場合にはヒューム回収用フードをヒューム吸引効率
上適切な位置に配置できず、また被溶接ワークの作業位
置への設置及び搬出時に、フード等が障害となる等の問
題点があった。

【００１０】また、図１１に示すように、ヒューム吸引
ノズル付きトーチ１１により溶接した場合、溶接トーチ
先端の近傍には、符号１３にて示すように、シールドガ
スとヒュームとが混在するガス流が存在し、それから離
隔するにつれてヒュームのみが存在するガス流１６とな
る。そして、ヒュームを吸引口１２により吸引しようと
した場合に、溶接線に沿う方向において、符号１４にて
示す領域は、シールド性を阻害せずにヒュームを吸引し
捕捉できる領域であり、符号１５にて示す領域は、ヒュ
ーム捕捉のために吸引力を強化した場合のヒューム捕捉
領域である。この領域１４においては、シールドガスま
でも吸引ノズルにより吸引してしまうことがなく、シー
ルド性を阻害することはないが、ヒューム吸引力は弱
く、ヒュームを十分に吸引することができない。一方、
ヒューム吸引力を高めると、領域１５の部分を吸引する
ため、シールドガスを含んだガス流１３を吸引してしま
い、シールド性を阻害する。これらのいずれの場合も、
ヒュームガス流１６は吸引口１２に吸引されずに離散す
る部分が存在する。また、溶接線に直交する方向につい
ては、シールドガス流が開先面によりその流れを規制さ
れて吸引口１２に近づき、この吸引口１２によりシール
ドガスが過剰に吸引されてしまうという難点がある。

【００１１】更に、実公平７−１３９０８号に開示され
ているように、溶接ロボットにフードを設けることによ
り上記問題点は一部解決されるものの、この技術におい
ても、溶接用トーチヘッドの直上部に特定のフードを配
置する必要があり、溶接ヒュームが溶接トーチの直上に
上昇しないような場合には適用できない。例えば、下向
き姿勢ではない溶接姿勢、即ち横向姿勢又は上向き姿勢
の溶接姿勢等の場合には不適であり、このような姿勢を
とることが多いロボット溶接作業へは適用し難いため、
汎用性が乏しいという欠点がある。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ロボットを使用した自動溶接において、ヒ
ュームを高効率で確実に吸引除去することができる溶接
ヒューム吸引除去方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接ヒュー
ム吸引除去方法は、溶接トーチと、溶接ヒュームを吸引
する吸引口を備えた吸引ノズルとを溶接線に沿って配置
して前記溶接トーチからシールドガスを供給すると共
に、溶接トーチを介して送給される溶接ワイヤと被溶接
物との間で生起されたアークにより溶接し、溶接部から
のヒューム含有空気を前記吸引ノズルにより吸引する溶
接ヒューム吸引除去方法であって、前記吸引ノズルには
可撓性及び電気絶縁性を有する絶縁部材が着脱自在に取
り付けられていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、溶接トーチと吸引ノズルと
を、溶接線に沿って配置し、すみ肉溶接又は突合せ溶接
時に、溶接トーチの先端から溶接線方向に離散するヒュ
ームを、吸引ノズルにより吸引して除去する。この水平
すみ肉及び突合せ溶接においては、前述のごとく、発生
したヒュームは開先溝等に沿って主として２方向に分散
し、流出する。このため、溶接トーチの溶接線方向の両
側方に吸引ノズルを配置して吸引することにより、ヒュ
ームを確実に吸引することができる。この場合に、ヒュ
ーム吸引ノズルは可及的に深く挿入する。即ち、ヒュー
ム吸引ノズルの先端をヒュームが発生するヒューム発生
源である溶接部に可及的に近づけてヒュームを吸引す
る。これにより、ヒュームを高効率で吸引除去すること
ができる。

【００１５】而して、このように、吸引ノズルを溶接部
に近づけるべく溶接線の近傍まで挿入すると、溶接ロボ
ットの動作ティーチング等に際して、吸引ノズルが被溶
接材に接触してしまい、吸引ノズルが被溶接材に導通し
てしまうことがある。しかし、本発明においては、吸引
ノズルの先端又は中間に、電気絶縁性の絶縁部材が設け
られているので、吸引ノズル先端が被溶接材に接触して
も、ロボットが作動停止してしまうことがない。また、
この絶縁部材は可撓性を有するので、ロボットの運動に
より吸引ノズルが被溶接材等に衝突しても、この絶縁部
材の部分で破損してしまうことがない。

【００１６】このようにして、本発明によれば、消耗電
極ワイヤ送給式のガスシールドアーク溶接等において、
アークのシールド状態を阻害しないように、トーチから
十分離隔させて複数の吸引ノズルを配置し、ヒュームを
吸引除去することができ、可及的に少ない吸引風量によ
って高効率でヒュームを捕捉することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１実施
例を示す模式図である。図１において、図９と同一物に
は同一符号を付してその詳細な説明は省略する。本実施
例においては、溶接ワイヤ３を送出すると共に、シール
ドガスを噴出する溶接トーチ２を挟むようにして、溶接
線上に２個のヒューム吸引ノズル２０を配設する。この
ヒューム吸引ノズル２０は適宜の排気装置に連結されて
おり、この排気装置により吸引ノズル２０内部を吸引す
ることにより、吸引ノズル２０の先端（下端）の吸引口
からヒュームガス流１６を吸引する。

【００１８】而して、このヒューム吸引ノズル２０の先
端部には、可撓性を有するパイプ状の絶縁部材２１が着
脱自在に取り付けられている。この絶縁部材２１の先端
が吸引口として機能する。この絶縁部材２１は例えばシ
リコンゴム等で成形することができる。

【００１９】この吸引ノズル２０は、シールドガス流を
吸引してシールド性を阻害しないように、溶接トーチ２
から適長離隔させ、ヒュームガス流１６の流線上に介在
する位置に配置する。

【００２０】本実施例においては、溶接トーチ２とは別
個に吸引ノズル２０を設けるので、この吸引ノズル２０
をヒュームガス流が集まる部位に有効に配置することが
できる。例えば、突合せ溶接の場合には、ヒュームガス
流１６は溶接線に沿って広がるが、本実施例ではこのヒ
ュームガス流１６が流れてくる位置に吸引ノズル２０を
配置することができ、高効率でヒュームを吸引すること
ができる。このような吸引ノズルの適切な配置位置は、
ワイヤの突き出し長さ、シールドガスの流量、溶接条件
（電流、電圧）及び吸引口からの吸引風量により異なる
が、実用的な下限吸引風量を０．２ｍ³／分程度にとる
と、溶接電流が約５００Ａ以下である一般的突合せ溶接
条件下においては、吸引ノズル２０は溶接トーチ２から
距離Ｌ_l、Ｌ_tが３０ｍｍ以上となる離隔した位置であ
る。

【００２１】また、２個の吸引ノズル２０を溶接トーチ
２を挟むようにして溶接線に沿って配置するので、すみ
肉溶接及び突合せ溶接のように、高電流溶接の場合に多
量に発生するヒュームを高効率で吸引除去することがで
きる。

【００２２】更に、本実施例においては、吸引ノズル２
０の先端部に可撓性と電気絶縁性とを有する絶縁部材２
１を吸引ノズル本体に着脱自在に配設してある。この絶
縁部材２１により、ロボットの作動停止が防止される。
即ち、溶接ロボット及び自動溶接装置には、被溶接ワー
クとの接触により、溶接ロボット及び自動溶接装置自体
が損傷することを回避するために、溶接トーチ部と、被
溶接ワークとの接触を電気的に検出し、警報を発した
り、作動を停止させる等の機能を具備しているのが一般
的である。本発明においては、溶接トーチの外部にヒュ
ーム吸引用ノズルを配設することから、トーチ単独の場
合に比較して、溶接ワークと溶接装置とが接触しやす
い。このため、吸引ノズルが金属製で且つ剛性が高い場
合には、この吸引ノズルがワークに接触し、ロボット又
は自動溶接装置が頻繁に警報を発したり、作動を停止す
る。これに対し、本実施例にように、絶縁部材２１を吸
引ノズル２０の先端に設置することにより、このような
溶接ロボット及び自動溶接装置の作動停止を防止するこ
とができる。また、これらのロボット装置においては、
溶接のシールドノズル先端及び内部を機械的なスパッタ
除去清掃方法等によりクリーニングする必要があるが、
吸引ノズル先端部を可撓性を有する絶縁部材２１により
構成することにより、このクリーニング装置と吸引ノズ
ル先端部との接触及び損傷を防止することもできる。

【００２３】このノズル先端の絶縁部材２１の材質とし
ては、前述の目的に応じた可撓性と電気絶縁性とを具備
していればよく、より望ましくはアーク発生点に近接す
ることから耐熱性が高い方が好ましい。また、絶縁部材
の内面は比較的平滑で吸引に伴う圧損が小さいことが好
ましく、このため、例えばシリコンゴムスリーブ、特殊
なセラミックス繊維スリーブ、又はアラミド繊維スリー
ブ等を絶縁部材２１として使用することが好ましい。

【００２４】図２は本発明の第２実施例を示す模式図で
ある。本実施例は、吸引ノズル２０の先端に取り付けら
れた絶縁部材の先端部を傾斜する面で切り欠いたよう
に、その先端面を軸方向に対して傾斜させて成形してあ
る。この傾斜面は、溶接トーチ２から送出された溶接ワ
イヤ３と被溶接材との間で発生するアーク４の発生点か
ら見て、溶接トーチ２に隠れてしまうような位置に形成
されている。即ち、図中、２点鎖線にて示すように、ア
ーク４の発生点から溶接トーチ２の外縁に接触する接線
をひくと、この接線に挟まれた領域はアーク光が遮断さ
れている。このアーク光遮断領域内に吸引ノズル２０及
びその先端の絶縁部材２２が位置するように、しかも、
この絶縁部材の下端の吸引口が可及的に溶接線に近づく
ように、絶縁部材２２の下面を傾斜させて成形する。

【００２５】これにより、アーク光が遮断された空間に
吸引ノズル先端の絶縁部材２２を配置することによっ
て、絶縁部材２２が直接強烈なアーク輻射光に曝された
り、輻射熱を受けたり、スパッタ等に暴露されたりする
ことが防止され、その耐久性を高めることができる。こ
れに対し、絶縁部材２２が直接アーク光等に曝される
と、シリコンゴムの場合は、その寿命は半減してしま
う。

【００２６】図３は本発明の第３実施例を示す模式図で
ある。本実施例は、吸引ノズル２０の絶縁部材２３を吸
引ノズル２０の先端に設けることなく、その中間に設
け、吸引ノズル２０の先端には、吸引ノズル２０の基端
部を構成する銅等の金属製パイプと同様の素材からなる
先端部材２４を設けてある。この先端部材２４は銅等の
金属スリーブ又は耐熱性セラミックスリーブ（アルミナ
シリカ系）等で構成することができ、これにより、シリ
コンゴム等の絶縁性及び可撓性を有する部材に比べて、
熱及び紫外線等に強く、寿命を大幅に向上させることが
できる。

【００２７】このため、この先端部材２４はアーク光に
曝される領域内に配置することができ、従って、アーク
４の近傍でもある溶接部の近傍にノズル先端を位置させ
て、ヒューム吸引効率を向上させることができる。而し
て、本実施例においても、絶縁部材２３はアーク光から
遮断される領域（図中、２点鎖線に挟まれた領域）に位
置させる。

【００２８】図４は図２に示す実施例の溶接トーチ及び
吸引ノズルの設置状態の具体例を示す図である。この図
４に示すように、溶接トーチ２はそのトーチ本体３１が
固定部材３０に固定されており、このトーチ本体３１の
先端部にはシールドガスを噴出するシールドノズル３２
が設けられている。この固定部材３０には吸引ノズル２
０も固定されており、この固定部材３０により溶接トー
チ及び吸引ノズルが溶接ロボットに取り付けられるよう
になっている。これらの溶接トーチ２及び吸引ノズル２
０は同一面上に位置し、この面全体で固定部材３０から
屈曲して延長している。

【００２９】図５は同じく溶接トーチ及び吸引ノズルの
設置状態の具体例を示す図である。この図５において
は、溶接トーチ２及び吸引ノズル２０と固定部材３０と
が同一平面上に位置し、溶接トーチ２及び吸引ノズル２
０はこの平面上で固定部材３０から相似的に屈曲して延
長している。

【００３０】図６はこれらの図４又は図５に示す溶接ト
ーチ及び吸引ノズルを溶接ロボット４０のアーム４１に
取り付けた状態を示す図である。アーム４１の先端に固
定部材３０を固定することにより、溶接トーチ２及び吸
引ノズル２０が設置される。吸引ノズル２０には吸引ダ
クト４２が連結されており、この吸引ダクト４２は分岐
管４５を介してダクト４６に連結されている。このダク
ト４６はヒューム回収装置５２に連結されている。これ
により、両ダクト４２内を吸引されてきたヒュームはダ
クト４６に合流し、このダクト４６を介してヒューム回
収装置５２に回収される。一方、溶接トーチ２にはトー
チケーブル４３が連結されており、このトーチケーブル
４３はワイヤ送給装置４４に連結されている。このワイ
ヤ送給装置４４にはガスホース４７及び給電線５０が接
続されている。このガスホース４７を介してシールドガ
スがガスボンベ５３からワイヤ送給装置４４に送給さ
れ、更に、このワイヤ送給装置４４により溶接ワイヤが
トーチケーブル４３を介して溶接トーチ２まで送給され
る。また、ガスホース４７内にはシールドガスが通流す
るようになっており、このガスホース４７及びトーチケ
ーブル４３を介してシールドガスが溶接トーチ２に供給
される。給電線５０、ダクト４６、ガスホース４７は吊
りビーム４８に支持されたバランサ４９により懸架され
ている。給電線５０は溶接電源５１の正端子に接続され
ており、その負端子には溶接対象のワーク３９が接続さ
れている。

【００３１】溶接トーチは一般的にその首の部分で屈折
しているが、吸引ノズルは、図４、５に示すように、溶
接対象ワークの形状等に応じて、トーチの曲げ方向に対
して、平行又は直角の方向に屈曲している。即ち、吸引
ノズルは溶接トーチを挟んで溶接線に略平行であって、
１直線上に配列するように設置されている。

【００３２】吸引ノズル２０は吸引用ダクト４２を介し
て、ダクトの長さに応じて必要な性能が決まるヒューム
回収除去装置５２に接続される。この場合、吸引ノズル
２０の先端ノズルは可及的にアークに、即ちヒューム発
生源に接近させられるので、回収装置５２の吸引風量は
少量で足り、小形で安価なものを使用することができ
る。また、吸引ノズル２０自体は小形であり、溶接トー
チ２と一体的に搭載されるので、被溶接ワークのロボッ
トによる溶接位置への搬入及び搬出作業の障害となるこ
ともない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶接トーチと、溶接ヒュームを吸引する吸引口を備えた
吸引ノズルとを溶接線に沿って配置して、溶接部から発
生するヒュームを前記吸引ノズルにより吸引し除去する
ので、吸引ノズルをヒュームガス流の流れに応じて溶接
トーチとは独立に吸引効率上最適な位置に設置すること
ができるため、そのヒューム吸引効率が極めて高い。ま
た、前記吸引ノズルには可撓性及び電気絶縁性を有する
絶縁部材が着脱自在に取り付けられているので、吸引ノ
ズルは溶接部の近傍まで可及的に接近させて配置するこ
とができるため、その吸引効率は極めて高い。また、吸
引ノズルの絶縁部材は可撓性を有する絶縁性のものであ
るので、動作ティーチングの際に、接近して配置された
吸引ノズルが溶接対象のワークに接触して溶接ロボット
が作動停止することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す図である。

【図４】図２に示す溶接トーチ及び吸引ノズルの設置状
態の具体例を示す図である。

【図５】同じくその変形例を示す図である。

【図６】本実施例の溶接トーチ及び吸引ノズルが取り付
けられた溶接ロボットを示す図である。

【図７】従来のビードオンプレート溶接方法を示す図で
ある。

【図８】従来のすみ肉溶接方法を示す図である。

【図９】従来の突合せ溶接方法を示す図である。

【図１０】各溶接方法におけるヒュームガス流の離散幅
を示すグラフ図である。

【図１１】ヒューム吸引口付き溶接トーチによりヒュー
ムを回収する様子を示す模式図である。

【符号の説明】

１、８、９：被溶接材２：溶接トーチ３：溶接ワイヤ４：アーク５：溶接ビード６：横板７：立板１０：裏当金１１：ヒューム吸引口付き溶接トーチ１２：ヒューム吸引口２０：吸引ノズル２１、２２、２３：絶縁部材２４：先端部材５４：圧力調整器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチと、溶接ヒュームを吸引する
吸引口を備えた吸引ノズルとを溶接線に沿って配置して
前記溶接トーチからシールドガスを供給すると共に、溶
接トーチを介して送給される溶接ワイヤと被溶接物との
間で生起されたアークにより溶接し、溶接部からのヒュ
ーム含有空気を前記吸引ノズルにより吸引する溶接ヒュ
ーム吸引除去方法であって、前記吸引ノズルには可撓性
及び電気絶縁性を有する絶縁部材が着脱自在に取り付け
られていることを特徴とする溶接ヒューム吸引除去方
法。
【請求項２】前記絶縁部材は、前記吸引ノズルの先端
に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載
の溶接ヒューム吸引除去方法。
【請求項３】前記絶縁部材は、アーク点からみて前記
溶接トーチの外縁部に隠れた位置に配設されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の溶接ヒューム吸引
除去方法。
【請求項４】前記絶縁部材は、アーク点からみて前記
溶接トーチの外縁部に隠れるようにその先端部が軸に対
して傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の溶
接ヒューム吸引除去方法。
【請求項５】前記絶縁部材は、吸引ノズルの中間に設
置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接ヒ
ューム吸引除去方法。
【請求項６】前記吸引ノズルの吸引風量は０．２ｍ³
／分以上であり、前記溶接トーチと吸引ノズルとは３０
ｍｍ以上離隔していることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれか１項に記載の溶接ヒューム吸引除去方法。