JPH09267174A

JPH09267174A - アーク溶接装置

Info

Publication number: JPH09267174A
Application number: JP7575596A
Authority: JP
Inventors: Mitsuji Kimura; 充志木村; Yuji Hara; 裕司原; Shinya Suezawa; 伸也末澤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接品質の向上および溶接作業の高能率化を
実現すべく、アークの緊縮性を向上させ得る溶接装置を
提供する。【解決手段】溶接電極３Ａと母材５との間にアーク１
２を発生させ、アーク１２と外気とを遮断するシールド
ガスＧをアーク１２の周囲に噴射させつつ、アーク１２
中に溶材を添加して母材５の溶接を行うアーク溶接装置
であって、シールドガスＧを強制的に冷却するシールド
ガス冷却装置１１を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接電極と母材と
の間にアークを発生させ、当該アークと外気とを遮断す
るシールドガスを前記アークの周囲に噴射させつつ、前
記アーク中に溶材を添加して母材の溶接を行うアーク溶
接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、突合わせた鋼材どうしをガスシ
ールドアーク溶接する場合、母材であるこの鋼材に対す
るアークの溶込み深さが重要である。つまり、溶込み深
さが深いほど、板厚の厚い母材どうしを完全溶込み溶
接、即ち、母材の全厚に亘って溶接することができる。
従来より、ガスシールドアーク溶接においては、シール
ドガスの種類によってアークの緊縮性が異なり、溶込み
深さにも差が生じることが知られていた。例えば、シー
ルドガスとしては、炭酸ガス、アルゴンガス、あるい
は、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスなどが用いら
れており、特に、炭酸ガスは、前記ガスのうちで最も活
性が強く、炭酸ガスの分子が解離するなどの際にアーク
から解離エネルギーを奪うことでアークを収縮させ、ア
ークが比較的緊縮することが知られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のガ
スシールドアーク溶接によれば、次のような問題があっ
た。即ち、溶接量を低減させるために溶接開先角度を狭
くする場合があるが、このような場合には、ワイヤー先
端部から発生するアークが、開先の底部との間に発生す
るのではなく、開先面のうちワイヤー先端部に最も近い
前記開先の側面との間に発生してしまう。このため、突
合わせて配置した母材どうしを完全溶込み溶接すること
が不可能となることがあった。また、溶接電流・電圧等
の値を小さく設定すれば、アークが発生し得る溶接電極
と母材との距離が小さくなるので、母材側のアークの発
生点を開先底部に近付けることができるが、これでは、
溶接ワイヤーの溶融量が少なくなって、溶接効率が低下
することとなる。つまり、アークの緊縮性が良いとされ
る炭酸ガスを用いる場合であっても、更に、アークを緊
縮させたい場合があり、上記従来の溶接技術においては
未だ改善の余地があった。

【０００４】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、溶接品質の向上および溶接作業の高能率化
を実現すべく、アークの緊縮性を向上させ得るアーク溶
接装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（構成１）この目的を達成するための本発明のアーク溶
接装置は、請求項１に記載したごとく、シールドガスＧ
を強制的に冷却するシールドガス冷却装置１１を有する
点に特徴を有する。（作用・効果）本発明のアーク溶接装置は、アークを積
極的に冷却するものであるから、アーク熱を利用すると
いう通常の溶接の概念とは相反するものである。しか
し、アークを冷却する結果、アークは熱損失を抑制すべ
く熱的ピンチ効果によってアークが緊縮し、アークが集
中して電流密度が高まる。この結果、アークが母材を掘
り下げる効果が増し、特に、初層溶接においても溶込み
深さを大きく確保することができる。また、アークを緊
縮させれば、溶接開先の角度を狭く設定できる。つま
り、通常の溶接において溶接開先の角度が狭いと、アー
クは、溶接ワイヤーの先端部と開先の壁面との間に発生
してしまい、開先の底部にアークが届かなくなって、初
層溶接の溶込み深さを確保できないこととなる。しか
し、アークの緊縮性が向上することは、アークの硬直性
を向上させることにもなるから、アークをより確実に開
先底部に向けて発生させることができ、溶込み深さを確
保できる。また、溶接開先が狭くなれば、必要な溶着金
属量も少なくできる。この結果、仮に、溶接ワイヤーの
単位時間当たりの溶融量が一定だとすると、溶着金属量
の減少は、溶接時間が短縮されることを意味する。そし
て、溶着金属量が少ないことは、溶接に伴う入熱量が小
さいことであるから、溶接部のじん性が過大な入熱のた
めに不用意に低下するという弊害も防止できる。以上の
ごとく、本構成の溶接装置であれば、溶接部の品質が損
なわれることを防止でき、しかも、高能率な溶接作業を
行える。

【０００６】（構成２）本発明のアーク溶接装置は、請
求項２に記載したごとく、前記シールドガス冷却装置１
１を、アーク溶接装置Ｗの溶接電源１と前記溶接電極３
Ａとの間に設けた点にある。（作用・効果）本発明の特徴構成によれば、上記の冷却
効果が確実となる。前記溶接トーチには高電流が付加さ
れるから、溶接時間の経過に伴って溶接電源あるいは溶
接トーチが全般的に高温化する。一方、シールドガス
は、通常、溶接電源の内部および溶接ワイヤーの送給路
を利用して供給されるから、結果的にこれらの機器を冷
却する効果も有する。よって、シールドガスの冷熱がこ
れらの機器の冷却に消費されることを鑑みれば、本構成
のごとく前記冷却装置を前記トーチ先端部に近付けるほ
ど、即ち、シールドガスの冷却位置をアークの位置に近
付けるほどアークの冷却効果が向上する。また、本構成
であれば、前記溶接トーチの先端部に設けてあるノズル
等の冷却効果を向上させることにもなるから、溶接部か
ら飛散するスパッタが前記ノズルの先端部に付着し難く
なり、長時間の自動溶接も可能になる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。（溶接装置概要）本発明に係るアーク溶接装置Ｗの概略
を図１に示す。当該図１には、アーク溶接装置Ｗの一例
であるガスシールドアーク溶接装置Ｗ１を示してあり、
溶接電源１と溶接トーチ２とを有し、これら溶接電源１
と溶接トーチ２との間には、溶接ワイヤー３を前記溶接
トーチ２に送給するためのワイヤー送給装置４を有す
る。当該ワイヤー送給装置４は、前記溶接電源１で発生
させた電流・電圧を前記溶接ワイヤー３に供給する機能
を有する。電極特性は、例えば、前記溶接トーチ２側の
電極３Ａが正極とし、母材５を負極とする。さらに、前
記溶接電源１には溶接スイッチ６が設けられており、当
該溶接スイッチ６の入切により、溶接が開始・停止され
る。

【０００８】（シールドガス供給路・冷却装置）シール
ドガスＧの供給路７については以下のごとく構成する。
ガスボンベ８に高圧充填されている前記シールドガスＧ
は、レギュレーター９で圧力を調節しながら取出された
後、前記溶接電源１に導かれる。当該溶接電源１の内部
には制御弁１０が設けられており、当該制御弁１０は、
前記溶接スイッチ６の入切に連動して前記シールドガス
Ｇを前記溶接トーチ２に供給・停止する。尚、シールド
ガスＧとしては、例えば、炭酸ガス、あるいは、炭酸ガ
スとアルゴンとの混合ガスを用いるのが一般的である。
上記構成であれば従来のガス供給路７と同じであるが、
本発明の溶接装置Ｗ１では、さらに前記溶接電源１と前
記溶接トーチ２との間にシールドガス冷却装置１１を設
けてある。当該シールドガス冷却装置１１は、前記溶接
電源１と別体であり、当該溶接電源１と前記溶接電トー
チ２との間に設ける。前記シールドガス冷却装置１１の
冷熱源としては、例えば、通常のエアコンを小型化した
ものであってもよいし、断熱容器にドライアイスや氷等
を貯留させたものであってもよい。前記シールドガス冷
却装置１１の内部は、例えば、熱伝導性のよい銅製チュ
ーブを配管して構成し、その周囲を各種冷媒で満たす構
成にすればよい。尚、前記シールドガスＧの冷却温度は
調節可能であることが好ましい。例えば、多層盛り溶接
を行う場合に、溶接部表面近傍の温度は溶接層数が増加
するほど高温になる。つまり、溶接が進むほどアーク１
２は広がり易い状況になるから、溶接終盤においてもア
ーク１２を緊縮させるためには、溶接後半ほどシールド
ガスＧを低温にする必要があると考えられるからであ
る。このように、前記ガスボンベ８と前記溶接トーチ２
との間にシールドガス冷却装置１１を設け、積極的に前
記シールドガスＧを冷却することでアーク１２の冷却効
果を高めることができる。この結果、アーク１２が緊縮
し、電流密度が高まって、アーク１２が母材を掘り下げ
る効果が増し、特に、初層溶接において大きな溶込み深
さを確保できる。また、アーク１２を緊縮させれば、溶
接開先１３の角度を狭く設定しても前記溶接開先１３の
底部に確実にアーク１２を発生させることができ、必要
な溶込み深さを確保できる。さらには、前記開先１３の
角度が狭くなれば、必要な溶着金属量も少なくできて溶
接時間の短縮が可能なうえ、溶接入熱量が小さくなって
溶接部のじん性低下を防止することもできる。

【０００９】図１に示すごとく、前記シールドガス冷却
装置１１を前記溶接電源１と前記溶接トーチ２との間に
設けた場合には、更に、以下の効果も期待できる。一般
には、前記溶接トーチ２には高電流が付加されるから、
溶接時間の経過に伴って溶接電源１あるいは前記溶接ト
ーチ２が全般的に高温化する。一方、シールドガスＧ
は、通常、前記溶接電源１の内部および前記溶接ワイヤ
ー３の送給路を利用して供給され、結果的にこれらの機
器を冷却する効果も有する。よって、シールドガスＧの
冷熱がこれらの機器の冷却に消費されることを鑑みれ
ば、本構成のごとく前記シールドガス冷却装置１１を前
記トーチ２の先端部に近付けるほど、即ち、前記シール
ドガスＧの冷却位置を前記アーク１２の位置に近付ける
ほど前記アーク１２の冷却効果が向上する。また、本構
成であれば、前記溶接トーチ２の先端部に設けてあるノ
ズル１４等の冷却効果を向上させることにもなるから、
溶接部から飛散するスパッタが前記ノズル１４の先端部
に付着し難くなり、長時間の自動溶接も可能になる。一
方、前記シールドガス冷却装置１１を、前記溶接電源１
の内部に、あるいは、前記溶接電源１よりも前記ガスボ
ンベ８の側に設けた場合には、前記溶接電源１の内部に
おいて結露が発生するおそれが生じるが、本発明の構成
であれば、そのような事態は生じ得ない。

【００１０】［別実施形態］〈１〉上記実施形態では、前記ガス供給路７を前記溶
接トーチ２の基端部に接続する構成を示したが、前記ガ
ス供給路７は、前記溶接トーチ２の先端部であって、前
記ノズル１４の取付け部近傍に設けることもできる。本
構成であれば、冷却された前記シールドガスＧの冷熱が
前記溶接トーチ２の本体を冷却するために消費されるこ
とがないから、前記アーク１２および前記ノズル１４の
みを有効に冷却することができる。この場合には、前記
シールドガス冷却装置１１の冷却能力を小さく設定する
ことも可能であるから、装置構成を簡略化することが可
能である。

【００１１】〈２〉本発明に係る冷却装置Ｗは、図示
は省略するが、ガスシールドアーク溶接装置だけでな
く、プラズマアーク溶接装置に用いることもできる。プ
ラズマアーク溶接法は、例えば、タングステン等の非消
耗電極と母材とに亘ってプラズマアークを発生させ、プ
ラズマ中に溶接ワイヤーを供給しながら溶接する方法で
ある。当該溶接方法では、シールドガスであるヘリウム
あるいはアルゴン中に水素を少量添加し、アークから水
素が原子に解離する際の解離エネルギーを吸収してプラ
ズマアークを緊縮させている。当該プラズマアーク溶接
法に対して、本発明に係るシールドガス冷却装置１１を
適用すれば、前記プラズマアークを一層緊縮させること
が可能となる。その結果、アークの熱集中が高まり、プ
ラズマ気流の運動量が大きくなって、母材に対するアー
クの貫通力が高まる。即ち、母材の裏側まで溶融させて
行うキーホール溶接が、板厚の厚い母材に対しても適用
可能となる。

【００１２】尚、課題を解決するための手段の項、およ
び、発明の実施の形態の項に、図面との対照を便利にす
るために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面
の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアーク溶接装置の概略を示す説明
図

【図２】別実施形態に係るガス供給路の配置を示す説明
図

【符号の説明】

１溶接電源３Ａ溶接電極５母材１１シールドガス冷却装置１２アークＧシールドガスＷアーク溶接装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接電極と母材との間にアークを発生さ
せ、当該アークと外気とを遮断するシールドガスを前記
アークの周囲に噴射させつつ、前記アーク中に溶材を添
加して母材の溶接を行うアーク溶接装置において、前記シールドガスを強制的に冷却するシールドガス冷却
装置を有するアーク溶接装置。
【請求項２】前記シールドガス冷却装置が、アーク溶
接装置の溶接電源と前記溶接電極との間に設けてある請
求項１に記載のアーク溶接装置。