JPS6017630B2 - 消耗電極式狭開先ア−ク溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は消耗電極式狭関先アーク溶接装置に係り、特に
比較的簡単な構造で高能率・高品質の溶薮を行なうこと
を目的とした消耗電極式狭開先アーク溶接袋贋に関する
ものである。

近年、溶接構造物の大型化と共に使用される鋼材の板厚
も大きくなってきているが、狭閥先溶接法は板厚が大き
くなっても溶接金属量が著しく増えないので高能率であ
り注目されている。

しかし原理的には有利である狭関先溶接法の厚鋼板の溶
接にさし、して必ずしも全面的には採用されていないの
が現状である。これは関先幅の中央部に溶接トーチを挿
入して溶接するといった単純な方法では融合不良や溶接
金属の高温割れ等の欠陥を発生し易く、一方溶接方法と
して原理的に優れているものは溶接装置としては複雑に
なり易く取扱いに高度の技術を要し、高価なものになる
きらいがある。 ．第１
図は従来から知られている狭閥先溶接法の代表的な方式
の例である。

被溶接材１，１′により形成された狭開先内に薄い形状
をした溶接トーチ２を挿入し、溶接ワイヤ３を送給する
が、溶接ワイヤの送給ロール４，４′と遊びロ−ル５を
このような位置関係にすることにより、溶接ワイヤ３に
は曲げぐせがつけられ、溶接トーチ２の先端から出たと
き一方の関先壁に指向する。第１図では１本の溶接トー
チ２のみを示しているが、もう１本の溶接トーチを反対
側の関先壁に溶接ワイヤが指向するように設置すれば溶
接ピード６は１層が２列になる。この溶接法は極〈低い
入熱量で溶倭が可能であるのでバ熱制限を要する高級鋼
材料の溶接には適しているが、装置が複雑で作業に熟練
を要するので広くは普及していない。第２図は比較的簡
便なためいよいま用いられている狭関先溶接法の例であ
る。溶接トーチ２は回転軸７を支点として振り子型の揺
動運動を行ない溶接を行なう。溶接ビード６は第２図で
みるように溶接作業の１パスにつき１層を形成する方式
になる。溶接トーチの揺動運動により関先肇への溶け込
みを良好にし、溶接ビードの形状を良好にしていわゆる
梨割れを防止している。しかしこのような揺動方止では
溶接ワイヤが関先肇に平行に近くなるので、関先肇にア
ークを近づけるとアークが這い上がるバーンバック現象
を起こし易い。したがって溶接可能な板厚もたとえば５
仇廠程度と限界がある。なお第２図の方式では溶接トー
チを揺動の最大振幅則こ左右交互においた状態で各パス
溶接を行なえば第１図と同様なビード累層方式による溶
接が可能なわけで一部では使用されている。第３図は第
１図の方法と同じく溶接ワイヤに曲げぐせをつけ、溶接
トーチ先端から出る溶接ワイヤを指向させるものである
が、曲げぐせをつけるロール機構８を回転することによ
り溶接ワイヤ先端を旋回せしめる。

したがってロール機構８を一方向に連続的に回転せしめ
れば、溶接中のアーク点の軌跡は第４図のごとくらせん
状になる。この方式は溶接トーチを往復運動させる方式
に比較して機構的に単純になる利点がある。すなわち往
復運動方式のものではモータの回転運動を原動力とする
限り何等かの運動変換機構が必要であるし、またこれに
伴なつて振幅調整機構が複雑化するのは免れ得ない。ま
たァークの回転運動は溶接金属の縄梓を促進し、窒素等
の有害ガスによるブローホールの発生を抑制する効果も
ある。しかし第３図の方式は比較的短かい周期でらせん
状に変形された溶接ワイヤが真直な溶接トーチ内を通過
するため、曲げ戻し作用の影轡が大きく、アーク点の回
転径は比較的小さい。

たとえば直径１．２柵の溶接ワイヤを使用した場合、溶
接トーチ先端からの溶接ワイヤ突き出し長さが２５凧の
ときアーク点の回転直径は４乃至５肌程度である。この
アーク点の回転径は、溶接ワイヤにくせをつけるロール
機構のロ−ルの位置を調節して綾俊トーチに入る前での
曲げぐせをいくら強くしても、一旦溶接トーチを通過す
れば最早ある値以上にはなり得ないことが本発明者らの
実験で確められた。現在狭関先溶接法での関先間隙は施
工の容易さ、被溶接材の組立て精度の許容範囲の点ごら
１０乃至１５脇を目標とするのが一般的であるが、アー
ク点の回転直径４乃至５凧では開先幅に比較して不充分
である。さらに第３図のような方式の場合はある時点に
溶接トーチ２の先端から出た溶接ワイヤがどの方向に指
向しているかを機構的に検知することは不可能である。

すなわちロール機構８の回転位置とそのときのア−ク点
の回転位置とは関連が無い。したがってこの方式におい
て、たとえばアーク点の回転と同期して溶接電圧等を変
化させるようなことを行なうのは事実上不可能である。
本発明は前記の溶接ワイヤ曲げぐせ方式によるアーク点
回転溶接の問題点を解決し、さらにアーク点の回転位置
に同期して溶接電圧，溶接電流等を変化させることによ
り高能率且つ高品質の溶接を行なうことができるもので
ある。

即ち本発明は溶接トーチ本体を貫通した溶接ワイヤ送給
管に回転駆動部が結合され、前記溶接ワイヤ送給管先端
には溶接ワイヤ送給管の回転軸に対して鏡斜乃至は湾曲
した孔を有する溶接ノズルが取りつけられ、前記溶接ト
ーチ本体，溶接ワイヤ送給管および回転駆動部は走行装
置上で被溶接材表面に対して直交する方向に摺動可能に
設けられた移動台に結合されて溶接中関先幅の変化に応
じて上下移動される機構を備えるか、またはこれとさら
に、前記溶接ワイヤ送給管の回転と同期してその回転速
度、溶接電圧、溶接ワイヤ送給速度、走行装置速度の少
なくとも一つを変化させる機構を具備したことを特徴と
する消耗電極式狭関先アーク溶接装置である。

以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

第５図は本発明の狭闇先アーク溶接装置の一例の概略図
で溶接線方向すなわち側面から見た模様を示している。
溶接袋鷹は被溶接材１′上を関先に対して平行に走行す
る台車９上に搭載されている。ワイヤリール１０から引
き出された溶接ワイヤ３はワイヤ矯正器１１を通って送
給ロール４，４′で挟まれて溶接ワイヤ送給管２ｂを通
して溶接トーチ２に送り込まれる。送給ロール４，４′
のうちの少なくとも１個はワイヤ送給モータ１２の駆動
力が伝達されている。溶接ワイヤ送給管２ｂには歯車１
３が取りつけるれ、他の歯車１３′により送給蟹回転モ
ータ１４の動力を伝達する。

溶接トーチ２なちびに溶接ワイヤ送給管２ｂ、歯車１３
．１３′、送給瞥回転モ−夕１４等で構成されるところ
の回転駆動部は移動台１５に取りつけられる。これはね
じ送り機構により上下移動モータ１６の動力が伝達され
、被溶接材１，１′の表面に対して直交する方向に摺動
可能になされている。第６図は本発明の溶接装直におけ
る溶接トーチの構造の一例で、第７図は第６図のＡ−〃
矢視断面図である。

溶接トーチは狭い関先内に挿入可能なように扇平になっ
ており、溶接トーチ本体２ａを貫通して溶接ワイヤ送給
管２ｂが回転可能なように挿入されている。溶接トーチ
本体２ａには水冷管１７が接合されている。溶接ワイヤ
送給管２ｂには歯車１３が一体となって回転するように
結合されている。溶接ワイヤ送給管２ｂの先端には溶接
ノズル１８が着脱可能に取りつけられている。取りつけ
方法は挿し込んで止めねじで固定する方法でもねじ込む
方法でも良い。溶接ノズル１８には第７図に示すように
鏡斜乃至は湾曲した孔が開けられ、これにより溶接ノズ
ル１８の先端から出る溶接ワイヤ送給管２ｂの軸から偏
向される。したがって溶接ワイヤ送給管２ｂの回転に伴
なつて溶接ワイヤの先端すなわちアーク点が旋回運動を
することになる。溶接ワイヤ送給管２ｂの基端は送給管
継手１９により第５図でみるように送給ロール４，４′
の機構部と結合されるが、間に回転軸受を介するように
しても良いし、また送給ロールの機構部側の非回転部分
と溶接ワイヤ送給管側の回転部分との間に小さい間隙を
保つように溶接トーチを取りつけるようにすれば回転軸
受を省いてもよい。溶接トーチへの給鰭は冷却水ホース
内に電線が入っているいわゆる水冷パワーケーブルを水
冷管継手２０，２０′のいずれか一方に取りつけて行な
う。水冷パワーケーブルによらないで溶接トーチ本体等
に端子を取りつけて給−することも勿論可能である。な
お、第６図，第７図には図示してないが、溶接トーチは
絶縁被覆を適宜施して使用される。尚、溶接ワイヤ送給
管２ｂおよび溶接ノズルＩ８の回転に伴い、溶接ワイヤ
３にねじれが付加されることになる。

しかし、溶接ワイヤ３が送給されている場合、核溶接ワ
イヤ３のねじれ回数は累積されない。即ち、溶接ワイヤ
３の単位長さ当りのねじれ回数は、ワイヤ送給管２ｂの
回転数（ｒｐｍ）を溶接ワイヤ３の送給速度（仇／ｍｉ
ｎ）で除した値となる。本発明の方法で溶接した結果か
ら、溶接アークの適正な回転数は４比ｐｍ以上であるこ
とが判明した。例えば、溶愛重流を２０山Ｌ溶接ワイヤ
径１．仇舷、溶接ワイヤ送給管の回転数を６仇ｐｍとす
ると、溶接ワイヤ送給速度は約１００比＊／ｍｉｎとな
り、溶接ワイヤの単位長さ当りのねじれ回数は０．６回
／１０風となる。

この溶接ワイヤねじれ童は溶接ワイヤの強度上、ねじ切
れ等の問題がまったくない。また溶接ワイヤ送給管の回
転駆動部への負梅としても問題が起きない値である。そ
のため、ワイヤ送給管回転数をさらに増加させる、また
はヮィャ滋絵速度を減少させてもよいことになる。上述
の溶接トーチを第５図のごとき溶接装置に組み込むこと
により、アーク点回転溶接を行なえる。

溶接ノズル１８の孔は実際上わずかの額斜で充分であっ
て、第７図に示す程度でも溶接ワイヤ突き出し長さ２５
肋のときア−ク点の回転直径が１０脇位は容易に得られ
る。開先幅の変動に伴なつてアーク点の回転直径を調節
するには移動台を摺動させればよい。関先限の変動を検
出して上下移動モータ１６を自動的に運転する方式は好
ましいが、通常の被溶接材の場合は作業者が目視で適宜
調節する方式で充分である。本発明のアーク点回転溶接
ではアーク点の回転と同期してこれの回転速度，溶接電
圧，溶接ワイヤ送給速度，走行菱鷹速度等を変化させる
ことにより、さらに高品質の溶接を行なうことができる
。

このための機構として第８図に一実施態様を示すように
カムを溶接ワイヤ送給管２ｂもしくはこれと同期して回
転する軸、たとえば歯車１３，１３′の歯数比が１対１
なら歯車１３′の軸に取りつける。これによりリミット
スイッチ２２を開閉させてこの信号により前述の溶接電
圧等を大小切り換える。たとえば第９図は第４図と同機
なアーク点の軌跡を示すが、太い線で示した位鷹の期間
だけ溶後電圧とヮィャ滋給速度を大きくすることにより
、関先壁に近い位魔で大電流のアークを発生させて溶け
込みを良好ならしめ、しかも平均的な入熱量は低く維持
できるので商級鋼等の高品質の溶接に最適である。アー
ク点が太い線の位置にあるときだけ溶接ワイヤ送給管２
ｂの回転速度を下げたり、台車９等の走行装置速度を下
げても同様の効果を特数できるし、前述の溶接亀圧等も
含めてこれらを同時に大小切り換えてもよい。また大小
不連続に切り換えるだけでなく、第８図のカムによる機
構に換えて摺敷梯抗器等による溶接ワイヤ送給管回転位
置の検出によって糠段階的に溶接電圧等を変化させるこ
とも可能である。なお第５図は本発明の狭開先アーク溶
接装置の一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範
囲での変更は可能である。

たとえばワイヤリール１０、ワイヤ矯正器１１、ワイヤ
送給モータ１２等は台車９に搭載せず別遣し、長いコン
ジツトケープルで溶接ワイヤを送ってもよい。また第５
図のような台車９を使用せず、ビームを設けてこれによ
り保持される架台を走行させる方式でもよい。また第５
図はガスシールドや倣いに関する機構は図示されていな
いが、これらは必要に応じて設けることは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図．第３図は従来の狭関先溶接装置の説明
図、第４図はアーク点回転溶接によるアーク点の軌跡、
第５図は本発明の消耗電極式狭関先アーク溶接菱鷹の概
略図、第６図は本発明の溶接装置における溶接トーチ部
分の図、第７図は第６図のＡ−Ａ′失視断面図、第８図
は本発明の溶接電圧等のアーク点回転同期装置の図、第
９図はこのときのアーク点の軌跡上における溶薮電圧等
の同期の模様を示す説明図。 ある。１，１′…被溶接材、２・・・溶接トーチ、２ａ
・・・溶接トーチ本体、２ｂ・・・溶接ワイヤ送給管、
３・・・溶接ワイヤ、４．４′・・・送給ロール、５・
・・遊びロール、６・・・溶接ピード、７…回転軸、８
・・・ロール機構、９・・・台車、１０・・・ワイヤリ
ール、１１・・・ワイヤ矯正器、１２・・・ワイヤ送給
モータ、１３，１３′・・・歯車、１４・・・粉給管回
転モータ、１５・・・移動台、１６・・・上下移動モー
タ、１７・・・水冷管、１８・・・溶接ノズル、１９・
・・送給管継手、２０，２０′・・・水冷管継手、２１
・・・カム、２２・・・リミットスイツチ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接トーチ本体を貫通した溶接ワイヤ送給管に回転
   駆動部が結合され、前記溶接ワイヤ送給管先端には溶接
   ワイヤ送給管の回転軸に対して傾斜乃至は湾曲した孔を
   有する溶接ノズルが取りつけられ、前記溶接トーチ本体
   、溶接ワイヤ送給管および回転駆動部は走行装置上で被
   溶接材表面に対して直交する方向に摺動可能に設けられ
   た移動台に結合された溶接中開先幅の変化に応じて上下
   移動される機構を備えたことを特徴とする消耗電極式狭
   開先アーク溶接装置。 ２ 溶接トーチ本体を貫通した溶接ワイヤ送給管に回転
   駆動部が結合され、前記溶接ワイヤ送給管先端には溶接
   ワイヤ送給管の回転軸に対して傾斜乃至は湾曲した孔を
   有する溶接ノズルが取りつけられ、前記溶接トーチ本体
   、溶接ワイヤ送給管および回転駆動部は走行装置上で被
   溶接材表面に対して直交する方向に摺動可能に設けられ
   た移動台に結合されて溶接中開先幅の変化に応じて上下
   移動される機構を備えると共に、前記溶接ワイヤ送給管
   の回転と同期してその回転速度，溶接電圧，溶接ワイヤ
   送給速度，走行装置速度の少なくとも一つを変化させる
   機構を具備したことを特徴とする消耗電極式狭開先アー
   ク溶接装置。