JPS6072684A - Ｔｉｇア−ク溶接ト−チ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は溶接トーチに係り、特にＴ工Ｇ（タングステ
ン・イナート・ガス）アーク溶接ヲ行うのに効果的な溶
接トーチに関する。

第１図は従来、一般に使用している水冷Ｔ工Ｇ溶接トー
チの典型的な構造を示す溶接トーチの断面図である。

管路１，２を通って流入出する冷却水Ｗと上部で直接触
れて冷却される金属製のトーチボディ３の内部には、先
端部を２〜４分割の形でスリットを形成した円筒状の金
属性コレット４を入れ、コレット４の中にはタングステ
ン電極５を入れる。コレット４をトーチキャップ６によ
りトーチボディ３の下方に押しつけると、トーチボディ
３の下部に形成したコレット４を受ける面が円錐状にな
っているため、スリットをイ１″するコレット４の先端
部は内側へ変形しようとし、結果としてタングステン電
極５を締めっけ固着することになる。タングステン電極
５は、熱伝導性が良い金属性のコレット４およびトーチ
ボディ３によって密着固定されているために溶接中にタ
ングステン電極５に生じた熱はこれらを介して冷却水Ｗ
へ伝えられ、タングステン電極５は冷却されることにな
る。　水冷Ｔ工Ｇ溶接トーチは一般にこのような電極保
持機構を有するが、更に不活性ガス雰囲気中で溶接する
ために電極保持機構を囲む形で耐熱性のガスノズル７を
取り付け、ガス管路８よりアルゴンガスなどのシールド
ガスＧを流してノズル７より流出させている。

従来形の水冷式Ｔ工Ｇ溶接トーチは以上の構造となって
いるため、トーチ外径が２０ｍｍもしくはこれ以上と大
きくなっている。従ってこの様なトーチを厚板の突合せ
溶接に適用しようとすると深い開先の底部でアークを発
生させるために開先内にトーチを挿入するためだけで開
先幅を大幅に広げなければならず、作業能率が大幅に低
下しかつ溶接部の信頼性も低下するという問題がある。

そこで、幅５ｍｍなど極狭開先で厚板を通常のコールド
ワイヤを用いてＴ工Ｇ溶接するための溶接トーチが考案
された。（特願昭５７−６３２４１）第２図および第３
図はその概略を説明する図で要するにトーチ固定部材１
０と、電極保持板１５とその間に介在配置し１・−チ全
体９の一部を構成する冷却水管１１．１２およびシール
ドガス通過用のガス賃’１３，１４とから成り、トーチ
９の幅をタングステン電極１７の径にごく近い薄型に構
成されている。そして電極保持板１５には、電極用穴２
０の軸方向と直交し、かつこの穴２０と一部重複する様
にして留め全用穴２１を設けてあり、この穴２１に対し
てプラグ状の留め金２２を挿入してタングステン電極エ
フを電極保持板上５に固定している。この様な固定方法
をとることによって、タングステン電極１７の着脱を容
易にし、かつトーチ９をきわめて簿くすることを可能に
しかものである。

これにより、溶接トーチ９は厚さ４．２ｍｍに構成され
、幅５ｍｍの狭開先内溶液が容易に行なえるようになっ
た。しかし、タングステン電極１７は留め金２２で強く
締めつけられて固定しているので、溶接中にタングステ
ン電極１７を電極保持板１５に対して摺動させタングス
テン電極１７の突き出し長さを調整することはできない
。

ところで、コールドワイヤを添加する通常のＴ工Ｇ溶接
ではワイヤの溶融速度が通常１０ｇ７分以下と遅く、他
のアーク溶接に較べて著しく作業能率が悪いという欠点
がある。そこで、添加ワイヤを通電加熱して溶融速度を
４０ｖ分などに増加せしめるホットワイヤＴＩＧ溶接が
開発された。ホットワイヤＴ工Ｇ溶接法では、第４図に
示すように、アーク用電源２３とワイヤ加熱用電源２４
を用い、タングステン電極２５によるアーク２６で母材
２７を溶融するのであるが、通電加熱されるホットワイ
ヤ２８は通常アーク２６の後方に配置され、溶融池２９
の中に先端を突つこんで通電加熱溶融が進行し、良好な
ビード３０が形成される。ところがホットワイヤ２８の
先端が溶融池２９の外に出てしまうと、ワイヤ添加なし
でＴＩＧアークで溶融しただけのビードに対し、ワイヤ
２８を通電加熱して溶融された添加金属が塊状に置かれ
ただけとなり、母材２７と溶着していないビードが形成
されることになるため、正常な溶接ビード３０を形成す
ることが出来なくなる。またホットワイヤ２８の先端が
アーク２６に近づき過ぎても、アーク２６が不安定とな
り好ましくない。即ちホットワイヤＴＩＧ溶接ではホッ
トワイヤ先端とアーク間の距離１が溶接結果に重大な影
響を及ぼす制御因子であることが分る。

従って、狭開先内でホットワイヤＴＩＧ溶接を上記のよ
うな従来技術の組み合せて実施しようとするとき、第５
図に示すように、従来の薄いＴ工Ｇアーク用トーチ３１
とホットワイヤ給送用トーチ３２とが別個に動くことが
できる様にして組み合せれば良い。ところが実際にこの
様な構成で狭先溶接することを試みると、ホツトワイヤ
のトーチ３２とアーク用トーチ３１との間で電気的に絶
縁状態に保つ必要があるため両者を離して配置せざるを
得す、かなり斜め横からポットワイヤ２８を送給するこ
とになり、溶接中のアーク２６の状況の観察が非常に困
難になった。また溶接トーチ３１にホットワイヤ用トー
チ３２ヲ保持させ、溶接トーチ３１の上下動と一体にな
ってホットワイヤ用１・−チ３２も上下動するように構
成すれば、タングステン電極２５の中心とホットワイヤ
２８の先端との距離１が一定に保ち易いと考えたが、実
際にはホットワイヤ２８とタングステン電極２５のなす
角θが大きいため、少しの溶接アーク長の変動でも大き
く１が変動し実用に耐えなかった。そこで表面に凹凸が
ある多層積層したビード３０の上などで安定した溶接作
業を行なうためには、ホットワイヤ用１・−チ３２とア
ーク用トーチ３１とを実質上独立して動けるように構成
し、見にくい位置にあるアークをなんとか監視しながら
常時ワイヤ先端位置を調整しなげればならないなど溶接
作業に大きな困難さを伴なっていた。

この発明の目的はトーチ全体を大幅に薄型化し、狭くか
つ深い開先内でも容易にホットワイヤを用いて溶接でき
るＴ工Ｇアーク溶接用トーチを提供することにある。

要するにこの発明は、タングステン電極の保持機構とポ
ットワイヤのガイド機構とを一体に組み込んでトーチ本
体を構成し、溶接中にタングステン電極の突き出し長さ
を変えられるようにし、母材に接触しているホットワイ
ヤの先端とタングステン電極の中心軸間の距離を調整で
きるようにしたものである。

以下この発明の実施例を図面により説明する。

第６図および第７図において、３３．３４はトーチ固定
部材であり、３５．３６はこの固定部拐３３＋　３４を
それぞれ挿通して配置したシールドガスを通過させるガ
ス管、３７は１本の管の内部に仕切りが入った形に構成
された半月形状の断］ｍ穴３７ａ。

３７ｂの２個を持ち冷却水の往路、復路をｆ１η成して
いる冷却水管である。これ等容管の先端部には電極保持
板３８とワイヤガイド３９が一体に設けである。４０は
その先端にタングステン電極４１を締着した電極調整棒
で、トーチ固定部材３３に対して螺合している。タング
ステン電極４１は電極保持板３８に設けられた電極用穴
４２に挿入される。

更に、電極保持板３８には、電極用穴４２の軸方向と直
交しかつこの穴４２と一部重複する様にして押えばね用
穴４３が設けてあり、その一部にスリット４４を設けて
押えばね４５を埋め込んでいる。

押えはね４５の中央部には突起４６を設け、これにより
効果的にタングステン電極４１を横方向から電極保持板
３８に押しつけている。４７はホットワイヤ４８を通す
フンタクトチューブで、その先端部にはコンタクトチッ
プ４９がねじ込み結合されている。トーチ固定部材３３
は図示しないＴ工Ｇアーク用電源に接続され、トーチ固
定部材３４は図示しないホットワイヤ用電源に接続され
ており、これ等の間にはベークライト製の絶縁部材５０
とセラミックス製のワイヤガイド３９によって電気的に
隔離されている。この様にしてトーチ本体５１が形成さ
れている。電極保持板３８に対しては、冷却水管３７と
ガス管３５とを介してもアーク形成のための通電が行な
われていて、タングステン電極４１が押えばね４５によ
って電極保持板３・８と密着することにより、タングス
テン電極４１の冷却のみならず、通電も行なっている。

ワイヤ５２はトーチ固定部材３４．コンタクトチューブ
４７．コンタクトチップ４９およびガイド３９を通って
溶融池へ送給されるのであるが、真直ぐなワイヤ５２が
ワイヤガイド３９によって進行方向を変える形で曲げら
れているため、このワイヤ５２はコンタクトチーツブ４
９の内壁面に強く押しつけられ、そこで充分な、かつ安
定した接触通電が行なわれて加熱されホットワイヤ４８
として送り出される。コンタクトチップ４９が損耗した
ときには、トーチ固定部材３４に深穴を設けてコンタク
トチューブ４７を挿入しただけの構造としであるので、
コンタクトチューブ４７をトーチ固定部材３４側に移動
させて、コンタクトチップ４９を簡単に取替えることが
できる。実際に狭開先内でアーク溶接するときには、ト
ーチ本体５１と開先側壁との短絡を防止する必要があり
、このため１・−チ本体５１の外周には図示しない耐熱
。

絶縁性の波器、例えば粘着性ガラステープによる波器を
形成して使用する。

発明者等は上述の構成のトーチを試作し次の如き結果を
得た。

すなわち、直径２．４ｍｍのタングステン電極４１を外
径４ｍｍの鋼製の電極調整棒４０の先端にテーバをつけ
て設けられた締着穴５３にて締着し厚さ４ｍｍの銅板か
らなる電極保持板３８に設げられた内径２゜５ｍｍの電
極用穴４２に通して配置し、次に半円形断面のタングス
テンの平面部を、突起４６を付された耐熱性バネ材から
なる押えはね４５で横方向から押し付けるようにした。

ワイヤガイド３９はアルミナで構成し、ガス管３５．３
６は外径６ｍｍ　、厚さ０．５ｍｍの鋼管を短径４ｍｍ
とする楕円形断面となるよう押しつぶしたものを使用し
た。それらを、粘着性のガラステープで巻きつけて一体
化し、最終的には厚さ約４．５ｍｍ幅３５ｍｍ　、長さ
約１２０ｍｍの狭間先用ポットワイヤＴ’ＩＧ溶接用ト
ーチとした。

このトーチ音用い幅７ｍｍ　、厚さ７０ｍｍの工型狭開
先からなる炭素鋼継手について、平均アーク電流２４Ｏ
Ａ、溶接速度１５０ｍｍ　７分、ホットワイヤ溶融速度
３５ｖ分の条件下で、安定かつ良好な溶接を実施するこ
とが出来た。この溶接中に電極調整棒４０を使用してホ
ットワイヤ先端の位置をタングステン電極中心から約３
ｍｍの処に配置したときが適正であったが、この距離を
変化させたところ、１ｍｍから６ｍｍまで自在に調整す
ることが出来た。なお、溶接はアルゴンガス雰囲気中で
行なわれ、シールドをより効果的に行なうために、トー
チ５１の先端からのガスによるシールドの他に、母材表
面側にもシールドボックスを置いてシールするいわゆる
二重シールド法を採用した。

以上狭開先ホットワイヤＴＩＧ溶接について述べたが、
この発明は狭開先溶接にとどまるものではない。

第８図はこの発明の他の実施例を示すもので通常のＴ工
Ｇ溶接トーチと同様に円形のガスノズル５４を有する汎
用のトーチである。５５は水冷パイプ５６．５７が接続
されて水冷されるようになツタ銅製の電極保持材で、中
央にタングステン電極挿入用の電極用穴５８が設けられ
、横方向から押え板５９．６０に挟持され耐熱ゴム６１
を介した形で押えねじ６２により、タングステン電極６
３を保持材５５に適切な力で押しつけ、タングステン電
極６３への通電と冷却が行なわれるようになっている。

一方、タングステン電極６３はコレット６４によって締
着保持されているが、コレット６４とトーチボディ６５
との間はねじ結合となっているためコレット６４を回転
させることにより電極６３は上下に摺動できるようにな
っている。

シールドガスはガス管６６から電極保持材５５に設けら
れた穴を通り、ガスレンズ６７を通って層流化されてア
ークをシールドする。一方、ホットワイヤ６８はトーチ
ボディ６５に取り付けられたコンタクトチューブ６９を
通って電極先端に導びがれる。この様な構造なので、溶
接中にコレット６４を回してタングステン電極を上下で
′き、それによって容易にホットワイヤ６８の先端とタ
ングステン電極間の距離を調整することが出来る。

この発明を実施することによりタングステン電極とワイ
ヤを一体のトーチで開先内に挿入できるので狭くかつ深
い開先内でも溶接作業を容易に行え、しかも溶接部の信
頼性も向上する。

また溶接中にタングステン電極が消耗しても連続的に補
給できるので、アークを切ることなしに長時間連続して
周溶接できるようになった。

さらに、ホットワイヤＴＩＧ溶接においては溶融池内へ
ホットワイヤを挿入する位置の調整が、溶接作業を安定
して行なわせるために不可欠であるが、電極保持材に対
してタングステン電極を摺動させることにより、トーチ
をよりコンパクトに構成できるようになり、トーチの取
扱い操作も非常に容易になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の水冷Ｔ工Ｇ溶接トーチの−例を示す断面
図、第２図は従来の狭開先溶接用のＴＩＧ　）−チの一
例を示す構造図、第３図は同トーチの側面図、第４図は
従来のホットワイヤＴ工Ｇ溶接法の説明図、第５図は第
２図のトーチを用いた狭開先内でのＴ工Ｇ溶接の状況を
説明する図、第６図はこの発明になる溶接トーチの正面
図、第７図は同トーチの側面図、第８図はこの発明にな
る他の溶接トーチの断面図、第９図は第８図中のＡ−Ａ
線による断面図である。 ４ｏ　・・・・・・電極調整棒 ４１、．６３　・・・・・・タングステン電極４５　・
・・・・・押えばね ５１　・・・・・・トーチ本体 第１図 第４図 “′ｉＪｓ　因 第９図 ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　アークを形成するタングステン電極の保持機構と
   、ワイヤのガイド機構とを一体にしてＩ・−チ本体を構
   成し、タングステン電極はトーチ本体に対して取り付は
   位置調節可能な部材により保持し、このタングステン電
   極の突き出し長さを変更し得るよう構成したことを特徴
   とするＴＩＧアーク溶接トーチ。 ２、トーチ本体に対して電極調整棒を螺合し、かつこの
   電極調整棒に対してタングステン電極を接続し、電極調
   整棒を回転させることによりタングステン電極の突き出
   し長さを変更し得るよう構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のＴ工Ｇアーク溶接トーチ０ ３、ばね、耐熱性ゴム等の弾性体を用いてタングステン
   電極の軸線にほぼ直交する方向に加圧力を与え、タング
   ステン電極と電極保持部との電気的接触を行うよう構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載のＴ工Ｇアーク溶接トーチ。