WO2018110657A1 - 溶接トーチ及び全姿勢溶接装置 - Google Patents

溶接トーチ及び全姿勢溶接装置 Download PDF

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electrode
welding torch
sleeve
holder
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政彦 赤松
臣吾 米本
崇功 上月
真也 日比野
行雄 池澤
健一郎 新見
秋諭 荒尾
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a welding torch suitable for an all-position welding apparatus that performs butt welding of tubes, and an all-position welding apparatus equipped with this welding torch.
  • Patent Document 1 discloses a welding torch capable of passing through the narrow gap as described above and an all-position welding apparatus including the welding torch.
  • the welding torch of Patent Document 1 includes a non-consumable electrode, a collet into which the non-consumable electrode is inserted, a torch body, and a highly rigid porous ring.
  • the torch body has a ceiling wall that penetrates the collet, and a body that surrounds the ceiling wall and the shield gas flow path facing the collet.
  • the porous ring is joined to the body portion of the torch body so as to close the shield gas flow path, and has a tapered inner peripheral surface that comes into contact with the tip of the collet.
  • the tip of the collet in which the non-consumable electrode is inserted is reduced in diameter by the inner peripheral surface of the porous ring, whereby the non-consumable electrode is held by the collet.
  • the porous ring of the welding torch of Patent Document 1 is a rigid body with a porosity of 30 to 60%.
  • the porous ring is formed integrally with the torch body by, for example, irradiating a metal powder used as a raw material with laser light in a pulse manner using a 3D printer.
  • a welding torch is characterized by including a lattice-structure gas lens that rectifies shield gas.
  • the all-position welding apparatus is an all-position welding apparatus that performs butt welding between tubes, The welding torch; And a rotation mechanism that rotates the welding torch around the tube.
  • the gas lens has a lattice structure.
  • the gas lens By making the gas lens a lattice structure, regular gaps are formed in the gas lens formed using a 3D printer. Therefore, the porosity of the gas lens is stabilized as compared with the case where the gas lens is a porous body. Thereby, the improvement of the yield of the welding torch provided with such a gas lens is expected.
  • FIG. 1 is a front view of an all-position welding apparatus equipped with a welding torch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the all-position welding apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the welding torch.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of the gas lens.
  • FIG. 8 is a partially enlarged plan view of the gas lens.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view of the gas lens.
  • FIG. 11 is a plan view of a welding torch according to the second modification.
  • 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
  • FIG. 14 is a plan view of a welding torch according to the third modification.
  • the all-position welding apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 2 automatically performs butt welding between the tubes 10.
  • the welding method may be TIG (Tungsten Inert Gas) welding, for example.
  • the welding apparatus 1 includes a welding torch 3, a rotation mechanism 2 that rotates the welding torch 3 around the tube 10, and three linear motion mechanisms (first linear motion mechanism 12, first motion mechanism) that three-dimensionally moves the welding torch 3.
  • first linear motion mechanism 12, first motion mechanism three linear motion mechanisms that three-dimensionally moves the welding torch 3.
  • second linear motion mechanism 14 and a third linear motion mechanism 16).
  • the first linear motion mechanism 12 moves the welding torch 3 in the axial direction (for example, horizontal direction) of the tube 10, and the second linear motion mechanism 14 and the third linear motion mechanism 16 move the welding torch 3 in the axial direction of the tube 10. It moves in directions orthogonal to each other (for example, the horizontal direction and the vertical direction) on the orthogonal surfaces.
  • the welding torch 3 in order to move the welding torch 3 three-dimensionally, it is not always necessary to use three linear motion mechanisms.
  • a radial movement mechanism that moves the welding torch 3 in the radial direction of the tube 10 with respect to the rotating member 21 described later may be employed.
  • the welding torch 3 is not necessarily moved three-dimensionally, and may be moved two-dimensionally on a plane orthogonal to the axial direction of the tube 10.
  • the first linear motion mechanism 12 is attached to a base plate 11 parallel to the axial direction of the tube 10.
  • the base plate 11 is provided with a clamp mechanism 18 that clamps the tube 10.
  • the second linear motion mechanism 14 is fixed to the movable portion of the first linear motion mechanism 12 via the mounting seat 13.
  • the third linear motion mechanism 16 is fixed to the movable part of the second linear motion mechanism 14 via the mounting seat 15. Needless to say, the positions of the first to third linear motion mechanisms 12, 14, 16 can be interchanged with each other.
  • the rotation mechanism 2 includes a plate-like table 20 that is orthogonal to the axial direction of the tube 10.
  • the table 20 is fixed to the movable part of the third linear motion mechanism 16 via the mounting seat 17.
  • a substantially U-shaped rotating member 21 into which the tube 10 can be fitted is rotatably supported.
  • the table 20 is also provided with a notch 20a into which the tube 10 can be fitted.
  • the rotating member 21 has an arcuate outer peripheral surface when viewed from the axial direction of the tube 10, and external teeth are formed on the outer peripheral surface.
  • a motor 26 is attached to the table 20 and a gear train is supported. The gear train transmits torque from the drive gear 25 fixed to the output shaft of the motor 26 to the rotating member 21. In FIG. 2, the gear train and the motor 26 are omitted for simplification of the drawing.
  • the gear train includes a large-diameter first driven gear 24 that meshes with the drive gear 25, a pair of second driven gears 23 that mesh with the first driven gear 24, and a pair of gears that mesh with the second driven gear 23 and the rotating member 21.
  • a third driven gear 22 is transmitted to the rotating member 21 by the other third driven gear 22.
  • the welding torch 3 is fixed, for example, at the center of the rotating member 21 so as to protrude in the axial direction of the tube 10.
  • the welding torch 3 includes a plate-like torch main body 4 orthogonal to the radial direction of the tube 10 and a non-consumable electrode 5 supported by the torch main body 4 via an electrode holder 7.
  • the non-consumable electrode 5 is for generating an arc between the welded portion of the tube 10.
  • the welded part is the bottom part of the groove in the first layer, and the second and subsequent layers. Then, it is the last layer.
  • a welding wire (not shown) is supplied between the non-consumable electrode 5 and the welding site from a wire supply device (not shown).
  • the welding torch 3 is moved along a predetermined track by the first to third linear motion mechanisms 12, 14, and 16 while being rotated around the tube 10 by the rotation mechanism 2. It is done. At this time, the position of the welding torch 3 is finely adjusted by the first to third linear motion mechanisms 12, 14, and 16 so that the distance from the non-consumable electrode 5 to the welding site becomes a predetermined value.
  • the rotating member 21 has conductivity
  • the welding torch 3 including the torch body 4 and the non-consumable electrode 5 held thereon has conductivity
  • the rotating member 21 supporting the welding torch 3 also has conductivity.
  • a notch for inserting a tube is formed at an appropriate position on the table 20 that allows the rotating member 21 to rotate.
  • a power supply brush (not shown) is provided between the rotating member 21 and the table 20 so as to continue to be connected to the back surface of the rotating member 21 while the rotating member 21 makes one rotation. In this way, electric power is supplied from the power supply brush to the welding torch 3 via the rotating member 21. Therefore, the lines connected to the welding torch 3 can be reduced, and the total thickness of the peripheral configuration of the torch can be reduced.
  • FIG. 3 is a plan view of the welding torch 3
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 4, and
  • FIG. It is sectional drawing along a VI line.
  • the welding torch 3 includes a non-consumable electrode 5, an electrode holder 7, and a torch body 4.
  • the axial direction of the non-consumable electrode 5 is parallel to the radial direction of the tube 10.
  • the non-consumable electrode 5 is held by the electrode holder 7, and the electrode holder 7 is inserted into a sleeve 44 formed in the torch body 4.
  • the axial direction of the non-consumable electrode 5 is the upward (U) downward (D) direction (the tip side is downward, the opposite side is upward), and the axis of the tube 10 A direction may be referred to as a front (F) rear (B) direction, and a direction orthogonal to these two directions may be referred to as a left (L) right (R) direction.
  • the electrode holder 7 includes a hexagonal plate-shaped head portion 71 that is orthogonal to the axial direction of the non-consumable electrode 5, and a holder tube portion 72 that extends downward from the head portion 71.
  • the non-consumable electrode 5 is inserted into the holder cylinder portion 72 from below the holder cylinder portion 72.
  • the tip of the non-consumable electrode 5 inserted into the electrode holder 7 extends from the electrode holder 7.
  • a screw thread 73 is formed on the outer peripheral surface of the holder cylinder portion 72.
  • a slit (not shown) for allowing a diameter reduction is formed at the tip of the holder cylinder part 72, and the holder cylinder part 72 has a function as a collet.
  • the torch main body 4 integrally includes a base portion 40 that has a substantially rectangular shape when viewed from the radial direction of the tube 10 and a joint portion 48 that protrudes from the right side portion of the base portion 40 toward the right side.
  • a hose (not shown) is connected to the joint portion 48, and the shield gas is supplied to the shield gas flow paths 51 and 52 formed in the base portion 40 through the hose.
  • the base 40 includes a sleeve 44 that holds the electrode holder 7, a flow path forming portion 41 that forms shield gas flow paths 51 and 52 around the sleeve 44, and a tip portion that extends from the electrode holder 7 of the non-consumable electrode 5.
  • a nozzle 42 that forms a shield gas guide space 53 around it, and a gas lens 9 that separates the shield gas flow path 51 and the shield gas guide space 53 are integrally formed.
  • the sleeve 44 extends parallel to the radial direction of the tube 10 (that is, the axial direction of the non-consumable electrode 5).
  • a thread groove 46 is formed on the inner peripheral surface of the sleeve 44.
  • the screw groove 46 is screwed with a screw thread 73 of the electrode holder 7 screwed into the sleeve 44.
  • the distal end portion (lower end portion) of the sleeve 44 has a tapered shape that narrows downward.
  • the holder cylinder portion 72 becomes the tip of the sleeve 44.
  • the non-consumable electrode 5 is held in the electrode holder 7 by being pressurized in the direction of reducing the diameter.
  • the flow path forming part 41 forms shield gas flow paths 51 and 52 around the sleeve 44.
  • the shield gas flow paths 51 and 52 according to the present embodiment include an inner peripheral flow path 51 and an outer peripheral flow path 52.
  • the inner peripheral channel 51 is an annular channel formed around the sleeve 44 and faces the gas lens 9.
  • the outer peripheral channel 52 is an annular passage formed around the inner peripheral channel 51.
  • the outer peripheral flow path 52 is connected to the flow path 55 of the joint portion 48 by the connection flow path 56.
  • the inner circumferential channel 51 and the outer circumferential channel 52 are separated by a partition wall 47.
  • the partition wall 47 is formed with a communication port 50 that allows the inner circumferential channel 51 and the outer circumferential channel 52 to communicate with each other and allows the shield gas to flow from the outer circumferential channel 52 to the inner circumferential channel 51.
  • the plurality of communication ports 50 are provided in the partition wall 47 so as to be distributed in the circumferential direction, and the shield gas flows into the inside from the entire circumference of the inner circumferential flow path 51.
  • Each communication port 50 is provided above the partition wall 47 and at a position closer to the ceiling of the inner peripheral flow path 51, in other words, a position further away from the gas lens 9.
  • the connection flow path 56 is connected to the outer peripheral flow path 52 below the communication port 50. Therefore, the flow of the shield gas flowing from the connection flow path 56 into the outer peripheral flow path 52 contacts the partition wall 47. This prevents the shield gas from flowing directly into the inner peripheral flow path 51 through the communication port 50.
  • the ceiling of the inner circumferential flow path 51 is smoothly continuous with the proximal end portion of the sleeve 44, and the boundary portion between the proximal end portion of the sleeve 44 and the ceiling of the inner circumferential flow path 51 is connected by a curved surface.
  • the curved surface portion formed on the wall forming the inner peripheral flow path 51 in this way functions as a guide portion 54 that deflects the flow of the shield gas flowing from the outer peripheral flow path 52 into the inner peripheral flow path 51 toward the gas lens 9. .
  • the nozzle 42 includes a circumferential lip 45 protruding downward from the flow path forming portion 41 and is provided below the flow path forming portion 41.
  • the inner peripheral wall of the nozzle 42 and the partition wall 47 are continuous in the axial direction of the non-consumable electrode 5.
  • the tip (lower end) of the lip 45 is located above the tip of the non-consumable electrode 5 and below the tip of the sleeve 44.
  • the tip of the lip 45 is curved so as to follow the outer peripheral surface of the opposing tube 10.
  • the lip 45 extends the distance from the gas lens 9 to the opening edge of the nozzle 42, that is, the length of the nozzle 42.
  • the shield gas guide space 53 is formed on the inner peripheral side of the nozzle 42.
  • the shield gas flowing out from the gas lens 9 is rectified so that it does not diffuse and flows in a laminar flow parallel to the extending direction of the nozzle 42, that is, the axial direction of the non-consumable electrode 5.
  • the gas lens 9 rectifies the shield gas into a laminar flow and separates the inner peripheral flow path 51 and the shield gas guide space 53 from each other.
  • the gas lens 9 has a hollow disk shape centered on the non-consumable electrode 5.
  • the inner peripheral portion of the gas lens 9 is connected to the outer peripheral surface of the distal end portion of the sleeve 44, and the outer peripheral portion of the gas lens 9 is connected to the inner peripheral surface of the nozzle 42 (or the inner peripheral surface of the partition wall 47).
  • the gas lens 9 will be described in detail later.
  • the torch body 4 is made of a conductive metal and is manufactured by a metal 3D printer.
  • the joint portion 48 is not necessarily formed integrally with the torch body 4 and may be joined to the torch body 4 by a welding or screwing structure.
  • a metal powder as a raw material is irradiated with laser light. By irradiation with laser light, individual metal powders are melted, and the melted metal powders are fused to produce a solid structure.
  • the material of the metal powder include copper and copper alloys, steel, stainless steel, aluminum, titanium, and nickel alloys.
  • the shield gas introduced through the flow path 55 of the joint portion 48 first flows into the outer peripheral flow path 52 through the connection flow path 56.
  • the shield gas diffused into the outer peripheral flow path 52 flows into the inner peripheral flow path 51 through the communication port 50.
  • the flow of the shield gas flowing into the inner peripheral flow path 51 is directed from the communication port 50 to the sleeve 44, abuts on the guide part 54 located at the boundary between the ceiling of the inner peripheral flow path 51 and the sleeve 44, The direction is changed by being guided to the gas lens 9.
  • the shield gas is rectified while passing through the gas lens 9 and flows into the shield gas guide space 53 as a laminar flow, and is ejected from the tip of the nozzle 42 toward the tube 10.
  • FIG. 7 is a plan view of the gas lens 9
  • FIG. 8 is a partially enlarged plan view of the gas lens 9
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 8, and
  • FIG. 10 is a perspective view of the gas lens. .
  • the gas lens 9 has a lattice structure.
  • the gas lens 9 is a three-dimensional mesh lattice in which elongated beams 90 and 92 are connected in a three-dimensional manner.
  • the diameter ⁇ of the elongated beams 90 and 92 forming the lattice structure is about 0.2 mm at a minimum so that the metal 3D printer can be manufactured.
  • mesh sheets 91 formed by connecting horizontal beams 90 in a planar shape are stacked in the axial direction of the non-consumable electrode 5 in different phases, and further stacked vertically. It has a structure in which 91 lattice points are connected by a vertical beam 92. In the gas lens 9 having such a lattice structure, regular gaps are formed by the beams 90 and 92.
  • FIG. 8 shows a lattice of 4 cells in the mesh sheet 91, and shows a state in which a plurality of mesh sheets 91 are stacked in the thickness direction with different phases. Further, in FIG. 9, a three-dimensional mesh lattice in which lattice points of the mesh sheet 91 are connected by oblique vertical beams 92 is clear.
  • the inner peripheral portion of the gas lens 9 connected to the distal end portion of the sleeve 44 has an extra portion of the gas lens 9 in order to resist the pressure from the electrode holder 7 screwed into the sleeve 44.
  • High rigidity is required compared with the part.
  • the porosity of the inner peripheral portion of the gas lens 9, particularly the joint portion with the sleeve 44 is kept at a low value (for example, 10% or less) as compared with the remaining portion of the gas lens 9.
  • the porosity can be obtained from the apparent volume and the true density of the constituent material of the gas lens 9.
  • the welding torch 3 of the present embodiment is characterized by including the lattice-structure gas lens 9 that rectifies the shield gas.
  • the all-position welding apparatus 1 of the present embodiment is characterized by including a welding torch 3 and a rotating mechanism 2 that rotates the welding torch 3 around the tube 10.
  • the gas lens 9 has a lattice structure. Since the gas lens 9 has a lattice structure, regular gaps are formed in the gas lens 9 formed using a 3D printer. Therefore, compared with the case where the gas lens 9 is a porous body, the porosity of the gas lens 9 is stabilized. Thereby, the improvement of the yield of the welding torch 3 provided with such a gas lens 9 is expected.
  • the gas lens 9 has a structure in which a mesh sheet 91 formed by connecting a plurality of beams 90 in a planar shape is overlapped in the thickness direction with different phases.
  • the lattice points of the laminated mesh sheets 91 are connected by vertical beams 92.
  • the gas lens 9 of the welding torch 3 has a three-dimensional three-dimensional mesh lattice structure in which the horizontal beam 90 and the vertical beam 92 are joined together.
  • the gas lens 9 is not limited to this. What is necessary is just to have the lattice structure which can model a regular space
  • the gas lens 9 may have a structure in which a plurality of mesh sheets 91 formed by connecting a plurality of beams 90 in a planar shape are overlapped with different phases.
  • the vertical beams 92 that connect the lattice points are provided between the layers of the mesh sheet 91, so that the shielding gas that passes through the gas lens 9 is not only the lattice-shaped horizontal beam 90 but also the vertical beam. It is also rectified by the beam 92.
  • the same rectifying effect can be obtained.
  • the number of laminated mesh sheets 91 can be reduced, and the thickness of the gas lens 9 (that is, the dimension of the non-consumable electrode 5 in the axial direction) is suppressed. be able to.
  • the welding torch 3 includes a non-consumable electrode 5, an electrode holder 7 into which the non-consumable electrode 5 is inserted, a sleeve 44 that holds the electrode holder 7, and a shield gas flow path 51 around the sleeve 44. And a torch body 4 having a nozzle 42 that forms a shield gas guide space 53 around a tip portion extending from the electrode holder 7 of the non-consumable electrode 5.
  • the gas lens 9 is provided so as to separate the shield gas flow path 51 and the shield gas guide space 53 of the torch body 4.
  • the inner peripheral portion of the gas lens 9 is connected to the outer peripheral surface of the sleeve 44, and the outer peripheral portion of the gas lens 9 is connected to the inner peripheral surface of the nozzle 42 (or the partition wall 47). Has been.
  • the gas lens 9 is formed integrally with the other elements of the torch body 4 using a metal 3D printer, the inner periphery of the gas lens 9 is supported by a rigid sleeve 44, and the gas lens 9 Since the outer peripheral portion of the gas lens 9 is supported by the nozzle 42 which is a rigid body, the gas lens 9 is stably formed.
  • the gas lens 9 is formed integrally with the sleeve 44 and the nozzle 42.
  • the gas lens 9, the sleeve 44, and the nozzle 42 of the torch body 4 are formed by a metal 3D printer.
  • a welding torch 3 in which a solid metal part and a gas lens 9 having a higher porosity than the solid metal part and a gas lens 9 having a higher porosity are combined with one torch body 4 is manufactured at a low cost by using a modeling technique using a metal 3D printer. Can do.
  • the shield gas flow paths 51 and 52 are formed around the sleeve 44 and are formed around the inner peripheral flow path 51 facing the gas lens 9 and the inner peripheral flow path 51. 51 and an outer peripheral flow path 52 separated by a partition wall 47.
  • the partition wall 47 is provided with a communication port 50 that allows the shield gas to flow from the outer peripheral channel 52 to the inner peripheral channel 51.
  • the shield gas flow paths 51 and 52 have an internal / external double structure of the inner peripheral flow path 51 and the outer peripheral flow path 52 provided on the outer peripheral side thereof, whereby the axial direction of the non-consumable electrode 5 of the torch body 4 is achieved. Even if the dimension (that is, the thickness) in the direction parallel to is suppressed, the shield gas can be sufficiently laminarized. As a result, the welding torch 3 can be flattened, that is, the thickness can be reduced as compared with the case where the shield gas flow path is one space.
  • the guide portion 54 that deflects the flow of the shield gas flowing from the outer peripheral flow channel 52 to the inner peripheral flow channel 51 toward the gas lens 9 on the wall forming the inner peripheral flow channel 51. Is formed.
  • the communication port 50 provided in the partition wall 47 between the inner peripheral flow channel 51 and the outer peripheral flow channel 52 is a hole that penetrates the partition wall 47.
  • the communication port 50 may be, for example, a slit or a tapered hole (see FIG. 12) that increases in diameter toward the inner peripheral flow path 51.
  • an obstacle such as a swirl blade may be provided in the communication port 50.
  • the communication ports 50 provided in the partition wall 47 between the inner peripheral flow channel 51 and the outer peripheral flow channel 52 are arranged at equal intervals in the circumferential direction in the partition wall 47.
  • the arrangement of the communication ports 50 is not limited to the above embodiment, and may be provided in the circumferential direction in the partition wall 47.
  • 11 is a plan view of a welding torch 3A according to Modification 2.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
  • the aperture ratio of the partition wall 47 of the second part is larger than the aperture ratio of the partition wall 47 of the first part.
  • the inflow portion of the shield gas in the outer peripheral flow path 52 is a connection portion between the outer peripheral flow path 52 and the connection flow path 56.
  • a plurality of communication ports 50 of the same size are formed in the partition wall 47 and provided in the partition wall 47 of the first portion.
  • the number of communication ports 50 provided in the second portion partition wall 47 is larger than the number of communication ports 50 provided.
  • the aperture ratio of the partition wall 47 of the second portion is larger than the aperture ratio of the partition wall 47 of the first portion.
  • the opening area of the communication port 50 provided in the second partition wall 47 is made larger than the opening area of the communication port 50 provided in the first partition wall 47, so that The aperture ratio of the partition wall 47 of the second portion may be made larger than the aperture ratio.
  • the shielding gas that has flowed into the first portion of the outer peripheral flow path 52 by increasing the opening ratio of the partition 47 of the second portion larger than the opening ratio of the partition 47 of the first portion of the outer peripheral flow path 52.
  • the shielding gas can be diffused in the outer peripheral flow path 52.
  • FIG. 14 is a plan view of a welding torch 3B according to the third modification.
  • a welding torch 3B according to Modification 3 includes a non-consumable electrode 5B, an electrode holder 7B, and a torch body 4.
  • the non-consumable electrode 5 is held by an electrode holder 7B, and the electrode holder 7B is inserted into a sleeve 44 formed on the torch body 4.
  • the non-consumable electrode 5B has an electrode shaft portion 5a and an electrode taper portion 5b that gradually decreases in diameter from the electrode shaft portion 5a toward the tip.
  • the electrode holder 7 ⁇ / b> B includes a holder cylinder part 72, a holder head 71 that closes one of the end openings of the holder cylinder part 72, and a thread 73 (first screw part) formed on the outer peripheral wall of the holder cylinder part 72. And integrally.
  • the length of the holder cylindrical portion 72 of the welding torch 3 according to the above-described embodiment is substantially the same as the length from the sleeve inlet 44a to the sleeve outlet 44b (see FIG. 4), but the welding according to this modification example.
  • the length of the holder cylinder portion 72 of the torch 3B is shorter than the length from the sleeve inlet 44a to the sleeve outlet 44b. Therefore, the tip of the holder cylinder part 72 screwed into the sleeve 44 does not reach the sleeve outlet 44b.
  • the holder cylinder portion 72 is not formed with a slit. That is, the holder cylinder part 72 according to the present modification does not have a function as a collet.
  • a screw thread 73 is provided on the outer peripheral portion of the cylindrical portion 72.
  • the inner diameter of the holder cylinder portion 72 is slightly larger than the outer diameter of the electrode shaft portion 5a so that the electrode shaft portion 5a can be loosely inserted.
  • the outer diameter of the electrode shaft portion 5a is larger than the outer diameter of the non-consumable electrode 5 according to the above-described embodiment, and the former may be 1.5 times or more the latter.
  • the sleeve 44 is larger than the minimum diameter of the sleeve inlet 44a into which the non-consumable electrode 5B and the holder cylinder part 72 are inserted, the thread groove 46 (second thread part) screwed into the thread 73, and the electrode taper part 5b. And a sleeve outlet 44b having an inner diameter smaller than the maximum diameter.
  • the sleeve 44 is provided with a thread groove 46 and the electrode holder 7B is provided with a thread 73, but the sleeve 44 is provided with a thread and the electrode holder 7B is provided with a thread groove. It doesn't matter.
  • the screw thread 73 of the electrode holder 7B is screwed into the screw groove 46 of the sleeve 44, thereby allowing the electrode holder 7B to move in the insertion / removal direction. That is, when the electrode holder 7B rotates relative to the sleeve 44, the electrode holder 7B can be moved in the insertion / removal direction with respect to the sleeve 44.
  • the vicinity of the sleeve outlet 44b has a tapered shape that gradually decreases toward the tip.
  • the taper-shaped gradient is larger than the gradient of the electrode taper portion 5b.
  • the vicinity of the sleeve outlet 44b is not necessarily tapered, and for example, the end surface of the sleeve 44 on the sleeve outlet 44b side may be closed, and an opening serving as the sleeve outlet 44b may be provided there.
  • the length from the sleeve inlet 44a to the sleeve outlet 44b is longer than the length of the holder cylinder 72 and shorter than the length of the non-consumable electrode 5B. Therefore, the welding torch 3B inserted into the sleeve 44 from the sleeve inlet 44a protrudes from the sleeve outlet 44b.
  • the non-consumable electrode 5B is restricted from moving in the insertion direction into the sleeve 44 when the electrode taper portion 5b contacts the opening edge of the sleeve outlet 44b. Therefore, the protruding length of the non-consumable electrode 5B from the sleeve 44 can be adjusted by the length and gradient of the tapered portion 59.
  • the holder tube portion 72 is inserted into the sleeve 44, the electrode shaft portion 5a is inserted into the holder tube portion 72, the electrode taper portion 55b abuts against the opening edge of the sleeve outlet 44b, and the electrode shaft portion. 5 a is in contact with the holder head 71.
  • the electrode holder 7B is screwed into the sleeve 44, the non-consumable electrode 5B is pressed between the sleeve 44 and the electrode holder 7B in the axial direction. That is, the non-consumable electrode 5B is held by the torch body 4 by the axial force of the electrode holder 7B.
  • the collet is omitted, but the non-consumable electrode 5B is held in a state where the relative position is fixed to the torch body 4 by the sleeve 44 and the electrode holder 7B.
  • the electrode holder 7B since the electrode holder 7B does not include a collet that is a consumable part, the electrode holder 7B can be reused when the non-consumable electrode 5B is replaced.

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Abstract

溶接トーチ（３，３Ａ，３Ｂ）が、シールドガスを整流するラティス構造のガスレンズ（９）を備える。溶接トーチ（３，３Ａ，３Ｂ）は、非消耗電極（５，５Ｂ）と、非消耗電極（５，５Ｂ）が挿入される電極ホルダ（７，７Ｂ）と、電極ホルダ（７，７Ｂ）を保持するスリーブ（４４）、スリーブ（４４）の周囲にシールドガス流路（５１，５２）を形成する流路形成部（４１）、非消耗電極（５，５Ｂ）の電極ホルダ（７，７Ｂ）から延出した先端部の周囲にシールドガス案内空間（５３）を形成するノズル（４２）を有するトーチ本体（４）とを、備え、シールドガス流路（５１，５２）とシールドガス案内空間（５３）とを隔てるようにガスレンズ（９）が設けられている。

Description

溶接トーチ及び全姿勢溶接装置
　本発明は、チューブの突合せ溶接を行う全姿勢溶接装置に好適な溶接トーチ、及びこの溶接トーチを備えた全姿勢溶接装置に関する。
　従来、チューブ同士の突合せ溶接を自動的に行う全姿勢溶接装置が知られている。このような全姿勢溶接装置は、例えば、ボイラパネルなどの、複数のチューブが狭いピッチで配列される装置の製造に用いられることがある。特許文献１では、上記のような狭隘な間隙を通過できる溶接トーチとそれを備えた全姿勢溶接装置が開示されている。
　特許文献１の溶接トーチは、非消耗電極と、非消耗電極が挿入されるコレットと、トーチ本体と、高剛性の多孔質リングとを備えている。トーチ本体は、コレットに貫通される天井壁と、その天井壁及びコレットに面するシールドガス流路を取り囲む胴部とを有している。多孔質リングは、シールドガス流路を閉塞するようにトーチ本体の胴部に接合されており、コレットの先端と当接するテーパ状の内周面を有している。この溶接トーチでは、非消耗電極が挿入されたコレットの先端が多孔質リングの内周面によって縮径されることによって、非消耗電極がコレットに保持されている。
特開２０１５－１７４１４１号公報
　特許文献１の溶接トーチの多孔質リングは、空隙率が３０～６０％の剛体である。この多孔質リングは、例えば、３Ｄプリンタを用いて、原料として使用する金属粉末へのレーザー光の照射をパルス的に行うことによって、トーチ本体に一体的に形成される。
　ところが、３Ｄプリンタを用いて上記手法で多孔質リングを形成する場合に、多孔質リングの空隙率を安定的に制御することが難しい。従って、特許文献１の溶接トーチには、歩留まり向上の点で改良の余地が残されている。
　そこで、本発明の一態様に係る溶接トーチは、シールドガスを整流するラティス構造のガスレンズを備えることを特徴としている。
　また、本発明の一態様に係る全姿勢溶接装置は、チューブ同士の突合せ溶接を行う全姿勢溶接装置であって、
前記溶接トーチと、
前記溶接トーチを前記チューブの回りに回転させる回転機構とを、備えることを特徴としている。
　上記溶接トーチ及び全姿勢溶接装置では、ガスレンズがラティス構造を有している。ガスレンズをラティス構造とすることにより、３Ｄプリンタを用いて造形されたガスレンズに規則的な空隙が形成される。そのため、ガスレンズが多孔質体である場合と比較して、ガスレンズの空隙率が安定する。これにより、このようなガスレンズを備えた溶接トーチの歩留まりの向上が期待される。
　本発明によれば、３Ｄプリンタを用いて造形されたガスレンズを備える溶接トーチの、歩留まりの向上を実現することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接トーチが装備された全姿勢溶接装置の正面図である。 図２は、図１に示す全姿勢溶接装置の側面図である。 図３は、溶接トーチの平面図である。 図４は、図３のIV－IV線に沿った断面図である。 図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 図６は、図４のVI－VI線に沿った断面図である。 図７は、ガスレンズの平面図である。 図８は、ガスレンズの部分的な拡大平面図である。 図９は、図８のIX－IX線に沿った断面図である。 図１０は、ガスレンズの斜視図である。 図１１は、変形例２に係る溶接トーチの平面図である。 図１２は、図１１のXII－XII線に沿った断面図である。 図１３は、図１２のXIII－XIII線に沿った断面図である。 図１４は、変形例３に係る溶接トーチの平面図である。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。先ず、本発明の一実施形態に係る全姿勢溶接装置１の概略構成から説明する。
〔全姿勢溶接装置１〕
　図１及び図２に示された全姿勢溶接装置１は、チューブ１０同士の突合せ溶接を自動的に行うものである。溶接方法は、例えば、ＴＩＧ（Tungsten　Inert　Gas）溶接であってよい。
　溶接装置１は、溶接トーチ３と、溶接トーチ３をチューブ１０の回りに回転させる回転機構２と、溶接トーチ３を三次元的に移動させる３つの直動機構（第一直動機構１２、第二直動機構１４、及び第三直動機構１６）とを備えている。
　第一直動機構１２は溶接トーチ３をチューブ１０の軸方向（例えば、水平方向）に移動し、第二直動機構１４及び第三直動機構１６は溶接トーチ３をチューブ１０の軸方向と直交する面上の互いに直交する方向（例えば、水平方向及び鉛直方向）に移動する。但し、溶接トーチ３を三次元的に移動させるには、必ずしも３つの直動機構を用いる必要はない。例えば、第二直動機構１４及び第三直動機構１６に代えて、後述する回転部材２１に対して溶接トーチ３をチューブ１０の半径方向に移動する半径方向移動機構が採用されてもよい。あるいは、溶接トーチ３は、必ずしも三次元的に移動させられる必要はなく、チューブ１０の軸方向と直交する面上で二次元的に移動させられてもよい。
　第一直動機構１２は、チューブ１０の軸方向と平行なベースプレート１１に取り付けられている。ベースプレート１１には、チューブ１０をクランプするクランプ機構１８が設けられている。第二直動機構１４は、取付座１３を介して第一直動機構１２の可動部に固定されている。第三直動機構１６は、取付座１５を介して第二直動機構１４の可動部に固定されている。なお、第一乃至第三直動機構１２，１４，１６の位置が相互に入れ替え可能であることは言うまでもない。
　回転機構２は、チューブ１０の軸方向と直交する板状のテーブル２０を含む。テーブル２０は、取付座１７を介して第三直動機構１６の可動部に固定されている。テーブル２０には、チューブ１０が嵌まり込み可能な略Ｕ字状の回転部材２１が回転可能に支持されている。また、テーブル２０にも、チューブ１０が嵌まり込み可能な切欠き２０ａが形成されている。
　回転部材２１は、チューブ１０の軸方向から見たときに円弧状の外周面を有しており、この外周面には外歯が形成されている。テーブル２０には、モータ２６が取り付けられているとともに、ギア列が支持されている。ギア列は、モータ２６の出力軸に固定された駆動ギア２５から回転部材２１へトルクを伝達する。なお、図２では、図面の簡略化のためにギア列及びモータ２６が省略されている。
　上記のギア列は、駆動ギア２５と噛み合う大径の第一従動ギア２４と、第一従動ギア２４と噛み合う一対の第二従動ギア２３と、第二従動ギア２３及び回転部材２１と噛み合う一対の第三従動ギア２２とを含む。このような構成により、回転部材２１の開口部が一方の第三従動ギア２２に差し掛かったとしても、他方の第三従動ギア２２により回転部材２１にトルクが伝達される。
　溶接トーチ３は、例えば、回転部材２１の中央に、チューブ１０の軸方向に突出するように固定される。溶接トーチ３は、チューブ１０の半径方向と直交する板状のトーチ本体４と、電極ホルダ７を介してトーチ本体４に支持された非消耗電極５とを含む。
　非消耗電極５は、チューブ１０における溶接部位との間にアークを発生させるためのものである。ここで、溶接部位とは、例えば、チューブ１０同士の接合部に開先が取られていて何層も溶接層を形成する場合には、一層目では開先の底部であり、二層目以降では、前回の層のことである。そして、非消耗電極５と溶接部位との間には、図略のワイヤ供給装置から溶接ワイヤ（図示略）が供給される。
　以上の構成の溶接装置１では、溶接トーチ３が、回転機構２によりチューブ１０の回りに回転させられながら、第一乃至第三直動機構１２，１４，１６により所定の軌道に沿って移動させられる。このとき、溶接トーチ３の位置は、非消耗電極５から溶接部位までの距離が所定値となるように第一乃至第三直動機構１２，１４，１６により微調整される。
　回転部材２１は導電性を有し、トーチ本体４及びそれに保持された非消耗電極５を備える溶接トーチ３は導電性を有し、その溶接トーチ３を支持している回転部材２１も導電性を有する。回転部材２１を回転可能にしているテーブル２０には、適宜位置にチューブ挿入用の切欠きが形成されている。そして、回転部材２１とテーブル２０との間には、回転部材２１が１回転する間に、当該回転部材２１の裏面と接続し続ける給電ブラシ（図示略）が設けられている。このようにして、溶接トーチ３へは、給電ブラシから回転部材２１を介して電力が供給される。そのため、溶接トーチ３に接続されるライン類を削減することができ、トーチ周辺構成の総厚を薄くすることができる。
〔溶接トーチ３の構成〕
　ここで、溶接トーチ３の構成を詳細に説明する。図３は溶接トーチ３の平面図、図４は図３のIV－IV線に沿った断面図、図５は図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図、図６は図４のVI－VI線に沿った断面図である。
　図３～図６に示すように、溶接トーチ３は、非消耗電極５と、電極ホルダ７と、トーチ本体４とを備えている。非消耗電極５の軸方向は、チューブ１０の半径方向と平行である。非消耗電極５は電極ホルダ７に保持され、電極ホルダ７はトーチ本体４に形成されたスリーブ４４に挿入されている。以下、説明の便宜上、図３及び図４に示すように、非消耗電極５の軸方向を上（Ｕ）下（Ｄ）方向（先端側を下方、その反対側を上方）、チューブ１０の軸方向を前（Ｆ）後（Ｂ）方向、それらの二方向と直交する方向を左（Ｌ）右（Ｒ）方向ということがある。
　電極ホルダ７は、非消耗電極５の軸方向と直交する六角形板状の頭部７１と、頭部７１から下向きに延びるホルダ筒部７２とを含む。ホルダ筒部７２内には、ホルダ筒部７２の下側から非消耗電極５が挿入される。電極ホルダ７に挿入された非消耗電極５は、その先端部が電極ホルダ７から延出している。ホルダ筒部７２の外周面には、ネジ山７３が形成されている。また、ホルダ筒部７２の先端部には、縮径を許容するためのスリット（図示略）が形成されており、ホルダ筒部７２はコレットとしての機能を有する。
　トーチ本体４は、チューブ１０の半径方向から見たときに概ね矩形状を呈する基部４０と、基部４０の右側部から右側方へ向けて突出する継手部４８とを一体的に有している。継手部４８には図略のホースが接続され、このホースを通じて基部４０内に形成されたシールドガス流路５１，５２へシールドガスが供給される。
　基部４０には、電極ホルダ７を保持するスリーブ４４、スリーブ４４の周囲にシールドガス流路５１，５２を形成する流路形成部４１、非消耗電極５の電極ホルダ７から延出した先端部の周囲にシールドガス案内空間５３を形成するノズル４２、及び、シールドガス流路５１とシールドガス案内空間５３とを隔てるガスレンズ９が、一体的に形成されている。
　スリーブ４４は、チューブ１０の半径方向（即ち、非消耗電極５の軸方向）と平行に延びている。スリーブ４４の内周面には、ネジ溝４６が形成されている。このネジ溝４６は、スリーブ４４に螺入される電極ホルダ７のネジ山７３と螺合する。スリーブ４４の先端部（下端部）は、下方へ向かって窄まるテーパ形状を有している。このスリーブ４４のテーパ形状により、電極ホルダ７に非消耗電極５が挿入された状態で電極ホルダ７がスリーブ４４の内周のネジ溝４６にねじ込まれると、ホルダ筒部７２はスリーブ４４の先端部から縮径する方向に加圧され、非消耗電極５が電極ホルダ７に保持される。
　流路形成部４１は、スリーブ４４の周囲にシールドガス流路５１，５２を形成している。本実施形態に係るシールドガス流路５１，５２は、内周流路５１と外周流路５２とを含んでいる。内周流路５１は、スリーブ４４の周囲に形成された環状の流路であって、ガスレンズ９に臨んでいる。外周流路５２は、内周流路５１の周囲に形成された環状の通路である。外周流路５２は継手部４８の流路５５と接続流路５６によって接続されている。
　内周流路５１と外周流路５２との間は、隔壁４７によって隔たれている。隔壁４７には、内周流路５１と外周流路５２とを連通し、外周流路５２から内周流路５１へのシールドガスの流入を許容する連通口５０が形成されている。本実施形態では、複数の連通口５０が隔壁４７に周方向に分散して設けられており、内周流路５１の全周囲からその内部へシールドガスが流入する。
　各連通口５０は、隔壁４７の上部であって、より内周流路５１の天井により近い位置、換言すれば、ガスレンズ９からより離れた位置に設けられている。なお、接続流路５６は、連通口５０よりも下方において、外周流路５２と接続されている。よって、接続流路５６より外周流路５２へ流入するシールドガスの流れは、隔壁４７に当接する。これにより、シールドガスが連通口５０を通じて直接に内周流路５１へ流入することが防がれている。
　内周流路５１の天井は、スリーブ４４の基端部と滑らかに連続しており、スリーブ４４の基端部と内周流路５１の天井との境界部分は曲面で接続されている。このように内周流路５１を形成している壁に形成された曲面部分は、外周流路５２から内周流路５１へ流入したシールドガスの流れをガスレンズ９へ向けて偏向させる案内部５４として機能する。
　ノズル４２は、流路形成部４１から下方へ突出する円周状のリップ４５を含んで、流路形成部４１の下方に設けられている。本実施形態においては、ノズル４２の内周壁と、隔壁４７とが、非消耗電極５の軸方向に連続している。リップ４５の先端部（下端部）は、非消耗電極５の先端部よりも上方、且つ、スリーブ４４の先端部よりも下方に位置している。リップ４５の先端部は、対向するチューブ１０の外周面に沿うように、湾曲している。このリップ４５によって、ガスレンズ９からノズル４２の開口縁までの距離、即ち、ノズル４２の長さが延長される。
　ノズル４２によって、その内周側にシールドガス案内空間５３が形成されている。シールドガス案内空間５３では、ガスレンズ９から流出したシールドガスが、拡散しないで、ノズル４２の延伸方向、即ち、非消耗電極５の軸方向と平行な層流状に流れるように整流される。
　ガスレンズ９は、シールドガスを層流に整流するものであって、内周流路５１とシールドガス案内空間５３との間を隔てている。ガスレンズ９は非消耗電極５を中心とする中空円盤形状を呈している。ガスレンズ９の内周部は、スリーブ４４の先端部の外周面と接続され、ガスレンズ９の外周部はノズル４２の内周面（又は、隔壁４７の内周面）と接続されている。ガスレンズ９については、後ほど詳述する。
　なお、本実施形態に係るトーチ本体４は、導電性の金属から成り、金属３Ｄプリンタで製作されている。但し、継手部４８は、必ずしもトーチ本体４に一体的に形成されている必要はなく、溶接または螺合構造によりトーチ本体４に接合されていてもよい。金属３Ｄプリンタでトーチ本体４を製作する際には、例えば、原料としての金属粉末に、レーザー光を照射する。レーザー光の照射により、個々の金属粉末が溶融し、溶融した金属粉末同士が融合してソリッド構造が生み出される。金属粉末の材質は、例えば、銅及び銅合金、鋼、ステンレス、アルミニウム、チタン、ニッケル合金などである。
　上記構成の溶接トーチ３では、継手部４８の流路５５を通じて導入されたシールドガスは、接続流路５６を通じて、先ず、外周流路５２へ流入する。外周流路５２に拡散したシールドガスは、連通口５０を通じて、内周流路５１へ流入する。内周流路５１へ流入するシールドガスの流れは、連通口５０からスリーブ４４へ向かい、内周流路５１の天井とスリーブ４４との境界部に位置する案内部５４に当接し、当該案内部５４の曲面に案内されて向きを変え、ガスレンズ９へと向かう。シールドガスは、ガスレンズ９を通過するうちに整流されて層流となってシールドガス案内空間５３へ流出し、ノズル４２の先端からチューブ１０へ向けて噴出する。
〔ガスレンズ９の構成〕
　ここで、ガスレンズ９の構成について詳細に説明する。図７はガスレンズ９の平面図、図８はガスレンズ９の部分的な拡大平面図、図９は図８のIX－IX線に沿った断面図、図１０はガスレンズの斜視図である。
　図７～図１０に示すように、ガスレンズ９はラティス構造を有している。換言すれば、ガスレンズ９は、細長い梁９０，９２が三次元状に繋ぎ合わされた立体的網目状格子である。なお、金属３Ｄプリンタで製造可能なように、ラティス構造を形成している細長い梁９０，９２の直径Φは最小で０．２ｍｍ程度である。
　本実施形態に係るガスレンズ９は、横梁９０を平面状に繋ぎ合わされて成るメッシュシート９１が、位相を違えて、非消耗電極５の軸方向に積み重ねられ、更に、上下に積層されたメッシュシート９１の格子点同士が縦梁９２で繋ぎ合わされた構造を有している。このようなラティス構造を有するガスレンズ９には、梁９０，９２によって規則的な空隙が形成されている。なお、図８では、メッシュシート９１のうち４セルの格子が示されており、複数のメッシュシート９１が位相を違えて厚み方向に積み重ねられた様子が示されている。また、図９では、メッシュシート９１の格子点同士が斜めの縦梁９２で繋ぎ合わされた、立体的網目状格子が明らかとなっている。
　上記構成のガスレンズ９において、スリーブ４４の先端部と接続されているガスレンズ９の内周部は、スリーブ４４にねじ込まれる電極ホルダ７からの圧力に抗するために、ガスレンズ９の余の部分と比較して高い剛性が要求される。そこで、ガスレンズ９の内周部の、とりわけ、スリーブ４４との結合部の空隙率は、ガスレンズ９の余の部分と比較して低い値（例えば１０％以下）にとどめられている。空隙率は、見掛け体積及びガスレンズ９の構成材料の真密度から求めることができる。
　以上に説明したように、本実施形態の溶接トーチ３は、シールドガスを整流するラティス構造のガスレンズ９を備えることを特徴としている。
　また、本実施形態の全姿勢溶接装置１は、溶接トーチ３と、溶接トーチ３をチューブ１０の回りに回転させる回転機構２とを、備えることを特徴としている。
　上記溶接トーチ３及び全姿勢溶接装置１では、ガスレンズ９がラティス構造を有している。ガスレンズ９をラティス構造とすることにより、３Ｄプリンタを用いて造形されたガスレンズ９には規則的な空隙が形成されている。そのため、ガスレンズ９が多孔質体である場合と比較して、ガスレンズ９の空隙率が安定する。これにより、このようなガスレンズ９を備えた溶接トーチ３の歩留まりの向上が期待される。
　また、上記実施形態の溶接トーチ３では、ガスレンズ９は、複数の梁９０が平面状に繋ぎ合わされて成るメッシュシート９１が、位相を違えて厚み方向に重ねられた構造を有している。積層されたメッシュシート９１の格子点同士は縦梁９２で繋ぎ合わされている。
　上記実施形態では、溶接トーチ３のガスレンズ９は横梁９０と縦梁９２とが繋ぎ合わされた三次元立体的網目状格子構造を有しているが、これに限定されず、ガスレンズ９は、３Ｄプリンタを用いて規則的な空隙を造形しうるラティス構造を有していればよい。例えば、ガスレンズ９は、複数の梁９０が平面状に繋ぎ合わされて成るメッシュシート９１が、位相を違えて幾重に重ね合わされた構造ものであってもよい。但し、本実施形態のように、メッシュシート９１の層間に、格子点同士を繋ぐ縦梁９２が設けられることで、ガスレンズ９を通過するシールドガスは、ラティス構造の横梁９０だけでなく、縦梁９２によっても整流される。これにより、縦梁９２が設けられない場合と比較して、メッシュシート９１の積層枚数が減っても、同等の整流効果が得られる。換言すれば、縦梁９２が設けられない場合と比較して、メッシュシート９１の積層枚数を減らすことができ、ガスレンズ９の厚さ（即ち、非消耗電極５の軸方向の寸法）を抑えることができる。
　また、本実施形態に係る溶接トーチ３は、非消耗電極５と、非消耗電極５が挿入される電極ホルダ７と、電極ホルダ７を保持するスリーブ４４、スリーブ４４の周囲にシールドガス流路５１を形成する流路形成部４１、及び、非消耗電極５の電極ホルダ７から延出した先端部の周囲にシールドガス案内空間５３を形成するノズル４２を有するトーチ本体４とを、備えている。そして、ガスレンズ９が、トーチ本体４のシールドガス流路５１とシールドガス案内空間５３とを隔てるように設けられている。
　また、本実施形態に係る溶接トーチ３において、ガスレンズ９の内周部がスリーブ４４の外周面と接続され、ガスレンズ９の外周部がノズル４２（又は、隔壁４７）の内周面と接続されている。
　これにより、シールドガス流路５１とシールドガス案内空間５３との間隙から、ガスレンズ９を通過しないシールドガスが漏れ出すことを防止することができる。また、金属３Ｄプリンタを用いて、ガスレンズ９がトーチ本体４の他の要素と一体的に造形される場合に、ガスレンズ９の内周部が剛体であるスリーブ４４に支持され、ガスレンズ９の外周部が剛体であるノズル４２に支持されるため、ガスレンズ９が安定して造形される。
　また、本実施形態に係る溶接トーチ３において、ガスレンズ９が、スリーブ４４及びノズル４２と一体的に形成されている。本実施形態では、トーチ本体４の、ガスレンズ９、スリーブ４４、及びノズル４２は、金属３Ｄプリンタで造形されている。
　このように、金属３Ｄプリンタによる造形技術を用いて、ソリッドなメタル部と、それよりも空隙率の高いガスレンズ９とを、一つのトーチ本体４に組み合わせた溶接トーチ３を安価に製造することができる。
　また、本実施形態に係る溶接トーチ３では、シールドガス流路５１，５２が、スリーブ４４の周囲に形成され、ガスレンズ９に臨む内周流路５１と、内周流路５１の周囲に形成され、内周流路５１と隔壁４７により隔たれた外周流路５２とを含んでいる。そして、隔壁４７に、外周流路５２から内周流路５１へのシールドガスの流入を許容する連通口５０が設けられている。
　このように、シールドガス流路５１，５２を、内周流路５１とその外周側に設けられた外周流路５２との内外二重構造とすることで、トーチ本体４の非消耗電極５の軸方向と平行な方向の寸法（即ち、厚さ）を抑えても、十分にシールドガスを層流化することができる。この結果、シールドガス流路が一つの空間である場合と比較して、溶接トーチ３を扁平化する、即ち、厚さを薄くすることができる。
　また、本実施形態に係る溶接トーチ３では、内周流路５１を形成している壁に、外周流路５２から内周流路５１へ流入したシールドガスの流れをガスレンズ９へ向けて偏向させる案内部５４が形成されている。
　これにより、内周流路５１へ流入したシールドガスの流れは、案内部５４以外の壁と衝突して拡散することなく、効率的にガスレンズ９へ案内される。
〔変形例〕
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。なお、変形例１～３の説明では、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
（変形例１）
　上記実施形態に係る溶接トーチ３において、内周流路５１と外周流路５２との隔壁４７に設けられた連通口５０は、隔壁４７を貫く孔である。但し、連通口５０の態様はこれに限定されない。連通口５０は、例えば、スリットであったり、内周流路５１へ向けて拡径するテーパ孔（図１２、参照）であったりしてもよい。また、連通口５０を通過するシールドガスに流動抵抗を与えるために、連通口５０に旋回羽根などの障害物が設けられてもよい。
（変形例２）
　上記実施形態に係る溶接トーチ３において、内周流路５１と外周流路５２との隔壁４７に設けられた連通口５０は、隔壁４７において周方向に均等な間隔で並べられている。但し、連通口５０の配置は、上記実施形態に限られず、隔壁４７において周方向に偏って設けられていてもよい。図１１は変形例２に係る溶接トーチ３Ａの平面図、図１２は図１１のXII－XII線に沿った断面図、図１３は図１２のXIII－XIII線に沿った断面図である。図１１～１３に示す変形例２に係る溶接トーチ３Ａでは、外周流路５２を、シールドガスの流入部を含む第１部分と、余の第２部分とに周方向に２分割したときに、第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率が大きい。なお、外周流路５２におけるシールドガスの流入部とは、外周流路５２と接続流路５６との接続部のことである。
　特に、図１１及び図１３に明確に示されるように、変形例２に係る溶接トーチ３Ａでは、隔壁４７に同じサイズの複数の連通口５０が形成されており、第１部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の数よりも、第２部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の数が多い。その結果、第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率が大きくなっている。但し、第１部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の開口面積よりも、第２部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の開口面積を大きくすることで、第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率を大きくしてもよい。
　上記のように、外周流路５２の第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率を大きくすることで、外周流路５２の第１部分に流入したシールドガスが第２部分まで回り込みやすくなり、シールドガスを外周流路５２で拡散させることができる。
（変形例３）
　上記実施形態に係る溶接トーチ３において、電極ホルダ７はその筒部７２にコレットとしての機能を備えている。但し、以下に説明する変形例３に係る溶接トーチ３Ｂのように、電極ホルダ７からコレットとしての機能を省くこともできる。図１４は、変形例３に係る溶接トーチ３Ｂの平面図である。
　変形例３に係る溶接トーチ３Ｂは、非消耗電極５Ｂと、電極ホルダ７Ｂと、トーチ本体４とを備えている。非消耗電極５は電極ホルダ７Ｂに保持され、電極ホルダ７Ｂはトーチ本体４に形成されたスリーブ４４に挿入されている。
　非消耗電極５Ｂは、電極軸部５ａと、電極軸部５ａから先端に向かって漸次縮径する電極テーパ部５ｂとを有する。
　電極ホルダ７Ｂは、ホルダ筒部７２と、ホルダ筒部７２の外周壁に形成されたネジ山７３（第１ネジ部）と、ホルダ筒部７２の端部開口の一方を閉塞するホルダ頭部７１とを一体的に有する。前述の実施形態に係る溶接トーチ３のホルダ筒部７２の長さは、スリーブ入口４４ａからスリーブ出口４４ｂまでの長さと実質的に同じであるが（図４、参照）、本変形例に係る溶接トーチ３Ｂのホルダ筒部７２の長さは、スリーブ入口４４ａからスリーブ出口４４ｂまでの長さよりも短い。そのため、スリーブ４４に螺入されたホルダ筒部７２の先端は、スリーブ出口４４ｂに到達しない。
　ホルダ筒部７２には、前述の実施形態とは異なって、スリ割りが形成されていない。つまり、本変形例に係るホルダ筒部７２はコレットとしての機能を備えていない。筒部７２の外周部には、ネジ山７３が設けられている。ホルダ筒部７２の内径は、電極軸部５ａを遊挿できるように、電極軸部５ａの外径よりも若干大きい。電極軸部５ａの外径は、前述の実施形態に係る非消耗電極５の外径よりも大きく、前者は後者の１．５倍以上であってよい。
　スリーブ４４は、非消耗電極５Ｂ及びホルダ筒部７２が挿入されるスリーブ入口４４ａと、ネジ山７３と螺合するネジ溝４６（第２ネジ部）と、電極テーパ部５ｂの最小径よりも大きく且つ最大径よりも小さい内径のスリーブ出口４４ｂとを有する。なお、本変形例では、スリーブ４４にネジ溝４６が設けられ、電極ホルダ７Ｂにネジ山７３が設けられているが、スリーブ４４にネジ山が設けられ、電極ホルダ７Ｂにネジ溝が設けられても構わない。電極ホルダ７Ｂのネジ山７３はスリーブ４４のネジ溝４６と螺合しており、これにより、電極ホルダ７Ｂの挿脱方向の移動が許容されている。つまり、電極ホルダ７Ｂがスリーブ４４に相対して回転することによって、スリーブ４４に対し電極ホルダ７Ｂを挿脱方向に移動させることができる。
　本変形例に係るスリーブ４４では、スリーブ出口４４ｂの近傍は先端に向かって漸次縮小するテーパ形状を呈している。そして、このテーパ形状の勾配は、電極テーパ部５ｂの勾配よりも大きい。但し、スリーブ出口４４ｂの近傍がテーパ形状である必要はなく、例えば、スリーブ４４のスリーブ出口４４ｂ側の端面が閉塞され、そこにスリーブ出口４４ｂとなる開口が設けられてもよい。
　上記構成の溶接トーチ３Ｂでは、スリーブ入口４４ａからスリーブ出口４４ｂまでの長さは、ホルダ筒部７２の長さよりも長く、且つ、非消耗電極５Ｂの長さよりも短い。従って、スリーブ入口４４ａからスリーブ４４に挿入された溶接トーチ３Ｂは、その先端部分がスリーブ出口４４ｂから突出する。非消耗電極５Ｂは、電極テーパ部５ｂがスリーブ出口４４ｂの開口縁と当接することによって、スリーブ４４への挿入方向への移動が規制される。そのため、非消耗電極５Ｂのスリーブ４４からの突出長は、テーパ部５９の長さや勾配で調整可能である。
　上記構成の溶接トーチ３Ｂでは、スリーブ４４にホルダ筒部７２が挿入され、ホルダ筒部７２に電極軸部５ａが挿入され、電極テーパ部５５ｂがスリーブ出口４４ｂの開口縁に当接し、電極軸部５ａがホルダ頭部７１に当接している。スリーブ４４に電極ホルダ７Ｂがねじ込まれることにより、非消耗電極５Ｂはスリーブ４４と電極ホルダ７Ｂとの間で軸方向に加圧された状態となっている。つまり、電極ホルダ７Ｂの軸力によって、非消耗電極５Ｂがトーチ本体４に保持されている。
　このように本変形例に係る溶接トーチ３Ｂでは、コレットを省いているが、非消耗電極５Ｂがスリーブ４４と電極ホルダ７Ｂとによってトーチ本体４に相対位置が固定された状態で保持されている。このような溶接トーチ３Ｂでは、電極ホルダ７Ｂが消耗部品であるコレットを備えないため、非消耗電極５Ｂを交換する際に、電極ホルダ７Ｂを再利用することができる。
１　全姿勢溶接装置
２　回転機構
３，３Ａ，３Ｂ　溶接トーチ
４　トーチ本体
５，５Ｂ　非消耗電極
５ａ　電極軸部
５ｂ　電極テーパ部
５ｔ　テーパ部
７，７Ｂ　電極ホルダ
７１　ホルダ頭部
７２　ホルダ筒部
７３　ネジ山
９　ガスレンズ
１０　チューブ
１１　ベースプレート
１２，１４，１６　直動機構
１８　クランプ機構
２０　テーブル
２１　回転部材
２２，２３，２４　従動ギア
２５　駆動ギア
２６　モータ
４０　基部
４１　流路形成部
４２　ノズル
４４　スリーブ
４４ａ　スリーブ入口
４４ｂ　スリーブ出口
４５　リップ
４６　ネジ溝
４７　隔壁
４８　継手部
５０　連通口
５１　内周流路（シールドガス通路）
５２　外周流路（シールドガス通路）
５３　シールドガス案内空間
５４　案内部
５６　接続流路
９０，９２　梁
９１　メッシュシート

Claims (11)

  1. 　シールドガスを整流するラティス構造のガスレンズを備える、溶接トーチ。
  2. 　前記ガスレンズは、複数の梁が平面状に繋ぎ合わされて成るメッシュシートが、位相を違えて厚み方向に重ねられた構造を有する、
    請求項１に記載の溶接トーチ。
  3. 　積層された前記メッシュシートの格子点同士が縦梁で繋ぎ合わされている、
    請求項２に記載の溶接トーチ。
  4. 　非消耗電極と、
    　前記非消耗電極を保持する電極ホルダと、
    　前記電極ホルダが挿入されるスリーブ、前記スリーブの周囲にシールドガス流路を形成する流路形成部、及び、前記非消耗電極の前記電極ホルダから延出した先端部の周囲にシールドガス案内空間を形成するノズルを有するトーチ本体とを、備え
    　前記ガスレンズが、前記トーチ本体の前記シールドガス流路と前記シールドガス案内空間とを隔てるように設けられている、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
  5. 　前記ガスレンズの内周部が前記スリーブの外周面と接続され、前記ガスレンズの外周部が前記ノズルの内周面と接続されている、
    請求項４に記載の溶接トーチ。
  6. 　前記ガスレンズが、前記スリーブ及び前記ノズルと一体的に形成されている、
    請求項４又は５に記載の溶接トーチ。
  7. 　前記シールドガス流路が、前記スリーブの周囲に形成され、前記ガスレンズに臨む内周流路と、前記内周流路の周囲に形成され、前記内周流路と隔壁により隔たれた外周流路とを含み、
    　前記隔壁に、前記外周流路から前記内周流路へのシールドガスの流入を許容する連通口が設けられている、
    請求項４～６のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
  8. 　前記外周流路を、シールドガスの流入部を含む第１部分と、余の第２部分とに周方向に２分割したときに、前記第１部分の前記隔壁の開口率よりも、前記第２部分の前記隔壁の開口率が大きい、
    請求項７に記載の溶接トーチ。
  9. 　前記内周流路を形成している壁に、前記外周流路から前記内周流路へ流入したシールドガスの流れを前記ガスレンズへ向けて偏向させる案内部が形成されている、
    請求項７又は８に記載の溶接トーチ。
  10. 　前記非消耗電極は、電極軸部と、前記電極軸部から先端に向かって漸次縮径する電極テーパ部とを有し、
    　前記電極ホルダは、スリ割りの無いホルダ筒部と、前記ホルダ筒部の外周壁に形成された第１ネジ部と、前記ホルダ筒部の端部開口の一方を閉塞するホルダ頭部とを有し
    　前記スリーブは、前記非消耗電極及び前記ホルダ筒部が挿入されるスリーブ入口と、前記第１ネジ部と螺合して前記電極ホルダの挿脱方向の移動を許容する第２ネジ部と、前記電極テーパ部の最小径よりも大きく且つ最大径よりも小さい内径のスリーブ出口とを有し、
    　前記スリーブに前記ホルダ筒部が挿入され、当該ホルダ筒部に前記電極軸部が挿入され、前記電極テーパ部が前記スリーブ出口の開口縁に当接し、前記電極軸部が前記ホルダ頭部に当接する、
    請求項４に記載の溶接トーチ。
  11. 　チューブ同士の突合せ溶接を行う全姿勢溶接装置であって、
    　請求項１～１０のいずれか一項に記載の溶接トーチと、
    　前記溶接トーチを前記チューブの回りに回転させる回転機構とを、備える、
    全姿勢溶接装置。
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