JP6014331B2

JP6014331B2 - ホットワイヤ供給装置

Info

Publication number: JP6014331B2
Application number: JP2012009937A
Authority: JP
Inventors: 大脇　桂; 桂大脇; 直幸松本; 幸太郎猪瀬; 友洋杉野
Original assignee: IHI Corp; IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: JP2013146768A

Description

本発明は、例えば、レーザ光を用いたレーザ溶接において、レーザ光を照射した溶接部分に通電加熱しつつ溶接ワイヤを供給するのに用いられるホットワイヤ供給装置に関するものである。

従来、上記したようなホットワイヤ供給装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

このホットワイヤ供給装置は、ホットワイヤTIG溶接において、溶接ワイヤを通電加熱しつつ溶接部分に送り込むのに用いられるもので、溶接ワイヤに通電することで得るジュール熱は、TIG溶接の補助熱源として用いられる。

このホットワイヤ供給装置は、溶接ワイヤの送給機構と、この送給機構から送出される溶接ワイヤをガイドするコンジットチューブの先端に固定されたワイヤトーチと、このワイヤトーチに電源を供給するワイヤ加熱電源を備えている。

ワイヤトーチは、溶接部分に向けて溶接ワイヤを案内支持するセラミックチップと、このワイヤトーチ内で溶接ワイヤと接触して給電する給電電極を具備しており、この給電電極に対するワイヤ加熱電源からの給電は給電ケーブルを介して行われるようになっている。

特開2005-111551号公報

上記したホットワイヤ供給装置において、大電流を溶接ワイヤに通電する都合上、給電ケーブルには大径で且つ剛性の高い被覆部材が使用されることから、その取り回しが面倒であるのに加えて、僅かな接触でもワイヤトーチの先端のセラミックチップが大きく動いてしまい、アライメントをし直さなくてはならないという問題があった。

また、溶接ワイヤに通電することで生じるジュール熱によって、セラミックチップが激しく消耗することから、安価ではないセラミックチップを頻繁に交換する必要があり、その分だけ、ランニングコストの上昇を招いてしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、作業性の向上を実現することができるのに加えて、ランニングコストの上昇を抑えることが可能であるホットワイヤ供給装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、溶接ワイヤに通電して加熱しつつ溶融部分に送り込むホットワイヤ供給装置であって、前記溶接ワイヤの送給機構と、この送給機構から送出される前記溶接ワイヤの先端部を前記溶融部分に向けて案内支持するノズルチップと、このノズルチップ近傍に位置する給電部と、この給電部を介して前記溶接ワイヤに電源を供給するワイヤ加熱電源を備えたホットワイヤ供給装置において、冷却媒体、例えば、冷却水を通過させることで前記ノズルチップ及び前記給電部を冷却する冷却部を設けると共に、この冷却部に対する冷却媒体の供給排出を行う冷却媒体流路のうちの前記冷却部を通過した冷却水を排出する側の冷却媒体流路を前記ワイヤ加熱電源から前記給電部に対する給電を行う給電ケーブルに一体的に配置した構成としたことを特徴としており、この構成のホットワイヤ供給装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係るホットワイヤ供給装置では、前記給電ケーブルに一体的に配置される前記冷却部を通過した冷却水を排出する側の前記冷却媒体流路の一部を冷却ホースとし、この冷却ホースに前記給電ケーブルを収納してある構成としている。

本発明に係るホットワイヤ供給装置は、ＣＯ₂レーザ光やＹＡＧレーザ光、或いはレーザダイオードから出射したレーザ光などのレーザ光を用いたレーザホットワイヤ溶接に用いることができるほか、ホットワイヤTIG溶接にも適用可能である。

本発明に係るホットワイヤ供給装置において、レーザ光を照射することで溶融した母材の溶接部分に対して、給電部からの通電によって加熱されて溶融寸前となった溶接ワイヤの先端部をノズルチップから供給すると、溶接ワイヤの先端部も最小限の熱を受けて溶融することから、高品質の溶接が成されることとなる。

この際、ノズルチップ及び給電部は、冷却媒体が通過する冷却部によっていずれも冷却されているので、ノズルチップの消耗が少なく抑えられ、その結果、ノズルチップの交換頻度が減少する分だけ、ランニングコストの低減が図られるのに加えて、ノズルチップに、安価な例えば銅製のものを用いることができるので、ランニングコストのより一層の低減が図られることとなる。

また、冷却部に対する冷却媒体の供給排出を行う冷却媒体流路の一部が、ワイヤ加熱電源と給電部とを結ぶ給電ケーブルに一体的に配置してあることから、給電ケーブルを冷却し得る分だけ、給電ケーブルに小径で且つ剛性の低い被覆部材を用いることができるようになり、したがって、給電ケーブルの取り回しが容易になる。加えて、このような柔軟性のある給電ケーブルは、接触等の負荷に強いことから、アライメントのし直し等の作業がほとんど不要なものとなる。

本発明の請求項１に係るホットワイヤ供給装置では、上記した構成としているので、溶接部分に対するホットワイヤ供給時における作業性の向上を実現することができると共に、ランニングコストの低減を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

また、本発明の請求項２に係るホットワイヤ供給装置では、冷却ホースに給電ケーブルを収納した構成としているので、配管配線作業の複雑さを招くことなく給電ケーブルを冷却し得ることとなる。

本発明の一実施例に係るホットワイヤ供給装置を採用したレーザホットワイヤ溶接機の構成説明図である。図１に示したホットワイヤ供給装置を示す斜視説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係るホットワイヤ供給装置の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係るホットワイヤ供給装置をレーザホットワイヤ溶接機に採用した場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、このレーザホットワイヤ溶接機１は、チラー２により温度管理されたレーザ発振器３と、このレーザ発振器３と光ファイバー４を介して接続するレーザトーチ５と、このレーザトーチ５を移動させる図示しない駆動機構を備えており、レーザトーチ５は、光ファイバー４を介して伝達されるレーザ発振器３からの出力をレーザビームＬＢにして母材Ｂに照射してこの母材Ｂの表面ＢＳを溶融させるようになっている。

このレーザホットワイヤ溶接機１に採用されるホットワイヤ供給装置１０は、レーザトーチ５から照射されるレーザビームＬＢの移動に伴って移動する母材Ｂの表面ＢＳの溶融部分ＢＷに対して、溶接ワイヤＷを連続して供給するものであり、溶接ワイヤＷの送給機構１１と、この送給機構１１からコンジットチューブ１２を介して送給される溶接ワイヤＷの先端部Ｗａを溶融部分ＢＷに向けて案内支持するノズルチップ１３と、このノズルチップ１３近傍に位置する給電部１４と、この給電部１４を介して溶接ワイヤＷに電源を供給することで溶接ワイヤＷの先端部Ｗａを溶融寸前とするワイヤ加熱電源１５を備えている。

また、ホットワイヤ供給装置１０は、図２にも示すように、ノズルチップ１３及び給電部１４の間に配置される冷却部１６を備えており、この冷却部１６は、ポンプ１７から冷却ホース（流路）１８ａを介して供給される冷却水（冷却媒体）が通過することでノズルチップ１３及び給電部１４の双方を冷却するようになっている。

この場合、冷却部１６を通過して排出される冷却水は、冷却ホース１８ｂ，ベースブロック１９，冷却ホース１８ｃ，接続ブロック２０，冷却ホース１８ｄ，中間接続ブロック２１及び冷却ホース１８eを順次介してポンプ１７に戻るようになっており、冷却ホース１８ｄには、ワイヤ加熱電源１５側の中間接続ブロック２１から給電部１４側の接続ブロック２０に対する給電を行う給電ケーブル２２が収納してある。

上記したレーザホットワイヤ溶接機１により溶接を行うに際しては、レーザトーチ５から出射したレーザビームＬＢを母材Ｂに照射すると、母材Ｂは均一にそして最小限の熱を受けて表面ＢＳないしその近傍のみが溶融する。

次いで、図示しない駆動機構の動作によってレーザトーチ５とともにレーザビームＬＢを移動させる。このレーザビームＬＢの移動に伴って移動する母材Ｂの表面ＢＳの溶融部分ＢＷに対して、ホットワイヤ供給装置１０の給電部１４からの通電によって加熱されて溶融寸前となった溶接ワイヤＷの先端部Ｗａをノズルチップ１３から連続して供給する。

そして、この溶融寸前とした溶接ワイヤＷに対してレーザビームＬＢによる加熱を行うと、溶接ワイヤＷの先端部Ｗａも最小限の熱を受けて溶融することから、高品質の溶接が成されることとなる。

この実施例に係るホットワイヤ供給装置１０では、冷却水が通過する冷却部１６によって、ノズルチッ１３プ及び給電部１４の双方を冷却するようにしているので、ノズルチップ１３の消耗が少なく抑えられ、その結果、ノズルチップ１３の交換頻度が減少する分だけ、ランニングコストの低減が図られることとなる。加えて、ノズルチップ１３に、安価な例えば銅製のものを用い得ることから、ランニングコストのより一層の低減が図られることとなる。

また、この実施例に係るホットワイヤ供給装置１０では、冷却部１６から冷却水を排出する側の冷却ホース１８ｄをワイヤ加熱電源１５側と給電部１４側とを結ぶ給電ケーブル２２に一体的に配置していることから、給電ケーブル２２を冷却し得ることとなり、したがって、その分だけ、給電ケーブル２２に小径で且つ剛性の低い被覆部材を用いることができるようになって、給電ケーブル２２の取り回しが容易になるうえ、このような柔軟性のある給電ケーブル２２は、接触等の負荷に強いことから、アライメントのし直し等の作業がほとんど不要なものとなる。

また、この実施例に係るホットワイヤ供給装置１０では、冷却ホース１８ｄに給電ケーブル２２を収納しているので、配管配線作業の複雑さを招くことなく給電ケーブル２２を冷却し得ることとなる。

上記した実施例に係るホットワイヤ供給装置１０は、ＣＯ₂レーザ光やＹＡＧレーザ光、或いはレーザダイオードから出射したレーザ光などのレーザ光を用いたレーザホットワイヤ溶接に用いることができるほか、ホットワイヤTIG溶接にも適用可能である。

本発明に係るホットワイヤ供給装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。

１０ホットワイヤ供給装置
１１溶接ワイヤの送給機構
１３ノズルチップ
１４給電部
１５ワイヤ加熱電源
１６冷却部
１８ａ〜１８ｅ冷却ホース（冷却媒体流路）
２２給電ケーブル
ＢＷ溶融部分
Ｗ溶接ワイヤ
Ｗａ溶接ワイヤの先端部

Claims

溶接ワイヤに通電して加熱しつつ溶融部分に送り込むホットワイヤ供給装置であって、
前記溶接ワイヤの送給機構と、
この送給機構から送出される前記溶接ワイヤの先端部を前記溶融部分に向けて案内支持するノズルチップと、
このノズルチップ近傍に位置する給電部と、
この給電部を介して前記溶接ワイヤに電源を供給するワイヤ加熱電源を備えたホットワイヤ供給装置において、
冷却媒体を通過させることで前記ノズルチップ及び前記給電部を冷却する冷却部を設けると共に、この冷却部に対する冷却媒体の供給排出を行う冷却媒体流路のうちの前記冷却部を通過した冷却水を排出する側の冷却媒体流路を前記ワイヤ加熱電源から前記給電部に対する給電を行う給電ケーブルに一体的に配置した
ことを特徴とするホットワイヤ供給装置。
前記給電ケーブルに一体的に配置される前記冷却部を通過した冷却水を排出する側の前記冷却媒体流路を冷却ホースとし、この冷却ホースに前記給電ケーブルを収納してある請求項１に記載のホットワイヤ供給装置。