JP7509727B2 - Shield jig and gas shielded arc welding device - Google Patents
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Description
本発明は、シールド治具及びガスシールドアーク溶接装置に関する。 The present invention relates to a shield jig and a gas shielded arc welding device.
溶接部にシールドガス(不活性ガス)を供給して、溶接部を空気から遮蔽して酸化を防止するガスシールドアーク溶接が知られている。このようなガスシールドアーク溶接に用いるガスシールド用の溶接トーチが、例えば特許文献1に記載されている。
Gas-shielded arc welding is known, in which a shielding gas (inert gas) is supplied to the weld to shield the weld from the air and prevent oxidation. A gas-shielded welding torch used in this type of gas-shielded arc welding is described, for example, in
特許文献1の溶接トーチは、溶接トーチに設けるシールドガス通路と、溶接ビードの断面形状を制御する制御ガス通路とを、各々独立した通路とし、溶接アーク部を中心として溶接進行方向に対し前後対称の位置に、上記したそれぞれの通路を縦1列に配列した構成となっている。これによれば、狭開先の溶接において、前方シールドガス流路と後方シールドガス流路を設けてガスの流速をコントロールすることで、溶着ビードの断面形状と溶け込みを改善する、と特許文献1に記載されている。
The welding torch in
ところで、活性金属からなる母材又は溶加材(溶接ワイヤ)を用いてガスシールドアーク溶接する場合、活性金属は、大気との親和力が高温時に特に強くなり、空気中の酸素、窒素と反応して酸化物、窒化物を形成しやすくなる。そのため、溶接後の酸化物、窒化物の形成部分の硬化及び脆弱化が顕著となる。そこで、活性金属をガスシールドアーク溶接する場合、一般的には大気と活性金属との接触を避けるために、アフターシールド用の治具を用い、溶接トーチ付近の局部的なガスシールドを実施している。ところが、純チタン又はチタン合金等の溶加材を溶融させて積層造形する際には、アフターシールド用の治具を用いただけでは造形体への酸素及び窒素の侵入を規定値以下に抑えることは依然として困難となる。 When gas-shielded arc welding is performed using a base material or filler metal (welding wire) made of an active metal, the affinity of the active metal with the atmosphere becomes particularly strong at high temperatures, and it is easy for the active metal to react with oxygen and nitrogen in the air to form oxides and nitrides. As a result, the hardening and weakening of the oxide and nitride-formed parts after welding becomes significant. Therefore, when gas-shielded arc welding of active metals is performed, an after-shield jig is generally used to prevent contact between the atmosphere and the active metal, and localized gas shielding is performed near the welding torch. However, when melting a filler metal such as pure titanium or a titanium alloy for additive manufacturing, it is still difficult to suppress the intrusion of oxygen and nitrogen into the molded body below the specified value just by using an after-shield jig.
例えば、溶接の進行方向における前方には、空気、母材などの他の部材に付着した酸素、窒素が存在し、これらの巻き込みを防ぐことが困難である。また、現行のシールド治具は、シールドガスで覆われるシールド範囲が狭いため、積層造形の際に、溶接中の溶着ビードに隣接して高温になった周囲の溶着ビードのガスシールド性まで担保することは困難となる。さらに、溶接の進行方向によっては、ガスシールド性が不十分となり、マニピュレータによる積層造形に制限が生じる可能性がある。 For example, oxygen and nitrogen attached to other materials such as air and the base material are present ahead in the direction of welding, making it difficult to prevent these from being entrained. In addition, current shielding jigs only have a small shielding area that is covered by shielding gas, making it difficult to ensure gas shielding of the surrounding weld beads that become hot adjacent to the weld bead during welding during additive manufacturing. Furthermore, depending on the direction of welding, gas shielding may be insufficient, which could limit additive manufacturing using a manipulator.
そこで本発明は、ガスシールドアーク溶接時において、常に安定して広い範囲のガスシールド性を担保できるシールド治具及びガスシールドアーク溶接装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a shielding jig and gas-shielded arc welding device that can always ensure stable, wide-range gas shielding during gas-shielded arc welding.
本発明は下記の構成からなる。
(1) 金属製の溶加材を溶融及び凝固させて溶着ビードを形成するシールド溶接用の溶接トーチに取り付けられるシールド治具であって、
前記溶接トーチの径方向外側に設けられ、外周面が円筒状の環状部材と、
前記環状部材の前記外周面の外側に、前記環状部材との間に径方向隙間を有して配置され、上部に蓋部を有し底部に開口を有する環状空間を画成する外殻部材と、
前記環状空間にシールドガスを供給するガス供給部材と、
を備え、
前記溶接トーチの軸方向に垂直な断面において、前記開口の断面積が前記環状部材の断面積より小さい、
シールド治具。
(2) (1)に記載のシールド治具を備えるガスシールドアーク溶接装置。
The present invention comprises the following configurations.
(1) A shield jig that is attached to a welding torch for shield welding that melts and solidifies a metal filler metal to form a weld bead,
An annular member having a cylindrical outer circumferential surface, the annular member being provided radially outward of the welding torch;
an outer shell member disposed outside the outer circumferential surface of the annular member with a radial gap between the outer shell member and the annular member, the outer shell member defining an annular space having a lid portion at an upper portion and an opening at a bottom portion;
a gas supply member for supplying a shielding gas to the annular space;
Equipped with
In a cross section perpendicular to the axial direction of the welding torch, the cross-sectional area of the opening is smaller than the cross-sectional area of the annular member.
Shielding fixture.
(2) A gas shielded arc welding apparatus equipped with the shield jig described in (1).
本発明によれば、ガスシールドアーク溶接時において、常に安定して広い範囲のガスシールド性を担保できる。 The present invention ensures stable and wide-range gas shielding during gas-shielded arc welding.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係るシールド治具は、ここではガスシールドアーク溶接により積層造形物を造形する場合を例に説明するが、本発明はこれに限らない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The shielding jig according to the present invention will be described here taking as an example a case in which a layered object is manufactured by gas shielded arc welding, but the present invention is not limited to this.
図1は、ガスシールドアーク溶接装置の概略構成図である。
積層造形物の製造装置であるガスシールドアーク溶接装置100は、溶接ロボット11と、ロボット駆動部13と、溶加材供給部15と、シールドガス供給部17と、溶接電源部19と、制御部21と、を備える。
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas-shielded arc welding apparatus.
The gas shielded
溶接ロボット11は、多関節ロボットであり、先端軸に溶接トーチ23が支持される。溶接トーチ23の位置及び姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で3次元的に任意に設定可能となっている。溶接トーチ23は、溶加材供給部15から連続供給される溶加材Mを溶接トーチ先端から突出した状態に保持する。
The
シールドガス供給部17は、不活性ガスを溶接部に供給する。MIG溶接ではアルゴン、ヘリウム(又はこれらの混合ガス)、あるいは、これに酸素、炭酸ガスのような活性ガスを少量添加したガスをシールドガスとして用いる。一方、MAG溶接では炭酸ガス、アルゴンと炭酸ガスの混合ガスをシールドガスとし、TIG溶接ではアルゴンガスを用いる。さらに、レーザ溶接では、窒素、アルゴン、ヘリウム等をシールドガスとする。
The shielding
溶接トーチ23は、金属製の溶加材Mを溶融及び凝固させて溶着ビードを形成するシールド溶接用の溶接トーチである。具体的に溶接トーチ23は、シールドガス供給部17から供給されるシールドガスを受けるシールドノズル25を有し(図2、図3参照)、シールドノズル25からシールドガスが溶接部に供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接又はプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。
The
溶加材Mを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビーム又はレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビーム又はレーザにより加熱する場合、加熱量をさらに細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層造形物の更なる品質向上に寄与できる。 The heat source for melting the filler material M is not limited to the arc described above. For example, other heat sources may be used, such as a heating method that combines an arc and a laser, a heating method that uses plasma, or a heating method that uses an electron beam or laser. When heating with an electron beam or laser, the amount of heat can be controlled more precisely, and the state of the weld bead can be more appropriately maintained, contributing to further improving the quality of the additive manufacturing product.
溶加材は、例えば純チタン又はチタン合金により構成された、チタン及びチタン合金溶接用の溶接ワイヤが用いられる(例えば、JIS Z 3331参照)。溶加材が純チタン又はチタン合金であれば、溶接母材がチタン系材料の場合でも適切な溶接を行うことができる。なお、溶加材は上記材料に限らず、他の材料であってもよい。 The filler metal is, for example, a welding wire made of pure titanium or a titanium alloy for welding titanium and titanium alloys (see, for example, JIS Z 3331). If the filler metal is pure titanium or a titanium alloy, appropriate welding can be performed even if the welding base metal is a titanium-based material. Note that the filler metal is not limited to the above materials and may be other materials.
溶接トーチ23の外周には、シールド治具31が取り付けられている。シールド治具31は、シールドガス供給部17からシールドガスが供給され、溶接部に向けてシールドガスを噴射する。シールド治具31の詳細は後述する。
A
ロボット駆動部13は、制御部21からの指示を受けて、溶接ロボット11の各部を駆動し、必要に応じて溶接電源の出力を制御する。
The
制御部21は、CPU、メモリ、ストレージ等を備えるコンピュータ装置により構成され、予め用意された駆動プログラム、又は所望の条件で作成した駆動プログラムを実行して、溶接ロボット11等の各部を駆動する。これにより、駆動プログラムに応じて溶接トーチ23が移動して、ベースプレート29上に複数層の溶着ビードBを積層することで、多層構造の積層造形物が造形される。
The
図2は、溶接トーチ23の先端のシールドノズル25、及びシールドノズル25の外周に設けられるシールド治具31の斜視図である。
上述したように、シールドガス供給部17は、溶接トーチ23及びシールド治具31の双方にシールドガスを供給する。溶接トーチ23のシールドノズル25は、ノズル先端部で溶加材Mを突出させるとともに、シールドガス供給部17から供給されたシールドガスG1を下方の溶接部に向けて噴射する。
FIG. 2 is a perspective view of the
As described above, the shielding
図3は、シールドノズル25の内部構造を示す概略断面図である。
ここで示すシールドノズル25は消耗電極式である。シールドノズル25の内部には、コンタクトチップ27が配置され、溶融電流が給電される溶加材Mがコンタクトチップ27に保持される。溶接トーチ23は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生する。この溶加材Mは、図1に示す溶接ロボット11の一部に取り付けた不図示の繰り出し機構により溶接トーチ23に送給される。溶接トーチ23が移動しつつ、連続送給される溶加材Mを溶融及び凝固させることで、ベースプレート29上に溶加材Mの溶融凝固体である溶着ビードBが形成される。このとき、溶接トーチ23からは、シールドガス供給部17から供給されたシールドガスG1が、シールドノズル25の内部に画成された内部空間S1を通過して噴射され、溶加材Mをシールドする。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the
The
また、図2に示すシールド治具31にはガス供給管33が接続される。ガス供給管33の先端は、シールド治具31の上面を貫通して治具内部に挿入され、環状の中空パイプ35に接続されている。中空パイプ35は、治具内部の下方に開口37を有する環状空間S2の上方に配置され、その全周にわたって均等間隔で、複数の噴射口35aが形成されている。ガス供給管33から供給されたシールドガスは、中空パイプ35の噴射口35aから上方に向けて噴射されて、その後、環状空間S2の開口37から下方に向けて噴射される。
A
図4は、シールド治具31の内部構造を示す概略断面図である。
シールド治具31は、溶接トーチ23の先端に設けられたシールドノズル25の外周に設けられ、環状部材39と、外殻部材41と、ガス供給管33及び中空パイプ35からなるガス供給部材43とを備える。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the shielding
The
環状部材39は、溶接トーチ23のシールドノズル25の径方向外側に設けられ、外側筐体39aと、外側筐体39aの内部に充填される断熱部材39bを備える。外側筐体39aは、中心にシールドノズル25が挿入される環状板部39a1と、環状板部39a1の外周に接続され、外周面が円筒状の円筒状板部39a2とを有する。環状部材39とシールドノズル25とは、溶接、ねじ止め、クランプ機構等の適宜な方法によって固定されている。
The
断熱部材39bは、例えば、ガラスウール、ステンレス、セラミックス等の断熱材によって構成されるが、その材料は特に限定されない。環状部材39は、外側筐体39aと断熱部材39bとが個別に配置される以外にも、素材自体が断熱性を有する一体型の固形部材によって構成されていてもよい。環状部材39が断熱部材39bを含むため、溶接により発生する熱が周囲部材に及ぶことを抑制できる。
The insulating
外殻部材41は、環状部材39の円筒状板部39a2の外側に、環状部材39との間に径方向隙間を有して配置される。外殻部材41は、上部に蓋部41aを有し、底部に開口37を有する。これにより、環状部材39の外側を覆う環状空間S2が画成される。外殻部材41は、板金で一体に形成してもよく、中実体を切削する等して形成してもよい。
The
本構成のシールド治具31では、外殻部材41の底部に、溶接トーチ23の軸方向に沿って断面積が漸減する窄み部45が形成されている。この窄み部45の形成に伴って、環状部材39の底部にも、これと対応する窄み部47が形成されている。窄み部45と窄み部47との間の径方向隙間は周方向に沿って一定であり、底部以外の径方向隙間の大きさ(d2-d1)/2と等しく設定されている。なお、シールド治具31は、窄み部45,47の存在しないストレート形状の円筒体で構成されていてもよい。
In the
ガス供給部材43を構成する前述した中空パイプ35は、シールドガス供給部17から供給されたシールドガスを環状空間S2に上向きの噴射口35aから供給する。噴射口35aから噴射されたシールドガスは、環状空間S2の中空パイプ35の上方で攪拌された後、中空パイプ35の下方へ流れる。そして、環状空間S2で周方向にムラのない均一な流れとなって、環状空間S2の底面に形成された開口37に向かう。なお、環状空間S2内にシールドガスを周方向にムラなく供給できれば、中空パイプ35を省略した構成にしてもよい。
The
シールド治具31からのシールドガスの噴出口となる開口37は、周方向に連続した環状形状を有している。このため、開口37から下方に向けて噴射されたシールドガスG2は、円筒状のガス流(以下、ガスカーテンともいう)を形成する。開口37は、周方向に沿って形成された環状形状を有するが、開口37の形状は特に限定されない。例えば、開口37を周方向に沿った複数のスリットで区画して、スリットによりシールドガスの流れを先細りにしてシールドガスの流速をさらに向上させた構成にしてもよい。
The
次に、シールド治具31の寸法に関する特徴について説明する。
本構成のシールド治具31においては、環状部材39と外殻部材41の相対的なサイズが次の関係を満たすように設計されている。
図5は、図4に示す溶接トーチ23及びシールド治具31のV-V線に沿った概略断面図である。
図5に示すように、溶接トーチ23の軸方向に垂直な断面において、環状空間S2の断面積をAs、環状部材39の断面積をAkとしたときに、下記(1)式が成立する。
Ak>As ・・・(1)
この(1)式の関係は、溶接トーチ23のどの高さ位置においても満足される。
Next, the dimensional characteristics of the shielding
In the shielding
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the
As shown in FIG. 5, in a cross section perpendicular to the axial direction of the
A>A... (1)
The relationship of formula (1) is satisfied at any height position of the
具体的には、図4に示すように、溶接トーチ23(シールドノズル25)の外周径をd0、環状部材39の外周径をd1、外殻部材41の内周径をd2としたときに、下記(2)式及び(3)式が成立する。
d1-d0>d2-d1 ・・・(2)
d0>d2-d1 ・・・(3)
Specifically, as shown in FIG. 4, when the outer diameter of the welding torch 23 (shield nozzle 25) is d0 , the outer diameter of the
d 1 −d 0 >d 2 −d 1 ... (2)
d 0 >d 2 -d 1 ... (3)
本構成でのシールドガスの供給源は、図2に示す単一のシールドガス供給部17となっている。そのため、シールドガス供給部17は、溶接トーチ23とシールド治具31のそれぞれに同じガス供給圧でシールドガスを供給している。シールドガス供給部17は、溶接トーチ23からのシールドガスG1の供給を、安定的に一定の規定量で保持されるように、溶接トーチ23へのシールドガスの供給を一定の供給圧に設定している。したがって、シールド治具31は、溶接トーチ23のガス供給圧と同じガス供給圧を受けてシールドガスG2を噴射するため、環状空間S2の断面積Asが小さいほど、シールドガスの流速が速くなる。
The shielding gas supply source in this configuration is a single shielding
図6は、溶接中の溶接トーチ23と、シールド治具31によるシールドガスの流れを模式的に示す説明図である。
溶接トーチ23が移動して、ベースプレート29上に複数層の溶着ビードBを積層することで、多層構造の積層造形物Wが造形される。この際、溶接トーチ23の先端のシールドノズル25からは、シールドガスG1が噴射される。また、シールド治具31は、環状空間S2に供給されたシールドガスG2を、開口37から溶接部(溶接トーチ23の先端側)に向けて環状に噴射する。
FIG. 6 is an explanatory diagram that shows a schematic diagram of the
The
シールド治具31が、上記した(2)式及び(3)式を満足することにより、開口37から噴射されたシールドガスG2は環状のガスカーテンを形成する。また、シールドガスG2は、形成したそのガスカーテンの内部に溶接トーチ23から噴射されたシールドガスG1を閉じ込めるとともに、外部からの空気Airの流入を遮断する。これにより、溶接トーチ23から噴射されるシールドガスG1の滞留を促して、溶接部におけるガスシールド効果が高められる。以上より、溶接中の溶着ビードBが、外部の空気、他の部材に付着した酸素、窒素などから効果的に隔離され、積層造形物Wへの侵入を抑制できる。
When the shielding
一方、シールド治具31が上記した(2)式及び(3)式を満足せず、環状空間S2の断面積Asが環状部材39の断面積Akより大きい場合には、シールドガスが滞留し続けることがないため、シールド性を向上するために大流量のシールドガスが必要となる。
しかし、本構成のシールド治具31は、シールドガスG2のガスカーテンと、ガスカーテン内に供給されるシールドガスG2によって、少ないガス量であっても確実なシールド性が得られる。その結果、シールドガスの消費量を抑えつつ、広範囲なガスシールド効果が得られる。
On the other hand, if the shielding
However, the shielding
さらに、本構成のシールド治具31は、外殻部材41と環状部材39との底部に窄み部45,47が形成されているため、シールド治具31からのシールドガスG2の噴射方向が、溶接トーチ23の側に近づく方向となる。その結果、溶接トーチ23からのシールドガスG1が溶接部に当たる位置と、シールド治具31からのシールドガスG2が溶接部に当たる位置とが近づき、シールドガスの滞留効果を高めることが期待できる。
Furthermore, in the shielding
次に、シールド治具31の変形例について説明する。
図7は、シールド治具の外殻部材41の内側の環状空間S2に整流部48を設けた構成を示す概略斜視図である。図7においては、ガス供給部材の下側部分のみを示している。
Next, a modified example of the shielding
7 is a schematic perspective view showing a configuration in which a flow straightening section 48 is provided in the annular space S2 inside the
変形例のシールド治具31Aは、外殻部材41の内側の環状空間S2に整流部48を設けている他は、前述したシールド治具31と同じ構成である。整流部48は、環状空間S2におけるシールドガスG2の流れを螺旋状にする。整流部48は、例えば環状部材39(円筒状板部39a2)の外周面と外殻部材41の内周面との間に、複数のフィン49を配置することにより形成できる。フィン49は、周方向に沿って等間隔に配置され、複数列の螺旋状のガス流路51を画成する。各ガス流路51を流れるシールドガスG2は、フィン49によって流れ方向が規制されて、開口37から螺旋状の気流となって噴射される。これにより、円環状のガスカーテンが形成される。
The modified
整流部48は、フィン49により構成されるが、これに限らない。例えば、環状部材39の外周面又は外殻部材41の内周面に、ライフリングのような螺線状の孔又は溝を形成してもよい。また、整流部48は、シールドガスを噴射する複数の噴射ノズルを、周方向に噴射方向を傾けた状態で環状空間S2の底部に配置した構成にしてもよい。
The flow straightening section 48 is formed of
図8は、シールド治具31Aから噴射されるシールドガスG2の様子を示す説明図で、(A)はシールド治具31Aの底部における一部断面図であり、(B)は形成されるガスカーテンの(A)に示すVIII-VIII線断面図である。
Figure 8 is an explanatory diagram showing the state of the shielding gas G2 being sprayed from the shielding
図8の(A)に示すように、環状空間S2の開口37から噴射されるシールドガスG2は、前述した整流部48によって螺旋状の流れとなったガスカーテンCTを形成し、図8の(B)に示すように、断面が連続した円環状となる。
この螺旋状の流れを有するガスカーテンCTによれば、シールドガスに回転動作が加わるため、溶接部への空気の流入をより確実に防止でき、溶接部のガスシールド効果を更に向上できる。また、シールドガスが回転しながら噴出するため、シールドガスの配管内における残存空気の巻き込みを防止できる。
As shown in FIG. 8A, the shielding gas G2 sprayed from the
The gas curtain CT with this spiral flow applies a rotational motion to the shielding gas, so that it is possible to more reliably prevent the inflow of air into the welded portion, and further improve the gas shielding effect of the welded portion. In addition, because the shielding gas is ejected while rotating, it is possible to prevent the entrainment of remaining air in the shielding gas piping.
なお、溶接時に発生するヒュームは、別途、ガスカーテン内に吸引経路を設けて吸引してもよい。 In addition, fumes generated during welding may be sucked in by providing a separate suction path within the gas curtain.
以上説明したシールド治具31,31Aによれば、溶接トーチ23を中心とする円筒形状を有するため、溶接トーチ23を中心とする環状のガスカーテンが形成される。このため、溶接トーチ23の任意の移動方向に対するガスシールド効果が得られ、溶接トーチ23の軌道に制約を及ぼすことがなくなる。例えば、溶接トーチ23の進行方向に応じて設けられるビフォアーシールド、アフターシールドに比べて、溶接トーチ23の移動方向の制約を抑制できるため、施工自由度の高い溶接が可能となる。
The shielding jigs 31, 31A described above have a cylindrical shape centered on the
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As such, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is intended that the various components of the embodiment be combined with each other, and that those skilled in the art may modify and apply the invention based on the description in the specification and well-known technology, and this is included in the scope of the protection sought.
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 金属製の溶加材を溶融及び凝固させて溶着ビードを形成するシールド溶接用の溶接トーチに取り付けられるシールド治具であって、
前記溶接トーチの径方向外側に設けられ、外周面が円筒状の環状部材と、
前記環状部材の前記外周面の外側に、前記環状部材との間に径方向隙間を有して配置され、上部に蓋部を有し底部に開口を有する環状空間を画成する外殻部材と、
前記環状空間にシールドガスを供給するガス供給部材と、
を備え、
前記溶接トーチの軸方向に垂直な断面において、前記開口の断面積が前記環状部材の断面積より小さい、
シールド治具。
このシールド治具によれば、環状空間から噴射されるシールドガスが、外部からの空気流入を遮断するとともに、溶接トーチから噴射されるシールドガスの滞留を促して、ガスシールド効果を高められる。そして、環状空間の断面積が環状部材の断面積よりも小さいため、溶接部に向けて広範囲にシールドガスを流す構成よりもシールドガスを節約できる。
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A shield jig that is attached to a welding torch for shield welding that melts and solidifies a metal filler metal to form a weld bead,
An annular member having a cylindrical outer circumferential surface, the annular member being provided radially outward of the welding torch;
an outer shell member disposed outside the outer circumferential surface of the annular member with a radial gap between the outer shell member and the annular member, the outer shell member defining an annular space having a lid portion at an upper portion and an opening at a bottom portion;
a gas supply member for supplying a shielding gas to the annular space;
Equipped with
In a cross section perpendicular to the axial direction of the welding torch, the cross-sectional area of the opening is smaller than the cross-sectional area of the annular member.
Shielding fixture.
According to this shielding jig, the shielding gas injected from the annular space blocks the inflow of air from the outside and promotes the retention of the shielding gas injected from the welding torch, thereby enhancing the gas shielding effect. In addition, since the cross-sectional area of the annular space is smaller than the cross-sectional area of the annular member, it is possible to save shielding gas compared to a configuration in which the shielding gas is flowed over a wide area toward the weld.
(2) 前記溶接トーチの外周径をd0、前記環状部材の外周径をd1、前記外殻部材の内周径をd2としたときに、
d1-d0>d2-d1
が成立する、(1)に記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、環状部材の外周と溶接トーチの外周との径方向長さの差が、環状空間の径方向の幅より大きいため、溶接トーチから環状空間の径方向の幅より離れた位置からシールドガスを噴射できる。これにより、溶接トーチを中心とする空間にシールドガスを滞留させることができる。
(2) When the outer circumferential diameter of the welding torch is d 0 , the outer circumferential diameter of the annular member is d 1 , and the inner circumferential diameter of the outer shell member is d 2 ,
d 1 −d 0 >d 2 −d 1
The shielding jig according to (1), wherein the following holds true.
With this shielding jig, the difference in radial length between the outer periphery of the annular member and the outer periphery of the welding torch is greater than the radial width of the annular space, so that the shielding gas can be sprayed from a position farther away from the welding torch than the radial width of the annular space, thereby allowing the shielding gas to remain in the space centered on the welding torch.
(3) d0>d2-d1
が成立する、(2)に記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、環状空間の径方向の幅が溶接トーチの外周径より小さくなることで、環状空間からシールドガスが噴射する流速を高められ、ガスシールド効果を向上できる。
(3) d0 > d2 - d1
The shielding jig according to (2), wherein the following holds true.
According to this shielding jig, the radial width of the annular space is smaller than the outer diameter of the welding torch, so that the flow velocity of the shielding gas ejected from the annular space can be increased, thereby improving the gas shielding effect.
(4) 前記環状空間に前記シールドガスの流れ方向をらせん状にする整流部が設けられている、(1)~(3)のいずれか1つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、溶接部への空気の流入をより確実に防止でき、溶接部のガスシールド効果を更に向上できる。また、シールドガスが回転しながら噴出するため、シールドガスの配管内における残存空気の巻き込みを防止できる。
(4) The shielding jig according to any one of (1) to (3), wherein a flow straightening section for making the flow direction of the shielding gas spiral is provided in the annular space.
This shielding jig can more reliably prevent air from entering the welded portion, and can further improve the gas shielding effect of the welded portion. In addition, because the shielding gas is ejected while rotating, it is possible to prevent the entrainment of air remaining in the shielding gas piping.
(5) 前記外殻部材の底部に、前記溶接トーチの軸方向に沿って前記断面積が漸減する窄み部が形成されている、(1)~(4)のいずれか1つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、溶接トーチから噴射されるシールドガスと、環状空間から噴射されるシールドガスとが、互いに衝突する地点が、溶接トーチの側に近づくことになり、シールドガスの滞留効果が更に高められる。
(5) The shielding jig according to any one of (1) to (4), wherein a narrowed portion is formed at a bottom of the outer shell member, the cross-sectional area of which gradually decreases along an axial direction of the welding torch.
With this shielding jig, the point where the shielding gas sprayed from the welding torch and the shielding gas sprayed from the annular space collide with each other is brought closer to the welding torch, further enhancing the retention effect of the shielding gas.
(6) 前記環状部材は、断熱部材を含む、(1)~(5)のいずれか1つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、溶接により発生する熱が周囲部材に及ぶことを抑制できる。
(6) The shielding jig according to any one of (1) to (5), wherein the annular member includes a heat insulating member.
This shielding jig can prevent the heat generated by welding from reaching the surrounding members.
(7) 前記溶加材は純チタン又はチタン合金である、(1)~(6)のいずれか1つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、酸素及び窒素の侵入の影響を受けやすい溶接母材であっても、高品位な溶接を行うことができる。
(7) The shielding jig according to any one of (1) to (6), wherein the filler material is pure titanium or a titanium alloy.
This shielding jig makes it possible to perform high-quality welding even on welding base materials that are susceptible to the intrusion of oxygen and nitrogen.
(8) (1)~(7)のいずれか1つに記載のシールド治具を備えるガスシールドアーク溶接装置。
このガスシールドアーク溶接装置によれば、高いシールド性が得られ、安定したガスシールドアーク溶接が可能となる。
(8) A gas shielded arc welding device comprising the shield jig according to any one of (1) to (7).
This gas-shielded arc welding apparatus provides high shielding properties and enables stable gas-shielded arc welding.
11 溶接ロボット
13 ロボット駆動部
15 溶加材供給部
17 シールドガス供給部
19 溶接電源部
21 制御部
23 溶接トーチ
25 シールドノズル
27 コンタクトチップ
29 ベースプレート
31 シールド治具
33 ガス供給管
35 中空パイプ
35a 噴射口
37 開口
39 環状部材
39a 外側筐体
39a1 環状板部
39a2 円筒状板部
39b 断熱部材
41 外殻部材
43 ガス供給部材
45,47 窄み部
48 整流部
49 フィン
51 ガス流路
100 ガスシールドアーク溶接装置
B 溶着ビード
M 溶加材
W 積層造形物
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記溶接トーチの径方向外側に設けられ、外周面が円筒状の環状部材と、
前記環状部材の前記外周面の外側に、前記環状部材との間に径方向隙間を有して配置され、上部に蓋部を有し底部に開口を有する環状空間を画成する外殻部材と、
前記環状空間にシールドガスを供給するガス供給部材と、
を備え、
前記溶接トーチの軸方向に垂直な断面において、前記開口の断面積が前記環状部材の断面積より小さく、
前記外殻部材の底部に、前記溶接トーチの軸方向に沿って前記断面積が漸減する窄み部が形成されている、
シールド治具。 A shield jig that is attached to a welding torch for shield welding in which a metal filler material is melted and solidified to form a weld bead,
An annular member having a cylindrical outer circumferential surface, the annular member being provided radially outward of the welding torch;
an outer shell member disposed outside the outer circumferential surface of the annular member with a radial gap between the outer shell member and the annular member, the outer shell member defining an annular space having a lid portion at an upper portion and an opening at a bottom portion;
a gas supply member for supplying a shielding gas to the annular space;
Equipped with
In a cross section perpendicular to the axial direction of the welding torch, a cross-sectional area of the opening is smaller than a cross-sectional area of the annular member;
A narrowed portion is formed at the bottom of the outer shell member, the cross-sectional area of which gradually decreases along the axial direction of the welding torch.
Shielding fixture.
d1-d0>d2-d1
が成立する、請求項1に記載のシールド治具。 When the outer circumferential diameter of the welding torch is d 0 , the outer circumferential diameter of the annular member is d 1 , and the inner circumferential diameter of the outer shell member is d 2 ,
d 1 −d 0 >d 2 −d 1
The shielding jig according to claim 1 , wherein the following expression is satisfied:
が成立する、請求項2に記載のシールド治具。 d 0 >d 2 -d 1
The shielding jig according to claim 2 , wherein the following expression is satisfied:
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009072802A (en) | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Daihen Corp | Method for controlling arc start for double electrode arc welding |
| JP2009534535A (en) | 2006-04-20 | 2009-09-24 | マテリアルズ アンド エレクトロケミカル リサーチ コーポレイション | Method of using thermal plasma to produce a functionally high quality composite surface layer on metal |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009534535A (en) | 2006-04-20 | 2009-09-24 | マテリアルズ アンド エレクトロケミカル リサーチ コーポレイション | Method of using thermal plasma to produce a functionally high quality composite surface layer on metal |
| JP2009072802A (en) | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Daihen Corp | Method for controlling arc start for double electrode arc welding |
| WO2011030738A1 (en) | 2009-09-10 | 2011-03-17 | 本田技研工業株式会社 | Plasma torch and plasma arc welding method |
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