JPH0329513B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は湾曲部を伴う送給経路に溶接ワイヤを
送給する際のワイヤの送給特性を改善した溶接ワ
イヤ送給方法に関する。 一般に連続した溶接ワイヤを使用するCO₂溶接
やMAG溶接、MIG溶接等の消耗電極方式の自動
アーク溶接や、添加ワイヤを使用するTIG溶接、
ろう接等に於いて、溶接ワイヤを円滑に溶接個所
まで送給してアーク部に正確に供給する必要があ
ることは伝うまでもない。 ところで、溶接ワイヤを送給する送給径路（通
常はワイヤガイドチユーブ等が使用される）の途
中に湾曲部が存在する場合、仮に真直ぐな溶接ワ
イヤを送給径路内に送給しても、湾曲部を通過す
る際に湾曲歪を生じて、溶接トーチ先端部を出た
ところでは開先方向と異なつた方向に偏位するこ
とが避けられない。 特に狭隘な場所に溶接継手があつて、使用する
溶接トーチに、いわゆるカーブドトーチと称する
トーチの先端部が極端に湾曲したものを使用しな
ければならない場合や、ロボツト溶接装置等にお
いて、手首の回動等によつて溶接ワイヤを送給す
る送給径路に極度な湾曲部を生じることが避けら
れない場合、こうした湾曲部を溶接ワイヤが通過
することによつてワイヤ自身が湾曲変形し、トー
チ部先端からは送給径路中に存在する湾曲部の曲
率半径よりも大きな曲率半径をもつて湾曲変形し
た溶接ワイヤが出てくることになり、溶接ワイヤ
の実際に供給される位置が正規の供給位置から外
れてしまい、溶接作業に支障を来す結果となる。 第１図は溶接トーチに前述のカーブドトーチを
使用して溶接ワイヤを送給した場合に、溶接ワイ
ヤがいかに湾曲変形して送給されるかを説明した
略図であつて、図中１はガイドチユーブ、２はガ
イドチユーブ先端に設けられる溶接トーチ、Ｗは
溶接ワイヤを示しいる。また上記溶接トーチ２の
先端部は曲率半径Ｒの円弧状に約90゜湾曲し、そ
の他の部分については直線状に配置されている。 ところで、このような送給径路中をガイドチユ
ーブ１の基端部側に設けられた図示しないワイヤ
送給器によつて溶接ワイヤＷを矢印ａ方向に送給
すると、溶接トーチ２に至るまでの間では全く直
線状に送給されるが、溶接トーチ２の湾曲部２ａ
を通過する際に湾曲変形して、溶接トーチ２を出
て溶接部に至る空間では曲率半径R¹の曲り癖が
つき、正規の溶接位置Ｐから大きく偏位した方向
に進む結果となる。 勿論、この曲り癖によつて溶接ワイヤＷに生じ
た湾曲部４の曲率半径R¹の値は送給径路におけ
る湾曲部（ここでは溶接トーチ２の湾曲部２ａを
指す）の湾曲の程度が著しい程、つまり上記湾曲
部２ａの曲率半径Ｒが小さい程小さくなる傾向に
ある。 表１は現在多用されている径1.2mmのCO₂溶接
用鋼ワイヤについて、送給径路に存在する湾曲部
の曲率半径Ｒと湾曲変形した溶接ワイヤＷの曲率
半径R¹との相間関係を実測によつて求めた結果
の一例を示したものである。

【表】 また第１図に於いて溶接部の正規の溶接位置をＰ
とし、溶接ワイヤＷの突出し長さをＬとして、こ
の突出し長さＬと等距離にあつて、かつ溶接ワイ
ヤＷが実際に供給される位置をP¹として、Ｐ，
P′間の距離δを溶接ワイヤＷの湾曲変形によつて
生じるワイヤ先端部の偏位量とすれば、表１に示
した実験結果に基づいて第２図の関係が得られ
る。 すなわち、同図の曲線１及び２は溶接ワイヤの
突出し長さＬをそれぞれ30mm及び20mmに設定した
場合に於ける送給径路の曲率半径Ｒとワイヤの偏
位量δとの関係を示している。 ところで、この程度の溶接ワイヤを用いる溶接
方法では溶接ワイヤ先端部の偏位量δを少くとも
0.5mm以下に抑える必要があることが一般に知ら
れている。 したがつて第２図にQ₁及びQ₂で示すように溶
接ワイヤの突出し長ささＬを30mmまたは200mmに
設定した場合、送給径路に存在する湾曲部の曲率
半径Ｒを115mmまたは90mm程度以上になるよう相
当緩やかに湾曲するような送給径路に維持しなけ
ればならないという制約を課せられることにな
り、溶接装置を設計する上で大きな障害となつて
いた。 本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
であつて、その目的とするところは溶接ワイヤを
送給する送給径路の途中に極度な湾曲部を伴う場
合でも、溶接ワイヤが特定方向に湾曲変形を受け
ず、溶接ワイヤを溶接部の適正位置に正確に送給
することができる溶接ワイヤ送給方法を提供する
ことにある。 このような目的を達成すべく本発明は以下の如
く構成したことを特徴とする。 すなわち、湾曲部を伴う送給径路に溶接ワイヤ
を送給するもので、湾曲部を経て送給される溶接
ワイヤをその湾曲部の手前側で円周方向に捩りな
がら送給することにより、湾曲部の通過によつて
溶接ワイヤに生じる湾曲変形がワイヤの周方向に
均一に分散され、溶接ワイヤが直接に近い状態で
送給されるため、溶接ワイヤを溶接部の適正位置
に正確に送給することができるものである。 以下、本発明の方法を第３図に示す実施例に基
づいて説明する。 第３図は第１図に示す送給径路の途中にワイヤ
捩り装置１０を設けた状態を示しており、特にこ
の実施例では曲率半径Ｒの湾曲部１１を伴う溶接
トーチ１２の手前側にワイヤ捩り装置１０を設
け、この湾曲部１１の手前側で溶接ワイヤＷをそ
の円周方向（図中矢印βで示す方向）に捩るよう
にしている。 ところで上記ワイヤ捩り装置１０は駆動モータ
１３の出力軸１３ａに互いに対峙する１対の支持
アーム１４，１４を突設したブラケツト１５を取
着して両支持アーム１４，１４の先端部に１対の
加圧ロール１６，１６を支軸１７，１７を介して
軸支したもので、両支持アーム１４，１４間に図
示しないバネ部材、及びバネ圧調整部材を設けて
両加圧ロール１６，１６によつて溶接ワイヤＷを
挾圧するとともに、その挾圧力をバネ圧調整部材
によつて適宜調整できるようにしている。 尚、上記加圧ロール１６，１６の外周にその周
方向に沿つて凹みを設け、溶接ワイヤＷを挾圧し
て回転した場合に溶接ワイヤＷが加圧ロール１
６，１６から外れないようにしている。 次にこの実施例の作用について説明する。溶接
ワイヤＷを図示しないワイヤ送給器によつて矢印
ａ方向に送給すると、溶接トーチ１２の手前側に
設けられたワイヤ捩り装置１０によつて溶接ワイ
ヤＷがその円周方向に捩じられながら溶接トーチ
１２内を挿通し、この溶接トーチ１２から出た溶
接ワイヤＷは曲率半径Ｒの湾曲部１１を通過した
にもかかわらず、殆んど直線状態のままで正規の
溶接位置Ｐの極めて近い位置を通ることになる。 このように本発明の送給方法によれば、溶接ワ
イヤＷは外見上、略直線に近い状態で溶接部に送
給されることになる。 ここで正規の溶接位置Ｐに対する溶接ワイヤＷ
の偏位量δを前述の第２図の測定結果を求める際
に使用した溶接ワイヤと同一規格の溶接ワイヤ、
つまり径1.2mmのCO₂溶接用鋼ワイヤを用いて詳
細に実測した結果を第４図に示す。 同図に於いて、曲線３，４，５はそれぞれワイ
ヤ捩り装置１０の回転速度Ｎを125、167、
250rpmに変えた場合に於ける湾曲部１１の曲率
半径Ｒに対する溶接ワイヤＷの偏位量δの変化を
測定したものである。 また溶接ワイヤＷは一定速度で送給径路内を送
給される訳であつて、その速度をＶとすると溶接
ワイヤＷの捩りピツチＰは次式で表わされる。 Ｐ＝Ｖ／Ｎ Ｎ：ワイヤの回転速度 今、溶接ワイヤＷの送給速度Ｖ＝10m／minとす
ると、上記各曲線３，４，５に於ける捩りピツチ
Ｐの値はそれぞれ80mm，60mm，40mmとなる。 ところで、上記各曲線３，４，５を第２図に示
す曲線１及び２と対比させて送給径路に生じる湾
曲部の曲率半径Ｒに対する溶接ワイヤＷの偏位量
を比較してみると、本発明の方法による場合、同
じ曲率半径Ｒのときのワイヤの偏位量δが従来の
送給方法の場合に比して遥かに低い値に減少して
いる。 また本発明によれば記各曲線３，４，５を比較
してわかるように、溶接ワイヤＷの偏位量δが曲
線３よりも曲線４の方が、また曲線４よりも曲線
５の方が減少している。つまり、このことはワイ
ヤの回転速度Ｎが大で、捩りピツチＰの値が小さ
くなる程この発明の効果が顕著になることを示し
ている。 また、溶接ワイヤＷの溶接部に於ける偏位量δ
の実用上の限界は前述した通り0.5mmであつて、
この偏位量に於ける送給径路の曲率半径Ｒの値は
Q₃，Q₄，Q₅に示すようにそれぞれ75mm，55mm，
20mmであつて、従来の送給方法に於けるQ₁，Q₂
の値、すなわち115mm及び90mmに比べて遥かに低
い値になつている。 つまり、このことは溶接ワイヤの溶接部に於け
る偏位量δを所定の値以下に抑えなければならな
い制約下で、本発明による方法によれば、送給径
路に生じる湾曲部の曲率半径Ｒが従来の送給方法
に比してかなり小さい値まで許容されるものであ
つて、送給径路を設定する上での自由度が大幅に
拡大されたことになる。 また換言すれば、本発明の方法による場合は溶
接ワイヤの送給径路中に相当極端な湾曲部が存在
しても溶接ワイヤは殆んど湾曲変形することな
く、略直線状のままで溶接部に正確に送給される
ことを意味している。 また第５図は前述の測定と同様、径1.2mmの
CO₂溶接用鋼ワイヤを用いてワイヤの回転速度を
順次変化させ、捩りピツチＰを変化させた場合に
於けるワイヤの偏位量δの変化を送給径路に存在
する湾曲部の曲率半径Ｒの値を種々に変更して測
定し、その結果をグラフで示したものである。 このグラフからも前述の第４図に示づグラフと
同様、捩りピツチＰが小さくなればなる程偏位量
δの値も小さくなり、本発明のワイヤ送給方法の
ように溶接ワイヤを湾曲部の手前側で捩じりなが
ら送給する方法が大いに効果のあることが容易に
理解される。 次に、本発明のワイヤ送給方法による場合、従
来の送給方法に比してワイヤの偏位量が如何に減
少すかについて説明する。 第６図ａは通常のワイヤ送給方法によつて、湾
曲したワイヤガイド２０の先端部から送り出され
る溶接ワイヤＷの湾曲状態を示したもので、溶接
ワイヤＷにはこのワイヤの中心線に沿つて曲率半
径Roとなるような曲がり癖を生じている。 直線状のワイヤＷがこのように湾曲するのは、
ワイヤガイド２０の湾曲部を通過する際に、ワイ
ヤＷが曲げ変形を起こしたことによるが、これは
曲率半径R₂で示すワイヤＷの外周に近い部分に
引張応力が生じ、内周に近いR₁で示す部分に圧
縮応力が生じ、その結果として円弧状にワイヤＷ
が変形したものである。 同図において引張力が作用して伸び変形を起し
た部分に斜線を施している。 また第６図ｂは本発明のワイヤ送給方法によつ
て第６図ａと同様に湾曲したワイヤガイド２０の
先端部から送り出される溶接ワイヤＷの状態を示
したものであつて、このワイヤＷの周上の１点S₀
が時間の経過とともにどのように移動するかを
S₁，S₂，S₃，S₄で示している。 ワイヤＷのS₀の部分がワイヤガイド２０の先端
部から出た瞬間T₀の時点ではワイヤＷがワイヤ
ガイド２０の湾曲方向と同一方向に曲げ変形を受
け、このS₀の部分に引張応力が作用して伸び変形
を受けている。 捩りピツチＰの1/4期間が経過した時点T₁で
は、T₀に於けるS₀の部分がワイヤＷの中心軸に
対して90゜回転してS₁の位置に到達し、このS₁に
おけるワイヤＷの湾曲方向もS₀の部分に対して
90゜ずれている。 同様に溶接ワイヤＷが1/4ピツチづつ回転して
T₂，T₃，T₄となる時点ではS₀の部分がS₂，S₃，
S₄と90゜づつ回転しながら前進し、湾曲方向もそ
れに従つて90゜づつずれてゆく。 尚、同図においてワイヤＷの斜線を施した部分
は引張応力が作用して伸び変形を起した部分を示
している。 したがつて、このような変化を溶接ワイヤの１
ピツチ以上の捩りピツチ区間で考えた場合、溶接
ワイヤの各部に作用する引張力や圧縮力がワイヤ
の円周方向に均一に分散され、溶接ワイヤがその
円周方向に対して平均的に変形することになる訳
で、第６図ａに示すように溶接ワイヤが特定の方
向のみに引張力や圧縮力を受ける場合とは全く異
なつた現象を呈することが容易に理解される。 またこのような状態にある溶接ワイヤを巨視的
にみた場合、ワイヤの進行方向は常に一定であつ
て、略直線に近い状態でワイヤが送給されること
になる。 したがつて、溶接部における正規の溶接位置か
らの偏位量も極めて少なく、安定した溶接作業を
実施できるものである。 尚、上記実施例では溶接トーチ１２に湾曲部１
１を伴う場合について説明したが、溶接トーチに
限らず、溶接ワイヤを溶接個所まで送給する送給
径路中の如何なる場所に湾曲部が生じる場合につ
いても適用できるものである。 また溶接ワイヤを捩る個所についても溶接トー
チの手前側に限るものでなく、例えばガイドチユ
ーブの基端部側にワイヤ捩り装置を設けてもよ
く、要は送給径路中に発生する湾曲部の手前側で
溶接ワイヤをその円周方向に捩じるようにすれば
よい。 またワイヤ捩り装置についても本実施例に示す
ものに限るものでない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の問題点を説明するためのワ
イヤ送給径路の概略図、第２図は第１図に示すワ
イヤ送給径路に溶接ワイヤを送給した場合の湾曲
部を曲率半径と溶接ワイヤの偏位量との関係を示
すグラフ、第３図は本発明の１実施例を示す概略
図、第４図は同実施例における湾曲部の曲率半径
と溶接ワイヤの偏位量との関係を示すグラフ、第
５図は同実施例における溶接ワイヤの捩りピツチ
と溶接ワイヤの偏位量との関係を示すグラフ、第
６図ａ，ｂはそれぞれ従来の送給方法と本発明に
よる送給方法によつて送給した場合の溶接ワイヤ
の変形状態を示す説明図である。 １１……湾曲部、１２……送給径路（溶接トー
チ）、Ｗ……溶接ワイヤ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 湾曲部を伴う送給経路に溶接ワイヤを送給す
   るもので、湾曲部を経て送給される溶接ワイヤを
   その湾曲部の手前側で円周方向に捩じりながら送
   給することを特徴とする溶接ワイヤ送給方法。