JPH05309486A - 空隙を有する部材の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大気中の酸素、窒素、水分などと化学反応を
生じることなく、高強度の溶接を行なう。 【構成】 内部に連続した空隙を有するワイヤロープな
どの被溶接部材１を保持部材２で保持し、レーザトーチ
５からのレーザビーム６で相手部材３と溶接する。溶接
に先立ってレーザトーチ５からアルゴンガスなどの不活
性ガスからなるシールドガス４を噴出すると同時に、吸
引口７から吸引し、保持部材２内の空気室９を減圧す
る。減圧による圧力差で被溶接部材１の空隙内がシール
ドガスに置換するため、溶接時における大気との化学反
応を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤロープなどのよ
うに連続した空隙を有した被溶接部材を溶接する法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】細い金属素線が撚り合わされたワイヤロ
ープや、ガラスファイバ、プラスチックファイバあるい
は電気用ケーブルなどの被溶接部材は内部に空隙を有し
ているところから、その溶接には特殊な技術が必要とな
っており、特開昭５９−２３２６８５号公報や同６３−
９２７９１号公報のように、ボール状の溶融塊を形成し
て接合面を増大させることが行なわれている。ところ
が、このような溶融塊により溶接する方法は、溶接部分
が拡大するため、溶接部分を小型とすることができず、
精密化に対応できないものとなっている。

【０００３】このため、近年、ガスシールド法により溶
接することが行なわれている。このガスシールド溶接方
法は、溶接部分の周囲にアルゴンガスなどの不活性ガス
からなるシールドガスを噴出させることにより、大気か
ら遮断した状態でレーザ、電気アークあるいは電気抵抗
熱源により溶接するものである。これにより、加熱溶融
あるいは冷却時に溶接部分が大気中の酸素、窒素、水分
などと化学反応を起こすことがないため、溶接部分を小
型としても、所定の溶接強度を付与することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内部に
空隙を有したワイヤロープなどの被溶接部材をシールド
ガス雰囲気内で溶接する場合においては、被溶接部材の
空隙内に存在する大気までをも確実に除去することがで
きない。このため、空隙内に残存している大気中の酸
素、窒素、水分などと被溶接部材とが加熱溶融時や冷却
時に化学反応を起こし、これにより溶接強度が低下する
問題があった。

【０００５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、空隙を有した被溶接部材をガスシールド溶接
方法により溶接する際に、その溶接強度を増大させるこ
とができる溶接方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、内部に連続した空隙を有する被溶接部材また
は結合することによって連続した空隙を形成する被溶接
部材を溶接する方法において、前記被溶接部材内の空隙
部分に存在する大気を圧力を生じさせて不活性ガスに置
換した後、被溶接部材と他の部材または被溶接部材相互
を溶接することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】上記構成では、不活性ガスの吸引あるいは圧送
により生じた圧力差によって、被溶接部材の空隙内に存
在している大気が確実に駆遂されるため、空隙を不活性
ガスに置換することができる。このため、大気中の酸
素、窒素、水分などの有害成分の悪影響を受けることな
く、溶接でき、溶接強度を増大させることができる。

【０００８】

【実施例１】図１は本発明の実施例１における溶接時の
状態を示し、１は長尺な被溶接部材であり、例えば、ワ
イヤロープなどのように連続した空隙を内部に有した構
成となっている。この被溶接部材１は板状の相手部材３
と溶接される。この溶接を行なうため、被溶接部材１の
上方にはレーザトーチ５が配置され、レーザ発振器（図
示省略）から発振し、ミラーなどのによって導かれたレ
ーザビーム６がレーザトーチ５から照射するようになっ
ている。このレーザトーチ５の下部には、アルゴンガ
ス、ヘリウムガスなどの不活性ガスからなるシールドガ
スのガス供給口８が開口され、このシールドガス４がレ
ーザトーチから溶接部分に噴出する。

【０００９】２は被溶接部材１を挿通状態で位置決めす
る保持部材であり、被溶接部材１の挿通部分に空気室９
を有すると共に、この空気室９と連通する吸引口７を有
している。吸引口７は真空ポンプなどの減圧手段（図示
省略）に連結されており、減圧手段の作動によって空気
室９内の空気が吸い出されて減圧状態となる。

【００１０】上記構成においては、ガス供給口８より供
給されたシールドガスがレーザトーチ５から噴出し、被
溶接部材１、相対部材３を含む溶接部周囲に充満して溶
接部分を大気から遮断する。同時に保持部材２の吸引口
７から真空ポンプ等により吸引を行い、保持部材２内に
設けた空気室９内を減圧する。このため空気室９内に位
置している被溶接部材１の内部に含まれていた空気が同
部材１の表面から空隙を通って吸い出されて圧力差が生
じ、これによりシールドガス内に突き出している被溶接
部材１の表面から吸引されたシールドガスが空気室９内
に吸い込まれた後、吸引口７から吸い出される。この状
態において、保持部材２からシールドガス４中に突き出
した被溶接部材１内の空気はシールドガスと置換されて
おり、レーザトーチ５からレーザビームを照射すること
により、被溶接部材１及び相手部材３が空気中の有害成
分の悪影響を受けることなく溶融し、接合する。なお、
この場合、被溶接部材１と保持部材２との嵌合部及び被
溶接部材１の大気中に露出している部分からの大気の引
き込みがあるが、前者においては嵌合部に柔軟性のある
ガスケットを使用することにより、また後者においては
真空ポンプ等の減圧手段の容量を十分に確保することに
より防止できるため、実用上問題はない。

【００１１】従って、このような方法では大気中の酸
素、窒素、水分などとの化学反応を防止できるため、高
強度で高信頼性の溶接を行なうことができる。なお、上
記構成では、吸引口７から空気を吸い出しているが、吸
引口７から高圧のシールドガスを供給し、その圧力差で
被溶接部材１の内部の空隙から空気を駆遂しても同様に
作用することができる。この場合、細い素線を撚り合わ
せたワイヤロープからなる被溶接部材では、その表面か
らシールドガスが均一に放出されるため、レーザトーチ
５から噴出させるシールドガス４の量を減少または省略
できるメリットがある。

【００１２】

【実施例２】図２は本発明の実施例２を示し、実施例１
と同一の要素は同一の符号で対応させてある。この実施
例は被溶接部材としてステンレス製のワイヤロープ１
１，１２に適用するものであり、ワイヤロープ１１，１
２は、その端部が突き合わされた状態で、レーザトーチ
５からのレーザビーム６により相互に溶接される。この
場合、各ワイヤロープ１１，１２は対向配置された保持
部材２１，２２をそれぞれ挿通した状態で位置決めされ
る。

【００１３】各保持部材２１，２２は空気室９と、空気
室９と連通して空気室９内を減圧する吸引口７とを有し
ている。また各保持部材２１，２２の空気室９の前後に
は、シール部材１３が設けられている（図示例におい
て、保持部材２１側のみを示しているが、保持部材２２
側も同様に構成されるものである）。

【００１４】このシール部材１３は空気室９内からのシ
ールドガス４の洩れを防止すると共に、ワイヤロープ１
１，１２の位置決めを行なうものであり、ゴムなどが使
用されるが、レーザ溶接などの熱影響の小さな溶接で
は、フッ素樹脂（例えば、テトラフルオロエチレン）な
どの軟質樹脂が好適である。１５，１６は保持部材２１
（保持部材２２も同様）のワイヤロープ１１の挿入口部
分および空気室９の引き出し口部分に形成されたテーパ
ガイドであり、このテーパガイド１５，１６によりワイ
ヤロープ１１が良好に案内されて位置決めされる。また
１４は保持部材２１を保持部材２２方向に移動させるエ
アシリンダーである。

【００１５】溶接時においては、ワイヤロープ１１２を
固定側の保持部材２２に挿入し、適当な突き出し長さを
もって固定し、同じくワイヤロープ１１を可動側の保持
部材２１に挿入する。そして、保持部材２１に保持され
たワイヤロープ１１をエアシリンダー１４の駆動により
ワイヤロープ１２に密着させ、必要に応じさらに荷重を
与えておく。この状態で、あらかじめワイヤロープ１
１，１２の密着部分にレーザビーム６の焦点を合わせた
レーザトーチ５よりシールドガス４を噴出させる（プリ
フロー）と同時に、真空ポンプ（図示省略）を駆動し
て、各吸引口７から排気を行なう。これにより、溶接部
周囲にシールドガスを充満させるとともに、ワイヤロー
プ１１，１２内の空隙に残留する大気をシールドガスと
置換する。この作業は数秒から数十秒間で完了する。そ
の後、レーザ発振器から発振し、集光レンズにより集光
したレーザビーム６をワイヤロープ１１，１２の密着部
分に照射し溶接を行なう。これにより、大気の悪影響の
ない溶接が可能となる。なお、本実施例では、保持部材
からのワイヤロープの突き出し長、ワイヤロープ１１，
１２の密着部に与える荷重、シールドガス流量、吸引排
出するガス量、レーザ強度をはじめとする溶接条件、シ
ールドガス種類等は被溶接部材であるワイヤロープの種
類により、適時選択されるものである。

【００１６】図３は、直径０．６ｍｍ素線４９本を撚り
合わせた外径０．５５ｍｍのステンレス製ワイヤロープ
と、直径０．２６ｍｍの素線３本を撚り合わせた外径
０．５１ｍｍのステンレス製ワイヤロープとを、突き出
し長２ｍｍ、密着荷重０．２Ｋｇｆ、アルゴンガスをシ
ールドガスとしてプリフロー３０リットル／ｍｉｎ、吸
引排気を両保持部材からからそれぞれ５リットル／ｍｉ
ｎとし、プリフロー１０秒後にＹＡＧレーザ（ビーム出
力３Ｊ、パルス幅３ｍｓ、溶接パルス数１）により溶接
を行なった場合の溶接部の引張強度を、レーザトーチか
らのシールドガス供給のみで溶接した従来方法と比較し
た特性図であり、従来法に比較し、本実施例による方法
は強度が高く、かつ強度のばらつきも小さい事が明らか
となっている。なお、この実施例２においても、実施例
１と同様に、各保持部材２１，２２の吸引口７から高圧
シールドガスを圧送しても良く、これによっても、良好
に溶接することができる。

【００１７】

【実施例３】図４は本発明の実施例３を示す。この実施
例３はワイヤロープ１７をパイプ材１８内に挿入した状
態で、これらを溶接するものである。ワイヤロープ１７
は溶接基台２４上に回動自在に取り付けられた保持部材
２３のテーパガイド２５からパイプ材１８内に挿入され
る。このように保持部材２３を回動自在とすることで、
溶接後の取り外し時に、保持部材２３が退避でき、円滑
な取り外しが可能となっている。

【００１８】パイプ材１８は溶接基台２４に設けたシー
ルドリング２６により、ワイヤロープ１７との対向位置
に保持される。この場合、溶接基台２４には吸引口７と
連通した空気室９が設けられると共に、ワイヤロープ１
７の先端面に当接して、その位置決めを行なうストッパ
２７が設けられている。

【００１９】上記構成において、ワイヤロープ１７を保
持部材２３からパイプ材１８内に挿入し、ストッパ２７
と当接させることにより位置決めし、その後、保持部材
２３のボルト２８を締め付けて固定する。この状態にお
いて、例えばアルゴンガスをシールドガスとし、吸引口
７から３リットル／ｍｉｎの流量で吸引し、このプリフ
ロー１０秒後にＹＡＧレーザ（ビーム出力３Ｊ、パルス
幅３ｍｓ、溶接パルス数２）により溶接を行なうことに
より、大気の悪影響のない十分な強度を有した継手の溶
接が可能となる。なお、本実施例においても、吸引口７
から高圧のシールドガス圧送しても、同様な溶接が可能
である。

【００２０】

【発明の効果】以上のとおり本発明は、被溶接部材の空
隙内部の大気を圧力差によって不活性ガスと置換して溶
接するため、加熱溶融時またはその後の冷却時に、大気
中の酸素、窒素、水分と化学反応することがなく、これ
により材質劣化がなく高強度の溶接が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の側面図である。

【図２】実施例２の側面図である。

【図３】実施例２による溶接強度の特性図である。

【図４】実施例３の側面図である。

【符号の説明】

１ 被溶接部材 ２ 保持部材 ３ 相手部材 ４ シールドガス ５ レーザトーチ ６ レーザビーム ７ 吸引口 ８ ガス供給口 ９ 空気室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に連続した空隙を有する被溶接部材
   または結合することによって連続した空隙を形成する被
   溶接部材を溶接する方法において、前記被溶接部材内の
   空隙部分に存在する大気を圧力を生じさせて不活性ガス
   に置換した後、被溶接部材と他の部材または被溶接部材
   相互を溶接することを特徴とする空隙を有する部材の溶
   接方法。