JPH0536152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はTIGアーク溶接トーチに係り、特にホ
ツトワイヤTIG用の溶接トーチに関するものであ
る。

（従来の技術） アルゴン等の不活性ガス雰囲気中において、非
消耗のタングステン電極と母材の間にアークを発
生させて溶接を行なうTIG（タングステンイナー
トガス）溶接法は、他の溶接法に比べて溶接能率
は劣るものの、溶接部の健全性は優れており、ス
テンレス鋼等の合金鋼の溶接および信頼性を要求
される個所の溶接等に多用されている。TIG溶接
においては、電極自体がアークで溶融されて溶接
金属が形成される被覆アーク溶接やMAG溶接等
のいわゆる消耗電極による溶接とは異なり、非消
耗のタングステンを電極とするために、添加ワイ
ヤをアーク近傍に送給して溶融させ、溶融金属を
形成させる必要がある。添加ワイヤの送給には
2.4mm径のワイヤを直接手で送り込む方法と、リ
ールに巻かれた1.0mm程度の径のワイヤをトーチ
に固定したワイヤガイドを介してローラにより自
動で送り込む方法があるが、溶接能率の向上のた
めには自動送給方法が適している。薄板の溶接に
おいては、既にその用途に応じて種々のものが実
用化されている。第３図は、従来型の添加ワイヤ
自動送給機構とタングステン電極の保持機構とを
一体化したTIGアーク溶接トーチの一例を示す。
トーチ固定部材１にはシールドガスノズル２およ
びタングステン電極７が設けられ、またトーチ固
定部材１に一体的に固着されたコンタクトチユー
ブ１１およびその中を通る添加ワイヤ２５が設け
られている。なお、図中、８は冷却水管、１８は
添加ワイヤの角度調整用ねじ、１９はガス管、２
０は添加ワイヤの前後調整用ねじである。

しかしながら、このように従来型の溶接トーチ
は、シールドガスノズル２だけでも幅が20mmまた
はこれ以上と大きく、厚板の突合せ溶接に適用し
ようとすると、開先内にトーチを挿入する必要が
あるため、開発幅を20mmと大幅に広げなければな
らず、溶接作業能率が著しく低下するという問題
がある。

このような問題点を解決するためには、狭い開
先に挿入できるように溶接トーチを薄型にするだ
けではなく、開先内でアークや溶融池の観察が容
易に行なえるような対策が必要である。また、厚
板の溶接では溶着率を向上させるため、添加ワイ
ヤに電流を流して通電加熱するホツトワイヤTIG
の溶接法が採用されており、ホツトワイヤのガイ
ド機構とタングステン電極保持機構を電気的に絶
縁する対策も必要となる。ホツトワイヤTIG溶接
において、ホツトワイヤは通常アークの後方に配
置され、溶融池の中に先端を突つ込んで母材との
間で通電される。ところが、ホツトワイヤの先端
がアークより離れて溶融池の外に出てしまうと、
ワイヤを流れる電流が減少してワイヤが効果的に
加熱溶融されないため、正常なビードを形成でき
なくなる。また、ホツトワイヤの先端がアークに
近づき過ぎるとアークが不安定となり、良好な溶
接が困難となる。すなわち、ホツトワイヤTIG溶
接では、ホツトワイヤ先端とアーク、すなわちタ
ングステン電極との距離が溶接結果に重大な影響
を及ぼす制御因子であり、狭い開先内でホツトワ
イヤ先端とタングステン電極との距離を制御する
対策も必要である。

これらの問題点を解決し、幅10mmまたはこれ以
下の狭開先で厚板溶接するための溶接トーチが考
案された（特願昭58−1771213号）。

第４図は、従来の狭開先自動TIG溶接トーチの
側面図、第４Ａ図はそのＡ視方向の正面図であ
る。図において、トーチ固定部材１を挿通してシ
ールドガスノズル２，３が配置され、ガスノズル
３の下部にはタングステン電極保持板４が固定さ
れ、一方、ガスノズル２には、その長さ方向にホ
ツトワイヤが通るコンタクトチユーブ１１が固定
されている。またコンタクトチユーブ１１の下端
にはセラミツクス製のホツトワイヤガイド１２が
電極保持板４とガスノズル２の間に固定されてい
る。タングステン電極７は、電極保持板４に設け
られた電極用孔５に挿入され、同じく電極保持板
４の中央部に設置した押えばね２２と突起２３に
よつて電極保持板４に密着されており、さらにタ
ングステン電極７は、トーチ固定部材１にねじ切
り挿入保持されている電極調整ねじ２１に締着さ
れている。このような構造であるため、タングス
テン電極７は調節ネジ２１によつて上下方向に移
動させることができる。ホツトワイヤ１３はワイ
ヤ用ガイドノズル１０、コンタクトチユーブ１１
およびワイヤガイド１２を介して、タングステン
電極７側へ曲げられて送給される。その角度θは
50〜70度である。このためタングステン電極７、
すなわちアークの位置とホツトワイヤ１３の先端
との距離は、タングステン電極７の上下方向の移
動によつて調整することが可能である。なおタン
グステン電極７の保持機構とホツトワイヤ１３の
ガイド機構はベークライト等の絶縁物９とセラミ
ツクス製のワイヤガイド１２によつて電気的に隔
離されている。さらに、前述したように、ホツト
ワイヤの送給角度θが大きいため、溶接後方から
の溶融池の観察も容易となつている。

一方、自動TIG溶接においては安定した溶接が
行なえるようにアーク長をほぼ一定に保つように
溶接トーチの位置を制御する方法が採用されてい
る。すなわち、アーク長を一義的に決定するアー
ク電圧を検出し、サーボモータにより溶接トーチ
を上下方向に移動させるようにしている。このた
め、タングステン電極７を上下させてアーク長を
変動させると、アーク電圧も急激に変動して、ア
ーク長の制御機構にエラーを発生させることもあ
ることが分かつた。また、アーク長一定制御を行
なわない場合においても、溶融池の長さは電流、
電圧、開先幅等の影響因子によつて若干の変動が
あり、タングステン電極７の上下動のみでタング
ステン電極７とホツトワイヤ１３の先端の距離を
コントロールすることは困難な場合もある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、深い開先内においてもタング
ステン電極とホツトワイヤ先端との距離を自由に
調整でき、かつ溶融池を観察しながら安定した溶
接を行なうことができる薄型のTIGアーク溶接ト
ーチを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 要するに本発明は、タングステン電極の保持機
構とホツトワイヤのガイド機構を一体に組み込ん
だトーチにおいて、タングステン電極方向に傾斜
させたホツトワイヤガイドノズルを上下方向に摺
動させて、タングステン電極とホツトワイヤ先端
との距離を調整できるようにしたものである。す
なわち、本発明は、アークを形成するタングステ
ン電極の保持機構とホツトワイヤのガイド機構を
一体に組み込んだTIGアーク溶接トーチにおい
て、前記ホツトワイヤのガイド機構が、ホツトワ
イヤを案内するガイドノズルと、該ガイドノズル
の下端から出たホツトワイヤをタングステン電極
側へ曲げて送給するワイヤガイドと、前記ガイド
ノズズの上部に設けられた、前記ワイヤガイドを
溶接中に上下動させて溶融池に接触しているホツ
トワイヤの先端と前記タングステン電極中心軸間
の距離を調整する手段とを有することを特徴とす
る。

本発明において、コンタクトチユーブから出た
ホツトワイヤをタングステン電極側へ曲げて送給
するワイヤガイドをセラミツクス製とし、かつ該
ワイヤガイドをコンタクトチユーブ等の溶接トー
チに固定されたホツトワイヤガイド機構に沿つて
上下動できるようにすることが好ましい。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面によつて説明す
る。

第１図および第１Ａ図は、本発明のTIGアーク
溶接トーチの一実施例を示す側面図および正面図
である。図において、トーチ固定部材１には、シ
ールドガスノズル３、冷却管８、および絶縁部材
９を介してワイヤ用ガイドノズル１０、ホツトワ
イヤガイド１２が固定されている。タングステン
電極７保持機構部分を固定する部位は、ガスノズ
ル３と冷却水管８およびそれらの下部に固定され
ている電極保持板４からなり、ホツトワイヤガイ
ド機構部分を固定する部位は、ガスノズル２とコ
ンタクトチユーブ１１からなる。これらの部位
は、ベークライト等の絶縁部材９によつて電気的
に隔離されている。電極保持板４には電極用孔５
を設けてタングステン電極７が挿入され、電極固
定ねじ６によつて電極保持板４に固定されてい
る。このタングステン電極７は、図示していない
TIGアーク用電源にトーチ固定部材１、ガスノズ
ル３、冷却水管８を介して接続されている。ホツ
トワイヤ１３が送り込まれるコンタクトチユーブ
１１はガスノズル２に固定され、さらにセラミツ
クス製の絶縁部材２４によつて電極持板４とも固
定されている。コタクトチユーブ１１は、図示し
ていないホツトワイヤ用電源に接続されており、
このコンタクトチユーブ１１を介してホツトワイ
ヤ１３に通電される。このホツトワイヤガイド機
構は絶縁部材９，２４によつてタングステン電極
保持機構とは電気的に隔離されている。ガスノズ
ル２またはガスノズル２とコンタクトチユーブ１
１はセラミツクス製の細筒１２内に挿入、支持さ
れ、その下方にはホツトワイヤ１３をタングステ
ン電極７側へ送給できるように傾斜させた孔が設
けられている。ホツトワイヤガイド１２は、第２
図に示す断面形状を有し、ワイヤガイド保持治具
１４に締着されており、ワイヤガイドノズル１０
に加工したねじ山１５と上下用調整ねじ１６によ
つてワイヤガイド１２をガスノズル２とコンタク
トチユーブ１１に沿わせて上下方向に摺動させる
ことができるようになつている。

本発明になるTIGアーク溶接トーチは以上のよ
うな構成を有しているため、調整ねじ１６によつ
てワイヤガイド１２を容易に上下方向に動かし、
ホツトワイヤ１３の先端とタングステン電極７と
の距離を任意に調整することができる。また、ア
ーク長は、前述したようにアーク電圧を検出する
ことにより、溶接トーチ全体がサボモータによつ
てコントロールされるが、本発明においては、こ
のような溶接トーチの上下動とは全く独立に、ホ
ツトワイヤ１３の溶融池への添加位置を調整する
ことができる。

さらに、ホツトワイTIG溶接においては、ワイ
ヤの突出し長さを一定にしておかないと、ワイヤ
の加熱は一定とはならないが、本発明の溶接トー
チによれば、ホツトワイヤのガイド機構全体を上
下動させるものとは異なり、コンタクトチユーブ
１１の下端から溶融池までの距離は変化しないた
め、安定した溶接を行なうことができる。また、
コンタクトチユーブ１１と溶融池の間に高融点の
セラミツクス製ワイヤガイド１２が存在するた
め、スパツタ等によるコンタクトチユーブ孔のつ
まりもなくなる。

ワイヤガイド１２に設けた孔の傾斜角度θを70
度とした溶接トーチを試作し、ワイヤガイドの上
下動でタングステン電極７とホツトワイヤ１３の
先端との距離の変化を測定したところ、１mmから
７mmまで自在に調整することができた。実際の溶
接において、その距離は３mmから５mmが適正であ
り、十分実用化可能であることがわかつた。また
タングステン電極７は溶接中にいくらか消耗する
が、溶接前に消耗分を勘案して電極保持板４から
長く突き出しておけば、ホツトワイヤ１３の先端
は溶接中に調整できるため、アークを切つて再調
整する必要はなく、長時間連続して溶接を行なう
ことができる。

以上は狭開先ホツトワイヤTIG溶接について述
べたが、本発明は狭開先溶接に限定されるもので
はなく、通常のTIGアーク溶接トーチに応用して
も同様の効果を有する。

（発明の効果） 本発明によれば、狭開先内に充分挿入可能な薄
い溶接トーチを提供されるので、例えば直径６
ｍ、板厚150mmの鋼製の圧力容器の胴体や直径500
mm、板厚100mmのステンレス製の配管のホツトワ
イヤTIGによる狭開先溶接も可能となる。このた
め、高能率で高品質の溶接部が得られる狭開先ホ
ツトワイヤTIG溶接法の応用範囲が拡大され、そ
の工業的価値は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明になるTIGアーク溶接トーチ
の一例を示す側面図、第１Ａ図は、第１図のＡ視
方向の正面図、第２図および第２Ａ図は、第１図
に示した溶接トーチのワイヤガイドのＡ−Ａ断面
図およびＢ−Ｂ断面図、第３図は従来の薄板用の
溶接トーチの構造図、第４図は、従来の狭開先用
の溶接トーチの側面図、第４Ａ図は、第４図のＡ
視方向の正面図である。 １…トーチ固定部材、２，３…シールドガスノ
ズル、４…電極保持板、５…電極用孔、６…電極
固定ねじ、７…タングステン電極、８…冷却水
管、９…絶縁部材、１０…ワイヤ用ガイドノズ
ル、１１…コンタクトチユーブ、１２…ホツトワ
イヤガイド、１３…ホツトワイヤ、１４…ホツト
ワイヤガイド保持部材、１５…上下用調節ねじ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アークを形成するタングステン電極の保持機
   構とホツトワイヤのガイド機構を一体に組み込ん
   だTIGアーク溶接トーチにおいて、前記ホツトワ
   イヤのガイド機構が、ホツトワイヤを案内するガ
   イドノズルと、該ガイドノズルの下端から出たホ
   ツトワイヤをタングステン電極側へ曲げて送給す
   るワイヤガイドと、前記ガイドノズルの上部に設
   けられた、前記ワイヤガイドを溶接中に上下動さ
   せて溶融池に接触しているホツトワイヤの先端と
   前記タングステン電極中心軸間の距離を調整する
   手段とを有することを特徴とするTIGアーク溶接
   トーチ。