JPH07276050A

JPH07276050A - Ｔｉｇ溶接装置

Info

Publication number: JPH07276050A
Application number: JP7216094A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Hori; 勝義堀; Nobuo Nakazawa; 信雄中澤; Hiroshi Watanabe; 浩渡辺; Masahiro Tsunoda; 雅弘角田; Toshiji Nagashima; 利治永島; Kazuyoshi Kusano; 和喜草野; Mitsuo Matsumoto; 光雄松本
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 1995-10-24

Abstract

(57)【要約】【目的】非消耗電極を高速でかつ位置精度よく揺動す
ることにより、高溶着速度で安定した溶接ができるＴＩ
Ｇ溶接装置を提供する。【構成】非消耗電極４８の先端を揺動しながらＴＩＧ
溶接するＴＩＧ溶接装置において、前記非消耗電極４８
を揺動するモータ軸２３に締結部材を介して非消耗電極
４８を直結したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばホットワイヤＴ
ＩＧアーク溶接装置などのＴＩＧアーク溶接装置に係
り、特に狭開先内で溶接ができるＴＩＧアーク溶接装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚板の狭開先アーク溶接を行う際には、
開先側壁、殊に開先底の隅部をアークで十分に溶融する
必要がある。隅部の溶融が不十分だと、隅部に溶接線方
向に連続した融合不良を形成することになる。

【０００３】ＴＩＧアーク溶接装置を用いた狭開先溶接
も行われるが、その場合、開先の中心にタングステン電
極を配置しアークを発生して狭開先溶接を行うと、通常
はアークや形成される溶融池の大きさに比べて開先幅が
大きいので、両開先側壁や両隅部を溶融することが難し
い。

【０００４】狭開先ＴＩＧ溶接に用いられるトーチ１の
一例を図１２に、母材２の開先内に配置したトーチ１の
側面の状態を図１３に示した。図中の３はタングステン
電極で、止めがね４により先端部材６に固定されてい
る。冷却水は流入管５から入り、先端部材６で折り返し
ながら先端部材６とタングステン電極３を冷却し、流出
管７から出てくる。８、９はシールドガスを案内する管
である。１０はこれらの管を束ね、またアーク電流をタ
ングステン電極３に通電し、かつトーチ１を図示してい
ない溶接ヘッドに取り付ける部材である。

【０００５】このように狭開先ＴＩＧ溶接では、多くの
場合、タングステン電極３は偏平なトーチ１の先端に取
り付けられ、図１３中の矢印で示すように、トーチ１全
体が開先幅方向に平行に往復動し、即ちウイビングし
て、開先隅部１１ａ，１１ｂの溶融を十分に行なうよう
に努めている。

【０００６】しかし、タングステン電極３をトーチ１に
取り付けるために、開先幅方向のトーチ厚さはタングス
テン電極３より２〜４ｍｍ厚くなるので、トーチ１を平
行移動したのでは、タングステン電極３を開先隅部１１
ａ，１１ｂにそれほど近付けられず、開先隅部１１ａ，
１１ｂの溶融が相当に難しくなる。またトーチ１全体が
開先側壁１２ａ，１２ｂに等距離的に接近するので、し
ばしばアーク１３が開先側壁１２ａ，１２ｂに沿ってト
ーチ１の上方に這い上がって、トーチ１を損傷する。

【０００７】従来提案された図１４の溶接装置（特公平
１-57996号公報）は、これらへの対策として先端部を曲
げたタングステン電極１４を用い、トーチ軸芯を往復捻
転してタングステン電極１４の先端を開先内で扇形状に
揺り動かし（以後、揺動と略記する）、開先隅部や側壁
の溶融を十分に行おうとするものである。

【０００８】同図において、図中の１５は駆動モータ
で、その動きは駆動歯車１６、従動歯車１７を介して、
タングステン電極１４に間接的に伝えられる。従動歯車
１７の動きは中間歯車１８と複数個の磁石接点式センサ
１９で検出され、タングステン電極１４の揺動のための
モータ１５の反転開始信号として利用している。

【０００９】このようにすると、トーチ軸を開先中心に
置いたまま揺動するので、タングステン電極１４先端の
振れ幅が開先内に入っているトーチ部分の厚さより大き
くとれ、開先側壁１２に沿ってトーチ上方にまでアーク
が這い上がることが防止でき、またタングステン電極１
４の先端を開先隅部に向けることができるので、アーク
で隅部を十分に溶融することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】トーチを平行に動かす
にしても、また揺動するにしても、従来はモータの回転
動を歯車などの動力伝達機構を介して駆動していたの
で、１ないし２Ｈｚ程度の周波数でしかタングステン電
極を動かすことができなかった。

【００１１】また、タングステン電極を揺動する場合、
開先側壁に最接近する電極先端位置は±０．１５ｍｍな
ど精度良くする必要がある。近付きすぎると開先と接触
して、タングステン電極が損傷し、また離れすぎると隅
部に融合不良を発生するため、タングステン電極先端部
の位置精度が高く要求されている。しかし、従来は前述
のようにタングステン電極の揺動を歯車などを介して間
接的に行なっていたため、歯車のバックラッシュなどに
より、精度良く電極先端の位置を保つことはできなかっ
た。

【００１２】ところで、ＴＩＧ溶接の添加ワイヤに通電
加熱するホットワイヤ溶接法を採用して、溶着速度を高
めようとすると、当然その溶着金属量に見合って母材表
面の溶融面積を増さなければ、オーバーラップなどの溶
接欠陥が発生する。そこでアーク電流を高くして母材溶
融能力を増そうとすると、大電流ＴＩＧ溶接ではアーク
力によりアーク直下に激しい掘り込みを発生し、その上
に溶融金属が覆い被さって、トンネル状の空孔ができ
る。このため、従来はアーク電流を３００Ａ以上に高め
ることは難しいとされていた。また、溶接速度を速くす
ると、タングステン電極先端が両開先側壁間をゆっくり
（１〜２Ｈｚ程度）往復する間に溶接線方向に進み過ぎ
て、開先隅で溶融しないところが発生する。このよう従
来はアーク電流を高めることもできず、溶接速度を速く
することもできないために、結局、高能率と言われるホ
ットワイヤ溶接法を採用しても、実用的には溶着量を高
めることができなかった。

【００１３】タングステン電極について言えば、先端を
曲げたタングステン電極は通常市販されておらず、特殊
な加工を加えて製作しなければならない。またタングス
テン電極の先端が消耗すると、長いタングステン電極全
体を取り替えなければならないので高価につく。

【００１４】また、電極の冷却が長いタングステン電極
の付け根で行なわれるので冷却効果が少なく、したがっ
てアーク電流がタングステン電極中を流れることによる
抵抗発熱を少なくするために、太い電極を用いなければ
ならなかった。太い電極を用いるときには、電極先端を
尖らせて使うので、それだけ開先隅部にアークが届き難
くなる。

【００１５】狭開先中のシールドについては、開先の上
方からシールドガスを流したり、またそれと同時に、ト
ーチ先端にシールドガスを流出するシールド管を配置し
てシールドガスを流出していた。しかし、高速のガスを
管から吹き出す時には、周囲の他のガスを巻き込んでシ
ールドガスの純度を下げるので、その巻き込みを防ぐた
めに様々な工夫をトーチ先端部に加えられていた。この
ため、トーチ先端が複雑になり、またトーチ厚みを増
し、トーチ上方からのアーク監視が難しくなるなどの問
題点があった。

【００１６】本発明の第１の目的は、非消耗電極を高速
でかつ位置精度よく揺動することにより、高品質で安定
した溶接ができるＴＩＧ溶接装置を提供することにあ
る。

【００１７】本発明の第２の目的は、母材溶融能力の高
い大電流アークが可能なＴＩＧ溶接用トーチを提供する
にある。

【００１８】本発明の第３の目的は、周囲の他のガスの
巻き込みがなく、純度の高いシールドガス状態が容易に
形成され、良好なガスシールドが簡単に行えるＴＩＧ溶
接装置を提供することにある。

【００１９】本発明の第４の目的は、母材溶融能力の高
い大電流アークを用いても高溶着量の溶接が行えるＴＩ
Ｇ溶接装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は前記第１
の目的を達成するため、例えばタングステン電極などの
非消耗電極の先端を揺動しながらＴＩＧ溶接するＴＩＧ
溶接装置において、前記非消耗電極を揺動する例えばス
テッピングモータなどのモータ軸に締結部材を介して非
消耗電極を直結したことを特徴とするものである。

【００２１】第２の本発明は前記第２の目的を達成する
ため、例えばタングステン電極などの非消耗電極を支持
する先端部材と上部部材との間が二重管構造になってお
り、その二重管構造の内側流路と外側流路を通して冷却
水を流入・流出することにより前記非消耗電極を冷却す
るとともに、前記二重管構造を構成する少なくとも一方
の管と先端部材が導電性を有し、その導電性の管ならび
に前記先端部材を通して非消耗電極に通電できるように
構成されていることを特徴とするものである。

【００２２】第３の本発明は前記第３の目的を達成する
ため、例えばアルゴンガスなどのシールドガスを供給す
るシールドガス管の先端部に円筒状の金網などからなる
多孔質体を装着し、その多孔質体を狭開先内に挿入し、
該多孔質体からシールドガスを浸出してシールドするこ
とを特徴とするものである。

【００２３】第４の本発明は前記第の目的を達成する
ため、例えばタングステン電極などの非消耗電極と母材
との間にアークを形成するためのアーク電源と、添加ワ
イヤを加熱する加熱電源と、添加ワイヤを前記アーク側
に供給するワイヤ送給手段と、前記母材の表面に対して
例えば４５ないし８０度の範囲に傾斜して取り付けた非
消耗電極を５Ｈｚ以上で高速揺動する溶接ヘッドと、母
材に対して非消耗電極を負極に接続し、非消耗電極が後
退角となる方向に溶接を進行させ、かつ前記添加ワイヤ
の先端を溶接進行方向後方から溶融池に挿入するように
配置されたワイヤトーチとを備えたことを特徴とするも
のである。

【００２４】

【作用】前記第１の本発明では、前述のように非消耗電
極がモータ軸に直結されてモータ軸と一体に揺動するか
ら、従来のように歯車のバックラッシュの影響を受け
ず、そのために電極先端の位置を精度よく保つことがで
き、高品質で安定した溶接ができる。

【００２５】前記第２の本発明では、前述のように二重
管構造の採用により通電用に使用される管は冷却される
ためアーク電流値を高くすることができ、母材溶融能力
の高い大電流アークが可能となる。

【００２６】前記第３の本発明では、前述のようにシー
ルドガス管の先端部に多孔質体を装着して、その多孔質
体をを狭開先内に挿入し、該多孔質体からシールドガス
を浸出してシールドすることにより、シールドガス管か
らシールドガスが高速に吹き出す場合に見られる周囲の
他のガスの巻き込みがないので、純度の高いシールドガ
ス状態が容易に保たれ、狭開先内の溶接部を簡単にシー
ルドすることができる。

【００２７】前記第４の本発明では、前述のように非消
耗電極を負極に接続し、母材表面に対し後退角に傾斜さ
せ、開先幅いっぱいに５Ｈｚ以上で高速揺動しているの
で、平坦な溶け込み状態となり、そのためビード底に空
孔（空洞）を生じることがなく、母材溶融能力の高い大
電流アークを用いても高溶着量の溶接が行える。

【００２８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る揺動式ＴＩ
Ｇ溶接装置の溶接ヘッド部分を示している。図中の２１
はタングステン電極４８を揺動するためのステッピング
モータで、本実施例では１０００パルスで１回転する５
相励磁型のステッピングモータが用いられ、ハーフピッ
チで制御することにより０．３６度／パルスの精度で駆
動する。２２はこのステッピングモータ２１の動きを平
滑にするダンパーである。２３は中空状のモータ軸、２
４は絶縁部材で前記モータ軸２３と止めネジ２５で機械
的に結合して一体に動く。

【００２９】２６は上部通電部材で、絶縁部材２４にモ
ータ軸２３とは絶縁を保ちながら一体に動くよう図示さ
れていないネジで結合されている。２７は絶縁部材２４
と上部通電部材２６に挟まれて一体に動くセンサ板で、
ホトインタラプタ２８と組み合わせてステッピングモー
タ２１の回転制御を行う。２９は冷却水入口ビニール
管、３０は冷却水出口ビニール管で、それらの一端は可
撓性をもって上部通電部材２６に接続されている。３１
はアーク電流通電用の可撓性の通電ケーブルで、絶縁板
３２に取り付けられたアーク電流接続端子３３と上部通
電部材２６とを接続している。３４はステッピングモー
タ２１を含め、上部の可動部を覆う外箱である。

【００３０】図２は前記センサ板２７の平面図で、同図
に示すように端部にエッジを有する扇形部２７ａが形成
されている。この実施例では扇形部２７ａが形成され、
そのエッジを光学的に検出することによりステッピング
モータ２１の回転制御を行っているが（詳細は後述す
る）、半径方向に１つのスリットを設けた円板をセンサ
板として用いることもできる。

【００３１】図３は、前記上部通電部材２６の構造を説
明する断面図ある。上部通電部材２６のモータ軸中心線
上の位置に孔８０を開け、細く長い冷却水流入管３５を
鑞付して一体化したユニオン３６を捩じ込んで固定し、
ユニオン３６の上側に冷却水入口ビニール管２９を接続
する。上部通電部材２６の下側で孔８０に太くて短い銅
製の導電管３７が鑞付されて一体化されている。そし
て、上部通電部材２６の上側に孔３４に繋がるもう一つ
の孔３８を開けユニオン３９を捩じ込んで固定し、冷却
水出口ビニール管３０を接続する。このように冷却水流
入管３５と導電管３７とを二重管構造にし、この導電管
３７の外側にさらに絶縁管４０を被覆した状態で、前記
ステッピングモータ２１のモータ軸２３内に挿入し、ス
テッピングモータ２１の下側にまで突き出している。

【００３２】図１に示すように突き出した後で、導電管
３７の先端に金属製の管継手４１を取り付けている。そ
して導電管３７は、絶縁性の補強管４２によってモータ
軸２３の下端部とも機械的に連結されている。トーチ管
４３側にも金属製の管継手４４を取り付け、導電管３７
側の管継手４１と水漏れなく、かつ導電性を保ちながら
強固に締結している。

【００３３】このように導電管３７とトーチ管４３とを
管継手４１、４４で分離可能に接続すれば、アークなど
で損傷し易いトーチ部分が容易に取替えられ、そのため
取替えコストが安価になる。

【００３４】図４は、トーチ管４３の先端部の構造を説
明する断面図である。トーチ管４３の先端に浅い穴４５
つきの銅製の先端部材４６を鑞付し、その穴４５の底近
くまで冷却水流入管３５の先端が延びている。また、先
端部材４６にはモータ軸２３の中心線に対して斜め（約
３０度）に孔４７が開けられ、その孔４７にタングステ
ン電極４８を差し込んで横から止めネジ４９で固定して
いる。

【００３５】本実施例では二重管構造の内側流路から冷
却水を流入し、先端部材４６の穴４５で折り返して、外
側流路から冷却水を流出しているが、反対に二重管構造
の外側流路から冷却水を流入し、先端部材４６の穴４５
で折り返して、内側流路から冷却水を流出してもよい。

【００３６】再び図１に戻るが５０はワイヤ電流通電ケ
ーブルで、通電治具５１、コンタクトチューブ５２、そ
の先端のコンタクトチップ５３を介して添加ワイヤ５４
に通電している。５５は図示していないワイヤ送給手段
から添加ワイヤ５４をガイドするライナである。通電治
具５１は絶縁棒５６やワイヤ位置を調整するスライドベ
ース５７などを介して、外箱３４に取り付けられてい
る。

【００３７】６０はステンレス鋼製の金網からなる底付
きの多孔質体で、シールドガスを流出するガス管６１の
先端に取り付けられている。

【００３８】次にこのＴＩＧ溶接装置の機能について説
明する。

【００３９】図示していない制御装置からの出力パルス
ピッチを制御して、図示していないモータドライバーに
加え、ステッピングモータ２１の速度を図４のように制
御しながら往復動させる。この実施例の場合タングステ
ン電極４８は、モータ軸心に対して３０度の勾配でモー
タ軸芯から約２０ｍｍ突き出すようにトーチ先端部材４
６にネジ止めされている。

【００４０】この様な状態で、センサ板２７の前記エッ
ジがホトインタラプタ２８を通過する瞬間をステッピン
グモータ２１の基準位置として設定し、その基準位置か
ら±１８度揺動すると、（１８÷０．３６＝５０片側
振幅で５０パルス）タングステン電極４８の先端は±３
ｍｍ揺動することになる。揺動の両端で、ｔ₀時間滞留
した後反転するが、この時間ｔ₀の間、タングステン電
極４８の先端は開先隅部に向いており、母材５８との間
に発生しているアーク５９によって直接的に開先隅部を
溶融する。ステッピングモータ２１を用いているため、
基準位置通過後から反転するまでの間に出力する駆動パ
ルス数に対応して、タングステン電極４８先端の振れ幅
が容易に精度良く制御できる。

【００４１】冷却水流入管３５、冷却水の戻り管を兼ね
たアーク電流を通電する導電管３７、モータ軸２３との
間の絶縁を保つ絶縁管４０を同軸的に配置し、ステッピ
ングモータ２１のモータ軸２３中を貫通して、溶接部側
に取り出すようにしたので、それらがステッピングモー
タ２１の外側を回って取り出す場合に比べて、モータ負
荷の慣性を非常に小さくすることができ、それによって
もタングステン電極４８の先端部の位置精度が高く維持
できる。

【００４２】図４に示したトーチ部分７０は、金属製の
管継手４１、４４によって図３に示したトーチ上部部材
７１に容易に着脱できる。管継手４１、４４で機械的に
強固に締結しているので、トーチ上部部材７１が揺動す
ると、トーチ部分７０も一体になって揺動する。このよ
うにタングステン電極４８はモータ軸２３と機械的に直
結されているので、歯車を用いた場合に生じるバックラ
ッシュもなく、高速に揺動できる。

【００４３】また、金属製の管継手４１、４４を介して
アーク電流も流れる。アーク電流はトーチ管４３を通っ
てタングステン電極４８に至るが、トーチ管４３自体が
水冷されているので、細い管に大電流を流しても過熱さ
れる問題はない。水冷された先端部材４６からのタング
ステン電極４８の突き出し長さは高々１５ｍｍ程度なの
で、直径３．２ｍｍのタングステン電極４８で電流５０
０Ａのアークを発生しても、長時間使用できる。このた
め、タングステン電極４８を保持する先端部材４６の厚
さは５ｍｍ以下にすることができ、また２重管水冷構造
にしているので先端部材４６の溶接線方向寸法も１０ｍ
ｍ程度にできるので、幅１０ｍｍの開先内の中央にトー
チを置くとき、±１８度程度揺動しても先端部材が開先
側壁に接触することはない。たまたま、トーチ部分７０
が開先側壁との間にアークを発生して損傷する事態にな
っても、管継手４４のところから先端側を交換するだけ
で良い。

【００４４】底付きの円筒状多孔質体６０から開先内に
静かに滲み出すように、シールドガスを流出する。深さ
５０ｍｍ以上の深い狭開先の底で溶接する場合、開先側
壁によって溶接部近傍はおおよそ閉ざされた空間を構成
しているので、４０リッター／分程度の比較的少ないガ
ス流量で効果的にシールドできる。なお、図６に示すよ
うに、開先の上部に近付くと、開先側壁の代りに耐熱性
のセラミックス板８１ａ，８２ｂを母材５８上に置いて
開先側壁に準じた堰をつくって深い開先底に似た状態を
構成し、良好なシールドを保っている。

【００４５】図示しないパルスアーク電源を用い、その
ベース電流期間にパルス電流でワイヤ通電するホットワ
イヤスイッチングＴＩＧ溶接法を用いた。図１５はこの
実施例に係る溶接装置の溶接条件例をまとめて示す図で
ある。

【００４６】大電流のパルスアークを用いると、タング
ステン電極を揺動していない場合には、図７に示すよう
にアークの掘り込み作用が激しいためにしばしばワイン
カップ状のビード形状になり、ビード８２の底部に大き
なトンネル状の空孔８３を形成する。タングステン電極
４８を高速で揺動すると、図８のように平坦な溶け込み
底の形状となり、空孔が発生しなくなる。即ち、高速揺
動によって、母材溶融能力の高い大電流アークを用いる
ことができるようになり、高溶着量の溶接が可能となっ
た。通常の平坦な直流電流アークも使えるが、母材溶融
能力の強さからはパルスアークの方が、効果的であっ
た。

【００４７】なお、溶接はタングステン電極４８が後退
角になるような方向に溶接を進行し、添加ワイヤ５４は
正極に接続して、溶接後方側の溶融池の開先中央部に挿
入した。このようにすると、平坦ないしは凹状のビード
表面形状になり、次の層を溶接するときにも、開先隅部
の溶融が容易に行える。添加ワイヤ５４を負極に接続す
ると、ボットワイヤスイッチングＴＩＧでは溶接速度を
少し低くすると良好なビート形状が得られるが、平坦な
直流アーク電流との組合せでは蒲鉾型のビード表面形状
になり易く、次の層を溶接するときに、隅部で未溶融部
が発生するので採用しなかった。

【００４８】ワイヤ電流にはアーク電流のベース期間の
み通電するパルス電流を用いた。このようにすると、特
公平５−７５５１１号公報に記載された技術、即ち、ワ
イヤ通電休止期間のワイヤ電圧から、添加ワイヤが母材
と接触しているかどうかを検知でき、添加ワイヤが母材
から離れているときには次のパルス電流を通電しないよ
うに制御することによって、タングステン電極とワイヤ
間にアークが発生して溶接困難になる事態が発生しない
ようにできる。

【００４９】５００Ａなどの大電流アークにして母材溶
融能力を増し、そして溶接速度を速くして能率向上を図
ろうとするのであるが、この時、揺動速度が５Ｈｚ未満
の遅い時にはアーク下の溶け込みが大きくなり過ぎ、ま
たアークが開先側壁に近付くと、側壁を溶かして深い抉
りを作る傾向がある。溶接速度を速くすると、ジグザグ
形の溶け込み状態になり、開先隅に未溶融部を形成す
る。従って溶接速度を速くしても開先隅に未溶融部を残
さないようにするために、５Ｈｚ以上にする必要があ
る。

【００５０】本発明の他の実施例を図９に示し、この図
は溶接ヘッドの揺動モータ回り近傍だけを示している。
本実施例では中実状のモータ軸を有するモータ８５を用
い、そのモータ８５の外側に沿ってアーク電流ケーブル
８６や冷却水の入出管８７、８８が固定台８９から取り
出され、絶縁部材９０を介してモータ軸と一体になった
上部通電部材９１に取り付けられている。慣性をできる
だけ小さくするために、モータ８５はできるだけ細長
で、慣性が小さいことが望ましく、その点からコアレス
モータを用いた。

【００５１】トーチ部分７０は、図１の実施例と同様に
金属製管継手４１、４４によって交換容易なように構成
されている。図示していない制御装置から交流電流を直
流モータ８５に流し往復動させるが、モータ軸に取り付
けられた図示していないエンコーダからの回転位置信号
を参照して、揺動の基準位置および揺動振幅を制御して
いる。

【００５２】本実施例によると、ステッピングモータを
用いた場合より揺動振幅制御の精度は劣るが、溶接ヘッ
ドを軽く構成でき、多関節溶接ロボットに搭載するのに
適している。

【００５３】前記実施例ではタングステン電極をモータ
軸芯に対して３０度（母材表面に対して６０度）傾けて
固定し、モータ軸を±１８度回転させる例を示したが、
開先の幅などの諸条件により、タングステン電極はモー
タ軸芯に対して例えば１０ないし４５度（母材表面に対
して４５ないし８０度）の範囲で傾けることができ、さ
らにモータ軸の回転角ならびに先端部材からのタングス
テン電極の突出寸法を調整することもできる。

【００５４】なお、前述のモータ軸芯に対するタングス
テン電極の傾斜角の変更は、例えばタングステン電極を
先端部材に対して回動可能に取り付けたり、あるいは先
端部材におけるタングステン電極取付孔（あるいは取付
溝）の傾斜角の違うものを多数準備しておき、その中か
ら適当な先端部材を選択してもよい。

【００５５】またモータ軸の回転角の変更は、例えばス
テッピングパルスモータの場合にはそのモータに供給す
るパルス数を変更することによってなされる。

【００５６】平板上で肉盛溶接する場合など、また浅い
Ｖ開先の突き合わせ溶接の場合などでは、図１０に示す
の実施例のように、先端部材４７にタングステン電極４
８をモータ軸４２に対して平行に取り付けて揺動するこ
ともできる。この方がアークが母材表面に垂直に吹き付
けられるので母材溶融能力が増し、溶接速度を増すこと
ができる。

【００５７】シールドガスを流出する多孔質体６０とし
ては、例えば金網状、焼結状金属、多孔質セラミック
ス、ハニカム構造体などが用いられる。図１の実施例で
は、トーチ部７０とワイヤコンタクトチューブ５２との
間に１本だけ配置したが、図１１は複数本（２本）の多
孔質体６０ａ，６０ｂをトーチ部７０とワイヤコンタク
トチューブ５２の外側に配置した実施例を示している。

【００５８】各多孔質体６０ａ，６０ｂからは、３０リ
ッター／分ずつアルゴンガスを流した。比較的直径が小
さい厚肉管の周継手を下向きで狭開先溶接する場合に
は、管の下側から大気が這い上がってくることがあり、
その様な場合には、本実施例のように複数本用いた方が
良好なシールド状態を保ち易い。このように多孔質体を
シールドに用いると、多孔質体を単に開先内に挿入する
だけで、周囲からのガス巻き込みなしにシールドガスを
好みの場所で流出でき、複雑なシールド装置構造を取る
ことなく、トーチ回りを単純化できる。

【００５９】

【発明の効果】前記第１の本発明では、前述のように非
消耗電極がモータ軸に直結されてモータ軸と一体に揺動
するから、従来のように歯車のバックラッシュの影響を
受けず、そのために電極先端の位置を精度よく保つこと
ができ、高品質で安定した溶接ができる。

【００６０】前記第２の本発明では、前述のように二重
管構造の採用により通電用に使用される管は冷却される
ためアーク電流値を高くすることができ、母材溶融能力
の高い大電流アークが可能となる。

【００６１】前記第３の本発明では、前述のようにシー
ルドガス管の先端部に多孔質体を装着して、その多孔質
体をを狭開先内に挿入し、該多孔質体からシールドガス
を浸出してシールドすることにより、シールドガス管か
らシールドガスが高速に吹き出す場合に見られる周囲の
他のガスの巻き込みがないので、純度の高いシールドガ
ス状態が容易に保たれ、狭開先内の溶接部を簡単にシー
ルドすることができる。

【００６２】前記第４の本発明では、前述のように非消
耗電極を負極に接続し、母材表面に対し後退角に傾斜さ
せ、開先幅いっぱいに５Ｈｚ以上で高速揺動しているの
で、平坦な溶け込み状態となり、そのためビード底に空
孔（空洞）を生じることがなく、母材溶融能力の高い大
電流アークを用いても高溶着量の溶接が行えるなどの特
長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る揺動式ＴＩＧ溶接装置の
溶接ヘッドを示す図である。

【図２】その揺動式ＴＩＧ溶接装置に使用されるセンサ
板の平面図である。

【図３】その揺動式ＴＩＧ溶接装置のトーチ上部部材回
りを示す断面図である。

【図４】その揺動式ＴＩＧ溶接装置のトーチ部分を示す
断面図である。

【図５】その揺動式ＴＩＧ溶接装置におけるステッビン
グモータの回転制御を説明するための図である。

【図６】溶接の実施態様を示す説明図である。

【図７】タングステン電極が揺動しない場合のビード断
面形状を示す図である。

【図８】本発明の実施例によるビード断面形状を示す図
である。

【図９】本発明の他の実施例での溶接ヘッドの側面図で
ある。

【図１０】本発明のさらに他の実施例でのトーチ部分の
側面図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例でのシールドガス
多孔質体の配置例を示す説明図である。

【図１２】従来の狭開先溶接用ＴＩＧトーチの側面図で
ある。

【図１３】その従来の狭開先溶接用ＴＩＧトーチを用い
て狭開先内で溶接している状態を示す図である。

【図１４】従来提案された揺動式ＴＩＧ溶接ヘッドの断
面図である。

【図１５】本発明の実施例に係るＴＩＧ溶接装置の溶接
条件例を示す図である。

【符号の説明】

２１ステッピングモータ２３モータ軸２６上部通電部材２７センサ板２８ホトインタラプタ２９冷却水入口ビニール管３０冷却水出口ビニール管３１通電ケーブル３５冷却水流入管３７導電管４１、４４管継手４３トーチ管４５穴４６先端部材４８タングステン電極５３コンタクトチップ５４添加ワイヤ５８母材５９アーク６０多孔質体６１ガス管７０トーチ部分７１トーチ上部部材８５モータ８６電流ケーブル８７、８８冷却水管９１上部通電部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角田雅弘広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内 (72)発明者永島利治広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内 (72)発明者草野和喜広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内 (72)発明者松本光雄広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非消耗電極の先端を揺動しながらＴＩＧ
溶接するＴＩＧ溶接装置において、前記非消耗電極を揺
動するモータ軸に締結部材を介して非消耗電極を直結し
たことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項２】請求項１の記載において、前記モータ軸
が中空状で、そのモータ軸の中空内にアーク電流と冷却
水が通過する経路を設けたことを特徴とするＴＩＧ溶接
装置。
【請求項３】請求項２記載において、前記モータ軸上
に、非消耗電極を支持する先端部材と、その先端部材か
ら所定の間隔離れた位置に上部部材とが設けられ、前記
先端部材と上部部材との間が二重管構造になっており、
その二重管構造を通して冷却水を流入・流出することに
より前記非消耗電極を冷却するとともに、前記二重管構造を構成する少なくとも一方の管と先端部
材が導電性を有し、その導電性の管ならびに前記先端部
材を通して非消耗電極に通電できるように構成されてい
ることを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項４】請求項１記載において、前記モータ軸の
駆動源がステッピングモータであることを特徴とするＴ
ＩＧ溶接装置。
【請求項５】請求項１記載において、前記モータ軸に
対する前記非消耗電極の取り付け傾斜角度が様々な角度
をとれるようにしたことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項６】非消耗電極を支持する先端部材と上部部
材との間が二重管構造になっており、その二重管構造の
内側流路と外側流路を通して冷却水を流入・流出するこ
とにより前記先端部材を冷却するとともに、前記二重管構造を構成する少なくとも一方の管と先端部
材が導電性を有し、その導電性の管ならびに前記先端部
材を通して非消耗電極に通電できるように構成されてい
ることを特徴とするＴＩＧ溶接用トーチ。
【請求項７】請求項６記載において、前記二重管構造
を構成する内側の管が冷却水流入管で、該二重管構造を
構成する外側の管が導電性の管からなり、その外側の管
が途中で導電性の管継手を介して分離可能に接続されて
いることを特徴とするＴＩＧ溶接用トーチ。
【請求項８】シールドガスを供給するシールドガス管
の先端部に多孔質体を装着し、その多孔質体を狭開先内
に挿入し、該多孔質体からシールドガスを浸出してシー
ルドすることを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項９】非消耗電極と母材との間にアークを形成
するためのアーク電源と、添加ワイヤを加熱する加熱電
源と、添加ワイヤを前記アーク側に供給するワイヤ送給
手段と、前記母材の表面に対して傾斜して取り付けた非
消耗電極を５Ｈｚ以上で高速揺動する溶接ヘッドと、母
材に対して非消耗電極を負極に接続し、非消耗電極が後
退角となる方向に溶接を進行させ、かつ前記添加ワイヤ
の先端を溶接進行方向後方から溶融池に挿入するように
配置されたワイヤトーチとを備えたことを特徴とするＴ
ＩＧ溶接装置。