JP2002001541A

JP2002001541A - トーチ

Info

Publication number: JP2002001541A
Application number: JP2000188589A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Nakazawa; 信雄中澤; Katsuyoshi Hori; 勝義堀; Toshiji Nagashima; 利治永島
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2002-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ティグアーク溶接の際、添加ワイヤの接触通電
点でスパークが発生せず、ワイヤ表面を凹凸に傷つける
ことなく、スムーズに供給できるホットワイヤ用トーチ
を提供する。【解決手段】ホットワイヤ用トーチ１は、ワイヤ３をガ
イドする銅管１３と、銅管１３先端に固定されワイヤ３
を案内するガイド孔を有するワイヤ給電部材８と、ワイ
ヤ給電部材８先端に取り付けられたセラミックガイド９
と、ワイヤ給電部材８のガイド孔を通過するワイヤ３を
挟むように配置され、ワイヤ３に通電する通電チップ１
０a、１０bと、この通電チップ１０a、１０bをそれぞれ
ワイヤ３に押し付ける板ばね６a、６bとから構成し、そ
して通電チップ１０a、１０bはそれぞれ、一端側が通電
部材表面に形成された溝又は穴に嵌め込まれ、他端側が
ワイヤ３に接触するよう配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ティグ（TIG）溶
接で添加ワイヤを供給するホットワイヤ用トーチ及びガ
ス・メタル・アーク（GMA）溶接で溶接ワイヤを供給す
るガス・メタル・アーク溶接用トーチに係り、特にワイ
ヤに安定して接触通電を行うのに好適なトーチに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のホットワイヤTIG溶接装置のホッ
トワイヤ用トーチを図１４により説明する。図１４は本
発明者等が出願した特願平10-84014号に開示するホット
ワイヤ用トーチの構造を示す図で、図１５はその側面図
である。このホットワイヤ用トーチ７は、ワイヤ３をガ
イドする銅管１３と、銅管１３先端に固定されたワイヤ
給電部材８と、ワイヤ給電部材８先端に取り付けられた
セラミックガイド９と、ワイヤ給電部材８を通過するワ
イヤ３に通電する通電チップ１０及び該通電チップ１０
をワイヤ３に押し付ける板ばね６とから構成されてい
る。板ばね６、セラミックガイド９はワイヤ給電部材８
にねじ１１、１４で止めている。セラミックガイド９の
ガイド孔は、ワイヤ３の直径より0.03〜0.1mm太めの直
径にして、ワイヤ３との間のガタをなるべく少なくする
よう形成されている。このような構造のホットワイヤ用
トーチ７において、ホットワイヤTIG溶接中には、ワイ
ヤ３は銅管１３、トーチ給電部材８、セラミックガイド
９を通過して、図示しない母材に到達し、そしてそのワ
イヤ３を通電加熱するワイヤ電流は、図示しないワイヤ
加熱電源から供給され、銅管１３、トーチ給電部材８、
通電チップ１０、ワイヤ３、母材の経路で流れる。ワイ
ヤ３がセラミックガイド９に入る直前で通電チップ１０
はばね６でワイヤ３に押し付けられているので、そこで
常時接触通電が行われ、その接触点と母材間でワイヤ３
が加熱される。

【０００３】次に、図１６〜図１８を参照して、消耗電
極として溶接ワイヤを用いるGMA溶接用トーチの従来例
を説明する。図１６は従来のGMA溶接用トーチの先端部
の構成を示す図で、図１７は図１６の縦断面図、図１８
は図１６のＡ−Ａ断面図である。このGMA溶接用トーチ
のトーチ先端回り１５は同じく前出の特願平10-84014号
に記載されたものである。GMA溶接用トーチはシールド
ガスを流すシールドノズル（図示なし）とその中に設置
されたGMA溶接用トーチ先端回り１５とからなる。GMA溶
接用トーチ先端回り１５は、溶接ワイヤ３fを送給する
トーチ本体部（図示しない）にねじ１７を介して連結さ
れたトーチ先端部材１６と、トーチ本体部からねじ１７
軸心のガイド孔を通じて送られてきたワイヤ３fを案内
するようにトーチ先端部材１６の軸心に埋め込まれたセ
ラミックガイド２１と、トーチ先端部材１６側面に一端
が支持され他端がセラミックガイド２１から送出される
ワイヤ３fに接触する通電チップ１８と、通電チップ１
８をワイヤ３fに押し付けるようにトーチ先端部材１６
にねじ（２３）止めされた板ばね１９とから構成されて
いる。トーチ先端部材１６は、トーチ本体部からアーク
電流を通電する導電体であるとともに、トーチ先端で発
生するアークにより過熱されないようにトーチ先端部材
１６自身のほか通電チップ１８、板ばね１９から熱を奪
って、水冷されているトーチ本体部に伝達する熱伝導体
にもなっている。ねじ１７はその中心軸にワイヤ径より
かなり太めのワイヤガイド孔２０を設けている。セラミ
ックガイド２１は、耐熱、耐摩耗性に優れた窒化珪素か
らなる外径5mmの筒体で、その軸心に直径1.24mmの内接
円を有する正三角形状のガイド孔２を持つ。三角孔とし
たのは、φ1.2mmのワイヤが送給されてくるとして、三
角孔の隅部の大きな空間から銅メッキ屑などの異物を容
易に排除できて目詰まりを発生することなく、かつ三角
孔の辺でワイヤ送出点の位置変動をより少なくなるよう
ワイヤを拘束するためである。

【０００４】トーチ先端部材１６の長手中央部の外面に
は、Ｕ字状の溝２２を設けており、そこに通電チップ１
８の一端を差し込んで引っかける構造にしている。

【０００５】板ばね１９の一端は、図１７に示すよう
に、押さえネジ２３によってトーチ先端部材１６に密着
させており、この板ばね１９の他端で通電チップ１８を
押さえつけることによって、通電チップ１８がトーチ先
端部材１６のＵ字状溝２２とセラミックガイド２１の三
角のガイド孔２より出てきたワイヤ３fとに押しつけら
れる。

【０００６】ワイヤ３fは、図示しないトーチ本体部か
ら、ねじ１７のワイヤガイド孔２０を経てトーチ先端部
材１６へと導入され、トーチ先端部材１６軸心に埋め込
まれたセラミックガイド２１のガイド孔２を通過し、板
ばね１９により押された通電チップ１８の給電部２５と
セラミックガイド２１から出た所で軽く接触しながら溶
接部に到達する。この場合、通電チップ１８はセラミッ
クガイド２１出口にできるだけ近付けたところでワイヤ
３fを軽く押さえるような配置にしているので、通電チ
ップ１８によってワイヤ３fが変形し押し曲げられるこ
とはない。

【０００７】アーク電流は、トーチ本体部からねじ１７
を通ってトーチ先端部材１６に供給され、そしてトーチ
先端部材１６のＵ字状溝１６とそこに一端がはまり込ん
だ通電チップ１８との間の接触通電部２４を通って通電
チップ１８に入り、給電チップ１８先端の給電部２５で
接触しているワイヤ３fを通って、ワイヤ３f先端と母材
間のアーク形成部へと流れる。通電チップ１８は板ばね
１９により軽くワイヤ３fに押し付けられて接触通電し
ている。なお通電チップ１８は通常クロム銅で構成され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示すような従
来技術のホットワイヤ用トーチでは、添加ワイヤの送給
時にワイヤの切り屑が出る。すなわち、ワイヤ送給装置
（図示なし）からトーチ回り７まで添加ワイヤ３を案内
してくるコンジット（図示なし）の内面、トーチ内面と
ワイヤ表面の接触で、あるいはワイヤ送給装置の送給ロ
ーラ通過時に傷付けられ、銅メッキ（特に軟鋼ワイヤに
おいては錆止めや送給の潤滑性改善、接触通電性改善の
ための処理）が剥がれたり、ワイヤが削れて切り屑を発
生したりする。このような切り屑、メッキ屑およびワイ
ヤに付着していたごみや錆などを一括して異物と称する
と、この異物がワイヤ送給中にワイヤ側面によって搬送
されてくると、ワイヤと通電チップの間に挟まってワイ
ヤへの接触通電を妨げる。この接触通電の不安定さが直
接の原因になって、ワイヤと通電チップの間でスパーク
が発生してワイヤ表面に凹凸を作りあるいはスパッタが
ワイヤに融着し、ワイヤが細いセラミックガイドチップ
孔に詰まり使用不能にすることが時々あった。またGMA
溶接用の通電チップでは大きな電流が流れるので、通電
チップの温度を上昇させるためスパッタが付きやすかっ
た。

【０００９】本発明の第１の目的は、上記問題点を解決
して、異物の付着した添加ワイヤが送給された場合で
も、添加ワイヤの接触通電点でスパークが発生すること
なく、ワイヤ表面を凹凸にする損傷を防止して、添加ワ
イヤを供給できるホットワイヤ用トーチを提供すること
にある。

【００１０】また本発明の第２の目的は、溶接ワイヤの
接触通電が途切れることなく連続して行うことができ、
アーク切れのないガス・メタル・アーク溶接用トーチを
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明のホットワイヤ用トーチは、ティグア
ーク溶接の際に添加ワイヤを案内しかつ接触通電する給
電部材を備えたトーチにおいて、給電部材から送り出さ
れる添加ワイヤを案内するガイド孔を有する絶縁性セラ
ミックガイドと、給電部材外面に一端を支持され、他端
が給電部材に形成された開口を通じて添加ワイヤに接触
する複数の通電チップと、通電チップをそれぞれ添加ワ
イヤに押し付ける複数のばねとを設け、かつ通電チップ
を添加ワイヤを挟むように配置したことを特徴とする。
そして通電チップは添加ワイヤ送給方向について相互に
位置をずらして配置してもよい。

【００１２】このような構成なので、一方の通電チップ
と添加ワイヤ間で瞬時の接触不良を生じても、その時他
方の通電チップで添加ワイヤに通電しており、したがっ
て瞬時の接触不良を生じているチップに大電流が流れる
ことなく、スパークを発生することがない。この結果、
スパークによる添加ワイヤ表面を凹凸に傷つけることな
く、セラミックガイド中で目詰まりすることなく、添加
ワイヤをスムーズに送給することができる。

【００１３】また上記第２の目的を達成するために、本
発明のガス・メタル・アーク溶接用トーチは、溶接ワイ
ヤを案内しかつ接触通電する給電部材を備えたトーチに
おいて、給電部材から送り出される添加ワイヤを案内す
るガイド孔を有する絶縁性セラミックガイドと、給電部
材外面に一端を支持され、他端がセラミックガイドから
送り出される溶接ワイヤに接触する複数の通電チップと
通電チップをそれぞれ添加ワイヤに押し付ける複数のば
ねとを設け、かつ通電チップを溶接ワイヤを挟むように
配置したことを特徴とする。そして、通電チップを溶接
ワイヤ送給方向について相互に位置をずらして配置しし
てもよい。

【００１４】このような構成により、一方の通電チップ
と溶接ワイヤ間で瞬時の接触不良を生じても、その時他
方の通電チップで溶接ワイヤに通電しており、したがっ
てアーク切れを起こすことなく、アーク切れから再点弧
により発生するスパッターを防ぐことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明のトーチについて、
その実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発
明の実施の形態１となるホットワイヤ用トーチの構成図
で、図２は図１の側面図である。ホットワイヤTIG（Tun
gsten Inert Gas）アーク溶接法は、タングステン電極
と母材間に発生するアークにより母材に形成された溶融
池に、通電加熱したホットワイヤを添加して溶接を行う
方法である。ホットワイヤTIG溶接装置はタングステン
電極を有するTIG溶接トーチとホットワイヤを供給する
ホットワイヤ用トーチを備えている。

【００１６】図１に示すホットワイヤ用トーチ１は、添
加ワイヤ３をガイドする銅管１３と、銅管１３先端に固
定されワイヤ３を案内するガイド孔を有するワイヤ給電
部材８と、ワイヤ給電部材８先端に取り付けられたセラ
ミックガイド９と、ワイヤ給電部材８のガイド孔を通過
するワイヤ３を挟むように配置され、ワイヤ３に通電す
る通電チップ１０a、１０bと、この通電チップ１０a、
１０bをそれぞれワイヤ３に押し付ける板ばね６a、６b
とから構成されている。通電チップ１０a、１０bはそれ
ぞれ、一端側が通電部材表面に形成された溝又は穴に嵌
め込まれ、他端側がワイヤ３に接触するように配置され
ており、そして一端側の溝又は穴を支点として、他端側
がワイヤ３に接して揺動するように板ばね６a、６bによ
り押さえられている。板ばね６a、６bはワイヤ給電部材
８にねじ１１a、１１bで止めており、またセラミックガ
イド９はワイヤ給電部材８にねじ１４で止めている。

【００１７】このホットワイヤ用トーチにおいて、ホッ
トワイヤTIG溶接中には、添加ワイヤ３は銅管１３、ト
ーチ給電部材８、セラミックガイド９を通過して、図示
しない母材に到達する。ワイヤ３を加熱するワイヤ電流
は、図示しないワイヤ加熱電源から供給され、銅管１
３、トーチ給電部材８、通電チップ１０a、１０b、ワイ
ヤ３、母材の経路で流れる。通電チップ１０a、１０b
は、ばね６a、６bでワイヤ３を挟むようにセラミックガ
イド９の直前で押しつけられている。図３は図１のＡ−
Ａ断面図で、通電チップ１０a、１０bが新しい時にワイ
ヤ３と接触する状態を示す。新しい通電チップは、ワイ
ヤを挟んで互いに離れた位置にあって安定した通電を行
い、各通電チップ１０a、１０bがワイヤ３に接触する点
と母材との間でワイヤ３を加熱してホットワイヤとす
る。一方、図４は通電チップ１０a、１０bの摩耗が進行
し使用できなくなる時の状態を示すものである。摩耗し
た通電チップは、ワイヤ３により溝が掘られて互いに接
触し、異物の排除がスムーズでなくなり、通電が不安定
になる。

【００１８】このホットワイヤ用トーチにおいては、ワ
イヤへの電流供給経路は２系統となっており、いずれか
の通電チップがワイヤに電流供給できない状態例えば異
物による接触不良等が起きても、他方の通電チップから
通電しているので、接触通電が確実に行われ、通電チッ
プとワイヤ間でスパークを発生する事がなくなった。そ
のために細いセラミックガイド孔としてもワイヤが詰ま
ることもなくなった。また各通電チップに流れる電流値
は、通電チップが１つの場合に比べて半減し、各通電チ
ップ内での抵抗発熱が約1/4になって通電チップの温度
上昇が減少するので、通電チップの摩耗寿命が長くな
る。特に、ステンレス鋼ワイヤでスパークを発生すると
小さな突起がワイヤ表面に形成され、ワイヤ送出側に配
置されたセラミックガイド孔で詰まりを発生し易かった
が、本発明のトーチによればスパークを発生することが
ないので、より細い孔のセラミックガイドを使用でき、
ワイヤ曲がりの影響によるワイヤ先端位置変動をより少
なくすることができる。

【００１９】本発明の実施の形態２を、図５、図６に基
づいて説明する。図５は本発明の実施の形態２となるホ
ットワイヤ用トーチのトーチ先端回りの構成を示す図
で、図６は図５の側面図である。このホットワイヤ用ト
ーチは、基本的に実施の形態１と構成要素の点から同じ
である、即ち銅管１３、ワイヤ給電部材８、セラミック
ガイド９、通電チップ１０a、１０b、板ばね６a、６bと
から構成されているが、ワイヤ３に対する通電チップ１
０a、１０b接触点を、ワイヤ長手方向に間隔”Ｌ”だけ
ずらして配置したものである。

【００２０】図７（a）、（ｂ）は図５のＡ−Ａ断面図
で、図７（a）は通電チップ10bが新しい時におけるワイ
ヤ３との接触状態を示す。図７（b）は通電チップ１０b
の摩耗が進行した時の状態を示すものである。図８
（a）、（b）は図５のＢ−Ｂ断面図で、図８（a）は通
電チップ8aが新しい時におけるワイヤ３との接触状態を
示す。図８（b）は通電チップ１０aの摩耗が進行した時
の状態を示すものである。前出の図１と対応する部分に
は、それと同一の番号が表示されている。その他の構成
については実施の形態１と同じであるので、重複を避け
るため省略する。本例の通電チップ１０a、１０bを互い
違いに配置した事により、通電チップ１０a、１０bがワ
イヤ３によって摩耗が進んでも互いにぶつかり合うこと
がないので、通電チップ１０a、１０bの使用寿命を長く
することができる。

【００２１】本発明の実施の形態３となるGMA溶接用ト
ーチのトーチ先端回りを図９、図１０により説明する。
図９はその構成図で、図１０は図９の側面図である。こ
のGMA溶接用トーチは、実施の形態１のホットワイヤ用
トーチをGMA溶接用に改造したもので、その周囲をシー
ルドガスノズル（図示なし）で覆う点を除いて、基本的
に実施の形態１と構成要素の点で同じである。すなわ
ち、GMA溶接用トーチは、銅管１３、ワイヤ給電部材
８、セラミックガイド９、通電チップ１０a、１０b、板
ばね６a、６bとから構成されているが、溶接ワイヤ３に
対する通電チップ１０a、１０b接触点がセラミックガイ
ド９先端部でワイヤ３に接触するように構成したもので
ある。

【００２２】このGMA溶接用トーチでは、通電チップを
２ケに分け溶接ワイヤに通電したので、接触通電不良に
よるアーク切れがなくなり、その時のアーク再点弧に伴
うスパッタ発生がなくなる。また各通電チップには1/2
の電流が流れ電気抵抗、接触抵抗によるチップの発熱が
約1/4に抑えられ、チップの温度上昇が少なくなり、ス
パッターの付着も少なくなる。かくして通電チップの摩
耗寿命が長くなる。

【００２３】本発明の実施の形態４となるGMA溶接用ト
ーチのトーチ先端回りを、図１１、図１２により説明す
る。図１１はその構成図で、図１２は図１１の側面図で
ある。実施の形態４のGMA溶接用トーチは、実施の形態
３のGMA溶接用トーチの変形型であって、ワイヤ３に対
する通電チップ１０a、１０b接触点を、ワイヤ長手方向
にずらして配置したものである。通電チップ１０a、１
０bを互いにずらして配置したため、通電チップ接触点
と母材間距離なる実効エクステンション（通電チップ接
触点と母材間距離）が不安定という問題点もあるが、通
電チップ１０a、１０bがワイヤ３によって摩耗が進んで
も互いにぶつかり合うことがない。かくして通電チップ
の使用寿命を長くすることができる。

【００２４】本発明の実施の形態５となるGMA溶接用ト
ーチのトーチ先端回りを図１３により説明する。このGM
A溶接用トーチの先端回りは、実施の形態３と同種の銅
管１３、ワイヤ給電部材８、通電チップ１０a、１０bお
よび板ばね６a、６bと、さらに通電チップ１０a、１０b
の前方にあってワイヤ３を案内する三角孔を有するセラ
ミックガイド３０と、セラミックガイド３０を支持する
と共にワイヤ給電部材８、通電チップ１０a、１０b及び
板ばね６a、６bの周囲を覆う銅製のキャップ３１とから
構成されている。キャップ３１の周囲には溶接用シール
ドガスを流すシールドノズル３２が配置されている。こ
のようにキャップ３１を設けることにより、溶接中に発
生するスパッターやアーク及び溶融池からの輻射熱か
ら、通電チップ１０a、１０b及び板ばね６a、６bを保護
し、それらの使用寿命を延ばすことができる。

【００２５】上記各実施の形態は２ケの通電チップを用
いて説明したが、それより多くの通電チップを用いても
同様な効果を発揮することは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】本発明のホットワイヤ用トーチによれ
ば、異物の付着した添加ワイヤが送給された場合でも、
添加ワイヤの接触通電点でのスパーク発生がなくワイヤ
表面の損傷を防止して、セラミックガイドで目詰まりす
ることなく添加ワイヤをスムーズに供給できる。

【００２７】また、本発明のガス・メタル・アーク用ト
ーチによれば、アーク切れをなくすことができ、スパッ
ターを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１となるホットワイヤ用ト
ーチの構成図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図で、新しい通電チップの通
電状態を示す図である。

【図４】図１のＡ−Ａ断面図で、摩耗した通電チップの
通電状態を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態２となるホットワイヤ用ト
ーチの構成図である。

【図６】図５の側面図である。

【図７】図５のＡ−Ａ断面図で、（ａ）に新しい通電チ
ップの通電状態を、（ｂ）に摩耗した通電チップの通電
状態を示す。

【図８】図５のＢ−Ｂ断面図で、（ａ）に新しい通電チ
ップの通電状態を、（ｂ）に摩耗した通電チップの通電
状態を示す。

【図９】本発明の実施の形態３となるGMA溶接用トーチ
のトーチ先端回りの構成図である。

【図１０】図９の側面図である。

【図１１】本発明の実施の形態４となるGMA溶接用トー
チのトーチ先端回りの構成図である。

【図１２】図１１の側面図である。

【図１３】本発明の実施の形態５となるGMA溶接用トー
チの構成図である。

【図１４】従来例のホットワイヤ用トーチのトーチ先端
回りの構造を示す図である。

【図１５】図１４の側面図である。

【図１６】従来例のGMA溶接用トーチのトーチ先端回り
の構造を示す図である。

【図１７】図１６の側面図である。

【図１８】図１６のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ホットワイヤ用トーチ３ワイヤ４ GMA溶接用トーチ先端回り６ａ，６ｂ板ばね８ワイヤ給電部材９セラミックガイド１０通電チップ１３銅管３０セラミックガイド３１キャップ３２ガスシールドノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永島利治広島県呉市宝町５番３号バブ日立工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E001 LD00 LH02 LH04 MC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ティグアーク溶接の際に添加ワイヤを案
内しかつ接触通電する給電部材を備えたホットワイヤ用
トーチにおいて、前記給電部材から送り出される添加ワ
イヤを案内するガイド孔を有する絶縁性セラミックガイ
ドと、前記給電部材外面に一端を支持され、他端が給電
部材に形成された開口を通じて前記添加ワイヤに接触す
る複数の通電チップと、該通電チップをそれぞれ添加ワ
イヤに押し付ける複数のばねとを設け、かつ前記通電チ
ップを前記添加ワイヤを挟むように配置したことを特徴
とするホットワイヤ用トーチ。
【請求項２】前記通電チップを前記添加ワイヤ送給方
向について相互に位置をずらして配置したことを特徴と
する請求項１記載のホットワイヤ用トーチ。
【請求項３】溶接ワイヤを案内しかつ接触通電する給
電部材を備えたガス・メタル・アーク溶接用トーチにお
いて、前記給電部材から送り出される添加ワイヤを案内
するガイド孔を有する絶縁性セラミックガイドと、前記
給電部材外面に一端を支持され、他端が前記セラミック
ガイドから送り出される溶接ワイヤに接触する複数の通
電チップと、該通電チップをそれぞれ添加ワイヤに押し
付ける複数のばねとを設け、かつ前記通電チップを前記
溶接ワイヤを挟むように配置したことを特徴とするガス
・メタル・アーク溶接用トーチ。
【請求項４】前記通電チップを前記溶接ワイヤ送給方
向について相互に位置をずらして配置したことを特徴と
する請求項３記載のガス・メタル・アーク溶接用トー
チ。