JP2010227947A - アーク溶接装置、溶接ロボット及びアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シールドガス雰囲気中で溶接トーチを用いてアーク溶接を行うアーク溶接装置において、ワイヤを送給する際の抵抗を増大させることなく溶接ワイヤを予熱することで、溶接効率を向上させたアーク溶接装置及びアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【解決手段】アーク溶接装置１は、ワイヤ１１を非接触で誘導加熱する誘導加熱コイル８を備える溶接トーチ１ａと、誘導加熱コイル８に高周波電流を供給する高周波電源１２と、入出力インピーダンスを整合させる整合器１３と、フレキシブルケーブル１４ａ、１４ｂと、ワイヤ送給装置１５と、出力制御装置１６と、マニピュレータ１７と、コンジットケーブル１８と、ワイヤパック１９と、溶接電源２０を備えている。そして、誘導加熱コイル８で予め非接触でワイヤ１１を誘導加熱することで、ワイヤ１１の溶融量を増大させて溶接速度及び溶接効率を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶接ワイヤ（以下ワイヤ）を予め誘導加熱してワイヤの溶着量を増大させることで、溶接効率を向上させたアーク溶接装置、溶接ロボット及びアーク溶接方法に関する。

アーク溶接では、溶接トーチから炭酸ガス（ＣＯ_２）等のシールドガスを供給するとともに、給電した溶接ワイヤを送出し、シールドガス雰囲気中で溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接を行うガスシールドアーク溶接が主に用いられている。

このような分野においては、溶接効率の向上が常に求められている。ここで、溶接効率を簡単に向上させるには、溶接トーチ先端のワイヤの突き出し長さを通常より伸ばすとともに、溶接速度を早める手法を用いる。この手法を用いることにより、単位時間当たりの溶接距離が伸びるため、溶接効率を向上させることができる。しかし、このように溶接トーチ先端のワイヤの突き出し長さを伸ばすと、溶接作業中にワイヤが湾曲して溶接ビードが蛇行しやすくなるため、安定した溶接ができないという問題点があった。

そこで、特許文献１では、溶接トーチ内部に予熱用給電チップを設けて、ワイヤを予め通電加熱することにより、ワイヤの熱容量を増加させる構成とした。このように予めワイヤの熱容量を増加させると、ワイヤを溶融させる際のアークの熱エネルギーの消費を抑えることができる。従って、溶接用給電チップによる加熱時間を短縮させることができ、ワイヤの溶融速度と溶接効率が向上する。

また、特許文献２では、内部にワイヤ（溶加材）を走行させるようにしたソレノイド・コイルと、当該ソレノイド・コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、からなるワイヤ加熱装置を、溶接トーチとは別に設ける構成とした。このようなソレノイド・コイルに高周波電流を流すと、誘導加熱によって内部を走行するワイヤの熱容量が増加する。従って、ワイヤの溶融速度と溶接効率が向上する。

特開昭６３−１２６６７７号公報（第３頁、第２図） 特開平９−２９５１４２号公報（段落０００７、図１）

しかしながら、特許文献１の発明では、ワイヤが予熱用給電チップと常に接触しているため、ワイヤ送給時の抵抗が大きくなる、さらには、予熱用給電チップがワイヤを加熱し続けることによって、ワイヤと予熱用給電チップが融着する、等の問題があった。また、予熱用給電チップがワイヤとの接触により磨耗するため、当該予熱用給電チップの交換が必要となるとともに、溶接トーチの構造が複雑で当該予熱用給電チップの交換に手間と費用がかかる、という問題があった。従って、実質的な溶接効率の向上にはつながらなかった。

そして、特許文献２の発明では、ワイヤが溶接トーチに到達する前に当該ワイヤを加熱するため、ワイヤが溶接トーチに到達する前に当該ワイヤの温度が低下してしまい、予熱によるワイヤ溶融量増大の効果が得られないという問題があった。また、溶接トーチに送給される経路の途中でワイヤを加熱すると、ワイヤ表面に塗布されている潤滑剤（送給時の摩擦抵抗等を軽減するためのもの）が熱により失われてしまうという問題があった。従って、実質的な溶接効率の向上にはつながらなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ワイヤを送給する際の抵抗を増大させることなく溶接ワイヤを予熱することで、溶接効率を向上させたアーク溶接装置、溶接ロボット及びアーク溶接方法を提供することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係るアーク溶接装置は、シールドガス雰囲気中で溶接トーチを用いてアーク溶接を行うアーク溶接装置であって、前記溶接トーチは、先端に設けられた、母材に対してシールドガスを噴射するノズルと、前記ノズル内部に設けられた、前記母材に対して溶接電流を給電したワイヤを送給するコンタクトチップと、前記ノズルを支持するトーチ本体と、前記トーチ本体内部に設けられた、前記コンタクトチップを着脱自在に保持するチップ基部と、前記チップ基部を介して前記コンタクトチップに溶接電流を供給する給電部と、前記チップ基部に接続されたコイル保持部と、前記コイル保持部に保持されるとともに高周波電源に接続され、非接触に送給される前記ワイヤの周囲に巻回された誘導加熱コイルと、を備え、前記誘導加熱コイルは、前記母材に対する前記ワイヤの送給時に、前記コンタクトチップから出た位置から突き出し長さ分の位置までにおける前記ワイヤの表面温度を１００〜１５０℃加温するように、前記ワイヤを誘導加熱して予熱する構成とする。

かかる構成により、アーク溶接装置は、誘導加熱コイルが内部を走行するワイヤを誘導加熱し、ワイヤ表面温度を１００〜１５０℃加温するように予熱したワイヤを送給する。

また、請求項２に係るアーク溶接装置は、前記コンタクトチップの先端と、前記誘導加熱コイルの前記母材側の端部との距離を３０ｃｍ以下とする構成とする。

かかる構成により、アーク溶接装置は、ワイヤを誘導加熱する誘導加熱コイルと、母材に対してワイヤを送出するコンタクトチップとの距離を、予熱が低下しない可及的に短い寸法に保つことができるため、誘導加熱されたワイヤの温度が送給の際に低下しすぎることがない。

また、請求項３に係るアーク溶接装置は、前記コイル保持部は、絶縁体で構成された構成とする。

かかる構成により、アーク溶接装置は、誘導加熱コイルがワイヤ以外の他の部材を通電することがない。

また、請求項４に係るアーク溶接装置は、前記高周波電源と前記誘導加熱コイルとの間に設けられた、前記高周波電源の出力インピーダンスと前記誘導加熱コイルの入力インピーダンスとを整合させる整合器を備え、前記高周波電源と前記整合器との間及び前記整合器と前記誘導加熱コイルとの間を、フレキシブルケーブルで接続した構成とする。

かかる構成により、アーク溶接装置は、整合器によって高周波電源の出力インピーダンスと誘導加熱コイルの入力インピーダンスを整合させることで、入出力インピーダンスの不整合を原因とする出力信号の歪みを防止することができる。また、高周波電源、整合器、誘導加熱コイル間をフレキシブルケーブルで接続することにより、例えば溶接ロボットのアームに溶接トーチを取り付けて溶接を行う場合であっても、溶接トーチの動きに沿ってフレキシブルケーブルが自在に湾曲するため、溶接トーチの可動自在性が損なわれない。

また、請求項５に係るアーク溶接装置は、前記溶接トーチに前記ワイヤを繰り出して送給するワイヤ送給装置と、前記ワイヤ送給装置によって送給される前記ワイヤの送給速度の実測値に基づいて前記誘導加熱コイルに対する前記高周波電源の出力を制御し、前記ワイヤの予熱温度を調節する出力制御装置を備える構成とする。

かかる構成により、アーク溶接装置は、ワイヤの送給速度の実測値をモニタし、当該実測値に基づいて最適な高周波電流が出力されるように高周波電源を制御する。

さらに、請求項６に係る溶接ロボットは、シールドガス雰囲気中でアーク溶接を行う溶接ロボットであって、コンタクトチップ及びワイヤの周囲に巻回された誘導加熱コイルを備える溶接トーチと、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、前記高周波電源の出力インピーダンスと前記誘導加熱コイルの入力インピーダンスとを整合させる整合器と、前記高周波電源と前記整合器との間及び前記整合器と前記誘導加熱コイルとの間を接続するフレキシブルケーブルと、前記溶接トーチに前記ワイヤを繰り出して送給するワイヤ送給装置と、前記ワイヤ送給装置によって送給される前記ワイヤの送給速度の実測値に基づいて前記誘導加熱コイルに対する前記高周波電源の出力を制御し、前記ワイヤの予熱温度を調節する出力制御装置と、前記溶接トーチを支持するマニピュレータと、コンジットケーブルを介して前記溶接トーチにワイヤを供給するワイヤパックと、前記溶接トーチに溶接電流を供給する溶接電源と、を備え、前記誘導加熱コイルは、母材に対する前記ワイヤの送給時に、前記コンタクトチップから出た位置から突き出し長さ分の位置までにおける前記ワイヤの表面温度を１００〜１５０℃加温するように、前記ワイヤを誘導加熱して予熱する構成とする。

かかる構成により、溶接ロボットは、誘導加熱コイルが内部を走行するワイヤを誘導加熱し、ワイヤ表面温度を１００〜１５０℃加温するように予熱したワイヤを送給する。

さらに、請求項７に係るアーク溶接方法は、シールドガス雰囲気中で溶接トーチを用いてアーク溶接を行うアーク溶接方法であって、前記溶接トーチ内に設けた誘導加熱コイルによって、母材に対するワイヤの送給時にコンタクトチップから出た位置から突き出し長さ分の位置までにおける前記ワイヤの表面温度を１００〜１５０℃加温するように、前記ワイヤを誘導加熱する予熱工程と、前記予熱工程を経た前記ワイヤに溶接電流を給電し、前記母材に対して送給する送給工程と、を有する構成とする。

かかる構成により、アーク溶接方法は、誘導加熱コイルが内部を走行するワイヤを誘導加熱して予熱し、コンタクトチップで当該予熱後のワイヤに溶接電流を給電した後、ワイヤ表面温度を１００〜１５０℃加温するように予熱したワイヤを送給することで、最適なワイヤ溶融量の増大を得ることができるとともに、溶接速度の向上とこれに伴う溶接金属中の拡散水素量の低減を実現することができる。

請求項１に係るアーク溶接装置によれば、誘導加熱コイルによって予め非接触でワイヤを誘導加熱することで、ワイヤ送給時の抵抗や融着を防止しつつ、ワイヤの熱容量を増加することができ、溶接効率を向上させることができる。また、溶接前に予めワイヤを予熱して当該ワイヤに含まれる水分を減らすことにより、当該ワイヤと母材によってアーク熱で溶けて形成される溶融金属（溶融池）中の拡散水素量を低減させることができ、溶接部の遅れ割れ（溶接金属中の拡散水素を原因とする割れ）やブローホール（溶接金属中のガスを原因とする空洞）を効果的に防止することができる。

請求項２に係るアーク溶接装置によれば、ワイヤを誘導加熱する誘導加熱コイルと、母材に対してワイヤを送出するコンタクトチップとの距離を予熱が低下しない３０ｃｍ以下に保つことで、誘導加熱によるワイヤの予熱効果を最大限発揮することができる。

請求項３に係るアーク溶接装置によれば、誘導加熱コイルによるワイヤ以外の通電を防止することができるため、他の部材を破損させることなく安全に予熱を行い、溶接効率を向上させることができる。

請求項４に係るアーク溶接装置によれば、整合器によって、入出力インピーダンスを整合させた高周波電流を誘導加熱コイルに供給することができるとともに、溶接作業中に溶接トーチの可動自在性を損なうことがないため、溶接効率を向上させることができる。

請求項５に係るアーク溶接装置によれば、例えば、ワイヤがコンタクトチップで融着した場合でも、自動的に高周波電流を下げてワイヤの過熱を防止することができる。

請求項６に係る溶接ロボットによれば、誘導加熱コイルによって予め非接触でワイヤを誘導加熱することで、ワイヤ送給時の抵抗や融着を防止しつつ、ワイヤの熱容量を増加することができ、溶接効率を向上させることができる。また、溶接前に予めワイヤを予熱して当該ワイヤに含まれる水分を減らすことにより、当該ワイヤと母材によってアーク熱で溶けて形成される溶融金属（溶融池）中の溶接金属中の拡散水素量を低減させることができ、溶接部の遅れ割れ（溶接金属中の拡散水素を原因とする割れ）やブローホール（溶接金属中のガスを原因とする空洞）を効果的に防止することができる。

請求項７に係るアーク溶接方法によれば、誘導加熱コイルによって予め非接触でワイヤを誘導加熱することで、ワイヤ送給時の抵抗や融着を防止しつつ、ワイヤの熱容量を増加することができ、溶接効率を向上させることができる。また、溶接前に予めワイヤを予熱して当該ワイヤに含まれる水分を減らすことにより、当該ワイヤと母材によってアーク熱で溶けて形成される溶融金属（溶融池）中の溶接金属中の拡散水素量を低減させることができ、溶接部の遅れ割れ（溶接金属中の拡散水素を原因とする割れ）やブローホール（溶接金属中のガスを原因とする空洞）を効果的に防止することができる。

本発明に係るアーク溶接装置の溶接トーチの構成を示す図である。 本発明に係るアーク溶接装置（溶接ロボット）の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明に係るアーク溶接装置１の溶接トーチ１ａは、ノズル２と、コンタクトチップ３と、トーチ本体４と、チップ基部５と、給電部６と、コイル保持部７と、誘導加熱コイル８と、トーチ取付部９と、を備えている。なお、コンタクトチップ３、チップ基部５、コイル保持部７、トーチ取付部９の内部には、ワイヤ送給路が連通して形成されている。

ノズル２は、溶接トーチ１ａの先端に形成された筒状の部材であり、溶接対象の母材１０に対して、図示しないガス供給装置から供給されたアルゴン（Ａｒ）や炭酸ガス（ＣＯ_２）等のシールドガスを噴射するものである。このノズル２は筒状に形成しているため、シールドガスで溶接部を外気から遮断することで、大気中の窒素が母材１０に溶け込むことによる溶接欠陥（ブローホール）を防止することができる。

コンタクトチップ３は、ノズル２内部に配設された筒状の部材であり、母材１０に対して送給されるワイヤ１１を給電するものである。コンタクトチップ３内部には、ワイヤに接触可能な径のワイヤ送給路が形成されており、給電部６から供給された溶接電流をワイヤ１１に給電する。コンタクトチップ３は、チップ基部５に着脱自在に取り付けられており、長期間の使用で消耗した場合は交換することができる。

トーチ本体４は、溶接トーチ１ａの本体部となるものであり、ノズル２を支持するものである。トーチ本体４は、絶縁体あるいは、絶縁体を被覆した素材で構成することが好ましい。このように構成することにより、溶接電流による万一の場合の感電を防止することができる。

チップ基部５は、トーチ本体４内部に設けられた筒状の部材であり、コンタクトチップ３を着脱自在に保持するものである。筒状のチップ基部５には、内部から外部へ穿孔されたガス供給孔５ａが設けられており、図示しないガス供給装置から図示しないガス供給路を介して供給されたシールドガスを、ノズル２に送り出す。

給電部６は、トーチ本体４内部に設けられた部材であり、チップ基部５を介して前記コンタクトチップ３に溶接電流を供給するものである。給電部６は、トーチ本体４外部に延出するプラグ６ａを備えており、当該プラグ６ａを通じて、溶接電源２０（図２参照）から溶接電流の供給を受ける。

コイル保持部７は、トーチ本体４内部にチップ基部５と接続するように同形状に設けられた筒状の部材であり、誘導加熱コイル８がワイヤ１１に接触しないように、誘導加熱コイル８を保持するものである。コイル保持部７内部のワイヤ送給路にはワイヤ１１が送給され、コイル保持部７の外周に沿って誘導加熱コイル８が巻回して形成されている。

なお、コイル保持部７は、図１のように内側から誘導加熱コイル８を保持するのではなく、外側から誘導加熱コイル８を保持することもできる。すなわち、誘導加熱コイル８内にワイヤ１１が非接触状態の間隔を保って送給されるようにし、当該誘導加熱コイル８の周囲にコイル保持部７を設けることもできる。

コイル保持部７は、絶縁体で構成することが好ましい。このように構成することによって、誘導加熱コイル８によるワイヤ１１以外への通電を防止することができ、例えばトーチ取付部９を通じて他の部材に影響を与えることなく安全に予熱を行い、溶接効率を向上させることができる。

誘導加熱コイル８は、トーチ本体４内部でコイル保持部７に保持されるとともに、高周波電源１２（図２参照）に接続されるものであり、コンタクトチップ３に送給される前のワイヤ１１を非接触で誘導加熱して予熱するものである。誘導加熱コイル８は、コイル保持部７を介してワイヤ１１の周囲に巻回して設けられ、高周波電源１２から高周波電流の供給を受けることによりワイヤ１１に渦電流を発生させ、そのジュール熱によりワイヤ１１を誘導加熱する。そしてワイヤ１１の熱容量を増加させることにより、溶融量と溶接速度の増大を図り、溶接効率を向上させる。

誘導加熱コイル８は、母材１０に対するワイヤ１１の送給時にコンタクトチップ３から出た位置から突き出し長さ分の位置までにおける前記ワイヤ１１の表面温度を１００〜１５０℃加温するように、前記ワイヤ１１を誘導加熱して予熱することが好ましい。温度上昇量が１００℃未満だと、予熱温度が低すぎて、ワイヤ溶着量の増加につながらない。一方、温度上昇量が１５０℃を超えると、溶滴の表面張力の低下、ワイヤ１１先端部の軟化により、溶滴のふらつきが大きくなるため、スパッタが増大する。また、誘導加熱コイル８によって予熱されたワイヤ１１が高温（８００℃以上）となり軟化することで、溶接トーチ１ａ内部で曲がってしまってワイヤ１１が送給不能となる。

なお、誘導加熱コイル８を用いない場合の一般的なワイヤ１１の温度は、例えば、軟鋼ソリッドワイヤで突き出し長さ２５ｍｍ、溶接電流２８０Ａで溶接した場合だと約１３００℃である。本発明では、当該温度よりもワイヤ１１の温度が１００〜１５０℃加温するように予め誘導加熱コイル８によりワイヤ１１を予熱することを特徴としている。

誘導加熱コイル８の母材１０側の端部と、コンタクトチップ３の先端との距離は、３０ｃｍ以下であることが好ましい。誘導加熱コイル８とコンタクトチップ３との距離が当該範囲を超えると、送給中にワイヤ１１の温度が低下して予熱の効果が低下する場合がある。

トーチ取付部９は、トーチ本体４とコイル保持部７を支持するものである。また、トーチ取付部９は、アーク溶接装置１のマニピュレータ１７とコンジットケーブル１８に接続されるものである（図２参照）。

次に、図２を参照しながら、アーク溶接装置１の溶接トーチ１ａ以外の構成について説明する。なお、既に説明した構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

高周波電源１２は、誘導加熱コイル８に接続され、誘導加熱コイル８に高周波電流を供給するものである。誘導加熱には、例えばメガヘルツ（ＭＨｚ）レベルの高周波が使用される。

整合器１３は、高周波電源１２と誘導加熱コイル８の間に設けられ、高周波電源１２の出力インピーダンスと、誘導加熱コイル８の入力インピーダンスとを整合させるものである。整合器１３を用いて入出力インピーダンスを整合させることにより、出力信号の歪みを防止することができ、誘導加熱コイル８でワイヤ１１を効率よく誘導加熱することができる。

高周波電源１２と整合器１３間及び、整合器１３と誘導加熱コイル８間は、湾曲自在な材料により形成されるフレキシブルケーブル１４ａ、１４ｂで接続することが好ましい。このように構成することにより、例えば溶接ロボットのアームに溶接トーチを取り付けて溶接を行う場合であっても、溶接トーチの動きに沿ってフレキシブルケーブル１４ａ、１４ｂが自在に湾曲するため、溶接トーチの可動自在性が損なわれず、溶接効率を向上させることができる。

ワイヤ送給装置１５は、コンジットケーブル１８を介して、ワイヤ１１をローラ等により繰り出して溶接トーチ１ａに送給するものである。アーク溶接装置１は、当該ワイヤ送給装置１５を備えることにより、ワイヤ１１を溶接トーチ１ａに対して自動的に供給することができる。

出力制御装置１６は、ワイヤ送給装置１５によって送給されるワイヤ１１の送給速度の実測値に基づいて誘導加熱コイル８に対する高周波電源１２の出力を制御し、ワイヤ１１の予熱温度を調節するものである。出力制御装置１６を設けることにより、例えば、ワイヤ１１がコンタクトチップ３で融着した場合でも、自動的に高周波電流を下げてワイヤ１１の過熱を防止することができる。

マニピュレータ１７は、トーチ取付部９（図１参照）を介して、溶接トーチ１ａを支持する多関節ロボットである。マニピュレータ１７は、離れた場所のコンピュータ等を通じて操作・制御され、作業者の代わりに溶接作業を行う。

コンジットケーブル１８は、一端がワイヤ送給装置１５と、他端がトーチ取付部（図１参照）を介して溶接トーチ１ａと接続され、ワイヤ１１、シールドガスを溶接トーチ１ａに供給するものである。

ワイヤパック１９は、ワイヤ１１の供給源であり、ワイヤ送給装置１５及びコンジットケーブル１８を介して溶接トーチ１ａにワイヤ１１を供給するものである。

溶接電源２０は、溶接電流の供給源であり、溶接トーチ１ａに溶接電流を供給するものである。

以下、図２を参照しながら本発明に係るアーク溶接装置１の動作について説明する。まずワイヤパック１９から溶接トーチ１ａに対して、ワイヤ送給装置１５を介して、ワイヤ１１が供給される。また、図示しないガス供給装置からコンジットケーブル１８を介して、シールドガスが供給される。

そして、高周波電源１２から溶接トーチ１ａ内の誘導加熱コイル８に対して、フレキシブルケーブル１４ａ、整合器１３、フレキシブルケーブル１４ｂを介して高周波電流が供給される。その際、出力制御装置１６は、ワイヤ送給装置１５によって送給されるワイヤ１１の送給速度の実測値に基づいて誘導加熱コイル８に対する高周波電源１２の出力を制御し、ワイヤ１１の予熱温度を最適なものに調節する。

高周波電流が供給された誘導加熱コイル８は、内部を走行するワイヤ１１に渦電流を発生させ、そのジュール熱によりワイヤ１１の表面温度を１００〜１５０℃加温するように誘導加熱しての熱容量を増大させる。そして、溶接トーチ１ａ内部で誘導加熱後のワイヤ１１に溶接電流を給電し、当該ワイヤ１１をシールドガスとともに母材１０に対して供給することで、ワイヤ１１と母材１０間にアークを発生させて溶接する。

本発明では上記のように溶接電流が給電される前のワイヤ１１を予め非接触で予熱するため、ワイヤ送給時の抵抗や融着を防止しつつ、ワイヤ１１の溶融量を増大させることができ、溶接効率を向上させることができる。

次に、本発明の効果を確認した実施例を具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

表１に、ワイヤの予熱温度について、必要条件を満たす実施例（Ｎｏ．３〜５）及び、必要条件を満たさない比較例（Ｎｏ．１，２，６，７）について示す。

本実施例では、溶接電流を２８０Ａに固定して供給し、高周波電流を８０〜２２０Ａの範囲内で変化させることで、ワイヤ表面に対する加熱温度（ワイヤ表面上昇温度）を５０〜２００℃の範囲内で徐々に変化させた。そして、このようにワイヤ表面に対する加熱温度を徐々に変化させた際の、ワイヤ送給増大量と作業性について評価を行った。ここで、ワイヤ表面に対する加熱温度の測定は、誘導加熱を行わない場合のワイヤの基準温度を約１３００℃とし、誘導加熱後にコンタクトチップから送出された直後のワイヤ表面温度を接触温度計で測定して上昇量を求めることにより行った。また、誘導加熱前のワイヤ送給速度は１１ｍ／ｍｉｎとした。

ワイヤ送給増大量は、誘導加熱前のワイヤ送給速度（１１ｍ／ｍｉｎ）を基準値として、どの位速度が増加したかを測定した。そして、基準値より２０％以上速度が増加したものを「○」、１０％以上２０％未満増加したものを「△」、１０％未満しか増加しなかったものを「×」と評価した。なお、上記ワイヤ送給増大量が大きければ大きい程、ワイヤ溶着量も増大し、溶接効率が向上する。

作業性は、誘導加熱後のワイヤを用いた溶接作業の作業性の良し悪しを評価したものであり、誘導加熱後のワイヤに全く問題がなかったものを「○」、誘導加熱後のワイヤに問題が発生したものを「×」と評価した。

総合評価は、ワイヤ送給増大量及び作業性の評価において、全て「○」と評価されたものを「○」、一つでも「○」以外と評価されたものを「×」と評価した。

表１に示すように、本発明の必要条件を満たす実施例（Ｎｏ．３〜５）は、いずれもワイヤ送給増大量が基準値よりも２０％以上であり、誘導加熱後のワイヤにも問題がなく作業性も良いことが分かる。

一方、本発明の必要条件を満たさない比較例（Ｎｏ．１，２，６，７）は、ワイヤ表面上昇温度が本発明で規定する範囲の下限値未満または上限値超であるため、ワイヤ送給時に要求される値を十分に満たしていないという結果が得られた。

比較例Ｎｏ．１においては、ワイヤ表面上昇温度が１００℃未満であるため、ワイヤ送給増大量が１０％未満であった。また、比較例Ｎｏ．２においても、ワイヤ表面上昇温度が１００℃未満であるため、ワイヤ送給増大量が１０％以上２０％未満であった。

比較例Ｎｏ．６においては、ワイヤ表面上昇温度が１５０℃超であるため、ワイヤ送給増大量は２０％以上であるものの、高温が原因でワイヤに大量のスパッタが発生し、作業性が悪化した。また、比較例Ｎｏ．７においても、ワイヤ表面上昇温度が１５０℃超であるため、ワイヤ送給増大量は２０％以上であるものの、高温でワイヤが溶断され、作業性が悪化した。

次に、本発明の別の効果を確認した実施例を具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

表２に、従来の溶接トーチと本発明に係る誘導加熱式溶接トーチを用いた場合の溶接金属中の拡散水素量を示す。

本実施例では、軟鋼フラックス入りワイヤ（ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ）、シールドガス：１００％ＣＯ_２、溶接電流：２８０Ａ、溶接速度：０．３ｍ／ｍｉｎの条件で、０℃、１気圧における溶接金属中の拡散水素量を３回測定した。

表２に示すように、３回の測定全てにおいて、従来の溶接トーチではなく本発明に係る誘導加熱式溶接トーチを用いることで、溶接金属中の拡散水素量の低減を図ることができた。

これは、本発明に係る誘導加熱式溶接トーチが溶接の直前でワイヤを誘導加熱するため、ワイヤの水分を低減させるとともに、溶接金属中の拡散水素量も低減させることができることに起因するものである。従って、本発明に係る誘導加熱式溶接トーチを用いることで、溶接金属中の拡散水素量も低減させて、溶接部の遅れ割れやブローホールを効果的に防止することができる。

１ アーク溶接装置（溶接ロボット）
１ａ 溶接トーチ
２ ノズル
３ コンタクトチップ
４ トーチ本体
５ チップ基部
５ａ ガス供給孔
６ 給電部
６ａ プラグ
７ コイル保持部
８ 誘導加熱コイル
９ トーチ取付部
１０ 母材
１１ ワイヤ
１２ 高周波電源
１３ 整合器
１４ａ フレキシブルケーブル
１４ｂ フレキシブルケーブル
１５ ワイヤ送給装置
１６ 出力制御装置
１７ マニピュレータ
１８ コンジットケーブル
１９ ワイヤパック
２０ 溶接電源

Claims (7)

1. シールドガス雰囲気中で溶接トーチを用いてアーク溶接を行うアーク溶接装置であって、
   前記溶接トーチは、
   先端に設けられた、母材に対してシールドガスを噴射するノズルと、
   前記ノズル内部に設けられた、前記母材に対して溶接電流を給電したワイヤを送給するコンタクトチップと、
   前記ノズルを支持するトーチ本体と、
   前記トーチ本体内部に設けられた、前記コンタクトチップを着脱自在に保持するチップ基部と、
   前記チップ基部を介して前記コンタクトチップに溶接電流を供給する給電部と、
   前記チップ基部に接続されたコイル保持部と、
   前記コイル保持部に保持されるとともに高周波電源に接続され、非接触に送給される前記ワイヤの周囲に巻回された誘導加熱コイルと、を備え、
   前記誘導加熱コイルは、前記母材に対する前記ワイヤの送給時に、前記コンタクトチップから出た位置から突き出し長さ分の位置までにおける前記ワイヤの表面温度を１００〜１５０℃加温するように、前記ワイヤを誘導加熱して予熱することを特徴とするアーク溶接装置。
2. 前記コンタクトチップの先端と、前記誘導加熱コイルの前記母材側の端部との距離を３０ｃｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
3. 前記コイル保持部は、絶縁体で構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のアーク溶接装置。
4. 前記高周波電源と前記誘導加熱コイルとの間に設けられた、前記高周波電源の出力インピーダンスと前記誘導加熱コイルの入力インピーダンスとを整合させる整合器を備え、
   前記高周波電源と前記整合器との間及び前記整合器と前記誘導加熱コイルとの間を、フレキシブルケーブルで接続したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
5. 前記溶接トーチに前記ワイヤを繰り出して送給するワイヤ送給装置と、
   前記ワイヤ送給装置によって送給される前記ワイヤの送給速度の実測値に基づいて前記誘導加熱コイルに対する前記高周波電源の出力を制御し、前記ワイヤの予熱温度を調節する出力制御装置を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
6. シールドガス雰囲気中でアーク溶接を行う溶接ロボットであって、
   コンタクトチップ及びワイヤの周囲に巻回された誘導加熱コイルを備える溶接トーチと、
   前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源と、
   前記高周波電源の出力インピーダンスと前記誘導加熱コイルの入力インピーダンスとを整合させる整合器と、
   前記高周波電源と前記整合器との間及び前記整合器と前記誘導加熱コイルとの間を接続するフレキシブルケーブルと、
   前記溶接トーチに前記ワイヤを繰り出して送給するワイヤ送給装置と、
   前記ワイヤ送給装置によって送給される前記ワイヤの送給速度の実測値に基づいて前記誘導加熱コイルに対する前記高周波電源の出力を制御し、前記ワイヤの予熱温度を調節する出力制御装置と、
   前記溶接トーチを支持するマニピュレータと、
   コンジットケーブルを介して前記溶接トーチにワイヤを供給するワイヤパックと、
   前記溶接トーチに溶接電流を供給する溶接電源と、を備え、
   前記誘導加熱コイルは、母材に対する前記ワイヤの送給時に、前記コンタクトチップから出た位置から突き出し長さ分の位置までにおける前記ワイヤの表面温度を１００〜１５０℃加温するように、前記ワイヤを誘導加熱して予熱することを特徴とする溶接ロボット。
7. シールドガス雰囲気中で溶接トーチを用いてアーク溶接を行うアーク溶接方法であって、
   前記溶接トーチ内に設けた誘導加熱コイルによって、母材に対するワイヤの送給時にコンタクトチップから出た位置から突き出し長さ分の位置までにおける前記ワイヤの表面温度を１００〜１５０℃加温するように、前記ワイヤを誘導加熱する予熱工程と、
   前記予熱工程を経た前記ワイヤに溶接電流を給電し、前記母材に対して送給する送給工程と、
   を有することを特徴とするアーク溶接方法。

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