特許 6287054 溶接ガスノズル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6287054

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】溶接ガスノズル

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20180226BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/29 L

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-220940(P2013-220940)

(22)【出願日】2013年10月24日

(65)【公開番号】特開2015-80807(P2015-80807A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年8月25日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(72)【発明者】

【氏名】内田 雄太

(72)【発明者】

【氏名】梅村 篤志

(72)【発明者】

【氏名】黒木 康徳

(72)【発明者】

【氏名】市東 素明

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−１６０１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６７８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６１５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１２５３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２８９４１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／２９

Ｂ２３Ｋ ９／２４

Ｂ２３Ｋ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ガスノズルであって、
溶接ワイヤを保持して給電するチップと、
筒状に形成され、前記チップを収容し、筒内周面と前記チップとの間に形成されるガス流路を流れるシールドガスを吐出する吐出口を有するノズルと、
を備え、
前記ノズルの吐出口側に前記ガス流路と対向して設けられ、前記チップを挿通するためのチップ穴を含み、前記シールドガスを差圧で整流するための穴開き部材を有し、
前記穴開き部材は、ノズル先端部に設けられ、
前記穴開き部材は、前記ガス流路における前記シールドガスが流れにくい側に対応する領域の圧力損失係数が、前記シールドガスが流れやすい側に対応する領域の圧力損失係数よりも小さいことを特徴とする溶接ガスノズル。

【請求項2】

請求項１に記載の溶接ガスノズルであって、
前記穴開き部材は、前記ガス流路における前記シールドガスが流れにくい側に対応する領域の開口率が、前記シールドガスが流れやすい側に対応する領域の開口率よりも大きいことを特徴とする溶接ガスノズル。

【請求項3】

請求項２に記載の溶接ガスノズルであって、
前記ノズルは、湾曲して形成されており、
前記穴開き部材は、前記ガス流路における前記ノズルの曲率半径の小さい側に対応する領域の開口率が、前記ノズルの曲率半径の大きい側に対応する領域の開口率よりも大きいことを特徴とする溶接ガスノズル。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１つに記載の溶接ガスノズルであって、
前記穴開き部材は、金属メッシュ材、パンチングメタルまたはセラミックス多孔体で形成されていることを特徴とする溶接ガスノズル。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１つに記載の溶接ガスノズルであって、
前記ノズルは、ノズル本体を備え、
前記穴開き部材は、前記ノズル本体と前記ノズル先端部とにより挟持されることを特徴とする溶接ガスノズル。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１つに記載の溶接ガスノズルであって、
前記チップは、前記ノズルの曲率半径の大きい側に偏心させて配置されていることを特徴とする溶接ガスノズル。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１つに記載の溶接ガスノズルであって、
前記ノズルは、円筒体または楕円筒体で形成されていることを特徴とする溶接ガスノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接ガスノズルに係り、特に、ガスシールド溶接トーチ等に用いられる溶接ガスノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスシールド溶接トーチ等に用いられる溶接ガスノズルは、溶接ワイヤを保持して給電するチップと、チップを収容し、不活性ガス等からなるシールドガスを流して溶接対象物に吐出するためのノズルとから構成されている。シールドガスは、溶接中にアークや溶融金属を覆うことにより、アークを維持すると共に、大気を遮蔽する機能を有している。

【0003】

特許文献１には、イナートガス雰囲気で溶接を行う溶接ガスノズルであって、溶接ガスノズルの内面に螺旋形状のガス整流用溝、または溶接ガスノズルの内面に螺旋形状のガス整流用突起を設けることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−５２８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、シールドガスの流速や流量にムラが生じると、アークを維持するのが困難になると共に、大気を遮蔽することができなくなるので、シールドガスを整流する必要がある。シールドガスを整流するために、特許文献１に記載されているように、溶接ガスノズルの内面に螺旋形状のガス整流用溝や螺旋形状のガス整流用突起を設けるような場合には、ノズル構造が複雑となるのでノズルの成形が困難になる可能性がある。

【0006】

そこで、本発明の目的は、より簡易な構造でシールドガスを整流することができる溶接ガスノズルを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る溶接ガスノズルは、溶接ワイヤを保持して給電するチップと、筒状に形成され、前記チップを収容し、筒内周面と前記チップとの間に形成されるガス流路を流れるシールドガスを吐出する吐出口を有するノズルと、を備え、前記ノズルの吐出口側に前記ガス流路と対向して設けられ、前記チップを挿通するためのチップ穴を含み、前記シールドガスを差圧で整流するための穴開き部材を有することを特徴とする。

【0008】

本発明に係る溶接ガスノズルにおいて、前記穴開き部材は、前記ガス流路における前記シールドガスが流れにくい側に対応する領域の圧力損失係数が、前記シールドガスが流れやすい側に対応する領域の圧力損失係数よりも小さいことを特徴とする。

【0009】

本発明に係る溶接ガスノズルにおいて、前記穴開き部材は、前記ガス流路における前記シールドガスが流れにくい側に対応する領域の開口率が、前記シールドガスが流れやすい側に対応する領域の開口率よりも大きいことを特徴とする。

【0010】

本発明に係る溶接ガスノズルは、前記ノズルは、湾曲して形成されており、前記穴開き部材は、前記ガス流路における前記ノズルの曲率半径の小さい側に対応する領域の開口率が、前記ノズルの曲率半径の大きい側に対応する領域の開口率よりも大きいことを特徴とする。

【0011】

本発明に係る溶接ガスノズルにおいて、前記穴開き部材は、金属メッシュ材、パンチングメタルまたはセラミックス多孔体で形成されていることを特徴とする。

【0012】

本発明に係る溶接ガスノズルにおいて、前記ノズルは、ノズル本体と、前記ノズル本体の先端側に設けられ、前記吐出口を有するノズル先端部とを備え、前記穴開き部材は、前記ノズル本体と前記ノズル先端部とにより挟持されることを特徴とする。

【0013】

本発明に係る溶接ガスノズルにおいて、前記チップは、前記ノズルの曲率半径の大きい側に偏心させて配置されていることを特徴とする。

【0014】

本発明に係る溶接ガスノズルにおいて、前記ノズルは、円筒体または楕円筒体で形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

上記構成の溶接ガスノズルによれば、ノズルの吐出口側にガス流路と対向してシールドガスを差圧で整流するための穴開き部材を設けることにより、シールドガスの流速分布等をより均一にすることができるので、簡易な構造でシールドガスを整流することが可能となる。

【0016】

また、上記構成の溶接ガスノズルによれば、ノズルの吐出口側に穴開き部材を設けてシールドガスを整流するので、例えば、ノズルが湾曲している場合や、チップがノズルの中心から偏心して配置されている場合でもシールドガスの整流が可能となり、ノズル構造における設計の自由度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態において、溶接ガスノズルの構成を示す断面図である。

【図2】本発明の実施の形態において、穴開き部材をメッシュ材で形成した場合における図１のＸ−Ｘ方向の断面図である。

【図3】本発明の実施の形態において、穴開き部材をパンチングメタルで形成した場合における図１のＸ−Ｘ方向の断面図である。

【図4】本発明の実施の形態において、溶接ガスノズルの作用を示す断面図である。

【図5】本発明の実施の形態において、穴開き部材をメッシュ材で楕円形状に形成した構成を示す断面図である。

【図6】本発明の実施の形態において、解析に使用した溶接ガスノズルの形状を示す断面図である。

【図7】本発明の実施の形態において、シールドガスの流線分布の解析結果を示す図である。

【図8】本発明の実施の形態において、ノズル先端から１９ｍｍのターゲット面における垂直方向におけるシールドガスの流速分布の解析結果を示すコンタ図である。

【図9】本発明の実施の形態において、図８のコンタ図のＹ方向におけるシールドガスの流速分布の解析結果を示す図である。

【図10】本発明の実施の形態において、穴開き部材について、ガス流路におけるノズルの曲率半径の大きい側と、ノズルの曲率半径の小さい側とでメッシュの開口率（圧力損失係数）を変えた場合の解析結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、溶接ガスノズル１０の構成を示す断面図である。溶接ガスノズル１０は、溶接ワイヤ１２を保持して給電するチップ１４と、円筒状に湾曲して形成されており、チップ１４を収容するノズル１６と、を備えている。

【0019】

チップ１４は、ノズル１６内に湾曲して配置されたライナ１７で誘導された溶接ワイヤ１２を保持すると共に、溶接ワイヤ１２に溶接電流を給電する機能を有している。チップ１４は、溶接ワイヤ１２をチップ１４の先端から、例えば、１９ｍｍから２０ｍｍ突出するように保持している。また、チップ１４及びライナ１７は、ノズル１６の曲率半径が大きい側に偏心して配置されている。

【0020】

ノズル１６は、円筒状に湾曲して形成されたノズル本体１８と、ノズル本体１８の先端側に嵌合された円筒状のノズル先端部２０とを有している。ノズル本体１８は、その基端側が、例えば、溶接トーチ等のホルダ（図示せず）に取り付けられている。ノズル先端部２０は、ノズル１６内を流れるシールドガスを吐出する吐出口２２を有している。ノズル先端部２０には、その先端側の外周面にテーパが形成されている。

【0021】

ノズル先端部２０の基端側の内周面には、ノズル本体１８の先端側を嵌合するための嵌合溝２３が設けられている。例えば、ノズル本体１８の先端側の外周面と、ノズル先端部２０の嵌合溝２３とにネジ加工を施して、ノズル本体１８とノズル先端部２０とを螺合させて嵌合することができる。また、ノズル本体１８とノズル先端部２０とを別体で形成するのではなく、一体的に形成することも可能である。

【0022】

ノズル１６の内周面と、チップ１４及びライナ１７の周囲との間には、不活性ガス等のシールドガスが流れるガス流路２４が湾曲して形成されている。

【0023】

穴開き部材２６は、シールドガスを差圧で整流するために、ノズル１６の吐出口２２側にガス流路２４に対向して設けられている。穴開き部材２６は、例えば、円板状に形成されており、その外径が約２０ｍｍである。穴開き部材２６は、その周縁がノズル先端部２０の嵌合溝２３に当接するようにして配置されており、ノズル本体１８とノズル先端部２０とにより挟持されて保持されている。

【0024】

シールドガスは、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の大きい側では流れやすく、ノズル１６の曲率半径の小さい側では流れにくくなる。そのため、ノズル１６の吐出口２２側に穴開き部材２６を設けることにより、ノズル本体１８側とノズル先端部２０側との間に差圧が生じるので、ノズル１６の曲率半径の大きい側を流れてきたシールドガスと、ノズル１６の曲率半径の小さい側を流れてきたシールドガスとを整流して流速分布及び流線分布をより均一にし、ノズル先端部２０の吐出口２２から整流されたシールドガスを吐出させることが可能となる。

【0025】

ノズル本体１８側とノズル先端部２０側との間の差圧は、穴開き部材２６の圧力損失係数を変えることにより調整可能である。穴開き部材２６の圧力損失係数については、例えば、穴開き部材２６の開口率を変えることにより調整される。穴開き部材２６の開口率は、ガス流路２４に対向する単位面積当たりの開口面積の割合である。差圧をより大きくする場合には、穴開き部材２６の開口率をより小さくして抵抗を大きくすればよく、差圧をより小さくする場合には、穴開き部材２６の開口率をより大きくして抵抗を小さくすればよい。ノズル本体１８側とノズル先端部２０側との間の差圧は、穴開き部材２６の開口率を変えることにより、例えば、２．２Ｐａから８．２Ｐａに調整されることが好ましい。なお、穴開き部材２６の圧力損失係数については、穴開き部材２６の開口率だけでなく、穴開き部材２６を構成するメッシュ材料の線形状やメッシュの織り方等を変えることにより調整されるようにしてもよい。

【0026】

穴開き部材２６は、ガス流路２４に対向する面全体の圧力損失係数を一定としてもよいし、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域の圧力損失係数を、ノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域の圧力損失係数よりも小さくしてもよい。例えば、穴開き部材２６は、ガス流路２４に対向する面全体の開口率を一定としてもよいし、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域の開口率を、ノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域の開口率よりも大きくしてもよい。

【0027】

穴開き部材２６におけるガス流路２４に対向する面全体の開口率を一定とすることにより、穴開き部材２６の形成が容易になる。また、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域の開口率を、ノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域の開口率よりも大きくすることにより、ノズル１６の曲率半径の大きい側を流れるシールドガスの穴開き部材２６による抵抗がより大きくなり、ノズル１６の曲率半径の小さい側を流れるシールドガスの穴開き部材２６による抵抗がより小さくなるので、チップ先端部２０の吐出口２２から吐出されるシールドガスの整流性が更に向上する。

【0028】

穴開き部材２６には、チップ１４を挿通させるためのチップ穴２８が設けられている。チップ穴２８は、例えば、丸穴で形成されており、その内径が約７ｍｍから８ｍｍである。穴開き部材２６が導電性材料で形成されている場合には、穴開き部材２６とチップ１４とを絶縁するために、穴開き部材２６とチップ１４との間に絶縁部材を設けることが好ましい。

【0029】

穴開き部材２６の穴形状は、丸穴、角穴（例えば、三角形、四角形、六角形等）であってもよく、メッシュ状やスリット状であってもよく、これらの形状の穴の組み合わせでもよい。穴開き部材２６は、同じ大きさの穴で構成されていてもよいし、異なる大きさの穴を組み合わせて構成されていてもよい。穴開き部材２６は、穴の分布が一定で構成されていてもよいし、穴の分布を異なるように構成されていてもよい。

【0030】

穴開き部材２６は、ステンレス鋼等の金属材料や、コージェライト（２ＭｇＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の無機材料で形成される。穴開き部材２６は、例えば、コージェライト等の熱膨張係数が低く、耐熱衝撃性を有する材料で形成されることが好ましい。穴開き部材２６には、例えば、金属網等の金属メッシュ材、パンチングメタル、焼結粉体、セラミックス多孔体、発泡体、フェルト、不織布等を用いることができる。

【0031】

図２は、穴開き部材２６をメッシュ材で形成した場合における図１のＸ−Ｘ方向の断面図であり、図２（ａ）は、メッシュ材の目開きの大きさを均一にした穴開き部材２６ａの構成を示す断面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、メッシュ材の目開きの大きさを変えた穴開き部材２６ｂ、２６ｃの構成を示す断面図である。なお、図中の点Ａは穴開き部材２６ａ、２６ｂ、２６ｃの中心を示しており、点Ｂはチップ穴２８の中心を示しており、点Ｃはノズル１６の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置を示しており、点Ｄはノズル１６の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置を示している。

【0032】

図２（ａ）の穴開き部材２６ａでは、メッシュ材の目開きの大きさが均一になるように構成されている。

【0033】

図２（ｂ）の穴開き部材２６ｂでは、穴開き部材２６ｂの中心Ａを通り、ノズル１６の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置Ｃと、ノズル１６の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置Ｄとを結ぶ直線に対して直交する直線２９を境界線として、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域３０ａの目開きが、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域３０ｂの目開きより大きくなるように構成されている。

【0034】

図２（ｃ）の穴開き部材２６ｃでは、チップ穴２８の中心Ｂを通り、ノズル１６の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置Ｃと、ノズル１６の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置Ｄとを結ぶ直線に対して直交する直線３１を通る直線を境界線として、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域３２ａの目開きが、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域３２ｂの目開きより大きくなるように構成されている。

【0035】

また、図３は、穴開き部材２６をパンチングメタルで形成した場合における図１のＸ−Ｘ方向の断面図であり、図３（ａ）は、パンチングメタルの孔の分布を均一にした穴開き部材２６ｄの構成を示す断面図であり、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、パンチングメタルの孔の分布を変えた穴開き部材２６ｅ、２６ｆの構成を示す断面図である。なお、図中の点Ａは穴開き部材２６ｄ、２６ｅ、２６ｆの中心を示しており、点Ｂはチップ穴２８の中心を示しており、点Ｃはノズル１６の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置を示しており、点Ｄはノズル１６の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置を示している。

【0036】

図３（ａ）の穴開き部材２６ｄでは、パンチングメタルの孔の分布が均一になるように構成されている。

【0037】

図３（ｂ）の穴開き部材２６ｅでは、穴開き部材２６ｅの中心Ａを通り、ノズル１６の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置Ｃと、ノズル１６の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置Ｄとを結ぶ直線に対して直交する直線２９を境界線として、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域３４ａのパンチングメタルの孔の割合が、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域３４ｂのパンチングメタルの孔の割合より大きくなるように構成されている。

【0038】

図３（ｃ）の穴開き部材２６ｆでは、チップ穴２８の中心Ｂを通り、ノズル１６の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置Ｃと、ノズル１６の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置Ｄとを結ぶ直線に対して直交する直線３１を通る直線を境界線として、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域３６ａのパンチングメタルの孔の割合が、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域３６ｂのパンチングメタルの孔の割合より大きくなるように構成されている。

【0039】

次に、溶接ガスノズル１０の作用について説明する。

【0040】

図４は、溶接ガスノズル１０の作用を示す断面図である。シールドガス４０ａ、４０ｂはノズル本体１８内の軸方向に沿ってノズル先端部２０に向けて流れる。このとき、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の大きい側を流れるシールドガス４０ａは、ノズル１６の曲率半径の小さい側を流れるシールドガス４０ｂよりもガス流速が速くなる。そして、ノズル１６の曲率半径の大きい側を流れるシールドガス４０ａと、ノズル１６の曲率半径の小さい側を流れるシールドガス４０ｂとは、穴開き部材２６で抵抗を受ける。その結果、穴開き部材２６のノズル本体１８側とノズル先端部２０側との間で圧力差が生じることにより、ノズル１６の曲率半径の大きい側を流れるシールドガス４０ａと、ノズル１６の曲率半径の小さい側を流れるシールドガス４０ｂとが整流されるので、ノズル先端部２０の吐出口２２からより均一なガス流速で整流されたシールドガス４０ｃが吐出される。

【0041】

また、穴開き部材２６について、ガス流路２４におけるノズル１６の曲率半径の小さい側に対応する内側領域の開口率を、ノズル１６の曲率半径の大きい側に対応する外側領域の開口率よりも大きく構成する場合には、ノズル１６の曲率半径の大きい側を流れるシールドガス４０ａの穴開き部材２６による抵抗がより大きくなり、ノズル１６の曲率半径の小さい側を流れるシールドガス４０ｂの穴開き部材２６による抵抗がより小さくなるので、チップ先端部２０の吐出口２２から吐出されるシールドガスの整流性が更に向上する。

【0042】

なお、上記構成では、ノズルが円筒状の円筒体で形成されているが、ノズルの形状は円筒状に限定されることなく、楕円筒状の楕円筒体等でもよい。また、ノズルの形状が楕円筒状である場合には、穴開き部材は楕円形状に形成される。図５は、穴開き部材５０ａ、５０ｂ、５０ｃをメッシュ材で楕円形状に形成した構成を示す断面図である。図１に示す溶接ガスノズル１０とは、ノズル４２が楕円筒状であり、穴開き部材５０ａ、５０ｂ、５０ｃが楕円形状である点が相違しており、その他の構成については同じである。なお、図中の点Ａは穴開き部材５０ａ、５０ｂ、５０ｃの中心を示しており、点Ｂはチップ穴２８の中心を示しており、点Ｃはノズル４２の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置を示しており、点Ｄはノズル４２の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置を示している。

【0043】

図５（ａ）の穴開き部材５０ａでは、メッシュ材の目開きの大きさが均一になるように構成されている。

【0044】

図５（ｂ）の穴開き部材５０ｂでは、穴開き部材５０ｂの中心Ａを通り、ノズル４２の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置Ｃと、ノズル４２の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置Ｄとを結ぶ直線に対して直交する直線５１を境界線として、ガス流路２４におけるノズル４２の曲率半径の小さい側に対応する内側領域５２ａの目開きが、ガス流路２４におけるノズル４２の曲率半径の大きい側に対応する外側領域５２ｂの目開きより大きくなるように構成されている。

【0045】

図５（ｃ）の穴開き部材５０ｃでは、チップ穴２８の中心Ｂを通り、ノズル４２の最も内側（最も曲率半径の小さい側）に対応する位置Ｃと、ノズル４２の最も外側（最も曲率半径の大きい側）に対応する位置Ｄとを結ぶ直線に対して直交する直線５３を通る直線を境界線として、ガス流路２４におけるノズル４２の曲率半径の小さい側に対応する内側領域５４ａの目開きが、ガス流路２４におけるノズル４２の曲率半径の大きい側に対応する外側領域５４ｂの目開きより大きくなるように構成されている。

【0046】

上記構成では、ノズルが湾曲して形成されているが、ノズルは直線状に形成されていてもよい。例えば、ノズルが直線状に形成されており、チップ及びライナをノズルの中心から偏心させて配置している場合には、シールドガスは、ガス流路におけるチップ及びライナの偏心側では流れにくくなり、チップ及びライナの偏心側と反対側では流れやすくなる。そのため、穴開き部材には、ガス流路におけるチップ及びライナの偏心側に対応する領域の開口率を、チップ及びライナの偏心側と反対側に対応する領域の開口率より大きくしたものを用いることが好ましい。

【0047】

また、上記構成では、チップ及びライナがノズルの曲率半径の大きい側に偏心させて配置されているが、チップ及びライナがノズルと同心円上に配置されていてもよいし、チップ及びライナがノズルの曲率半径の小さい側に偏心させて配置されていてもよい。

【0048】

以上、上記構成の溶接ガスノズルによれば、溶接ワイヤを保持して給電するチップと、筒状に形成され、チップを収容し、筒内周面とチップとの間に形成されるガス流路を流れるシールドガスを吐出する吐出口を有するノズルと、を備え、ノズルの吐出口側にガス流路と対向して設けられ、チップを挿通するためのチップ穴を含み、シールドガスを差圧で整流するための穴開き部材を有するので、より簡易な構造でシールドガスを整流することが可能となる。

【0049】

上記構成の溶接ガスノズルによれば、ノズルの吐出口側に穴開き部材を設けてシールドガスを整流するので、例えば、ノズルが湾曲している場合や、チップがノズルの中心から偏心して配置されている場合でもシールドガスの整流が可能となり、ノズル構造における設計の自由度が高くなる。

【0050】

上記構成の溶接ガスノズルによれば、穴開き部材は、ガス流路におけるシールドガスが流れにくい側に対応する領域の開口率が、シールドガスが流れやすい側に対応する領域の開口率よりも大きく形成されているので、ガス流路におけるシールドガスが流れにくい側では穴開き部材での抵抗を小さくし、シールドガスが流れやすい側では抵抗を大きくして、シールドガスの流速分布等をより均一にすることが可能となる。

【0051】

上記構成の溶接ガスノズルによれば、ノズルが湾曲して形成されている場合において、穴開き部材は、ガス流路におけるノズルの曲率半径の小さい側に対応する領域の開口率が、ノズルの曲率半径の大きい側に対応する領域の開口率よりも大きく形成されているので、ガス流路におけるノズルの曲率半径の小さい側であるシールドガスが流れにくい側では穴開き部材での抵抗を小さくし、ノズルの曲率半径の大きい側であるシールドガスが流れやすい側では抵抗を大きくして、シールドガスの流速分布等をより均一にすることが可能となる。

【実施例】

【0052】

次に、溶接ガスノズルにおけるシールドガスの流線分布及び流速分布について、有限体積法による汎用熱流体解析コードを用いて定常計算で解析した結果について説明する。図６は、解析に使用した溶接ガスノズルの形状を示す断面図である。ノズルについては、寸法Ｒ１（ノズル内側の曲率半径）が２４．５ｍｍであり、寸法Ｒ２（ノズル外側の曲率半径）が５１．７ｍｍであり、寸法Ａ（ノズル吐出口の内径）が１９ｍｍである。チップについては、寸法ＢがΦ５．１ｍｍであり、寸法ＣがΦ８．７ｍｍであり、寸法Ｄが１８．２ｍｍであり、寸法Ｅが５．０ｍｍである。なお、チップについては、ノズル出口面においてノズル中心から２．３５ｍｍ外側へ偏心させた。

【0053】

穴開き部材をメッシュ材で形成したと仮定して、穴開き部材の開口率を変えることにより圧力損失係数を１．０、１．８、３．４、６．７、１３．２として解析した。なお、圧力損失係数が大きくなるほど開口率が小さくなり、圧力損失係数が１．０の場合が最も開口率が大きく、圧力損失係数が１３．２の場合が最も開口率が小さい。また、比較のために穴開き部材を設けない場合についても解析した。

【0054】

図７は、シールドガスの流線分布の解析結果を示す図である。図８は、ノズル先端から１９ｍｍのターゲット面における垂直方向におけるシールドガスの流速分布の解析結果を示すコンタ図である。図９は、図８のコンタ図のＹ方向におけるシールドガスの流速分布の解析結果を示す図である。なお、図８に示すコンタ図において、シールドガスの流速が大きい領域には「Ｈ」と記載した。

【0055】

図７から図９において、（ａ）が穴開き部材を設けない場合であり、（ｂ）が圧力損失係数１．０の場合であり、（ｃ）が圧力損失係数１．８の場合であり、（ｄ）が圧力損失係数３．４の場合であり、（ｅ）が圧力損失係数６．７の場合であり、（ｆ）が圧力損失係数１３．２の場合を示している。また、（ａ）の穴開き部材を設けない場合の圧力値は５．８Ｐａであり、（ｂ）の圧力損失係数１．０の場合の圧力値は７．２Ｐａであり、（ｃ）の圧力損失係数１．８の場合の圧力値は８．３Ｐａであり、（ｄ）の圧力損失係数３．４の場合の圧力値は１０．３Ｐａであり、（ｅ）の圧力損失係数６．７の場合の圧力値は１４．４Ｐａであり、（ｆ）の圧力損失係数１３．２の場合の圧力値は２２．５Ｐａである。なお、各穴開き部材使用時のノズル出口のシールドガスの流速は、約１．５ｍ／ｓｅｃである。

【0056】

図７に示すシールドガスの流線分布の解析結果において、（ａ）の穴開き部材を設けない場合のシールドガスの流線分布と、（ｂ）から（ｆ）の穴開き部材を設けた場合のシールドガスの流線分布とを比較すると、穴開き部材を設けることによりシールドガスの流線分布の乱れが抑えられて整流されることがわかった。また、（ｂ）から（ｆ）の穴開き部材を設けた場合のシールドガスの流線分布を比較すると、穴開き部材の圧力損失係数が大きくなるほど（開口率が小さくなるほど）シールドガスの流線分布の乱れが抑制されることがわかった。

【0057】

図８及び図９に示すシールドガスの流速分布の解析結果において、（ａ）の穴開き部材を設けない場合のシールドガスの流速分布と、（ｂ）から（ｆ）の穴開き部材を設けた場合のシールドガスの流速分布とを比較すると、穴開き部材を設けることにより、シールドガスの流速分布の対称性が向上することがわかった。また、（ｂ）から（ｆ）の穴開き部材を設けた場合のシールドガスの流速分布で比較すると、圧力損失係数１．０から圧力損失係数６．７までは圧力損失係数が大きくなるほど（開口率が小さくなるほど）シールドガスの流速分布の対称性が向上し、圧力損失係数６．７より大きくなるとシールドガスの流速分布の対称性が低下することがわかった。

【0058】

次に、ガス流路におけるノズルの曲率半径の大きい側と、ノズルの曲率半径の小さい側とでメッシュの開口率（圧力損失係数）を変えて解析した。

【0059】

穴開き部材には、上述した図２（ｂ）に示す穴開き部材２６ｂの構成をモデルとして用い、ガス流路におけるノズルの曲率半径の小さい側である内側領域３０ａの圧力損失係数１．８とし、ノズルの曲率半径の大きい側である外側領域３０ｂの圧力損失係数３．４とした。すなわち、ガス流路におけるシールドガスが流れにくいノズルの曲率半径の小さい側では圧力損失係数を小さく（開口率を大きく）してシールドガスを流れやすくし、シールドガスが流れやすいノズルの曲率半径の大きい側では、圧力損失係数を大きく（開口率を小さく）してシールドガスを流れにくくして解析した。

【0060】

図１０は、穴開き部材について、ガス流路におけるノズルの曲率半径の大きい側と、ノズルの曲率半径の小さい側とでメッシュの開口率（圧力損失係数）を変えた場合の解析結果を示す図であり、図１０（ａ）は、シールドガスの流線分布の解析結果を示す図であり、図１０（ｂ）は、ノズル先端から１９ｍｍのターゲット面における垂直方向におけるシールドガスの流速分布の解析結果を示すコンタ図である。なお、図１０（ｂ）に示すコンタ図において、シールドガスの流速が大きい領域には「Ｈ」と記載した。図１０（ｂ）に示すように、穴開き部材に圧損分布を設けたとこにより、シールドガスの流速分布の対称性が向上した。

【符号の説明】

【0061】

１０ 溶接ガスノズル、１２ 溶接ワイヤ、１４ チップ、１６ ノズル、１７ ライナ、１８ ノズル本体、２０ ノズル先端部、２２ 吐出口、２３ 嵌合溝、２４ ガス流路、２６、２６ａ〜２６ｆ、５０ａ〜５０ｂ 穴開き部材、２８ チップ穴。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】