特開 2024-167531 ２重シールドティグ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024167531

(43)【公開日】2024-12-04

(54)【発明の名称】２重シールドティグ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20241127BHJP

   B23K 9/167 20060101ALI20241127BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 L

B23K9/167 A

B23K9/16 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023083669

(22)【出願日】2023-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】今井 雄太

(72)【発明者】

【氏名】中俣 利昭

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB07

4E001DD02

4E001DD03

4E001LB02

4E001LH06

4E001NA01

(57)【要約】

【課題】２重シールドティグ溶接方法において、電極の突出し長を長くしても溶接状態を安定に維持すること。
【解決手段】インナーガス７を噴出させるインナーノズル４及びアウターガス９を噴出させるアウターノズル５を備えた溶接トーチＷＴを使用し、インナーノズル４の先端位置から電極１を突出し長Ｌだけ突出させ、電極１と母材２との間にアーク３を発生させ溶接電流Ｉｗを通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、溶接電流Ｉｗの設定値Ｉｒに応じてインナーガス７の流量Ｆｉを設定し、設定されたインナーガス７の流量Ｆｉを、電極１の突出し長Ｌに応じて補正する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、
前記インナーノズルの先端位置から電極を突出し長だけ突出させ、
前記電極と母材との間にアークを発生させ溶接電流を通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
前記溶接電流の値に応じて前記インナーガスの流量を設定し、
前記溶接電流の値に応じて設定された前記インナーガスの流量を、前記電極の前記突出し長に応じて補正する、
ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法。

【請求項2】

前記アークの硬直性を調整するための調整部を備え、
前記調整部は、前記溶接電流の値及び前記電極の前記突出し長に応じて設定された前記インナーガスの流量を増減させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法。

【請求項3】

前記溶接電流の値及び前記電極の前記突出し長の内の少なくとも一つの条件が変更されたときは、前記調整部による前記インナーガスの流量の増減値を０にリセットする、
ことを特徴とする請求項２に記載の２重シールドティグ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２重シールドティグ溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用して溶接する２重シールドティグ溶接方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。インナーガス及びアウターガスとしては、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１５０４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

２重シールドティグ溶接方法では、インナーノズルの先端位置から電極を突出し長だけ突出させ、電極と母材との間にアークを発生させて溶接が行われる。通常、電極の突出し長は２～３mm程度である。母材の形状によっては溶接の作業性を良好にするために、電極の突出し長を５～１０mm程度まで長くする場合がある。しかし、電極の突出し長を長くすると、溶接状態が不安定になる場合が発生する。

【0005】

そこで、本発明では、電極の突出し長を長くしても溶接状態を安定に維持することができる２重シールドティグ溶接方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、
前記インナーノズルの先端位置から電極を突出し長だけ突出させ、
前記電極と母材との間にアークを発生させ溶接電流を通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
前記溶接電流の値に応じて前記インナーガスの流量を設定し、
前記溶接電流の値に応じて設定された前記インナーガスの流量を、前記電極の前記突出し長に応じて補正する、
ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法である。

【0007】

請求項２の発明は、
前記アークの硬直性を調整するための調整部を備え、
前記調整部は、前記溶接電流の値及び前記電極の前記突出し長に応じて設定された前記インナーガスの流量を増減させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

【0008】

請求項３の発明は、
前記溶接電流の値及び前記電極の前記突出し長の内の少なくとも一つの条件が変更されたときは、前記調整部による前記インナーガスの流量の増減値を０にリセットする、
ことを特徴とする請求項２に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る２重シールドティグ溶接方法によれば、電極の突出し長を長くしても溶接状態を安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0013】

溶接トーチＷＴは、主に電極１、それを取り囲むインナーノズル４及びそれを取り囲むアウターノズル５を備えている。電極１の先端位置は、インナーノズル４の先端位置から予め定めた突出し長ｌ（mm）だけ突出した位置である。電極１には、タングステン電極等が使用される。例えば、インナーノズル４の内径は５mm、であり、アウターノズル５の内径は１３mmである。

【0014】

起動スイッチＯＮは、オン状態になるとＨｉｇｈレベルとなり、オフ状態になるとＬｏｗレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。この起動スイッチＯＮは、溶接トーチＷＴに設けられたトーチスイッチである。また、ロボット制御装置から起動信号Ｏｎが出力される場合もある。

【0015】

電流設定回路ＩＲは、予め定めた電流設定信号Ｉｒを出力する。

【0016】

突出し長設定回路ＬＲは、電極１の突出し長Ｌを設定するための突出し長設定信号Ｌｒを出力する。溶接作業者は、突出し長設定信号Ｌｒによって設定された突出し長Ｌ［mm］になるように電極１を溶接トーチＷＴに装着する。突出し長Ｌの範囲は２～１０mm程度である。

【0017】

インナーガス流量設定回路ＦＩＲは、上記の電流設定信号Ｉｒ［Ａ］、上記の突出し長設定信号Ｌｒ［mm］及び後述するアーク硬直性調整信号Ｈｒを入力として、予め定めたインナーガス流量設定関数に入力して算出された値をインナーガス流量設定信号Ｆir［l/min］として出力する。インナーガス設定関数の例を以下に示す。
Ｆir＝（Ｉｒ－７５）／５０＋３．５＋（Ｌｒ－２）×０．１＋Ｈｒ （１）式
但し、７５≦Ｉｒ≦１５０の範囲であり、Ｉｒ＜７５の場合はＩｒ＝７５と同一値であり、Ｉｒ＞１５０の場合はＩｒ＝１５０と同一値である。また、２≦Ｌｒ≦１０の範囲であり、Ｌｒ＜２の場合はＬｒ＝２と同一値であり、Ｌｒ＞１０の場合はＬｒ＝１０と同一値である。

【0018】

インナーガス流量調整器ＣＩは、慣用されているマスフローコントローラであり、上記の起動信号Ｏｎ及び上記のインナーガス流量設定信号Ｆirを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、インナーガスボンベ６からのインナーガス７の流量Ｆｉをインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる値に調整して噴出する。

【0019】

アウターガス流量設定回路ＦＯＲは、上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、予め定めたアウターガス流量設定関数に入力して算出された値をアウターガス流量設定信号Ｆor［l/min］として出力する。アウターガス設定関数の例を以下に示す。
Ｆor＝（Ｉｒ－７５）／５０＋５．５ （２）式
但し、７５≦Ｉｒ≦１５０の範囲であり、Ｉｒ＜７５の場合はＩｒ＝７５と同一値であり、Ｉｒ＞１５０の場合はＩｒ＝１５０と同一値である。

【0020】

アウターガス流量調整器ＣＯは、慣用されているマスフローコントローラであり、上記の起動信号Ｏｎ及び上記のアウターガス流量設定信号Ｆorを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、アウターガスボンベ８からのアウターガス９の流量Ｆｏをアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる値に調整して噴出する。

【0021】

インナーノズル４の内側の通路をインナーガス７が流れる。また、インナーノズル４の外側とアウターノズル５の内側の通路をアウターガス９が流れる。インナーガス７及びアウターガス９にはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。アーク３は、電極１が負極となり、母材２が正極となって発生する。

【0022】

溶接電源ＰＳは、上記の起動信号Ｏｎ及び上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、 起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加し、アーク３が発生すると電流設定信号Ｉｒによって設定された溶接電流Ｉｗの出力を開始し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると溶接電流Ｉｗの出力を停止する。

【0023】

アーク硬直性調整回路ＨＲは、上記の電流設定信号Ｉｒ及び上記の突出し長設定信号Ｌｒを入力として、溶接電源ＰＳのフロントパネルに設けられており、増加ボタンと減少ボタンを備えており、増加ボタンが押されるごとに所定値だけ増加し、減少ボタンが押されるごとに所定値だけ減少する、アーク硬直性調整信号Ｈｒを出力する。アーク硬直性調整信号Ｈｒは、電流設定信号Ｉｒ及び突出し長設定信号Ｌｒのいずれかの信号の値が変化したときは０にリセットされる。例えば、所定値は０．１（l/min）である。このときに、増加ボタンが５回おされるとＨｒ＝０．５（l/min）となる。その後に、減少ボタンが２回押されるとＨｒ＝０．５－０．２＝０．３（l/min）となる。

【0024】

以下、溶接電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定し、電極１の突出し長Ｌに応じて設定されたインナーガス及び／又はアウターガスの流量を補正し、さらにアーク硬直性の調整を行った場合の数値例について説明する。
（１）インナーガス流量の設定
突出し長設定信号Ｌｒは２mmであり、アーク硬直性調整信号Ｈｒは初期値の０l/minである場合において、上記の（１）式から電流設定信号Ｉｒを入力としてインナーガス流量Ｆｉは
Ｆｉ＝（Ｉｒ－７５）／５０＋３．５＋（Ｌｒ－２）×０．１＋Ｈｒであるので、
Ｉｒ＝７５ＡのときはＦｉ＝３．５（l/min）となり、Ｉｒ＝１５０ＡのときはＦｉ＝５．０（l/min）となる。
ここで、突出し長設定信号Ｌｒが１０mmに変更されると、インナーガス流量Ｆｉは上記のときよりも０．８（l/min）だけ増加した値となる。さらに、アーク硬直性信号Ｈｒを調整すると、自動設定された上記のインナーガス流量の値を中央値として増減させることができる。

【0025】

（２）アウターガス流量の設定
上記の（２）式から電流設定信号Ｉｒを入力としてアウターガス流量Ｆｏは
Ｆｏ＝（Ｉｒ－７５）／５０＋５．５であるので、Ｉｒ＝７５ＡのときはＦｏ＝５．５（l/min）となり、Ｉｒ＝１５０ＡのときはＦｏ＝７．０（l/min）となる。

【0026】

図２は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は電極の突出し長Ｌ［mm］の時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の時間変化を示し、同図（Ｃ）はインナーガス流量Ｆｉ［l/min］の時間変化を示し、同図（Ｄ）はアウターガス流量Ｆｏ［l/min］の時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接中の動作について説明する。

【0027】

同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１～ｔ２の期間中は溶接電流Ｉｗを通電し、時刻ｔ２～ｔ３の期間中は溶接電流Ｉｗの通電を停止し、時刻ｔ３～ｔ４の期間中は溶接電流Ｉｗを通電している。同図（Ａ）に示すように、電極の突出し長Ｌは、時刻ｔ１～ｔ２の期間中は第１突出し長であり、時刻ｔ３～ｔ４の期間中はそれよりも長い第２突出し長に変化している。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、図１の電流設定信号Ｉｒによって設定される。

【0028】

同図（Ｃ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは、図１の電流設定信号Ｉｒ及び同図（Ａ）に示す電極の突出し長Ｌを設定する図１の突出し長設定信号Ｌｒの値を上述した（１）式に代入して算出される。同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは、図１の電流設定信号Ｉｒの値を上述した（２）式に代入して算出される。例えば、電流設定信号Ｉｒ＝１５０Ａ、突出し長設定信号Ｌｒの第１突出し長＝２mm及び第２突出し長＝８mmである場合には、インナーガス流量Ｆｉ及びアウターガス流量Ｆｏは、以下のように算出される。
１）時刻ｔ１～ｔ２の期間
Ｆｉ＝（１５０－７５）／５０＋３．５＋（２－２）×０．１＝５
Ｆｏ＝（１５０－７５）／５０＋５．５＝７
２）時刻ｔ３～ｔ４の期間
Ｆｉ＝（１５０－７５）／５０＋３．５＋（８－２）×０．１＝５．６
Ｆｏは時刻ｔ１以前と同一値
この結果、同図（Ｃ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは、時刻ｔ１～ｔ２の期間中は５l/minとなり、時刻ｔ３～ｔ４の期間中は５．６l/minへと大きくなる。また、同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは、全期間中７l/minとなる。

【0029】

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、溶接電流の値に応じてインナーガスの流量を設定し、溶接電流の値に応じて設定されたインナーガスの流量を、電極の突出し長に応じて補正する。通常、電極の突出し長は２～３mm程度である。母材の形状によっては溶接の作業性を良好にするために、電極の突出し長を５～１０mm程度まで長くする場合がある。しかし、電極の突出し長を長くすると、溶接状態が不安定になる場合が発生する。本実施の形態では、溶接電流の値に応じてインナーガスの流量を適正化している。その上で電極の突出し長が長くなるほどインナーガスの流量が大きくなるように補正している。これにより、本実施の形態では、電極の突出し長を長くしても溶接状態を安定に維持することができる。

【0030】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、アークの硬直性を調整するための調整部を備え、調整部は、溶接電流の値及び電極の突出し長に応じて設定されたインナーガスの流量を増減させる。溶接電流及び電極の突出し長に応じてインナーガスの流量を適正化することによって溶接状態を良好にすることができる。その上で、溶接作業者ごとに所望するアークの硬直性は異なっている。溶接作業者によっては、アークの硬直性が強い硬いアークを好む人もいるし、アークの硬直性の弱い柔らかなアークを好む人もいる。そして、アークの硬直性を溶接作業者が所望する状態に調整することができれば、溶接作業性を向上させることができる。本実施の形態では、アークの硬直性を微調整するための調整部を備えており、この調整部によって溶接電流及び電極の突出し長に応じて設定されたインナーガスの流量を増減させることができる。インナーガスの流量を増加させるとアークの硬直性は強くなり、硬いアークとなる。インナーガスの流量を減少させるとアークの硬直性は弱くなり、柔らかなアークとなる。この結果、本実施の形態では、アークの硬直性を溶接作業者が所望する状態に調整することができるので、作業性を向上させることができる。

【0031】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、溶接電流の値及び電極の突出し長の内の少なくとも一つの条件が変更されたときは、調整部によるインナーガスの流量の増減値を０にリセットする。溶接電流の値及び電極の突出し長の組み合わせ条件によって調整部の増減値が同一であってもアークの硬直性の度合いは異なっている。したがって、これらの条件の少なくとも一つが変更されたときは、増減値を０にリセットして、アークの硬直性を一旦標準状態に戻すようにしている。その上で、再び調整部によってアークの硬直性を好みの状態にするようにしている。

【符号の説明】

【0032】

１ 電極
２ 母材
３ アーク
４ インナーノズル
５ アウターノズル
６ インナーガスボンベ
７ インナーガス
８ アウターガスボンベ
９ アウターガス
ＣＩ インナーガス流量調整器
ＣＯ アウターガス流量調整器
Ｆｉ インナーガス流量
ＦＩＲ インナーガス流量設定回路
Ｆir インナーガス流量設定信号
Ｆｏ アウターガス流量
ＦＯＲ アウターガス流量設定回路
Ｆor アウターガス流量設定信号
ＨＲ アーク硬直性調整回路
Ｈｒ アーク硬直性調整信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ 電極の突出し長
ＬＲ 突出し長設定回路
Ｌｒ 突出し長設定信号
ＯＮ 起動スイッチ
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】