特開 2024-86031 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】P2024086031

(43)【公開日】2024-06-27

(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 20060101AFI20240620BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 B

B23K9/16 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200885

(22)【出願日】2022-12-16

(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】西野 晋太朗

(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）】

4E001DD02

4E001DD03

4E001LB02

4E001LB05

4E001LB06

4E001LH04

4E001LH06

4E001MD00

4E001NA01

(57)【要約】

【課題】２重シールドティグ溶接方法において、不活性ガスの消費量を減少させること。
【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、溶接開始に際してインナーガス７及びアウターガス９のプリフローを行った後にアークを発生させて定常溶接期間に移行し、溶接終了に際してアークを消弧した後にインナーガス７及びアウターガス９のアフターフローを行って溶接を終了する２重シールドティグ溶接方法において、アフターフローは、アウターガス９のみを噴出させ、インナーガス７の噴出は停止する。
【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、
溶接開始に際して前記インナーガス及び前記アウターガスのプリフローを行った後にアークを発生させて定常溶接期間に移行し、
溶接終了に際して前記アークを消弧した後に前記インナーガス及び前記アウターガスのアフターフローを行って溶接を終了する２重シールドティグ溶接方法において、
前記アフターフローは前記インナーガスの流量を前記定常溶接期間よりも減少させる、
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】

前記インナーガスの減少は、流量を０にすることによって行う、
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】

前記インナーガスの減少は、流量をアフターフローの途中から減少させることによって行う、
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4】

前記プリフローは前記アウターガスを噴出させた後に前記インナーガスを噴出させる、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の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】

従来技術の２重シールドティグ溶接では、溶接開始に際してインナーガス及びアウターガスのプリフローを行った後にアークを発生させて定常溶接期間に移行し、溶接終了に際してアークを消弧した後にインナーガス及びアウターガスのアフターフローを行って溶接を終了する。２重シールドティグ溶接では、インナーガス及びアウターガスの２つの不活性ガスを噴出させる必要があり、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスは高価であるために、通常の１重シールドティグ溶接よりもランニングコストが高くなるという問題がある。

【0005】

そこで、本発明では、不活性ガスの消費量を少なくすることができる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、
溶接開始に際して前記インナーガス及び前記アウターガスのプリフローを行った後にアークを発生させて定常溶接期間に移行し、
溶接終了に際して前記アークを消弧した後に前記インナーガス及び前記アウターガスのアフターフローを行って溶接を終了する２重シールドティグ溶接方法において、
前記アフターフローは前記インナーガスの流量を前記定常溶接期間よりも減少させる、
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、
前記インナーガスの減少は、流量を０にすることによって行う、
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、
前記インナーガスの減少は、流量をアフターフローの途中から減少させることによって行う、
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。

【0009】

請求項４の発明は、
前記プリフローは前記アウターガスを噴出させた後に前記インナーガスを噴出させる、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る２重シールドティグ溶接方法によれば、不活性ガスの消費量を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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】

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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には、タングステン電極等が使用される。

【0015】

溶接開始回路ＯＮは、溶接を開始するときにＨｉｇｈレベルとなる溶接開始信号ＯＮを出力する。この溶接開始回路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、溶接開始回路ＯＮは、ロボット制御装置内に設けられる場合もある。

【0016】

期間判別回路ＴＰは、上記の溶接開始信号Ｏｎを入力として、以下の処理を行い、期間判別信号Ｔｐを出力する。
１）溶接が終了しているときは期間判別信号Ｔｐ＝０を出力する。
２）溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化すると期間判別信号Ｔｐ＝１（プリフロー期間）を出力する。
３）予め定めたプリフロー期間が経過すると期間判別信号Ｔｐ＝２（定常溶接期間）を出力する。
４）その後に、溶接開始信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化すると期間判別信号Ｔｐ＝３（アフターフロー期間）を出力する。
５）予め定めたアフターフロー期間が経過すると期間判別信号Ｔｐ＝０（溶接終了状態）を出力する。

【0017】

インナーガス噴出開始回路ＴＩは、上記の期間判別信号Ｔｐを入力として、期間判別信号Ｔｐ＝１に変化した時点から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過した時点で短時間Ｈｉｇｈレベルとなるインナーガス噴出開始信号Ｔｉを出力する。遅延時間Ｔｄはプリフロー期間よりも短い時間である。

【0018】

インナーガス流量設定回路ＦＩＲは、上記の期間判別信号Ｔｐを入力として、期間判別信号Ｔｐ＝１（プリフロー期間）のときは予め定めたプリフローインナーガス流量値となり、期間判別信号Ｔｐ＝２（定常溶接期間）のときは予め定めた定常溶接期間インナーガス流量値となり、期間判別信号Ｔｐ＝３（アフターフロー期間）のときは以下の１）～３）のいずれかによって設定されるアフターフローインナーガス流量値となるインナーガス流量設定信号Ｆirを出力する。ここで、プリフローインナーガス流量値は定常溶接期間インナーガス流量値よりも小さい値であることが望ましい。
１）アフターフローインナーガス流量値を定常溶接期間インナーガス流量値よりも減少させた流量とする。例えば、５０％以下に減少させる。
２）アフターフローインナーガス流量値を０とする。
３）アフターフローインナーガス流量値をアフターフロー期間の途中から定常溶接期間インナーガス流量値よりも減少させた流量とする。例えば、５０％以下に減少させる。

【0019】

インナーガス流量調整器ＣＩは、公知のマスフローコントローラ等であり、上記のインナーガス噴出開始信号Ｔｉ、上記の期間判別信号Ｔｐ及び上記のインナーガス流量設定信号Ｆirを入力として、インナーガス噴出開始信号Ｔｏが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点から期間判別信号Ｔｐ＝０（溶接終了）に変化するまでの期間中は、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。

【0020】

アウターガス流量設定回路ＦＯＲは、上記の期間判別信号Ｔｐを入力として、期間判別信号Ｔｐ＝１（プリフロー期間）のときは予め定めたプリフローアウターガス流量値となり、期間判別信号Ｔｐ＝２（定常溶接期間）のときは予め定めた定常溶接期間アウターガス流量値となり、期間判別信号Ｔｐ＝３（アフターフロー期間）のときは予め定めたアフターフローアウターガス流量値となるアウターガス流量設定信号Ｆorを出力する。ここで、プリフローアウターガス流量値は定常溶接期間アウターガス流量値よりも大きい値であることが望ましい。アフターフローアウターガス流量値は定常溶接期間アウターガス流量値以下の値で良い。

【0021】

アウターガス流量調整器ＣＯは、公知のマスフローコントローラ等であり、上記の期間判別信号Ｔｐ及び上記のアウターガス流量設定信号Ｆorを入力として、期間判別信号Ｔｐ＝１（プリフロー期間）に変化した時点から期間判別信号Ｔｐ＝０（溶接終了）に変化するまでの期間中は、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。

【0022】

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。

【0023】

溶接電源ＰＳは、上記の期間判別信号Ｔｐを入力として、期間判別信号Ｔｐ＝２（定常溶接期間）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が発生すると溶接電流Ｉｗの出力を開始し、期間判別信号Ｔｐ＝３（アフターフロー期間）になると溶接電流Ｉｗの出力を停止する。

【0024】

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）は溶接開始信号Ｏｎの時間変化を示し、同図(Ｂ)は期間判別信号Ｔｐの時間変化を示し、同図(Ｃ)はインナーガス噴出開始信号Ｔｉの時間変化を示し、同図(Ｄ)はアウターガス流量Ｆｏ（リットル／分）の時間変化を示し、同図(Ｅ)はインナーガス流量Ｆｉ（リットル／分）の時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して、溶接開始時及び溶接終了時の動作について説明する。

【0025】

時刻ｔ１において、溶接作業者が図１の溶接トーチＷＴに設けられたトーチスイッチをオン状態にすると、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、期間判別信号Ｔｐ＝１（プリフロー期間）となる。同時に、図１のアウターガス流量調整器ＣＯによってアウターガスの噴出が開始される。同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる予め定めたプリフローアウターガス流量値となる。

【0026】

時刻ｔ１から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過した時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、インナーガス噴出開始信号Ｔｉが短時間Ｈｉｇｈレベルとなる。これに応動して、図１のインナーガス流量調整器ＣＩによってインナーガスの噴出が開始される。同図（Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは図１のインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる予め定めたプリフローインナーガス流量値となる。

【0027】

時刻ｔ３において、同図（Ｂ）に示すように、期間判別信号Ｔｐ＝２（定常溶接期間）に変化すると、図１の溶接電源Ｓは図１の電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加して図１のアーク３を発生させ、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電を開始させる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる予め定めた定常溶接期間アウターガス流量値となる。同様に、同図（Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは図１のインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる予め定めた定常溶接期間インナーガス流量値となる。そして、時刻ｔ３から溶接を開始する。

【0028】

上述したように、プリフロー期間中は、アウターガスを噴出させた後にインナーガスを噴出させている。このようにすると、アウターガスの噴出によって周囲をシールドされた状態でインナーガスの噴出が開始されるので、インナーガスが周囲の空気を巻き込むことがなくなり、定常状態に早期に収束させることができる。このために、本実施の形態では、アウターガス及びインナーガスの噴出を同時に開始する従来技術に比べて、プリフロー時間を５０％程度に短くすることができる。したがって、本実施の形態では、溶接開始時のプリフロー時間を短く設定しても十分なシールド性を確保することができるので、作業効率を高めることができ、高価な不活性ガスの消費量を減らすことができる。例えば、従来技術ではプリフロー期間を６秒程度に設定するひつようがあったが、本実施の形態では３秒程度に設定することができる。

【0029】

さらに、時刻ｔ１～ｔ２のアウターガスのみを噴出させる時間が時刻ｔ２～ｔ３のインナーガスを噴出させる時間よりも長くなるように設定されることが望ましい。このようにすると、インナーガスが空気を巻き込むことをより確実に抑制することができるので、さらにプリフロー時間を短く設定することができる。この結果、高価な不活性ガスの消費量をさらに減らすことができる。

【0030】

さらに、インナーガス流量Ｆｉを、プリフロー期間中はプリフロー期間終了後の本溶接期間中よりも小さくすることが望ましい。このようにすると、インナーガスの噴出状態をより早期に定常状態にすることができるので、さらにプリフロー時間を短く設定することができる。この結果、高価な不活性ガスの消費量をさらに減らすことができる。

【0031】

さらに、アウターガス流量Ｆｏを、プリフロー期間中はプリフロー期間終了後の本溶接期間中よりも大きくすることが望ましい。このようにすると、インナーガスの噴出状態をより早期に定常状態にすることができるので、さらにプリフロー時間を短く設定することができる。この結果、高価な不活性ガスの消費量をさらに減らすことができる。

【0032】

時刻ｔ４において溶接作業者がトーチスイッチをオフ状態にすると、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＯｎはＬｏｗレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が停止し、アークが消弧する。

【0033】

同時に、時刻ｔ４において、同図（Ｂ）に示すように、期間判別信号Ｔｐ＝３（アフターフロー期間）に変化すると、同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる予め定めたアフターフローアウターガス流量値となる。同様に、同図（Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは図１のインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる以下の１）～３）のアフターフローインナーガス流量値となる。同図（Ｅ）は、以下の３）の場合を示している。
１）アフターフローインナーガス流量値を定常溶接期間インナーガス流量値よりも減少させた流量とする。例えば、５０％以下に減少させる。
２）アフターフローインナーガス流量値を０とする。
３）アフターフローインナーガス流量値をアフターフロー期間の途中から定常溶接期間インナーガス流量値よりも減少させた流量とする。例えば、５０％以下に減少させる。

【0034】

時刻ｔ５において、同図（Ｂ）に示すように、期間判別信号Ｔｐ＝０（溶接終了）に変化すると、同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは０となり噴出が停止し、同図Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは０となり噴出が停止する。これにより、溶接が終了する。

【0035】

従来技術では、アフターフロー期間中はアウターガス及びインナーガスの両方を噴出させている。これに対して、本実施の形態では、アフターフロー期間中のインナーガスの流量を減少させている。アフターフローの作用は、電極及び溶融池を冷却するまで空気からシールドすることである。この作用のためにはアウターガスを噴出させ、インナーガスは流量を減少させて噴出させても充分である。このようにすると、高価な不活性ガスの消費量を減らすことができる。

【0036】

上記の各パラメータの数値例を以下に示す。
溶接トーチＷＴ：インナ―ノズル内径５mm、アウターノズル内径１３mmの二重シールドノズルを備えた溶接トーチ
電極１：直径3.2mmのタングステン電極
アウターガス及びインナーガス：１００%アルゴンガス
母材２：板厚２．３mmの軟鋼の突き合わせ継手
溶接電流Ｉｗ：１５０Ａ、溶接速度：３０cm/min
アウターガス流量Ｆｏ：プリフロー期間１２l/min、定常溶接期間１０l/min、アフターフロー期間１０l/min
インナーガス流量Ｆｉ：プリフロー期間４l/min、定常溶接期間５l/min、アフターフロー期間０l/min
プリフロー期間：３秒（アウターガスが噴出を開始してから２秒後にインナーガスの噴出が開始し、その１秒後にアークが発生する。）
アフターフロー期間：１０秒

【0037】

上述した実施の形態において、アークを消弧する前にクレータ処理を行い、その後にアフターフローを行う場合がある。このような場合には、クレータ処理の期間中からインナーガスの流量を減少させるようにしても良い。これは、クレータ処理の期間中も、主に電極及び溶融池を大気からシールドすることが目的であり、このためにはアウターガスを噴出させ、インナーガスの流量を減少させて噴出させても目的の作用効果を奏するからである。このようにすると、不活性ガスの消費量をさらに減少させることができる。

【符号の説明】

【0038】

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
Ｉｗ 溶接電流
ＯＮ 溶接開始回路
Ｏｎ 溶接開始信号
ＰＳ 溶接電源
ＴＩ インナーガス噴出開始回路
Ｔｉ インナーガス噴出開始信号
ＴＰ 期間判別回路
Ｔｐ 期間判別信号
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】