特許 7509727 シールド治具及びガスシールドアーク溶接装置

(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】

(24)【登録日】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】シールド治具及びガスシールドアーク溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20240625BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 L

B23K9/16 M

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021129975

(22)【出願日】2021-08-06

(65)【公開番号】P2023023972

(43)【公開日】2023-02-16

【審査請求日】2023-09-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】陳 朱耀

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 瑛介

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】実公昭５２－０３１７１７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】国際公開第２０１１／０３０７３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開昭４９－１２８８２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２００９－５３４５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７２８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５５－０１６７５５（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／２９

Ｂ２３Ｋ ９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の溶加材を溶融及び凝固させて溶着ビードを形成するシールド溶接用の溶接トーチに取り付けられるシールド治具であって、
前記溶接トーチの径方向外側に設けられ、外周面が円筒状の環状部材と、
前記環状部材の前記外周面の外側に、前記環状部材との間に径方向隙間を有して配置され、上部に蓋部を有し底部に開口を有する環状空間を画成する外殻部材と、
前記環状空間にシールドガスを供給するガス供給部材と、
を備え、
前記溶接トーチの軸方向に垂直な断面において、前記開口の断面積が前記環状部材の断面積より小さく、
前記外殻部材の底部に、前記溶接トーチの軸方向に沿って前記断面積が漸減する窄み部が形成されている、
シールド治具。

【請求項2】

前記溶接トーチの外周径をｄ_０、前記環状部材の外周径をｄ_１、前記外殻部材の内周径をｄ_２としたときに、
ｄ_１－ｄ_０＞ｄ_２－ｄ_１
が成立する、請求項１に記載のシールド治具。

【請求項3】

ｄ_０＞ｄ_２－ｄ_１
が成立する、請求項２に記載のシールド治具。

【請求項4】

前記環状空間に前記シールドガスの流れ方向をらせん状にする整流部が設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載のシールド治具。

【請求項5】

前記環状部材は、断熱部材を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載のシールド治具。

【請求項6】

前記溶加材は純チタン又はチタン合金である、請求項１～５のいずれか１項に記載のシールド治具。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載のシールド治具を備えるガスシールドアーク溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド治具及びガスシールドアーク溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

溶接部にシールドガス（不活性ガス）を供給して、溶接部を空気から遮蔽して酸化を防止するガスシールドアーク溶接が知られている。このようなガスシールドアーク溶接に用いるガスシールド用の溶接トーチが、例えば特許文献１に記載されている。

【0003】

特許文献１の溶接トーチは、溶接トーチに設けるシールドガス通路と、溶接ビードの断面形状を制御する制御ガス通路とを、各々独立した通路とし、溶接アーク部を中心として溶接進行方向に対し前後対称の位置に、上記したそれぞれの通路を縦１列に配列した構成となっている。これによれば、狭開先の溶接において、前方シールドガス流路と後方シールドガス流路を設けてガスの流速をコントロールすることで、溶着ビードの断面形状と溶け込みを改善する、と特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１－４８６７８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、活性金属からなる母材又は溶加材（溶接ワイヤ）を用いてガスシールドアーク溶接する場合、活性金属は、大気との親和力が高温時に特に強くなり、空気中の酸素、窒素と反応して酸化物、窒化物を形成しやすくなる。そのため、溶接後の酸化物、窒化物の形成部分の硬化及び脆弱化が顕著となる。そこで、活性金属をガスシールドアーク溶接する場合、一般的には大気と活性金属との接触を避けるために、アフターシールド用の治具を用い、溶接トーチ付近の局部的なガスシールドを実施している。ところが、純チタン又はチタン合金等の溶加材を溶融させて積層造形する際には、アフターシールド用の治具を用いただけでは造形体への酸素及び窒素の侵入を規定値以下に抑えることは依然として困難となる。

【0006】

例えば、溶接の進行方向における前方には、空気、母材などの他の部材に付着した酸素、窒素が存在し、これらの巻き込みを防ぐことが困難である。また、現行のシールド治具は、シールドガスで覆われるシールド範囲が狭いため、積層造形の際に、溶接中の溶着ビードに隣接して高温になった周囲の溶着ビードのガスシールド性まで担保することは困難となる。さらに、溶接の進行方向によっては、ガスシールド性が不十分となり、マニピュレータによる積層造形に制限が生じる可能性がある。

【0007】

そこで本発明は、ガスシールドアーク溶接時において、常に安定して広い範囲のガスシールド性を担保できるシールド治具及びガスシールドアーク溶接装置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】

【0008】

本発明は下記の構成からなる。
（１） 金属製の溶加材を溶融及び凝固させて溶着ビードを形成するシールド溶接用の溶接トーチに取り付けられるシールド治具であって、
前記溶接トーチの径方向外側に設けられ、外周面が円筒状の環状部材と、
前記環状部材の前記外周面の外側に、前記環状部材との間に径方向隙間を有して配置され、上部に蓋部を有し底部に開口を有する環状空間を画成する外殻部材と、
前記環状空間にシールドガスを供給するガス供給部材と、
を備え、
前記溶接トーチの軸方向に垂直な断面において、前記開口の断面積が前記環状部材の断面積より小さい、
シールド治具。
（２） （１）に記載のシールド治具を備えるガスシールドアーク溶接装置。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ガスシールドアーク溶接時において、常に安定して広い範囲のガスシールド性を担保できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、ガスシールドアーク溶接装置の概略構成図である。

【図2】図２は、溶接トーチの先端のシールドノズル、及びシールドノズルの外周に設けられるシールド治具の斜視図である。

【図3】図３は、シールドノズルの内部構造を示す概略断面図である。

【図4】図４は、シールド治具の内部構造を示す概略断面図である。

【図5】図５は、図４に示す溶接トーチ及びシールド治具のＶ－Ｖ線に沿った概略断面図である。

【図6】図６は、溶接中の溶接トーチと、シールド治具によるシールドガスの流れを模式的に示す説明図である。

【図7】図７は、シールド治具の外殻部材の内側の環状空間に整流部を設けた構成を示す概略斜視図である。

【図8】図８は、シールド治具から噴射されるシールドガスの様子を示す説明図で、（Ａ）はシールド治具の底部における一部断面図であり、（Ｂ）は形成されるガスカーテンの（Ａ）に示すVIII－VIII線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係るシールド治具は、ここではガスシールドアーク溶接により積層造形物を造形する場合を例に説明するが、本発明はこれに限らない。

【0012】

図１は、ガスシールドアーク溶接装置の概略構成図である。
積層造形物の製造装置であるガスシールドアーク溶接装置１００は、溶接ロボット１１と、ロボット駆動部１３と、溶加材供給部１５と、シールドガス供給部１７と、溶接電源部１９と、制御部２１と、を備える。

【0013】

溶接ロボット１１は、多関節ロボットであり、先端軸に溶接トーチ２３が支持される。溶接トーチ２３の位置及び姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。溶接トーチ２３は、溶加材供給部１５から連続供給される溶加材Ｍを溶接トーチ先端から突出した状態に保持する。

【0014】

シールドガス供給部１７は、不活性ガスを溶接部に供給する。ＭＩＧ溶接ではアルゴン、ヘリウム（又はこれらの混合ガス）、あるいは、これに酸素、炭酸ガスのような活性ガスを少量添加したガスをシールドガスとして用いる。一方、ＭＡＧ溶接では炭酸ガス、アルゴンと炭酸ガスの混合ガスをシールドガスとし、ＴＩＧ溶接ではアルゴンガスを用いる。さらに、レーザ溶接では、窒素、アルゴン、ヘリウム等をシールドガスとする。

【0015】

溶接トーチ２３は、金属製の溶加材Ｍを溶融及び凝固させて溶着ビードを形成するシールド溶接用の溶接トーチである。具体的に溶接トーチ２３は、シールドガス供給部１７から供給されるシールドガスを受けるシールドノズル２５を有し（図２、図３参照）、シールドノズル２５からシールドガスが溶接部に供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接又はプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。

【0016】

溶加材Ｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビーム又はレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビーム又はレーザにより加熱する場合、加熱量をさらに細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層造形物の更なる品質向上に寄与できる。

【0017】

溶加材は、例えば純チタン又はチタン合金により構成された、チタン及びチタン合金溶接用の溶接ワイヤが用いられる（例えば、ＪＩＳ Ｚ ３３３１参照）。溶加材が純チタン又はチタン合金であれば、溶接母材がチタン系材料の場合でも適切な溶接を行うことができる。なお、溶加材は上記材料に限らず、他の材料であってもよい。

【0018】

溶接トーチ２３の外周には、シールド治具３１が取り付けられている。シールド治具３１は、シールドガス供給部１７からシールドガスが供給され、溶接部に向けてシールドガスを噴射する。シールド治具３１の詳細は後述する。

【0019】

ロボット駆動部１３は、制御部２１からの指示を受けて、溶接ロボット１１の各部を駆動し、必要に応じて溶接電源の出力を制御する。

【0020】

制御部２１は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を備えるコンピュータ装置により構成され、予め用意された駆動プログラム、又は所望の条件で作成した駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１１等の各部を駆動する。これにより、駆動プログラムに応じて溶接トーチ２３が移動して、ベースプレート２９上に複数層の溶着ビードＢを積層することで、多層構造の積層造形物が造形される。

【0021】

図２は、溶接トーチ２３の先端のシールドノズル２５、及びシールドノズル２５の外周に設けられるシールド治具３１の斜視図である。
上述したように、シールドガス供給部１７は、溶接トーチ２３及びシールド治具３１の双方にシールドガスを供給する。溶接トーチ２３のシールドノズル２５は、ノズル先端部で溶加材Ｍを突出させるとともに、シールドガス供給部１７から供給されたシールドガスＧ１を下方の溶接部に向けて噴射する。

【0022】

図３は、シールドノズル２５の内部構造を示す概略断面図である。
ここで示すシールドノズル２５は消耗電極式である。シールドノズル２５の内部には、コンタクトチップ２７が配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップ２７に保持される。溶接トーチ２３は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。この溶加材Ｍは、図１に示す溶接ロボット１１の一部に取り付けた不図示の繰り出し機構により溶接トーチ２３に送給される。溶接トーチ２３が移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させることで、ベースプレート２９上に溶加材Ｍの溶融凝固体である溶着ビードＢが形成される。このとき、溶接トーチ２３からは、シールドガス供給部１７から供給されたシールドガスＧ１が、シールドノズル２５の内部に画成された内部空間Ｓ１を通過して噴射され、溶加材Ｍをシールドする。

【0023】

また、図２に示すシールド治具３１にはガス供給管３３が接続される。ガス供給管３３の先端は、シールド治具３１の上面を貫通して治具内部に挿入され、環状の中空パイプ３５に接続されている。中空パイプ３５は、治具内部の下方に開口３７を有する環状空間Ｓ２の上方に配置され、その全周にわたって均等間隔で、複数の噴射口３５ａが形成されている。ガス供給管３３から供給されたシールドガスは、中空パイプ３５の噴射口３５ａから上方に向けて噴射されて、その後、環状空間Ｓ２の開口３７から下方に向けて噴射される。

【0024】

図４は、シールド治具３１の内部構造を示す概略断面図である。
シールド治具３１は、溶接トーチ２３の先端に設けられたシールドノズル２５の外周に設けられ、環状部材３９と、外殻部材４１と、ガス供給管３３及び中空パイプ３５からなるガス供給部材４３とを備える。

【0025】

環状部材３９は、溶接トーチ２３のシールドノズル２５の径方向外側に設けられ、外側筐体３９ａと、外側筐体３９ａの内部に充填される断熱部材３９ｂを備える。外側筐体３９ａは、中心にシールドノズル２５が挿入される環状板部３９ａ１と、環状板部３９ａ１の外周に接続され、外周面が円筒状の円筒状板部３９ａ２とを有する。環状部材３９とシールドノズル２５とは、溶接、ねじ止め、クランプ機構等の適宜な方法によって固定されている。

【0026】

断熱部材３９ｂは、例えば、ガラスウール、ステンレス、セラミックス等の断熱材によって構成されるが、その材料は特に限定されない。環状部材３９は、外側筐体３９ａと断熱部材３９ｂとが個別に配置される以外にも、素材自体が断熱性を有する一体型の固形部材によって構成されていてもよい。環状部材３９が断熱部材３９ｂを含むため、溶接により発生する熱が周囲部材に及ぶことを抑制できる。

【0027】

外殻部材４１は、環状部材３９の円筒状板部３９ａ２の外側に、環状部材３９との間に径方向隙間を有して配置される。外殻部材４１は、上部に蓋部４１ａを有し、底部に開口３７を有する。これにより、環状部材３９の外側を覆う環状空間Ｓ２が画成される。外殻部材４１は、板金で一体に形成してもよく、中実体を切削する等して形成してもよい。

【0028】

本構成のシールド治具３１では、外殻部材４１の底部に、溶接トーチ２３の軸方向に沿って断面積が漸減する窄み部４５が形成されている。この窄み部４５の形成に伴って、環状部材３９の底部にも、これと対応する窄み部４７が形成されている。窄み部４５と窄み部４７との間の径方向隙間は周方向に沿って一定であり、底部以外の径方向隙間の大きさ（ｄ２－ｄ１）／２と等しく設定されている。なお、シールド治具３１は、窄み部４５，４７の存在しないストレート形状の円筒体で構成されていてもよい。

【0029】

ガス供給部材４３を構成する前述した中空パイプ３５は、シールドガス供給部１７から供給されたシールドガスを環状空間Ｓ２に上向きの噴射口３５ａから供給する。噴射口３５ａから噴射されたシールドガスは、環状空間Ｓ２の中空パイプ３５の上方で攪拌された後、中空パイプ３５の下方へ流れる。そして、環状空間Ｓ２で周方向にムラのない均一な流れとなって、環状空間Ｓ２の底面に形成された開口３７に向かう。なお、環状空間Ｓ２内にシールドガスを周方向にムラなく供給できれば、中空パイプ３５を省略した構成にしてもよい。

【0030】

シールド治具３１からのシールドガスの噴出口となる開口３７は、周方向に連続した環状形状を有している。このため、開口３７から下方に向けて噴射されたシールドガスＧ２は、円筒状のガス流（以下、ガスカーテンともいう）を形成する。開口３７は、周方向に沿って形成された環状形状を有するが、開口３７の形状は特に限定されない。例えば、開口３７を周方向に沿った複数のスリットで区画して、スリットによりシールドガスの流れを先細りにしてシールドガスの流速をさらに向上させた構成にしてもよい。

【0031】

次に、シールド治具３１の寸法に関する特徴について説明する。
本構成のシールド治具３１においては、環状部材３９と外殻部材４１の相対的なサイズが次の関係を満たすように設計されている。
図５は、図４に示す溶接トーチ２３及びシールド治具３１のＶ－Ｖ線に沿った概略断面図である。
図５に示すように、溶接トーチ２３の軸方向に垂直な断面において、環状空間Ｓ２の断面積をＡｓ、環状部材３９の断面積をＡｋとしたときに、下記（１）式が成立する。
Ａｋ＞Ａｓ ・・・（１）
この（１）式の関係は、溶接トーチ２３のどの高さ位置においても満足される。

【0032】

具体的には、図４に示すように、溶接トーチ２３（シールドノズル２５）の外周径をｄ_０、環状部材３９の外周径をｄ_１、外殻部材４１の内周径をｄ_２としたときに、下記（２）式及び（３）式が成立する。
ｄ_１－ｄ_０＞ｄ_２－ｄ_１ ・・・（２）
ｄ_０＞ｄ_２－ｄ_１ ・・・（３）

【0033】

本構成でのシールドガスの供給源は、図２に示す単一のシールドガス供給部１７となっている。そのため、シールドガス供給部１７は、溶接トーチ２３とシールド治具３１のそれぞれに同じガス供給圧でシールドガスを供給している。シールドガス供給部１７は、溶接トーチ２３からのシールドガスＧ１の供給を、安定的に一定の規定量で保持されるように、溶接トーチ２３へのシールドガスの供給を一定の供給圧に設定している。したがって、シールド治具３１は、溶接トーチ２３のガス供給圧と同じガス供給圧を受けてシールドガスＧ２を噴射するため、環状空間Ｓ２の断面積Ａｓが小さいほど、シールドガスの流速が速くなる。

【0034】

図６は、溶接中の溶接トーチ２３と、シールド治具３１によるシールドガスの流れを模式的に示す説明図である。
溶接トーチ２３が移動して、ベースプレート２９上に複数層の溶着ビードＢを積層することで、多層構造の積層造形物Ｗが造形される。この際、溶接トーチ２３の先端のシールドノズル２５からは、シールドガスＧ１が噴射される。また、シールド治具３１は、環状空間Ｓ２に供給されたシールドガスＧ２を、開口３７から溶接部（溶接トーチ２３の先端側）に向けて環状に噴射する。

【0035】

シールド治具３１が、上記した（２）式及び（３）式を満足することにより、開口３７から噴射されたシールドガスＧ２は環状のガスカーテンを形成する。また、シールドガスＧ２は、形成したそのガスカーテンの内部に溶接トーチ２３から噴射されたシールドガスＧ１を閉じ込めるとともに、外部からの空気Ａｉｒの流入を遮断する。これにより、溶接トーチ２３から噴射されるシールドガスＧ１の滞留を促して、溶接部におけるガスシールド効果が高められる。以上より、溶接中の溶着ビードＢが、外部の空気、他の部材に付着した酸素、窒素などから効果的に隔離され、積層造形物Ｗへの侵入を抑制できる。

【0036】

一方、シールド治具３１が上記した（２）式及び（３）式を満足せず、環状空間Ｓ２の断面積Ａｓが環状部材３９の断面積Ａｋより大きい場合には、シールドガスが滞留し続けることがないため、シールド性を向上するために大流量のシールドガスが必要となる。
しかし、本構成のシールド治具３１は、シールドガスＧ２のガスカーテンと、ガスカーテン内に供給されるシールドガスＧ２によって、少ないガス量であっても確実なシールド性が得られる。その結果、シールドガスの消費量を抑えつつ、広範囲なガスシールド効果が得られる。

【0037】

さらに、本構成のシールド治具３１は、外殻部材４１と環状部材３９との底部に窄み部４５，４７が形成されているため、シールド治具３１からのシールドガスＧ２の噴射方向が、溶接トーチ２３の側に近づく方向となる。その結果、溶接トーチ２３からのシールドガスＧ１が溶接部に当たる位置と、シールド治具３１からのシールドガスＧ２が溶接部に当たる位置とが近づき、シールドガスの滞留効果を高めることが期待できる。

【0038】

次に、シールド治具３１の変形例について説明する。
図７は、シールド治具の外殻部材４１の内側の環状空間Ｓ２に整流部４８を設けた構成を示す概略斜視図である。図７においては、ガス供給部材の下側部分のみを示している。

【0039】

変形例のシールド治具３１Ａは、外殻部材４１の内側の環状空間Ｓ２に整流部４８を設けている他は、前述したシールド治具３１と同じ構成である。整流部４８は、環状空間Ｓ２におけるシールドガスＧ２の流れを螺旋状にする。整流部４８は、例えば環状部材３９（円筒状板部３９ａ２）の外周面と外殻部材４１の内周面との間に、複数のフィン４９を配置することにより形成できる。フィン４９は、周方向に沿って等間隔に配置され、複数列の螺旋状のガス流路５１を画成する。各ガス流路５１を流れるシールドガスＧ２は、フィン４９によって流れ方向が規制されて、開口３７から螺旋状の気流となって噴射される。これにより、円環状のガスカーテンが形成される。

【0040】

整流部４８は、フィン４９により構成されるが、これに限らない。例えば、環状部材３９の外周面又は外殻部材４１の内周面に、ライフリングのような螺線状の孔又は溝を形成してもよい。また、整流部４８は、シールドガスを噴射する複数の噴射ノズルを、周方向に噴射方向を傾けた状態で環状空間Ｓ２の底部に配置した構成にしてもよい。

【0041】

図８は、シールド治具３１Ａから噴射されるシールドガスＧ２の様子を示す説明図で、（Ａ）はシールド治具３１Ａの底部における一部断面図であり、（Ｂ）は形成されるガスカーテンの（Ａ）に示すVIII－VIII線断面図である。

【0042】

図８の（Ａ）に示すように、環状空間Ｓ２の開口３７から噴射されるシールドガスＧ２は、前述した整流部４８によって螺旋状の流れとなったガスカーテンＣＴを形成し、図８の（Ｂ）に示すように、断面が連続した円環状となる。
この螺旋状の流れを有するガスカーテンＣＴによれば、シールドガスに回転動作が加わるため、溶接部への空気の流入をより確実に防止でき、溶接部のガスシールド効果を更に向上できる。また、シールドガスが回転しながら噴出するため、シールドガスの配管内における残存空気の巻き込みを防止できる。

【0043】

なお、溶接時に発生するヒュームは、別途、ガスカーテン内に吸引経路を設けて吸引してもよい。

【0044】

以上説明したシールド治具３１，３１Ａによれば、溶接トーチ２３を中心とする円筒形状を有するため、溶接トーチ２３を中心とする環状のガスカーテンが形成される。このため、溶接トーチ２３の任意の移動方向に対するガスシールド効果が得られ、溶接トーチ２３の軌道に制約を及ぼすことがなくなる。例えば、溶接トーチ２３の進行方向に応じて設けられるビフォアーシールド、アフターシールドに比べて、溶接トーチ２３の移動方向の制約を抑制できるため、施工自由度の高い溶接が可能となる。

【0045】

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

【0046】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 金属製の溶加材を溶融及び凝固させて溶着ビードを形成するシールド溶接用の溶接トーチに取り付けられるシールド治具であって、
前記溶接トーチの径方向外側に設けられ、外周面が円筒状の環状部材と、
前記環状部材の前記外周面の外側に、前記環状部材との間に径方向隙間を有して配置され、上部に蓋部を有し底部に開口を有する環状空間を画成する外殻部材と、
前記環状空間にシールドガスを供給するガス供給部材と、
を備え、
前記溶接トーチの軸方向に垂直な断面において、前記開口の断面積が前記環状部材の断面積より小さい、
シールド治具。
このシールド治具によれば、環状空間から噴射されるシールドガスが、外部からの空気流入を遮断するとともに、溶接トーチから噴射されるシールドガスの滞留を促して、ガスシールド効果を高められる。そして、環状空間の断面積が環状部材の断面積よりも小さいため、溶接部に向けて広範囲にシールドガスを流す構成よりもシールドガスを節約できる。

【0047】

（２） 前記溶接トーチの外周径をｄ_０、前記環状部材の外周径をｄ_１、前記外殻部材の内周径をｄ_２としたときに、
ｄ_１－ｄ_０＞ｄ_２－ｄ_１
が成立する、（１）に記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、環状部材の外周と溶接トーチの外周との径方向長さの差が、環状空間の径方向の幅より大きいため、溶接トーチから環状空間の径方向の幅より離れた位置からシールドガスを噴射できる。これにより、溶接トーチを中心とする空間にシールドガスを滞留させることができる。

【0048】

（３） ｄ_０＞ｄ_２－ｄ_１
が成立する、（２）に記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、環状空間の径方向の幅が溶接トーチの外周径より小さくなることで、環状空間からシールドガスが噴射する流速を高められ、ガスシールド効果を向上できる。

【0049】

（４） 前記環状空間に前記シールドガスの流れ方向をらせん状にする整流部が設けられている、（１）～（３）のいずれか１つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、溶接部への空気の流入をより確実に防止でき、溶接部のガスシールド効果を更に向上できる。また、シールドガスが回転しながら噴出するため、シールドガスの配管内における残存空気の巻き込みを防止できる。

【0050】

（５） 前記外殻部材の底部に、前記溶接トーチの軸方向に沿って前記断面積が漸減する窄み部が形成されている、（１）～（４）のいずれか１つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、溶接トーチから噴射されるシールドガスと、環状空間から噴射されるシールドガスとが、互いに衝突する地点が、溶接トーチの側に近づくことになり、シールドガスの滞留効果が更に高められる。

【0051】

（６） 前記環状部材は、断熱部材を含む、（１）～（５）のいずれか１つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、溶接により発生する熱が周囲部材に及ぶことを抑制できる。

【0052】

（７） 前記溶加材は純チタン又はチタン合金である、（１）～（６）のいずれか１つに記載のシールド治具。
このシールド治具によれば、酸素及び窒素の侵入の影響を受けやすい溶接母材であっても、高品位な溶接を行うことができる。

【0053】

（８） （１）～（７）のいずれか１つに記載のシールド治具を備えるガスシールドアーク溶接装置。
このガスシールドアーク溶接装置によれば、高いシールド性が得られ、安定したガスシールドアーク溶接が可能となる。

【符号の説明】

【0054】

１１ 溶接ロボット
１３ ロボット駆動部
１５ 溶加材供給部
１７ シールドガス供給部
１９ 溶接電源部
２１ 制御部
２３ 溶接トーチ
２５ シールドノズル
２７ コンタクトチップ
２９ ベースプレート
３１ シールド治具
３３ ガス供給管
３５ 中空パイプ
３５ａ 噴射口
３７ 開口
３９ 環状部材
３９ａ 外側筐体
３９ａ１ 環状板部
３９ａ２ 円筒状板部
３９ｂ 断熱部材
４１ 外殻部材
４３ ガス供給部材
４５，４７ 窄み部
４８ 整流部
４９ フィン
５１ ガス流路
１００ ガスシールドアーク溶接装置
Ｂ 溶着ビード
Ｍ 溶加材
Ｗ 積層造形物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】