JP2025094782A - Ｔｉｇ溶接用トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】トーチボディに狭窄ノズルを取付けた状態にあっても、トーチボディに対するガス整流溝の向きを調整可能なＴＩＧ溶接用トーチを提供する。
【解決手段】このＴＩＧ溶接用トーチ１は、トーチボディ２と、タングステン電極棒３と、ガスレンズ６と、シールドノズル７と、狭窄ノズル８とを備え、狭窄ノズル８は、ノズル本体８ｂの内周面に対向配置される二つの位置決め用突条８ｃ，８ｃと、二つの位置決め用突条８ｃ，８ｃとノズル本体８ｂの円周方向で交互に配置される二つのガス整流溝８ｄ，８ｄとを有する。このＴＩＧ溶接用トーチ１は、狭窄ノズル８がトーチボディ２に対して所定の軸方向位置に保持された状態で、トーチボディ２に対する狭窄ノズル８の位相を調整可能な位相調整機構９をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＴＩＧ溶接用トーチに関する。

材質に関係なく汎用性に優れた溶接技術としてＴＩＧ溶接が知られている。この溶接は、きわめて融点の高いタングステンを電極とする溶接用トーチを用いて行われるもので、不活性ガスからなるシールドガスで溶接部分の周囲を覆った状態で被溶接体を溶融可能とすることにより、空気中の酸素が溶融金属と反応する事態を避けて良好な溶接品質を長期にわたって取得できる利点を有する。

ここで、ＴＩＧ溶接に用いるＴＩＧ溶接用トーチとしては、例えば、アルゴンガス等のシールドガスを放出するための筒状のシールドノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチ（例えば、特許文献１を参照）や、前記シールドノズルとアークのエネルギー密度を高めるための狭窄ノズルとを備えたＴＩＧ溶接用トーチ（例えば、特許文献２を参照）が知られている。

このうち、シールドノズルと狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチによれば、狭窄ノズルからアークの周囲へシールドガスを集中的に流すことができるので、アークのエネルギー密度がシールドノズルのみを備えたＴＩＧ溶接用トーチに比較して高められる。よって、溶接速度を速くできアークの指向性も良くなるが、反対にシールドガスの放出範囲が狭められてシールド効果が弱まり、溶接の品質が低下するという問題があった。

また、タングステン電極棒を交換した際、タングステン電極棒を元の位置（狭窄ノズルの中心位置）にセットすることが難しく、再現性及び作業性に劣るという問題があった。

そこで、本出願人は、上記課題の解決を目的としたＴＩＧ溶接用狭窄ノズルを提案している（特許文献３を参照）。この狭窄ノズルは、タングステン電極棒の先端部周囲に配置され、タングステン電極棒の先端部外周面との間に環状の高速ガス通路を形成する筒状のノズル本体と、ノズル本体の内周面に突出形成され、タングステン電極棒をノズル本体の中心位置に保持する複数の位置決め用突条と、複数の位置決め用突条の間に形成され、ノズル本体の長手方向と平行に延びて高速ガス通路内を流れるシールドガスを整流化可能な複数のガス整流溝とで構成される。

特許第３１６３５５９号公報 特許第４３２７１５３号公報 国際公開２０１３／１５７０３６号公報

上述のようにガス整流溝を設けた狭窄ノズルを用いることで、シールドガスの一部をシールドノズルと狭窄ノズルとの間から放出される層流化したシールドガスよりも速い高速整流ガスとし、この高速整流ガスをアークの周囲に流すことができる。これにより、アークに作用する電磁力及び磁界が強化され、アークのエネルギー密度、アークの指向性及び硬直性がそれぞれ高められることで安定したアークが得られる。従って、従来に比べて溶接速度を各段に高めることができ、かつ、ビード幅が裏表とも均一でビードの波形の間隔が等間隔に形成されて高品質の安定した溶接を行うことができる。

また、ノズル本体の内周面にタングステン電極棒をノズル本体の中心位置に保持する複数の位置決め用突条を突出形成することで、タングステン電極棒の交換時にタングステン電極棒を元の位置（狭窄ノズルの中心位置）に正確かつ確実にセットすることができ、タングステン電極棒の取り付け位置の再現性を向上できて作業性が改善される。

特に、二つの位置決め用突条と、二つのガス整流溝とをノズル本体の円周方向で交互に配置した形態をなす狭窄ノズルを用いることで、母材（被溶接材）との間に発生させたアークを楕円状に絞ることができる。これにより、エネルギー密度をさらに高めることが可能となる。また、突き合わせ溶接の場合、アークを楕円状に絞ることで、予熱効果が上がって溶け込みが大きくなると共に、裏波も出やすくなる。さらに、楕円状に絞られるアークの長軸方向を溶接方向に一致させた状態にすることで、ビード幅の狭い突き合わせ溶接も可能となる。そのため、表面が絶縁材で覆われた電磁鋼板のように、ＴＩＧ溶接に向かない素材を溶接対象とする場合であっても、上記構成に係る狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチを用いることで、高品質かつ高速な溶接が安定的に可能となる。

一方で、上記構成の狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接用トーチを用いてＴＩＧ溶接を行う場合には、ＴＩＧ溶接用トーチに対する狭窄ノズルの取付け姿勢が問題となる。すなわち、上記構成の狭窄ノズルによる作用効果が最大限に発揮されるためには、楕円状をなすアークの長軸方向とＴＩＧ溶接用トーチの移動方向とが一致している必要がある。しかしながら、従来構成のＴＩＧ溶接用トーチにおいては、狭窄ノズルとガスレンズ、及びガスレンズとトーチボディが共にねじ嵌合で固定される構造となっており、狭窄ノズルのＴＩＧ溶接用トーチ（トーチボディ）に対する取付け姿勢を考慮した取付け構造となっていなかった。そのため、ＴＩＧ溶接用トーチに所定の動作（例えばスライド動作）を行わせるための機構を備えた溶接設備にＴＩＧ溶接用トーチを取付けて溶接を行う場合、当該溶接設備にＴＩＧ溶接用トーチを取付けた状態では、二つのガス整流溝の向きを変更することができないのが実情であった。

以上の事情に鑑み、本発明は、トーチボディに狭窄ノズルを取付けた状態にあっても、トーチボディに対するガス整流溝の向きを調整可能なＴＩＧ溶接用トーチを提供可能とすることを、解決すべき技術課題とする。

上記課題の解決は、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチによって達成される。すなわち、このＴＩＧ溶接用トーチは、トーチボディと、トーチボディの内部空間に配設され、内部空間に流入してきたシールドガスを層流化可能なガスレンズと、ガスレンズよりもトーチボディの先端側に配設される筒状のシールドノズルと、シールドノズルの中心位置に配設されたタングステン電極棒と、シールドノズルとタングステン電極棒の先端部との間に配設される狭窄ノズルとを備え、狭窄ノズルは、タングステン電極棒の先端部外周面との間に環状の高速ガス通路を形成する筒状のノズル本体と、ノズル本体の内周面に対向配置され、タングステン電極棒をノズル本体の中心位置に保持する二つの位置決め用突条と、各位置決め用突条とノズル本体の円周方向でそれぞれ隣接し、高速ガス通路内を流れるシールドガスを整流化可能な二つのガス整流溝とを有するＴＩＧ溶接用トーチにおいて、狭窄ノズルがトーチボディに対して所定の軸方向位置に保持された状態で、トーチボディに対する狭窄ノズルの位相を調整可能な位相調整機構をさらに備える点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチでは、狭窄ノズルがトーチボディに対して所定の軸方向位置に保持された状態で、トーチボディに対する狭窄ノズルの位相を調整可能な位相調整機構を設けたので、狭窄ノズルをトーチボディに取付けた後であっても、さらにいえば狭窄ノズルを取付けてなるＴＩＧ溶接用トーチを溶接設備にセットした状態であっても、トーチボディに対する狭窄ノズルの位相を適宜に変更することができる。ここで二つのガス整流溝の向き（円周方向位置）は狭窄ノズルに対して常に一定であるから、狭窄ノズルの位相を調整することでガス整流溝の向きを自在に変更することが可能となる。そのため、どの時点においても、ガス整流溝の向きを溶接方向（ＴＩＧ溶接用トーチの移動方向）に合わせることができ、使用態様が制限されることなく、かつ高性能にＴＩＧ溶接用トーチを使用することが可能となる。

また、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチにおいて、位相調整機構は、狭窄ノズルの外周面又は狭窄ノズルが固定されたガスレンズの外周面に形成された環状凹部と、トーチボディとシールドノズルのうち環状凹部と径方向で対向する位置に配設され、径方向に移動可能でかつ環状凹部の底面に押込み可能な押込み部材とを有し、狭窄ノズル又は狭窄ノズルに固定されたガスレンズがトーチボディに対して軸回転可能に嵌合されてもよい。

このように位相調整機構を構成することによって、環状凹部の底面に押込み部材を押込んだ状態では、トーチボディに対する狭窄ノズルの位相を固定することができる。また、押込み部材による押込み状態を解消することで、狭窄ノズルをトーチボディに対して軸回転させて狭窄ノズルの位相を自由に変更することができる。以上より、本構成に係るＴＩＧ溶接用トーチによれば、簡易な構造でかつ簡易な操作でガス整流溝の向きを調整することが可能となる。

また、この場合、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチにおいて、押込み部材を環状凹部の底面に押込んだ状態で、押込み部材と環状凹部とが軸方向に係合するようにしてもよい。

このように押込み部材と環状凹部とが軸方向に係合するように構成することで、より強固に狭窄ノズルをトーチボディに対して軸回転不能に固定することができる。よって、位相合わせ後、不意の接触等により位相がずれる事態を可及的に回避して、ガス整流溝の向きを確実に溶接方向に応じた向きにした状態でＴＩＧ溶接を開始することが可能となる。

また、上述のように位相調整機構が環状凹部と押込み部材とを有する場合、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチにおいて、狭窄ノズルはガスレンズに固定され、シールドノズルはガスレンズに固定され、環状凹部がガスレンズの外周面に設けられ、押込み部材がトーチボディを径方向に貫通する雌ねじ穴にねじ嵌合される止めねじであってもよい。

このように狭窄ノズルとシールドノズルをガスレンズに固定した状態で、ガスレンズの外周面に環状凹部を設けると共に、トーチボディを径方向に貫通する雌ねじ穴に、押込み部材としての止めねじをねじ嵌合可能に構成することによって、外部からの操作により極めて容易に止めねじを径方向に移動させて、狭窄ノズルの軸回転可能状態とその規制状態とを容易に切り替えることができる。よって、本構成に係るＴＩＧ溶接用トーチによれば、狭窄ノズルの位相合わせひいてはガス整流溝の向きの調整を極めて容易に行うことが可能となる。

また、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチにおいて、狭窄ノズルのうちシールドノズルよりも先端側に突出している部分の外周面に、ガス整流溝の円周方向位置を示す目印が設けられてもよい。

トーチボディに対するガス整流溝の向き（円周方向位置）は、狭窄ノズルの開口部側から視認することができるが、ＴＩＧ溶接用トーチの取付け態様によっては、狭窄ノズルの開口部側から視認することが難しい場合も想定される。この点、狭窄ノズルのうちシールドノズルよりも先端側に突出している部分の外周面は、見る向きに関係なく常に外部から視認可能であるから、この先端部分の外周面に目印を設けることで、ガス整流溝の向きを容易に確認することができる。

あるいは、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチにおいて、狭窄ノズルがガスレンズに対して所定の円周方向位置で固定され、かつシールドノズルがガスレンズに対して所定の円周方向位置で固定され、シールドノズルの外周面に、ガス整流溝の円周方向位置を示す目印が設けられてもよい。

また、上述のように、シールドノズルに対する狭窄ノズルの固定状態における位相が予め分かっている場合には、シールドノズルの外周面にガス整流溝の円周方向位置を示す目印を設けることもできる。この場合、狭窄ノズルの先端部分に目印を設ける場合よりも目印を確認し易いので、ガス整流溝の向きをより簡便に調整することが可能となる。

以上のように、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチによれば、トーチボディに狭窄ノズルを取付けた状態にあっても、トーチボディに対するガス整流溝の向きを調整することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るＴＩＧ溶接用トーチの断面図である。 図１に示すＴＩＧ溶接用トーチを矢印Ａの向きから見た側面図である。 図２に示すＴＩＧ溶接用トーチを矢印Ｂの向きから見た正面図である。 図１に示すＴＩＧ溶接用トーチのＣ－Ｃ断面図である。 図１に示す位相調整機構の拡大断面図である。 図１に示すＴＩＧ溶接用トーチが取付けられた溶接設備の斜視図である。 図１に示すＴＩＧ溶接用トーチの位相調整機構による位相の調整態様の一例を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係るＴＩＧ溶接用トーチの正面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るＴＩＧ溶接用トーチの内容を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態に係るＴＩＧ溶接用トーチ１の断面図、図２及び図３はＴＩＧ溶接用トーチ１の側面図及び正面図をそれぞれ示している。このＴＩＧ溶接用トーチ１は、主にステンレス鋼板や電磁鋼板等の金属薄板の端部同士を突合せ溶接する際に用いるものであり、内部にアルゴンガスやヘリウムガス等のシールドガスＧを通す筒状のトーチボディ２と、トーチボディ２内へ上方側から上下動自在且つ回転自在にねじ込み挿着され、タングステン電極棒３を着脱自在に保持する電極コレット４と、電極コレット４の上端部に取り付けられ、電極コレット４を正逆回転させてトーチボディ２に対して上下動させるコレットハンドル５と、トーチボディ２の下端部に着脱自在に取り付けられ、トーチボディ２の内部を通して流入して来たシールドガスＧを均質拡散させて層流化するガスレンズ６と、ガスレンズ６又はトーチボディ２にタングステン電極棒３の先端部を囲繞する状態で着脱自在に取り付けられ、ガスレンズ６により層流化されたシールドガスＧをアークの周囲に放出する筒状のシールドノズル７と、タングステン電極棒３の先端部周囲に配設され、アークの周囲に直線状の高速整流ガスを流す狭窄ノズル８、及び前記トーチボディに対する前記狭窄ノズルの位相を調整可能な位相調整機構９とで構成されている。

なお、図１及び図２において、１０はトーチボディ２に設けられ、電極コレット４に適宜の回動抵抗を与えて電極コレット４を調整位置に保持する加圧調整ネジ、１１はトーチボディ２とコレットハンドル５との間をシールするＯリング、１２はトーチボディ２とシールドノズル７との間に介設したプラスチック製の調整リングである。

前記トーチボディ２は、図２及び図３に示すように、アルミ合金等の金属材により形成された角筒部及び角筒部の上端に連設された円筒部とから成り、角筒部の周壁には、メインガス供給管及びパワーケーブルを接続するための電極・メインガス管接続金具（何れも図示は省略）と、加圧調整ネジ１０とが挿入固定されている。また、トーチボディ２の上端部開口の内周面には、タングステン電極棒３を保持する電極コレット４が上下動自在に螺挿される雌ねじ部２ａが形成されている。

前記電極コレット４は、図１に示すように、先端部に半割り状のチャック部を備えた細長い筒状に形成され、外周面の一部にトーチボディ２の上端部側の雌ねじ部２ａに上下動自在に螺着される雄ねじ部４ａを形成した銅製のコレット本体４′と、コレット本体４′のチャック部の外周面に着脱自在に螺着され、チャック部を締め付けてコレット本体４′に挿通されたタングステン電極棒３を固定する銅製の筒状の固定具４″とから構成されている。この電極コレット４は、トーチボディ２内へ上方側から螺挿されており、コレット本体４′の上端部に固定したコレットハンドル５を回転させることによりトーチボディ２内で上下動するようになっている。

前記ガスレンズ６は、トーチボディ２に対して所定の軸方向位置に保持可能な銅材製で筒状構造をなすホルダー６′と、ホルダー６′に取り付けた金属製のフィルター６″とから成る。

具体的には、ホルダー６′は、図２及び図３に示す如く、中央部にガス通路６ａを形成した筒状体に形成されており、ホルダー６′の上端部は、トーチボディ２の下端部内周に軸回転可能に嵌合（すき間嵌合）されている。また、ホルダー６′の下端部には、外周面にシールドノズル７が着脱自在に螺着される雄ねじ部６ｂを形成した筒状の保持筒部６ｃと、保持筒部６ｃの中心に位置してその内周面に狭窄ノズル８が着脱自在に螺着される雌ねじ部６ｄを形成した支持筒部６ｅとがそれぞれ形成されている。これにより、ガスレンズ６に対してシールドノズル７及び狭窄ノズル８がともにねじ嵌合で固定可能とされている。さらに、ホルダー６′の保持筒部６ｃと支持筒部６ｅとの間の空間は、環状のガス室６ｆとなっており、支持筒部６ｅの基端部近傍に形成した複数のガス流通孔６ｇ及びホルダー６′のガス通路６ａを介してトーチボディ２内に連通されている。

一方、フィルター６″は、環状に打ち抜かれた金網を複数枚積層することにより形成されており、その内周縁部をホルダー６′の支持筒部６ｅに、また、その外周縁部をホルダー６′の保持筒部６ｃに嵌め込むことによりホルダー６′に取り付けられている。

前記シールドノズル７は、図１～図３に示すように、セラッミク材により先端部が絞られた筒状に形成されており、その内周面の一部には、ガスレンズ６の保持筒部６ｃの雄ねじ部６ｂに着脱自在に螺着される雌ねじ部７ａが形成されている。このシールドノズル７は、その雌ねじ部７ａをガスレンズ６の保持筒部６ｃの雄ねじ部６ｂにねじ込むことによりガスレンズ６の外周面に取り付けられており、ガスレンズ６のフィルター６″を通過して層流化されたシールドガスＧをタングステン電極棒３の先端部周囲に放出するようになっている。

前記狭窄ノズル８は、図１に示す如く、タングステン電極棒３の先端部周囲に配設されてタングステン電極棒３の先端部との間に環状の高速ガス通路８ａを形成するものであり、トーチボディ２内からガスレンズ６のホルダー６′のガス通路６ａ内に流れるシールドガスＧの一部を高速ガス通路８ａ内に流してシールドノズル７から狭窄ノズル８の周囲に流れる層流化したシールドガスＧよりも速い高速整流ガスとし、当該高速整流ガスをアークの周囲に流すようにしたものである。

すなわち、狭窄ノズル８は、電導性及び強度性等に優れた銅材（ベリリウム銅）により筒状体に形成されており、図１及び図４に示す如く、タングステン電極棒３の先端部周囲にタングステン電極棒３と同心状に配置され、タングステン電極棒３の先端部外周面との間に環状の高速ガス通路８ａを形成する筒状のノズル本体８ｂと、ノズル本体８ｂの内周面に対向配置され、タングステン電極棒３をノズル本体８ｂの中心位置に保持する二つの位置決め用突条８ｃ，８ｃと、二つの位置決め用突条８ｃ，８ｃとノズル本体８ｂの円周方向で交互に配置され、高速ガス通路８ａ内を流れるシールドガスＧを整流化可能な二つのガス整流溝８ｄ，８ｄとを有する。

ここで、各位置決め用突条８ｃは、ノズル本体８ｂの長手方向に沿って延びている。同様に、各ガス整流溝８ｄも、ノズル本体８ｂの長手方向に沿って延びている（図１を参照）。また、本実施形態では、各位置決め用突条８ｃの側面８ｃ１が平坦面状をなし、二つのガス整流溝８ｄ，８ｄの対向方向に直交する向きに直線状に延びている（図４を参照）。

上述のように二つの位置決め用突条８ｃ，８ｃと、二つのガス整流溝８ｄ，８ｄとを９０°間隔で円周方向に交互に設けることにより、後述するように断面楕円形状のアークを形成し得る。その際の楕円の長軸方向（アークの長手方向）が、ガス整流溝８ｄの長手方向（図４でいえば上下方向）に一致する。

上記構成の位置決め用突条８ｃ及びガス整流溝８ｄは、ノズル本体８ｂの先端から上側に離れた位置に形成され、また、位置決め用突条８ｃ及びガス整流溝８ｄの下流側に位置する高速ガス通路８ａの内径は、位置決め用突条８ｃ及びガス整流溝８ｄの上流側に位置する高速ガス通路８ａの内径よりも大きく形成されている。その結果、高速ガス通路８ａ内に流入したシールドガスＧは、ガス整流溝８ｄを通過して整流化されて高速整流ガスとなり、高速ガス通路８ａの下流側部分で安定化した後にノズル本体８ｂの先端開口から放出され得る。

ノズル本体８ｂの先端部（下端部）は先細り状に形成され、ノズル本体８ｂの基端部（上端部）外周面には、ガスレンズ６のホルダー６′の支持筒部６ｅに着脱自在に螺着される雄ねじ部８ｅが形成されている。よって、この雄ねじ部８ｅを支持筒部６ｅにねじ込むことにより、狭窄ノズル８がガスレンズ６の先端面中央位置に取り付けられる。

位相調整機構９は、狭窄ノズル８がトーチボディ２に対して所定の軸方向位置に保持された状態で、トーチボディ２に対する狭窄ノズル８の位相を調整可能とするもので、本実施形態では、図５に示すように、狭窄ノズル８が固定されたガスレンズ６のホルダー６′の上端外周面に形成された環状凹部９ａと、トーチボディ２のうち環状凹部９ａと径方向で対向する位置に配設され、径方向に移動可能でかつ環状凹部９ａの底面９ａ１に押込み可能な押込み部材９ｂとを有する。

ここで、狭窄ノズル８に固定されたガスレンズ６のホルダー６′の上端部は、上述の如くトーチボディ２の下端部内周に対して軸回転可能に嵌合されている。よって、押込み部材９ｂを環状凹部９ａから離れる向きに後退させた状態で、ガ狭窄ノズル８又はシールドノズル７を軸回転させることで、トーチボディ２に対する狭窄ノズル８の位相が変更可能となる。また、図５に示すように押込み部材９ｂを環状凹部９ａの底面９ａ１に押し込んだ状態では、押込み部材９ｂの押込み力によりガスレンズ６のホルダー６′のトーチボディ２に対する軸方向の移動が規制され、かつ円周方向の移動（軸回転）が規制される。

また、本実施形態では、押込み部材９ｂの先端に面取り部９ｂ１を設けている。この面取り部９ｂ１は、押込み部材９ｂの押込み動作時、環状凹部９ａと軸方向で係合することにより、ガスレンズ６のホルダー６′を所定の軸方向位置に案内する機能を奏する。また、面取り部９ｂ１と環状凹部９ａとが軸方向で係合しつつ押込み部材９ｂを環状凹部９ａの底面９ａ１に押し込むことで、押込み部材９ｂと環状凹部９ａひいてはトーチボディ２とガスレンズ６のホルダー６′とがより強固に固定される。

本実施形態では、押込み部材９ｂは雄ねじであり、トーチボディ２を径方向に貫通する雌ねじ穴９ｃにねじ嵌合されている。この場合、押込み部材９ｂとしての雄ねじは外部から操作可能な状態であるから、押込み部材９ｂの操作穴９ｂ２に操作器具を連結して軸回転操作することにより、押込み部材９ｂを容易に径方向内側に向けて前進させ、又は径方向外側に向けて後退させることが可能となる。

また、本実施形態では、図３に示すように、狭窄ノズル８のうちシールドノズル７よりも先端側に突出している部分の外周面に目印９ｄが設けられている。
この目印９ｄは、狭窄ノズル８の位相、正確には、狭窄ノズル８におけるガス整流溝８ｄの向き（円周方向位置）を示すもので、本実施形態では、狭窄ノズル８の外周面のうち、二つのガス整流溝８ｄの対向方向に直交する仮想軸線の延長線上に目印９ｄが設けられている（図４を参照）。

上記構成のＴＩＧ溶接用トーチ１は、例えば図６に示す溶接設備１００に取り付けて使用される。この溶接設備１００は、帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２（後述する図７を参照）の突合せ溶接を行うためのもので、これら帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２をセットするためのテーブル１０１と、ＴＩＧ溶接用トーチ１を水平方向に沿った所定の方向Ｙに沿ってスライド可能に支持する可動フレーム１０２とを備えている。

テーブル１０１上の所定位置に突合せ溶接の対象となる帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２が位置決め保持（セット）される場合、図７に示すように、帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２の突合せ面Ｗａは、ＴＩＧ溶接用トーチ１の移動方向（溶接方向）Ｙに沿った向きにセットされる。また、ＴＩＧ溶接用トーチ１の中心位置が突合せ面Ｗａの延長線上にセットされる。

この際、例えば図７に示すように、目印９ｄが溶接方向Ｙの延長線上にない場合、目印９ｄが溶接方向Ｙの延長線上に一致するように、図示例の場合だと、目印９ｄが突合せ面Ｗａと円周方向で重なるように、押込み部材９ｂを後退させた状態で狭窄ノズル８を軸回転させる（図７中、矢印で示す向きに）。

このように狭窄ノズル８の位相合わせを行うと共に、必要に応じて、コレットハンドル５を回転操作してタングステン電極棒３の先端と帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２）との距離を調整した後、ＴＩＧ溶接用トーチ１のシールドノズル７及び狭窄ノズル８からアルゴンガス等のシールドガスＧを帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２に向けて流しつつ、電源（図示は省略）を操作してタングステン電極棒３と帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２との間に所定の電圧を印加してシールドガスＧの雰囲気中でタングステン電極棒３の先端と帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２との間にアークを発生させる。

トーチボディ２内へ供給されたシールドガスＧは、ガスレンズ６のホルダー６′のガス通路６ａ内を流下し、その一部が複数のガス流通孔６ｇから環状のガス室６ｆ内に流入し、また、残りがガス通路６ａから狭窄ノズル８の高速ガス通路８ａ内に流入する。

環状のガス室６ｆに流入したシールドガスＧは、フィルター６″を通過して均質拡散され、層流ガスとなってシールドノズル７からアークの周囲に放出される。また、高速ガス通路８ａに流入したシールドガスＧは、その速度を増して高速ガスとなると共に、ガス整流溝８ｄを通過することにより整流され、高速整流ガスとなってノズル本体８ｂの先端開口からアークの周囲に直線状に放出される。

なお、ガス整流溝８ｄを通過した高速整流ガスは、位置決め用突条８ｃ及びガス整流溝８ｄがノズル本体８ｂの先端から離れた位置に形成されているため、高速ガス通路８ａの下流側部分で安定化し、安定した状態でノズル本体８ｂの先端開口から放出される。

そして、タングステン電極棒３の先端と帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２との間に発生したアークは、タングステン電極棒３から帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２へ向って広がっているため（図示は省略）、アークの内部圧力はタングステン電極棒３の側で相対的に高くなっている。その結果、シールドガスＧの一部がアーク内に引き込まれ、プラズマ気流と呼ばれる高速のガス流が発生する。このプラズマ気流は、帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２の溶け込み形成に大きく影響し、また、アークの指向性及び硬直性（アークがその形状を保持する性質）にも影響を与えるものであり、その速度が速くなればなる程、アークの指向性及び硬直性を高めることができる。

また、発生したアークは、狭窄ノズル８から放出される高速整流ガスによるサーマルピンチ効果により絞られてエネルギー密度の高い安定したアークとなる。

安定したアークが発生した後、ＴＩＧ溶接用トーチ１を所定の速度で帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２の突合せ面Ｗａに沿って移動させる。これにより、タングステン電極棒３の先端と帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２との間に発生したアークの熱によって帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２の突合せ面Ｗａ近傍が溶融して帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２が相互に接合される。

上述した狭窄ノズル８を用いたＴＩＧ溶接用トーチ１は、狭窄ノズル８によりシールドガスＧの一部をシールドノズル７から放出される層流化したシールドガスＧよりも速い高速整流ガスとし、この高速整流ガスをアークの周囲に流す構成としているため、タングステン電極棒３側から被溶接物である帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２側へ向って流れるプラズマ気流の速さが従来の速さの２倍～３倍の速さに達する。また、アークに作用する磁界及び中心軸方向の電磁力が強化され、アークのエネルギー密度、アークの指向性及び硬直性をそれぞれ高めることができ、安定したアークが得られる。

その結果、上記構成に係るＴＩＧ溶接用トーチ１を使用することにより、溶接速度を従来の溶接速度に比較して５倍～２０倍速い溶接速度とすることができて高速溶接を行えるうえ、ビード幅が裏表とも均一で且つビードの波形の間隔が等間隔で形成されて高品質の安定した溶接を行い得る。

また、このＴＩＧ溶接用トーチ１は、狭窄ノズル８のノズル本体８ｂの内周に、二つの位置決め用突条８ｃ，８ｃと、二つのガス整流溝８ｄ，８ｄとを９０°間隔で円周方向に交互に配置した構成をとっているので、ノズル本体８ｂの先端から高速整流ガスをアークの周囲の相対する位置に多く流し、その他の箇所には高速整流ガスを少なめに流すことが可能となる。

この場合、アークの円周方向に９０°ごとにプラズマ気流の強い箇所と弱い箇所とが交互に形成されるため、横断面形状が楕円状で且つエネルギー密度の高いアークを形成することができる。このように、横断面形状が楕円状のアークを形成した場合、予熱効果が上がって溶け込みが大きくなると共に、裏波も出易くなる。しかも、電流を上げても良好な溶接を行い得る。

以上述べたように、本実施形態に係るＴＩＧ溶接用トーチ１によれば、位相調整機構９により、狭窄ノズル８がトーチボディ２に対して所定の軸方向位置に保持された状態で、トーチボディ２に対する狭窄ノズル８の位相を調整することができる。そのため、狭窄ノズル８をトーチボディ２に取付けた後であっても、さらにいえば図６に示す如く、狭窄ノズル８をトーチボディ２に取付けてなるＴＩＧ溶接用トーチ１を溶接設備１００にセットした状態であっても、トーチボディ２に対する狭窄ノズル８の位相を適宜に変更することができる。ここで二つのガス整流溝８ｄ，８ｄの向き（円周方向位置）は狭窄ノズル８に対して常に一定であるから、狭窄ノズル８の位相を調整することでガス整流溝８ｄの向きを自在に変更することが可能となる。そのため、どの時点においても、ガス整流溝８ｄの向きを溶接方向Ｙ（ＴＩＧ溶接用トーチ１の移動方向）に合わせることができ、使用態様が制限されることなく、かつ高性能にＴＩＧ溶接用トーチ１を使用することが可能となる。

また、本実施形態では、狭窄ノズル８が固定されたガスレンズ６をトーチボディ２に対して軸回転可能に嵌合した状態で、位相調整機構９を、狭窄ノズル８が固定されたガスレンズ６の外周面に形成された環状凹部９ａと、トーチボディ２のうち環状凹部９ａと径方向で対向する位置に配設され、径方向に移動可能でかつ環状凹部９ａの底面９ａ１に押込み可能な押込み部材９ｂとで構成したので、環状凹部９ａの底面９ａ１に押込み部材９ｂを押込んだ状態では、トーチボディ２に対する狭窄ノズル８の位相を固定することができる。また、押込み部材９ｂによる押込み状態を解消することで、狭窄ノズル８をトーチボディ２に対して軸回転させて狭窄ノズル８の位相を自由に変更することができる。以上より、本構成に係るＴＩＧ溶接用トーチ１によれば、簡易な構造でかつ簡易な操作でガス整流溝８ｄの向きを調整することが可能となる。

また、本実施形態では、トーチボディ２のうち環状凹部９ａと径方向に対向する位置に、トーチボディ２を径方向に貫通する雌ねじ穴９ｃを形成し、かつ押込み部材９ｂを、雌ねじ穴９ｃにねじ嵌合される止めねじとしたので、外部からの操作により極めて容易に押込み部材９ｂを径方向に移動させて、狭窄ノズル８の軸回転可能状態とその規制状態とを容易に切り替えることができる。よって、本構成に係るＴＩＧ溶接用トーチによれば、狭窄ノズル８の位相合わせひいてはガス整流溝８ｄの向きの調整を極めて容易に行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、狭窄ノズル８のうちシールドノズル７よりも先端側に突出している部分の外周面に、ガス整流溝８ｄの円周方向位置を示す目印９ｄを設けるようにした。狭窄ノズル８のうちシールドノズル７よりも先端側に突出している部分の外周面は、見る向きに関係なく常に外部から視認可能であるから、この先端部分の外周面に目印９ｄを設けることで、ＴＩＧ溶接用トーチ１の取付け態様の如何によらず、ガス整流溝９ｄの向きを容易に確認することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチは、上記例示の構成に限られることなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能なことはもちろんである。

例えば、上記実施形態では、狭窄ノズル８の先端外周面に、ガス整流溝８ｄの円周方向位置を示す目印９ｄを設けた場合を例示したが、もちろんこれには限定されない。例えば、狭窄ノズル８がガスレンズ６に対して所定の円周方向位置で固定され、かつシールドノズル７がガスレンズ６に対して所定の円周方向位置で固定されている場合においては、シールドノズル７の外周面に、ガス整流溝８ｄの円周方向位置を示す目印９ｄを設けてもよい（図８を参照）。

上述のように、シールドノズル７に対する狭窄ノズル８の固定状態における位相が予め分かっている場合には、シールドノズル７の外周面にガス整流溝８ｄの円周方向位置を示す目印９ｄを設けることもできる。この場合、狭窄ノズル８の先端部分に目印９ｄを設ける場合（図３）よりも目印９ｄを確認し易いので、ガス整流溝８ｄの向きをより簡便に調整することが可能となる。

また、上記実施形態では、帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２（後述する図７を参照）の突合せ溶接を行うための溶接設備１００に本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチを使用した場合を例示したが、もちろんこれには限られない。所定の方向に沿ってＴＩＧ溶接用トーチを移動させてＴＩＧ溶接を行う限りにおいて、任意の形態の溶接設備に本発明に係るＴＩＧ溶接用トーチを適用することが可能である。

１ ＴＩＧ溶接用トーチ
２ トーチボディ
３ タングステン電極棒
４ 電極コレット
５ コレットハンドル
６ ガスレンズ
６′ ホルダー
６″ フィルター
７ シールドノズル
８ 狭窄ノズル
８ｂ ノズル本体
８ｃ 位置決め用突条
８ｄ ガス整流溝
９ 位相調整機構
９ａ 環状凹部
９ｂ 押込み部材
９ｃ 雌ねじ穴
９ｄ 目印
Ｇ シールドガス
Ｗ１，Ｗ２ 帯状金属薄板
Ｙ 溶接方向（ＴＩＧ溶接用トーチの移動方向）

Claims (6)

1. トーチボディと、
   前記トーチボディの内部空間に配設され、前記内部空間に流入してきたシールドガスを層流化可能なガスレンズと、
   前記ガスレンズよりも前記トーチボディの先端側に配設される筒状のシールドノズルと、
   前記シールドノズルの中心位置に配設されたタングステン電極棒と、
   前記シールドノズルと前記タングステン電極棒の先端部との間に配設される狭窄ノズルとを備え、
   前記狭窄ノズルは、前記タングステン電極棒の先端部外周面との間に環状の高速ガス通路を形成する筒状のノズル本体と、
   前記ノズル本体の内周面に対向配置され、前記タングステン電極棒を前記ノズル本体の中心位置に保持する二つの位置決め用突条と、
   前記二つの位置決め用突条と前記ノズル本体の円周方向で交互に配置され、前記高速ガス通路内を流れる前記シールドガスを整流化可能な二つのガス整流溝とを有するＴＩＧ溶接用トーチにおいて、
   前記狭窄ノズルが前記トーチボディに対して所定の軸方向位置に保持された状態で、前記トーチボディに対する前記狭窄ノズルの位相を調整可能な位相調整機構をさらに備えることを特徴とするＴＩＧ溶接用トーチ。
2. 前記位相調整機構は、前記狭窄ノズルの外周面又は前記狭窄ノズルが固定された前記ガスレンズの外周面に形成された環状凹部と、
   前記トーチボディと前記シールドノズルのうち前記環状凹部と径方向で対向する位置に配設され、径方向に移動可能でかつ前記環状凹部の底面に押込み可能な押込み部材とを有し、
   前記狭窄ノズル又は前記狭窄ノズルに固定された前記ガスレンズが前記トーチボディに対して軸回転可能に嵌合されている請求項１に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。
3. 前記押込み部材を前記環状凹部の底面に押込んだ状態で、前記押込み部材と前記環状凹部とが軸方向に係合する請求項２に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。
4. 前記狭窄ノズルは前記ガスレンズに固定され、前記シールドノズルは前記ガスレンズに固定され、
   前記環状凹部が前記ガスレンズの外周面に設けられ、
   前記押込み部材が前記トーチボディを径方向に貫通する雌ねじ穴にねじ嵌合される雄ねじである請求項２又は３に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。
5. 前記狭窄ノズルのうちシールドノズルよりも先端側に突出している部分の外周面に、前記ガス整流溝の円周方向位置を示す目印が設けられている請求項１に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。
6. 前記狭窄ノズルが前記ガスレンズに対して所定の円周方向位置で固定され、かつ前記シールドノズルが前記ガスレンズに対して所定の円周方向位置で固定され、
   前記シールドノズルの外周面に、前記ガス整流溝の円周方向位置を示す目印が設けられている請求項１に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。

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