JP7769403B2 - TIG welding torch - Google Patents
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Description
本発明は、TIG溶接用トーチに関する。 The present invention relates to a TIG welding torch.
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。 TIG welding is known as a versatile welding technique that can be used with any material. This welding method is performed using a welding torch with an electrode made of tungsten, which has an extremely high melting point. By covering the welding area with a shielding gas made of an inert gas, the workpiece can be melted, which has the advantage of preventing oxygen in the air from reacting with the molten metal and ensuring good welding quality over the long term.
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。 Here, known examples of TIG welding torches used in TIG welding include a TIG welding torch equipped with a cylindrical shield nozzle for discharging shielding gas such as argon gas (see, for example, Patent Document 1), and a TIG welding torch equipped with the shield nozzle and a constriction nozzle for increasing the energy density of the arc (see, for example, Patent Document 2).
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。 Among these, a TIG welding torch equipped with both a shield nozzle and a constriction nozzle allows shielding gas to be concentrated around the arc from the constriction nozzle, thereby increasing the arc energy density compared to a TIG welding torch equipped with only a shield nozzle. This allows for faster welding speeds and better arc directionality, but on the other hand, the range over which the shielding gas is released is narrowed, weakening the shielding effect and reducing the quality of the weld.
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。 Furthermore, when replacing the tungsten electrode rod, it was difficult to set it back in its original position (the center of the constriction nozzle), resulting in poor reproducibility and workability.
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。 The present applicant has therefore proposed a constriction nozzle for TIG welding designed to solve the above-mentioned problems (see Patent Document 3). This constriction nozzle is composed of a cylindrical nozzle body that is arranged around the tip of a tungsten electrode rod and forms an annular high-velocity gas passage between itself and the outer peripheral surface of the tip of the tungsten electrode rod, multiple positioning ridges that protrude from the inner peripheral surface of the nozzle body and hold the tungsten electrode rod in a central position on the nozzle body, and multiple gas rectification grooves that are formed between the multiple positioning ridges, extend parallel to the longitudinal direction of the nozzle body, and are capable of rectifying the shielding gas flowing within the high-velocity gas passage.
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。 By using a constricting nozzle with gas straightening grooves as described above, a portion of the shielding gas can be converted into high-speed straightened gas that flows faster than the laminar shielding gas released from between the shielding nozzle and the constricting nozzle, and this high-speed straightened gas can be flowed around the arc. This strengthens the electromagnetic and magnetic fields acting on the arc, increasing the arc's energy density, directionality, and rigidity, resulting in a stable arc. This significantly increases welding speeds compared to conventional methods, and also enables high-quality, stable welding with a uniform bead width on both sides and evenly spaced bead waveforms.
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。 In addition, by forming multiple positioning ridges on the inner surface of the nozzle body that hold the tungsten electrode rod in the center of the nozzle body, the tungsten electrode rod can be accurately and reliably set in its original position (the center of the constricted nozzle) when replacing it, improving the reproducibility of the tungsten electrode rod installation position and improving workability.
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。 In particular, by using a constriction nozzle with two positioning ridges and two gas straightening grooves alternately arranged around the circumference of the nozzle body, the arc generated between the base material (workpiece) can be narrowed into an elliptical shape. This further increases energy density. Furthermore, in the case of butt welding, narrowing the arc into an elliptical shape enhances the preheating effect, increasing penetration and facilitating the production of back-beams. Furthermore, by aligning the major axis of the elliptical narrowed arc with the welding direction, butt welding with a narrow bead width becomes possible. Therefore, even when welding materials that are not suitable for TIG welding, such as electrical steel sheets with insulating surfaces, using a TIG welding torch equipped with the constriction nozzle of the above configuration enables stable, high-quality, high-speed welding.
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。 On the other hand, when performing TIG welding using a TIG welding torch equipped with a constriction nozzle of the above configuration, the mounting orientation of the constriction nozzle relative to the TIG welding torch becomes an issue. In other words, to maximize the effectiveness of the constriction nozzle of the above configuration, the longitudinal axis of the elliptical arc must be aligned with the direction of movement of the TIG welding torch. However, in conventional TIG welding torches, the constriction nozzle and gas lens, and the gas lens and torch body, are both secured by threaded engagement, and the mounting orientation of the constriction nozzle relative to the TIG welding torch (torch body) is not taken into consideration. Therefore, when welding is performed using a TIG welding torch mounted on welding equipment equipped with a mechanism for causing the TIG welding torch to perform a specified operation (e.g., a sliding movement), the orientation of the two gas rectifying grooves cannot be changed while the TIG welding torch is mounted on the welding equipment.
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。 In light of the above, the technical problem to be solved by the present invention is to provide a TIG welding torch that allows the orientation of the gas rectifying groove relative to the torch body to be adjusted even when a constricted nozzle is attached to the torch body.
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。 The above problems are solved by the TIG welding torch of the present invention. That is, this TIG welding torch includes a torch body, a gas lens disposed within the internal space of the torch body and capable of laminarizing the shielding gas that has flowed into the internal space, a cylindrical shield nozzle disposed closer to the tip of the torch body than the gas lens, a tungsten electrode rod disposed at the center of the shield nozzle, and a constriction nozzle disposed between the shield nozzle and the tip of the tungsten electrode rod. The constriction nozzle includes a cylindrical nozzle body that forms an annular high-velocity gas passage between itself and the outer peripheral surface of the tip of the tungsten electrode rod, two positioning ridges disposed opposite the inner peripheral surface of the nozzle body and holding the tungsten electrode rod in the center position of the nozzle body, and two gas rectification grooves adjacent to each positioning ridge in the circumferential direction of the nozzle body and capable of rectifying the shielding gas flowing within the high-velocity gas passage. The TIG welding torch further includes a phase adjustment mechanism that can adjust the phase of the constriction nozzle relative to the torch body while the constriction nozzle is held at a predetermined axial position relative to the torch body.
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。 As described above, the TIG welding torch according to the present invention is provided with a phase adjustment mechanism that can adjust the phase of the constriction nozzle relative to the torch body while the constriction nozzle is held at a predetermined axial position relative to the torch body. Therefore, the phase of the constriction nozzle relative to the torch body can be appropriately changed even after the constriction nozzle is attached to the torch body, or even when the TIG welding torch with the attached constriction nozzle is set in the welding equipment. Because the orientation (circumferential position) of the two gas rectification grooves is always constant relative to the constriction nozzle, adjusting the phase of the constriction nozzle makes it possible to freely change the orientation of the gas rectification grooves. Therefore, the orientation of the gas rectification grooves can be aligned with the welding direction (the direction of movement of the TIG welding torch) at any time, enabling the TIG welding torch to be used in a variety of applications and with high performance.
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。 In addition, in the TIG welding torch according to the present invention, the phase adjustment mechanism may have an annular recess formed on the outer peripheral surface of the constriction nozzle or the outer peripheral surface of the gas lens to which the constriction nozzle is fixed, and a pusher member disposed in a position on the torch body or the shield nozzle radially opposite the annular recess, movable radially, and capable of being pushed into the bottom surface of the annular recess, and the constriction nozzle or the gas lens fixed to the constriction nozzle may be fitted to the torch body so as to be rotatable about its axis.
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。 By configuring the phase adjustment mechanism in this way, the phase of the constriction nozzle relative to the torch body can be fixed when the pusher member is pressed into the bottom surface of the annular recess. Furthermore, by releasing the pressed-in state caused by the pusher member, the constriction nozzle can be rotated about its axis relative to the torch body, allowing the phase of the constriction nozzle to be freely changed. As a result, the TIG welding torch with this configuration makes it possible to adjust the orientation of the gas rectification groove with a simple structure and easy operation.
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。 In this case, in the TIG welding torch according to the present invention, the push-in member and the annular recess may be axially engaged when the push-in member is pressed into the bottom surface of the annular recess.
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。 By configuring the push-in member and the annular recess to engage axially in this way, the constricted nozzle can be more firmly fixed to the torch body so that it cannot rotate axially. This makes it possible to minimize the risk of the phase becoming misaligned due to unexpected contact after phasing, and to start TIG welding with the gas straightening grooves reliably oriented in the welding direction.
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。 Furthermore, when the phase adjustment mechanism has an annular recess and a push-in member as described above, in the TIG welding torch according to the present invention, the constriction nozzle is fixed to the gas lens, the shield nozzle is fixed to the gas lens, the annular recess is provided on the outer peripheral surface of the gas lens, and the push-in member may be a set screw that is threaded into a female threaded hole that penetrates radially through the torch body.
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。 With the constriction nozzle and shield nozzle fixed to the gas lens in this way, an annular recess is provided on the outer peripheral surface of the gas lens, and a set screw serving as a push-in member can be threaded into a female threaded hole that penetrates the torch body radially. This allows the set screw to be moved radially very easily from the outside, easily switching the constriction nozzle between an axially rotatable state and a restricted state. Therefore, with a TIG welding torch configured this way, it is extremely easy to align the phase of the constriction nozzle and thereby adjust the orientation of the gas straightening groove.
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。 In addition, in the TIG welding torch according to the present invention, a mark indicating the circumferential position of the gas straightening groove may be provided on the outer peripheral surface of the portion of the constriction nozzle that protrudes further toward the tip than the shield nozzle.
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。 The orientation (circumferential position) of the gas rectification groove relative to the torch body can be seen from the opening side of the constriction nozzle, but depending on how the TIG welding torch is attached, it may be difficult to see from the opening side of the constriction nozzle. In this regard, the outer surface of the portion of the constriction nozzle that protrudes further toward the tip than the shield nozzle is always visible from the outside regardless of the viewing direction, so by providing a mark on the outer surface of this tip portion, the orientation of the gas rectification groove can be easily confirmed.
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。 Alternatively, in the TIG welding torch according to the present invention, the constriction nozzle may be fixed at a predetermined circumferential position relative to the gas lens, and the shield nozzle may be fixed at a predetermined circumferential position relative to the gas lens, and a mark indicating the circumferential position of the gas straightening groove may be provided on the outer peripheral surface of the shield nozzle.
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。 Furthermore, as mentioned above, if the phase of the constriction nozzle relative to the shield nozzle when fixed is known in advance, it is possible to provide a mark on the outer surface of the shield nozzle to indicate the circumferential position of the gas straightening groove. In this case, it is easier to identify the mark than if the mark were provided at the tip of the constriction nozzle, making it possible to adjust the orientation of the gas straightening groove more easily.
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。 As described above, with the TIG welding torch of the present invention, it is possible to adjust the orientation of the gas straightening groove relative to the torch body even when a constricted nozzle is attached to the torch body.
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。 The following describes the TIG welding torch according to one embodiment of the present invention, with reference to the drawings.
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。 1 is a cross-sectional view of a TIG welding torch 1 according to this embodiment, and FIGS. 2 and 3 are side and front views, respectively, of the TIG welding torch 1. This TIG welding torch 1 is primarily used for butt welding the ends of thin metal plates such as stainless steel sheets and electromagnetic steel sheets. It comprises a cylindrical torch body 2 through which a shielding gas G such as argon gas or helium gas passes, an electrode collet 4 that is threadedly inserted into the torch body 2 from above so as to be vertically movable and rotatable and detachably holds a tungsten electrode rod 3, a collet handle 5 attached to the upper end of the electrode collet 4 and rotates the electrode collet 4 forward and backward to move it up and down relative to the torch body 2, and a collet handle 5 detachably attached to the lower end of the torch body 2. It is composed of a gas lens 6 that is attached to the torch body 2 and homogenously diffuses the shielding gas G that flows in through the interior of the torch body 2, creating a laminar flow; a cylindrical shield nozzle 7 that is detachably attached to the gas lens 6 or to the torch body 2 and surrounds the tip of the tungsten electrode rod 3, and releases the shielding gas G that has been laminarized by the gas lens 6 around the arc; a constriction nozzle 8 that is arranged around the tip of the tungsten electrode rod 3 and flows a linear, high-speed rectified gas around the arc; and a phase adjustment mechanism 9 that can adjust the phase of the constriction nozzle relative to the torch body.
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。 In Figures 1 and 2, 10 is a pressure adjustment screw provided on the torch body 2 that applies an appropriate rotational resistance to the electrode collet 4 to hold it in the adjusted position, 11 is an O-ring that seals the gap between the torch body 2 and the collet handle 5, and 12 is a plastic adjustment ring that is interposed between the torch body 2 and the shield nozzle 7.
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。 As shown in Figures 2 and 3, the torch body 2 consists of a rectangular tube portion made of a metal material such as aluminum alloy and a cylindrical portion connected to the upper end of the rectangular tube portion. An electrode/main gas pipe connector (neither shown) for connecting the main gas supply pipe and power cable, and a pressure adjustment screw 10 are inserted and fixed into the peripheral wall of the rectangular tube portion. Additionally, a female thread portion 2a is formed on the inner peripheral surface of the upper end opening of the torch body 2, into which an electrode collet 4 holding a tungsten electrode rod 3 is threaded so as to be movable up and down.
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。 As shown in Figure 1, the electrode collet 4 is formed in a long, slender cylindrical shape with a split chuck portion at its tip. It is composed of a copper collet body 4' with a male threaded portion 4a formed on part of its outer surface that threads vertically into the female threaded portion 2a at the top end of the torch body 2, and a copper cylindrical fixture 4" that threads detachably onto the outer surface of the chuck portion of the collet body 4' and tightens the chuck to secure the tungsten electrode rod 3 inserted into the collet body 4'. The electrode collet 4 is threaded into the torch body 2 from above, and can be moved vertically within the torch body 2 by rotating the collet handle 5 fixed to the top end of the collet body 4'.
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。 The gas lens 6 consists of a cylindrical copper holder 6' that can be held at a predetermined axial position relative to the torch body 2, and a metal filter 6'' attached to the holder 6'.
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。 Specifically, as shown in Figures 2 and 3, the holder 6' is cylindrical with a gas passage 6a formed in its center. The upper end of the holder 6' is rotatably fitted (loose fit) to the inner periphery of the lower end of the torch body 2. The lower end of the holder 6' is also formed with a cylindrical retaining tube 6c. The outer periphery is formed with a male thread 6b to which the shield nozzle 7 is detachably threaded, and a support tube 6e is located at the center of the retaining tube 6c. The inner periphery is formed with a female thread 6d to which the constriction nozzle 8 is detachably threaded. This allows both the shield nozzle 7 and the constriction nozzle 8 to be fixed to the gas lens 6 by threaded engagement. Furthermore, the space between the retaining tube 6c and the support tube 6e of the holder 6' forms an annular gas chamber 6f, which is connected to the interior of the torch body 2 via multiple gas passage holes 6g formed near the base end of the support tube 6e and the gas passage 6a of the holder 6'.
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。 On the other hand, the filter 6" is formed by stacking multiple sheets of wire mesh punched into an annular shape, and is attached to the holder 6' by fitting its inner peripheral edge into the support tube 6e of the holder 6' and its outer peripheral edge into the holding tube 6c of the holder 6'.
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。 As shown in Figures 1 to 3, the shield nozzle 7 is made of ceramic and shaped like a cylinder with a tapered tip. Part of its inner surface is formed with a female thread 7a that is detachably threaded onto the male thread 6b of the holding tube 6c of the gas lens 6. The shield nozzle 7 is attached to the outer surface of the gas lens 6 by threading the female thread 7a into the male thread 6b of the holding tube 6c of the gas lens 6. The shield nozzle 7 passes through the filter 6" of the gas lens 6 and emits laminarized shielding gas G around the tip of the tungsten electrode rod 3.
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。 As shown in Figure 1, the constricting nozzle 8 is disposed around the tip of the tungsten electrode rod 3, forming an annular high-velocity gas passage 8a between it and the tip of the tungsten electrode rod 3. A portion of the shielding gas G flowing from within the torch body 2 into the gas passage 6a of the holder 6' of the gas lens 6 is channeled into the high-velocity gas passage 8a, creating a high-velocity rectified gas that flows faster than the laminar shielding gas G flowing from the shield nozzle 7 around the constricting nozzle 8, and this high-velocity rectified gas is then allowed to flow around the arc.
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。 That is, the constricting nozzle 8 is formed into a cylindrical body from copper (beryllium copper), which has excellent electrical conductivity and strength. As shown in Figures 1 and 4, it has a cylindrical nozzle body 8b that is arranged concentrically with the tungsten electrode rod 3 around the tip of the tungsten electrode rod 3 and forms an annular high-velocity gas passage 8a between itself and the outer peripheral surface of the tip of the tungsten electrode rod 3; two positioning ridges 8c, 8c that are arranged opposite the inner peripheral surface of the nozzle body 8b and hold the tungsten electrode rod 3 in the center position of the nozzle body 8b; and two gas rectifying grooves 8d, 8d that are arranged alternately around the circumference of the nozzle body 8b with the two positioning ridges 8c, 8c and that rectify the shielding gas G flowing within the high-velocity gas passage 8a.
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)。 Here, each positioning ridge 8c extends along the longitudinal direction of the nozzle body 8b. Similarly, each gas rectification groove 8d also extends along the longitudinal direction of the nozzle body 8b (see Figure 1). In this embodiment, the side surface 8c1 of each positioning ridge 8c is flat and extends linearly in a direction perpendicular to the opposing direction of the two gas rectification grooves 8d, 8d (see Figure 4).
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。 As described above, by arranging the two positioning ridges 8c, 8c and the two gas rectifying grooves 8d, 8d alternately at 90° intervals in the circumferential direction, it is possible to form an arc with an elliptical cross section, as described below. In this case, the major axis direction of the ellipse (the longitudinal direction of the arc) coincides with the longitudinal direction of the gas rectifying groove 8d (the vertical direction in Figure 4).
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。 The positioning ridge 8c and gas rectifying groove 8d in the above configuration are formed at a position above and away from the tip of the nozzle body 8b, and the inner diameter of the high-speed gas passage 8a located downstream of the positioning ridge 8c and gas rectifying groove 8d is larger than the inner diameter of the high-speed gas passage 8a located upstream of the positioning ridge 8c and gas rectifying groove 8d. As a result, the shielding gas G that flows into the high-speed gas passage 8a passes through the gas rectifying groove 8d and is rectified to become high-speed rectified gas. After stabilizing in the downstream portion of the high-speed gas passage 8a, it can be released from the tip opening of the nozzle body 8b.
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。 The tip (lower end) of the nozzle body 8b is tapered, and the outer surface of the base (upper end) of the nozzle body 8b is formed with a male thread 8e that is detachably threaded into the support cylinder 6e of the holder 6' of the gas lens 6. Therefore, by screwing this male thread 8e into the support cylinder 6e, the constriction nozzle 8 is attached to the center of the tip surface of the gas lens 6.
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。 The phase adjustment mechanism 9 allows the phase of the constriction nozzle 8 relative to the torch body 2 to be adjusted while the constriction nozzle 8 is held at a predetermined axial position relative to the torch body 2. In this embodiment, as shown in Figure 5, it comprises an annular recess 9a formed on the outer peripheral surface of the upper end of the holder 6' of the gas lens 6 to which the constriction nozzle 8 is fixed, and a pusher member 9b disposed on the torch body 2 at a position radially opposite the annular recess 9a, which is movable radially and can be pushed into the bottom surface 9a1 of the annular recess 9a.
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。 Here, the upper end of the holder 6' for the gas lens 6, which is fixed to the constriction nozzle 8, is rotatably fitted around the inner periphery of the lower end of the torch body 2, as described above. Therefore, by retracting the pushing member 9b away from the annular recess 9a and rotating the gas constriction nozzle 8 or shield nozzle 7 around its axis, the phase of the constriction nozzle 8 relative to the torch body 2 can be changed. Furthermore, when the pushing member 9b is pressed into the bottom surface 9a1 of the annular recess 9a as shown in Figure 5, the pushing force of the pushing member 9b restricts axial movement of the holder 6' for the gas lens 6 relative to the torch body 2, and also restricts circumferential movement (axial rotation).
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。 In addition, in this embodiment, a chamfered portion 9b1 is provided at the tip of the pusher member 9b. This chamfered portion 9b1 engages with the annular recess 9a in the axial direction during the pusher member 9b pushing operation, thereby guiding the holder 6' of the gas lens 6 to a predetermined axial position. Furthermore, by pushing the pusher member 9b into the bottom surface 9a1 of the annular recess 9a while the chamfered portion 9b1 and the annular recess 9a are engaged in the axial direction, the pusher member 9b and the annular recess 9a, and therefore the torch body 2 and the holder 6' of the gas lens 6, are more firmly fixed together.
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。 In this embodiment, the pushing member 9b is male-threaded and is threadedly fitted into a female-threaded hole 9c that penetrates radially through the torch body 2. In this case, the male thread of the pushing member 9b can be operated from the outside, so by connecting an operating tool to the operating hole 9b2 of the pushing member 9b and operating it around the axis, the pushing member 9b can be easily advanced radially inward or retracted radially outward.
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)。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, a mark 9d is provided on the outer peripheral surface of the portion of the constricting nozzle 8 that protrudes further toward the tip side than the shield nozzle 7.
This mark 9d indicates the phase of the constricting nozzle 8, more precisely, the orientation (circumferential position) of the gas straightening grooves 8d in the constricting nozzle 8. In this embodiment, the mark 9d is provided on the outer peripheral surface of the constricting nozzle 8 on an extension of a virtual axis that is perpendicular to the opposing direction of the two gas straightening grooves 8d (see FIG. 4).
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。 The TIG welding torch 1 configured as described above is used by attaching it to welding equipment 100, as shown in Figure 6, for example. This welding equipment 100 is used to butt-weld strip-shaped thin metal sheets W1 and W2 (see Figure 7, described below), and includes a table 101 for setting these strip-shaped thin metal sheets W1 and W2, and a movable frame 102 that supports the TIG welding torch 1 so that it can slide along a predetermined horizontal direction Y.
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。 When the strip-shaped metal sheets W1 and W2 to be butt-welded are positioned and held (set) in a predetermined position on the table 101, the butt surfaces Wa of the strip-shaped metal sheets W1 and W2 are set to be oriented along the movement direction (welding direction) Y of the TIG welding torch 1, as shown in Figure 7. In addition, the center position of the TIG welding torch 1 is set on an extension of the butt surfaces Wa.
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)。 At this time, if the mark 9d is not on the extension of the welding direction Y, as shown in Figure 7, for example, the constriction nozzle 8 is rotated axially with the pushing member 9b retracted so that the mark 9d is aligned with the extension of the welding direction Y, or in the illustrated example, so that the mark 9d overlaps the butt surface Wa in the circumferential direction (in the direction indicated by the arrow in Figure 7).
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。 After aligning the phase of the constriction nozzle 8 in this way and, if necessary, rotating the collet handle 5 to adjust the distance between the tip of the tungsten electrode rod 3 and the strip-shaped thin metal sheets W1, W2, shielding gas G, such as argon gas, is flowed from the shield nozzle 7 and constriction nozzle 8 of the TIG welding torch 1 toward the strip-shaped thin metal sheets W1, W2. A predetermined voltage is applied between the tungsten electrode rod 3 and the strip-shaped thin metal sheets W1, W2 by operating the power supply (not shown), generating an arc between the tip of the tungsten electrode rod 3 and the strip-shaped thin metal sheets W1, W2 in the shielding gas G atmosphere.
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。 The shielding gas G supplied into the torch body 2 flows down the gas passage 6a of the holder 6' of the gas lens 6, with a portion of it flowing through multiple gas flow holes 6g into the annular gas chamber 6f, and the remainder flowing from the gas passage 6a into the high-velocity gas passage 8a of the constricted nozzle 8.
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。 Shielding gas G that flows into the annular gas chamber 6f passes through the filter 6" and is homogeneously diffused, becoming a laminar gas that is then released from the shield nozzle 7 around the arc. Furthermore, shielding gas G that flows into the high-velocity gas passage 8a increases in speed and becomes high-velocity gas. It is then rectified by passing through the gas rectifying grooves 8d, becoming a high-velocity rectified gas that is then released in a straight line around the arc from the tip opening of the nozzle body 8b.
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。 In addition, because the positioning ridge 8c and gas rectification groove 8d are formed away from the tip of the nozzle body 8b, the high-speed rectified gas that passes through the gas rectification groove 8d stabilizes in the downstream portion of the high-speed gas passage 8a and is released in a stable state from the tip opening of the nozzle body 8b.
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。 The arc generated between the tip of the tungsten electrode rod 3 and the strip-shaped thin metal sheets W1, W2 spreads from the tungsten electrode rod 3 toward the strip-shaped thin metal sheets W1, W2 (not shown), so the internal pressure of the arc is relatively higher on the tungsten electrode rod 3 side. As a result, part of the shielding gas G is drawn into the arc, generating a high-speed gas flow called a plasma flow. This plasma flow significantly affects the penetration of the strip-shaped thin metal sheets W1, W2 and also affects the directionality and rigidity of the arc (the ability of the arc to maintain its shape); the faster the speed, the greater the directionality and rigidity of the arc.
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。 In addition, the generated arc is constricted by the thermal pinch effect of the high-speed rectified gas released from the constriction nozzle 8, resulting in a stable arc with high energy density.
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。 After a stable arc is generated, the TIG welding torch 1 is moved at a predetermined speed along the butt surface Wa of the strip-shaped thin metal sheets W1, W2. This causes the heat of the arc generated between the tip of the tungsten electrode rod 3 and the strip-shaped thin metal sheets W1, W2 to melt the areas near the butt surface Wa of the strip-shaped thin metal sheets W1, W2, joining them to each other.
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。 The TIG welding torch 1 using the constriction nozzle 8 described above converts a portion of the shielding gas G into a high-speed rectified gas that flows faster than the laminar shielding gas G emitted from the shield nozzle 7. This high-speed rectified gas is then caused to flow around the arc. As a result, the speed of the plasma airflow flowing from the tungsten electrode rod 3 toward the workpieces (the strip-shaped thin metal sheets W1 and W2) reaches two to three times the conventional speed. Furthermore, the magnetic field and electromagnetic force acting on the arc in the central axis direction are strengthened, increasing the energy density, directionality, and rigidity of the arc, resulting in a stable arc.
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。 As a result, by using the TIG welding torch 1 configured as described above, the welding speed can be increased to 5 to 20 times faster than conventional welding speeds, enabling high-speed welding. Furthermore, the bead width is uniform on both the front and back, and the bead waveforms are evenly spaced, enabling stable, high-quality welding.
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。 In addition, this TIG welding torch 1 is configured with two positioning ridges 8c, 8c and two gas rectifying grooves 8d, 8d arranged alternately at 90° intervals around the circumferential direction on the inner circumference of the nozzle body 8b of the constricted nozzle 8. This allows a larger amount of high-velocity rectified gas to flow from the tip of the nozzle body 8b to opposing positions around the arc, and a smaller amount of high-velocity rectified gas to other locations.
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。 In this case, areas of strong and weak plasma flow alternate every 90° around the circumference of the arc, creating an arc with an elliptical cross-section and high energy density. When an arc with an elliptical cross-section is created in this way, the preheating effect is improved, resulting in greater penetration and making it easier for back waves to form. Furthermore, good welding can be achieved even with increased current.
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。 As described above, with the TIG welding torch 1 according to this embodiment, the phase adjustment mechanism 9 can adjust the phase of the constricting nozzle 8 relative to the torch body 2 while the constricting nozzle 8 is held at a predetermined axial position relative to the torch body 2. Therefore, even after the constricting nozzle 8 is attached to the torch body 2, or even when the TIG welding torch 1 with the constricting nozzle 8 attached to the torch body 2 is set in welding equipment 100 as shown in FIG. 6 , the phase of the constricting nozzle 8 relative to the torch body 2 can be appropriately changed. Because the orientation (circumferential position) of the two gas rectification grooves 8d, 8d is always constant relative to the constricting nozzle 8, adjusting the phase of the constricting nozzle 8 makes it possible to freely change the orientation of the gas rectification groove 8d. Therefore, the orientation of the gas rectification groove 8d can be aligned with the welding direction Y (the direction of movement of the TIG welding torch 1) at any time, enabling the TIG welding torch 1 to be used in a variety of applications with high performance.
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。 In addition, in this embodiment, with the gas lens 6 to which the constriction nozzle 8 is fixed rotatably fitted to the torch body 2, the phase adjustment mechanism 9 is composed of an annular recess 9a formed on the outer peripheral surface of the gas lens 6 to which the constriction nozzle 8 is fixed, and a pusher member 9b disposed radially opposite the annular recess 9a on the torch body 2, movable radially, and capable of being pushed into the bottom surface 9a1 of the annular recess 9a. Therefore, when the pusher member 9b is pushed into the bottom surface 9a1 of the annular recess 9a, the phase of the constriction nozzle 8 relative to the torch body 2 can be fixed. Furthermore, by releasing the pushed-in state by the pusher member 9b, the constriction nozzle 8 can be rotated axially relative to the torch body 2, allowing the phase of the constriction nozzle 8 to be freely changed. As described above, the TIG welding torch 1 configured as described above enables the orientation of the gas rectifying groove 8d to be adjusted with a simple structure and easy operation.
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。 In addition, in this embodiment, a female threaded hole 9c that penetrates the torch body 2 radially is formed in the torch body 2 at a position radially opposite the annular recess 9a, and the push-in member 9b is a set screw that is threadedly fitted into the female threaded hole 9c. This makes it extremely easy to move the push-in member 9b radially via external operation, easily switching the constriction nozzle 8 between an axially rotatable state and a restricted state. Therefore, with the TIG welding torch configured as described above, it becomes extremely easy to align the phase of the constriction nozzle 8 and thereby adjust the orientation of the gas rectifying groove 8d.
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。 Furthermore, in this embodiment, a mark 9d indicating the circumferential position of the gas rectifying groove 8d is provided on the outer peripheral surface of the portion of the constricting nozzle 8 that protrudes further toward the tip than the shield nozzle 7. The outer peripheral surface of the portion of the constricting nozzle 8 that protrudes further toward the tip than the shield nozzle 7 is always visible from the outside regardless of the viewing direction, so by providing the mark 9d on the outer peripheral surface of this tip portion, the orientation of the gas rectifying groove 9d can be easily confirmed regardless of how the TIG welding torch 1 is attached.
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。 The above describes one embodiment of the present invention, but the TIG welding torch according to the present invention is not limited to the above-described exemplary configuration, and various modifications are possible within the scope of the present invention.
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)。 For example, in the above embodiment, a mark 9d indicating the circumferential position of the gas rectifying groove 8d is provided on the outer peripheral surface of the tip of the constricting nozzle 8, but of course this is not limited to this. For example, if the constricting nozzle 8 is fixed at a predetermined circumferential position relative to the gas lens 6 and the shield nozzle 7 is fixed at a predetermined circumferential position relative to the gas lens 6, a mark 9d indicating the circumferential position of the gas rectifying groove 8d may be provided on the outer peripheral surface of the shield nozzle 7 (see Figure 8).
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。 As mentioned above, if the phase of the constricting nozzle 8 relative to the shield nozzle 7 when fixed is known in advance, a mark 9d indicating the circumferential position of the gas rectifying groove 8d can be provided on the outer surface of the shield nozzle 7. In this case, the mark 9d is easier to identify than when the mark 9d is provided at the tip of the constricting nozzle 8 (Figure 3), making it possible to more easily adjust the orientation of the gas rectifying groove 8d.
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。 In addition, the above embodiment illustrates the use of a TIG welding torch according to the present invention in welding equipment 100 for butt welding strip-shaped thin metal sheets W1, W2 (see Figure 7 described below), but this is not necessarily limited to this. As long as TIG welding is performed by moving the TIG welding torch in a predetermined direction, the TIG welding torch according to the present invention can be applied to welding equipment of any type.
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)
1 TIG welding torch 2 Torch body 3 Tungsten electrode rod 4 Electrode collet 5 Collet handle 6 Gas lens 6' Holder 6" Filter 7 Shield nozzle 8 Narrowing nozzle 8b Nozzle body 8c Positioning protrusion 8d Gas rectifying groove 9 Phase adjustment mechanism 9a Annular recess 9b Push-in member 9c Female thread hole 9d Mark G Shield gas W1, W2 Strip-shaped thin metal plate Y Welding direction (movement direction of TIG welding torch)
Claims (6)
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。 Torch body and
a gas lens disposed in the internal space of the torch body and capable of laminarizing the shielding gas flowing into the internal space;
a cylindrical shield nozzle disposed closer to the tip of the torch body than the gas lens;
a tungsten electrode rod disposed at the center of the shield nozzle;
a constriction nozzle disposed between the shield nozzle and the tip of the tungsten electrode rod,
The constricting nozzle includes a cylindrical nozzle body that forms an annular high-speed gas passage between itself and the outer peripheral surface of the tip of the tungsten electrode rod;
two positioning protrusions disposed opposite to each other on the inner circumferential surface of the nozzle body, for holding the tungsten electrode rod at a central position of the nozzle body;
a TIG welding torch having the two positioning protrusions and two gas rectifying grooves arranged alternately in the circumferential direction of the nozzle body and capable of rectifying the shielding gas flowing through the high-velocity gas passage,
1. A TIG welding torch, further comprising: a phase adjustment mechanism that adjusts the phase of the constriction nozzle relative to the torch body while the constriction nozzle is held at a predetermined axial position relative to the torch body.
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。 the phase adjustment mechanism includes an annular recess formed on an outer circumferential surface of the constriction nozzle or on an outer circumferential surface of the gas lens to which the constriction nozzle is fixed;
a pusher member disposed in the torch body and the shield nozzle at a position radially opposite the annular recess, the pusher member being radially movable and capable of being pushed into the bottom surface of the annular recess,
2. The TIG welding torch according to claim 1, wherein the constriction nozzle or the gas lens fixed to the constriction nozzle is fitted to the torch body so as to be rotatable about its axis.
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。 the constriction nozzle is fixed to the gas lens, and the shield nozzle is fixed to the gas lens;
the annular recess is provided on the outer peripheral surface of the gas lens,
4. The TIG welding torch according to claim 2, wherein the pushing member is a male screw that is threadedly fitted into a female screw hole that passes radially through the torch body.
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。 the constriction nozzle is fixed at a predetermined circumferential position relative to the gas lens, and the shield nozzle is fixed at a predetermined circumferential position relative to the gas lens,
2. The TIG welding torch according to claim 1, wherein a mark indicating the circumferential position of the gas rectifying groove is provided on the outer peripheral surface of the shield nozzle.
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