アルミニウムの溶接装置
【課題】 酸化皮膜の除去効果を向上させ、電極ワイヤーの粉塵による溶接ムラを防止し、かつ、高い溶接電流でもパッカリングが抑止されるようにする。
【解決手段】 溶接部に電極ワイヤー２を送通する孔を有し、溶接電源からの電力を電極ワイヤー２に供給し、電極ワイヤー２と孔との間に隙間を形成するように構成し、隙間に溶接部の方向へシールドガスＡを流すようにしたチップ９、チップ９の外周からシールドガスＢを噴出する内部ノズル８、内部ノズル８の外周からシールドガスＣを噴出する外部ノズル７を備えた溶接トーチを有し、シールドガスＡ及びシールドガスＢをＡｒ５０％とＨｅ５０％の混合ガスとし、シールドガスＣをＡｒ１００％のガスとし、シールドガスＡの流量を０を超え、５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量を２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【解決手段】 溶接部に電極ワイヤー２を送通する孔を有し、溶接電源からの電力を電極ワイヤー２に供給し、電極ワイヤー２と孔との間に隙間を形成するように構成し、隙間に溶接部の方向へシールドガスＡを流すようにしたチップ９、チップ９の外周からシールドガスＢを噴出する内部ノズル８、内部ノズル８の外周からシールドガスＣを噴出する外部ノズル７を備えた溶接トーチを有し、シールドガスＡ及びシールドガスＢをＡｒ５０％とＨｅ５０％の混合ガスとし、シールドガスＣをＡｒ１００％のガスとし、シールドガスＡの流量を０を超え、５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量を２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムの溶接を高効率化することができるアルミニウムの溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム素材表面には高融点の酸化皮膜（Ａｌ２Ｏ３）が生成されており、この酸化皮膜のためにアルミニウムの溶接における溶接アークが不安定になり、溶接内部に多くの欠陥が発生するという問題がある。
【０００３】
従来、上記問題に対して、ＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスを溶接部に吹き付けるノズルを、溶接部へ送給する電極ワイヤーの周囲に設けて外気の混入を防止するシールド対策が講じられている。
【０００４】
例えば、特許文献１にはノズルを多重にし、外側ノズルと内側ノズルのガスの種類と流量を変えることにより、シールド効果と溶接性能とを向上させることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−３９０８１５号公報（第２−４頁、第３図、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のアルミニウムの溶接装置では、アルミニウム表面に生成される酸化皮膜（Ａｌ２Ｏ３）の除去効果が十分とはいえず、また、電極ワイヤーを溶接部へ送給するガイドとなるチップにおける電極ワイヤーから発生する粉塵による溶接ムラが発生するという問題がある。
【０００７】
また、溶け込み深さ及び広さを大きくするために、溶接電流を大きくすると約３５０Ａを超えた場合に、パッカリングという溶接の不安定現象が起こるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような従来のアルミニウムの溶接装置の問題を解決するためになされたものであり、アルミニウム表面に生成される酸化皮膜の除去効果を向上させ、また、電極ワイヤーの粉塵による溶接ムラを防止するとともに、高い溶接電流でもパッカリングの発生が抑止されるようにして安定したアルミニウムの溶接ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアルミニウムの溶接装置は、溶接部に電極ワイヤーを送通する孔を有し、溶接電源からの電力を上記電極ワイヤーに供給し、上記電極ワイヤーと上記孔との間に隙間を形成するように構成し、上記隙間に上記溶接部の方向へシールドガスＡを所定の流量で流すようにしたチップ、
上記チップの外周から上記溶接部にシールドガスＢを所定の流量で噴出する内部ノズル、
上記内部ノズルの外周から上記溶接部にシールドガスＣを所定の流量で噴出する外部ノズルを備えた溶接トーチを有し、
上記シールドガスＡ及びシールドガスＢをＡｒガス５０％とＨｅガス５０％の混合ガスとし、
上記シールドガスＣをＡｒガス１００％とし、
上記シールドガスＡの上記流量を０を超え、５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、
上記シールドガスＢ及びシールドガスＣの上記流量を２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るアルミニウムの溶接装置によれば、酸化皮膜の除去効果が向上され、また、電極ワイヤーの粉塵による溶接ムラが防止され、さらに、高い溶接電流でもパッカリングの発生が抑止され、安定なアルミニウムの溶接ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、アルミニウム溶接時におけるアルミニウム酸化皮膜除去の原理を示す模式図である。図１に示したように、溶接電源（直流電源）１のいわゆる逆極性（電極ワイヤー２が＋でアルミニウム３が−）が電極ワイヤー２に与えられると＋のガスイオンが発生し、このガスイオンがアルミニウム３表面の酸化皮膜４に衝突して酸化皮膜４が破壊され、アルミニウム３表面がクリーニングされたクリーニング面５が形成される。
【００１２】
図２は、本発明に係るアルミニウムの溶接装置の実施の形態１を示す模式図であり、溶接トーチは、送給ローラー６により送給される電極ワイヤー２をガイドするとともに電極ワイヤー２に通電するためのチップ９、チップ９の外周からシールドガスＢを噴出する内部ノズル８、内部ノズル８の外周からシールドガスＣを噴出する外部ノズル７を備え、チップ９には、シールドガスＡを流入し溶接部の方向へ流出させる隙間が設けられている。
【００１３】
シールドガスＡ及びシールドガスＢは、Ａｒガスタンク１２及びＨｅガスタンク１１から供給されるＡｒガス及びＨｅガスをガスミキサーによってＡｒガス５０％＋Ｈｅガス５０％とした混合ガスであり、シールドガスＣは、Ａｒタンク１２から供給されるＡｒガス１００％のガスである。
【００１４】
シールドガスＡの流量は、０を超え５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量は、２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【００１５】
図３は、チップ９において電極ワイヤー２から粉塵１０が発生する状態を示す断面図であり、図３（ａ）に示したように、チップ９の電極ワイヤー２挿入側のエッジと電極ワイヤー２とが摺動して粉塵１０が発生して電極ワイヤー２の送給速度が不安定になり、その結果溶接が不安定になることがあるが、図３（ｂ）に示したように、チップ９と電極ワイヤー２との間の隙間にシールドガスＡを流すことによって粉塵１０が隙間から外部へ押し出され、電極ワイヤー２の送給速度が安定する。
【００１６】
シールドガスＡの流量は、外気を巻込まないように隙間内を正圧とするために、０を超えるようにし、また、電極ワイヤー２から発生するアークに対して影響しないように５Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【００１７】
また、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量は、シールド性を保持するために２５Ｌ／ｍｉｎ以上とすることが必要である。シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量を多くしすぎると外気を巻込むので、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量は外気を巻込まないように６０Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【００１８】
また、シールドガスＡ及びシールドガスＢは、溶接部の溶け込み深さ及び溶け込み形状に影響する。本発明者らの実験によれば、シールドガスＡ及びシールドガスＢを、Ａｒガス５０％＋Ｈｅガス５０％の混合ガスとすることによって、３５０Ａを超える溶接電流でもパッカリング現象が抑制され、いわゆる鍋底型の溶け込みが深く、かつ、溶け込みが広い溶接が安定して得られることが判明した。
【００１９】
このように、３５０Ａを超える溶接電流でも鍋底型の溶け込みが安定して得られるのは、Ａｒのシールドガスに、５０％のＨｅガスを混合することにより、アークが発生したときの混合シールドガスの熱伝導性が向上し、シールドガスの原子の運動速度が速くなることにより熱エネルギーが増すことによって、クリーニング現象が助長され、また、安定し、パッカリングが抑制されるためと推察される。
【００２０】
以上のように、本実施の形態１のアルミニウムの溶接装置によれば、酸化皮膜の除去効果が向上し、また、電極ワイヤーの粉塵による溶接ムラが防止され、さらに、３５０Ａを超える高い溶接電流でもパッカリングの発生が抑止された安定なアルミニウムの溶接ができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明に係るアルミニウムの溶接装置は、厚肉のアルミニウム部材同士の溶接に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】アルミニウム溶接時におけるアルミニウム酸化皮膜除去の原理を示す模式図である。
【図２】本発明に係るアルミニウムの溶接装置の実施の形態１を示す模式図である。
【図３】チップ９において電極ワイヤー２から粉塵１０が発生する状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ 溶接電源、２ 電極ワイヤー、３ アルミニウム、４ 酸化皮膜、
５ クリーニング面、６ 送給ローラー、７ 外部ノズル、８ 内部ノズル、
９ チップ、１０ 粉塵、１１ Ｈｅタンク、１２ Ａｒタンク、
Ａ，Ｂ，Ｃ シールドガス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムの溶接を高効率化することができるアルミニウムの溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム素材表面には高融点の酸化皮膜（Ａｌ２Ｏ３）が生成されており、この酸化皮膜のためにアルミニウムの溶接における溶接アークが不安定になり、溶接内部に多くの欠陥が発生するという問題がある。
【０００３】
従来、上記問題に対して、ＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスを溶接部に吹き付けるノズルを、溶接部へ送給する電極ワイヤーの周囲に設けて外気の混入を防止するシールド対策が講じられている。
【０００４】
例えば、特許文献１にはノズルを多重にし、外側ノズルと内側ノズルのガスの種類と流量を変えることにより、シールド効果と溶接性能とを向上させることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−３９０８１５号公報（第２−４頁、第３図、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のアルミニウムの溶接装置では、アルミニウム表面に生成される酸化皮膜（Ａｌ２Ｏ３）の除去効果が十分とはいえず、また、電極ワイヤーを溶接部へ送給するガイドとなるチップにおける電極ワイヤーから発生する粉塵による溶接ムラが発生するという問題がある。
【０００７】
また、溶け込み深さ及び広さを大きくするために、溶接電流を大きくすると約３５０Ａを超えた場合に、パッカリングという溶接の不安定現象が起こるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような従来のアルミニウムの溶接装置の問題を解決するためになされたものであり、アルミニウム表面に生成される酸化皮膜の除去効果を向上させ、また、電極ワイヤーの粉塵による溶接ムラを防止するとともに、高い溶接電流でもパッカリングの発生が抑止されるようにして安定したアルミニウムの溶接ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアルミニウムの溶接装置は、溶接部に電極ワイヤーを送通する孔を有し、溶接電源からの電力を上記電極ワイヤーに供給し、上記電極ワイヤーと上記孔との間に隙間を形成するように構成し、上記隙間に上記溶接部の方向へシールドガスＡを所定の流量で流すようにしたチップ、
上記チップの外周から上記溶接部にシールドガスＢを所定の流量で噴出する内部ノズル、
上記内部ノズルの外周から上記溶接部にシールドガスＣを所定の流量で噴出する外部ノズルを備えた溶接トーチを有し、
上記シールドガスＡ及びシールドガスＢをＡｒガス５０％とＨｅガス５０％の混合ガスとし、
上記シールドガスＣをＡｒガス１００％とし、
上記シールドガスＡの上記流量を０を超え、５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、
上記シールドガスＢ及びシールドガスＣの上記流量を２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るアルミニウムの溶接装置によれば、酸化皮膜の除去効果が向上され、また、電極ワイヤーの粉塵による溶接ムラが防止され、さらに、高い溶接電流でもパッカリングの発生が抑止され、安定なアルミニウムの溶接ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、アルミニウム溶接時におけるアルミニウム酸化皮膜除去の原理を示す模式図である。図１に示したように、溶接電源（直流電源）１のいわゆる逆極性（電極ワイヤー２が＋でアルミニウム３が−）が電極ワイヤー２に与えられると＋のガスイオンが発生し、このガスイオンがアルミニウム３表面の酸化皮膜４に衝突して酸化皮膜４が破壊され、アルミニウム３表面がクリーニングされたクリーニング面５が形成される。
【００１２】
図２は、本発明に係るアルミニウムの溶接装置の実施の形態１を示す模式図であり、溶接トーチは、送給ローラー６により送給される電極ワイヤー２をガイドするとともに電極ワイヤー２に通電するためのチップ９、チップ９の外周からシールドガスＢを噴出する内部ノズル８、内部ノズル８の外周からシールドガスＣを噴出する外部ノズル７を備え、チップ９には、シールドガスＡを流入し溶接部の方向へ流出させる隙間が設けられている。
【００１３】
シールドガスＡ及びシールドガスＢは、Ａｒガスタンク１２及びＨｅガスタンク１１から供給されるＡｒガス及びＨｅガスをガスミキサーによってＡｒガス５０％＋Ｈｅガス５０％とした混合ガスであり、シールドガスＣは、Ａｒタンク１２から供給されるＡｒガス１００％のガスである。
【００１４】
シールドガスＡの流量は、０を超え５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量は、２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【００１５】
図３は、チップ９において電極ワイヤー２から粉塵１０が発生する状態を示す断面図であり、図３（ａ）に示したように、チップ９の電極ワイヤー２挿入側のエッジと電極ワイヤー２とが摺動して粉塵１０が発生して電極ワイヤー２の送給速度が不安定になり、その結果溶接が不安定になることがあるが、図３（ｂ）に示したように、チップ９と電極ワイヤー２との間の隙間にシールドガスＡを流すことによって粉塵１０が隙間から外部へ押し出され、電極ワイヤー２の送給速度が安定する。
【００１６】
シールドガスＡの流量は、外気を巻込まないように隙間内を正圧とするために、０を超えるようにし、また、電極ワイヤー２から発生するアークに対して影響しないように５Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【００１７】
また、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量は、シールド性を保持するために２５Ｌ／ｍｉｎ以上とすることが必要である。シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量を多くしすぎると外気を巻込むので、シールドガスＢ及びシールドガスＣの流量は外気を巻込まないように６０Ｌ／ｍｉｎ以下とする。
【００１８】
また、シールドガスＡ及びシールドガスＢは、溶接部の溶け込み深さ及び溶け込み形状に影響する。本発明者らの実験によれば、シールドガスＡ及びシールドガスＢを、Ａｒガス５０％＋Ｈｅガス５０％の混合ガスとすることによって、３５０Ａを超える溶接電流でもパッカリング現象が抑制され、いわゆる鍋底型の溶け込みが深く、かつ、溶け込みが広い溶接が安定して得られることが判明した。
【００１９】
このように、３５０Ａを超える溶接電流でも鍋底型の溶け込みが安定して得られるのは、Ａｒのシールドガスに、５０％のＨｅガスを混合することにより、アークが発生したときの混合シールドガスの熱伝導性が向上し、シールドガスの原子の運動速度が速くなることにより熱エネルギーが増すことによって、クリーニング現象が助長され、また、安定し、パッカリングが抑制されるためと推察される。
【００２０】
以上のように、本実施の形態１のアルミニウムの溶接装置によれば、酸化皮膜の除去効果が向上し、また、電極ワイヤーの粉塵による溶接ムラが防止され、さらに、３５０Ａを超える高い溶接電流でもパッカリングの発生が抑止された安定なアルミニウムの溶接ができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明に係るアルミニウムの溶接装置は、厚肉のアルミニウム部材同士の溶接に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】アルミニウム溶接時におけるアルミニウム酸化皮膜除去の原理を示す模式図である。
【図２】本発明に係るアルミニウムの溶接装置の実施の形態１を示す模式図である。
【図３】チップ９において電極ワイヤー２から粉塵１０が発生する状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ 溶接電源、２ 電極ワイヤー、３ アルミニウム、４ 酸化皮膜、
５ クリーニング面、６ 送給ローラー、７ 外部ノズル、８ 内部ノズル、
９ チップ、１０ 粉塵、１１ Ｈｅタンク、１２ Ａｒタンク、
Ａ，Ｂ，Ｃ シールドガス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部に電極ワイヤーを送通する孔を有し、溶接電源からの電力を上記電極ワイヤーに供給し、上記電極ワイヤーと上記孔との間に隙間を形成するように構成し、上記隙間に上記溶接部の方向へシールドガスＡを所定の流量で流すようにしたチップ、
上記チップの外周から上記溶接部にシールドガスＢを所定の流量で噴出する内部ノズル、
上記内部ノズルの外周から上記溶接部にシールドガスＣを所定の流量で噴出する外部ノズルを備えた溶接トーチを有し、
上記シールドガスＡ及びシールドガスＢをＡｒガス５０％とＨｅガス５０％の混合ガスとし、
上記シールドガスＣをＡｒガス１００％とし、
上記シールドガスＡの上記流量を０を超え、５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、
上記シールドガスＢ及びシールドガスＣの上記流量を２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることを特徴とするアルミニウムの溶接装置。
【請求項１】
溶接部に電極ワイヤーを送通する孔を有し、溶接電源からの電力を上記電極ワイヤーに供給し、上記電極ワイヤーと上記孔との間に隙間を形成するように構成し、上記隙間に上記溶接部の方向へシールドガスＡを所定の流量で流すようにしたチップ、
上記チップの外周から上記溶接部にシールドガスＢを所定の流量で噴出する内部ノズル、
上記内部ノズルの外周から上記溶接部にシールドガスＣを所定の流量で噴出する外部ノズルを備えた溶接トーチを有し、
上記シールドガスＡ及びシールドガスＢをＡｒガス５０％とＨｅガス５０％の混合ガスとし、
上記シールドガスＣをＡｒガス１００％とし、
上記シールドガスＡの上記流量を０を超え、５Ｌ／ｍｉｎ以下とし、
上記シールドガスＢ及びシールドガスＣの上記流量を２５Ｌ／ｍｉｎ以上、６０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることを特徴とするアルミニウムの溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−３０５６１５（Ｐ２００６−３０５６１５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３３７７４（Ｐ２００５−１３３７７４）
【出願日】平成１７年５月２日（２００５．５．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２日（２００５．５．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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