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公開番号2025109073
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024002778
出願日2024-01-11
発明の名称非消耗電極式溶接装置および非消耗電極式溶接方法
出願人日鉄溶接工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類B23K 10/02 20060101AFI20250716BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】ホットワイヤを用いた非消耗電極式溶接において、非消耗電極への熱負荷を軽減させる。
【解決手段】ホットワイヤ方式の溶接を行う非消耗電極式溶接装置1において、溶接トーチ10と、溶接トーチ10と母材2との間に送給される溶接ワイヤ21への給電を行う給電部34と、溶接トーチ10と母材2との間にアークを発生させるための第1電源40と、溶接ワイヤ21を加熱するための第2電源41と、を設ける。溶接トーチ10は、非消耗電極11と、非消耗電極11の周囲において当該非消耗電極11に対して間隔を空けて配置された導体12と、を有し、第1電源40は、母材2と非消耗電極11に対して電気的に接続される構成を有し、第2電源41は、給電部34と導体12に対して電気的に接続される構成を有する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
ホットワイヤ方式の溶接を行う非消耗電極式溶接装置であって、
溶接トーチと、
前記溶接トーチと母材との間に送給される溶接ワイヤへの給電を行う給電部と、
前記溶接トーチと前記母材との間にアークを発生させるための第１電源と、
前記溶接ワイヤを加熱するための第２電源と、を備え、
前記溶接トーチは、
非消耗電極と、
前記非消耗電極の周囲において当該非消耗電極に対して間隔を空けて配置された導体と、を有し、
前記第１電源は、前記母材と前記非消耗電極に対して電気的に接続される構成を有し、
前記第２電源は、前記給電部と前記導体に対して電気的に接続される構成を有することを特徴とする、非消耗電極式溶接装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記溶接トーチは、プラズマ溶接用のトーチであり、
前記導体は、前記溶接トーチの先端部に取り付けられたインサートチップであることを特徴とする、請求項１に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項３】
前記インサートチップは、
導体からなるチップ本体と、
前記アークが噴出するアーク噴出孔と、
前記チップ本体の先端部に取り付けられた、前記チップ本体よりも融点が高く、且つ電子放出性の良い材料からなる部材と、を有することを特徴とする、請求項２に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項４】
前記部材は、環状部材であり、
前記アーク噴出孔は、前記環状部材の内方に位置していることを特徴とする、請求項３に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項５】
前記アーク噴出孔の周囲の壁面の少なくとも一部は、前記環状部材の内周面で構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項６】
前記部材は、前記アーク噴出孔の側方において前記チップ本体の先端側に向かって延びた棒状部材であり、
前記棒状部材は、前記チップ本体の先端側から見て、前記アーク噴出孔の周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項７】
前記給電部は、前記第２電源の正極側に接続され、
前記導体は、前記第２電源の負極側に接続されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項８】
前記溶接ワイヤを前記溶接トーチの先端部に送給するワイヤノズルを２本有し、
前記溶接トーチの先端側から当該溶接トーチを見たときに、第１ワイヤノズルと第２ワイヤノズルは、前記溶接トーチのアーク噴出孔の中心を間に挟んで互いに対向して配置されていることを特徴する、請求項１～６のいずれか一項に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項９】
前記溶接ワイヤを前記溶接トーチの先端部に送給するワイヤノズルを３本有し、
前記溶接トーチの先端側から当該溶接トーチを見たときに、各ワイヤノズルの中心線同士のなす角が全て等しいことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の非消耗電極式溶接装置。
【請求項１０】
前記ワイヤノズルを更に２本有し、
前記溶接トーチの先端側から当該溶接トーチを見たときに、
第３ワイヤノズルと第４ワイヤノズルは、前記溶接トーチのアーク噴出孔の中心を間に挟んで互いに対向して配置され、
前記第１ワイヤノズルの中心線と前記第３ワイヤノズルの中心線のなす角Ａと、前記第２ワイヤノズルの中心線と前記第４ワイヤノズルの中心線のなす角Ｂは、互いに等しいことを特徴とする、請求項８に記載の非消耗電極式溶接装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、非消耗電極式溶接装置および非消耗電極式溶接方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年の肉盛溶接においては、耐環境性に配慮しながらも高能率化と高品質化が要求されている。公知の各種溶接法の中で消耗電極式溶接法は高能率化の観点で有利である一方、ＣＯ
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排出量やヒューム、スラグ廃棄などの耐環境性、美麗なビード外観や低希釈率などの高品質化の観点では非消耗電極式溶接法が有利である。また、そのような高品質化の観点で有利な非消耗電極式溶接法において、各種消耗電極式溶接法に比肩する溶着量を確保する方法として、通電加熱したワイヤを母材表面部の溶融プールに向けて送給して溶接を行うホットワイヤ方式の溶接法が知られている。
【０００３】
ホットワイヤ方式の溶接を行う溶接装置として、特許文献１には、溶接トーチと母材との間にアークを発生させるための溶接電源と、溶接ワイヤを加熱するためのホットワイヤ電源とが設けられた溶接装置が開示されている。この溶接装置では、溶接電源の正極側に母材が接続され、溶接電源の負極側に溶接トーチの非消耗電極が接続されている。また、この溶接装置では、ホットワイヤ電源の正極側に溶接ワイヤが接続され、ホットワイヤ電源の負極側に非消耗電極が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特公昭６１－０５７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の溶接装置においては、溶接トーチの非消耗電極に対してプラズマ溶接電源とホットワイヤ電源の両方が接続されている。このため、通電時においては、２つの電源から非消耗電極に電流が流れ、非消耗電極に対して大きな熱負荷がかかる。そして、非消耗電極の寿命は、流れる電流の大きさに応じて増大する熱負荷によって寿命が短くなる。そのため、非消耗電極に流れる電流が大電流（高溶着量・高能率化）になるほど、短時間作業で非消耗電極を交換するメンテナンス作業を行うことが必要となる。メンテナンス作業中は、溶接装置を停止せざるを得ないため、生産効率が低下することになる。
【０００６】
上記のような非消耗電極の消耗を軽減するためには、非消耗電極を直接又は間接的に冷却するトーチ構造を採用するという対策もあるが、その効果は十分ではなく、また溶接トーチの高コスト化と大型化を招く。
【０００７】
したがって、ホットワイヤを用いた非消耗電極式溶接において、非消耗電極のメンテナンス作業の実施に伴う生産効率の低下を回避しつつ、溶接トーチの高コスト化と大型化を回避するためには、非消耗電極の熱負荷を軽減する新たな給電構造が求められる。この課題は、肉盛溶接を行う場合にのみ生じるものではなく、例えば突合せ溶接や重ね溶接、すみ肉溶接等の他の溶接を行う際にも生じる課題である。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ホットワイヤを用いた非消耗電極式溶接において、非消耗電極への熱負荷を軽減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、ホットワイヤ方式の溶接を行う非消耗電極式溶接装置であって、溶接トーチと、前記溶接トーチと母材との間に送給される溶接ワイヤへの給電を行う給電部と、前記溶接トーチと前記母材との間にアークを発生させるための第１電源と、前記溶接ワイヤを加熱するための第２電源と、を備え、前記溶接トーチは、非消耗電極と、前記非消耗電極の周囲において当該非消耗電極に対して間隔を空けて配置された導体と、を有し、前記第１電源は、前記母材と前記非消耗電極に対して電気的に接続される構成を有し、前記第２電源は、前記給電部と前記導体に対して電気的に接続される構成を有することを特徴としている。
【００１０】
別の観点による本発明は、ホットワイヤ方式の溶接を行う非消耗電極式溶接方法であって、非消耗電極と、前記非消耗電極の周囲において当該非消耗電極に対して間隔を空けて配置された導体と、を有した溶接トーチを用い、第１電源で母材と前記非消耗電極との間を通電させてアークを発生させ、第２電源で溶接ワイヤと前記導体との間を通電させて前記溶接ワイヤを加熱して溶接を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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