JP2011140032A - ２電極アーク溶接装置及び２電極アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２本の非消耗式電極を用いて、溶け込み性能を向上させた溶接を行うこと。
【解決手段】２電極アーク溶接装置１において、電源装置１１は、正極電圧と、正極電圧とは電位が異なる逆極電圧を出力する。正極用アークトーチ１４の非消耗式電極４１は、電源装置１１から出力された正極電圧が印加され、アークを発生させる。逆極用アークトーチ１５の非消耗式電極４１は、電源装置１１から出力された逆極電圧が印加され、アークを発生させる。正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５の両端間の距離であるアーク間距離Ｌ１は、両者の間でアークが発生しない最低距離（アーク間臨界距離）以上となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２本の電極を用いて母材に対する溶接を行う２電極アーク溶接装置及び２電極アーク溶接方法に関する。詳しくは、２本の非消耗式電極を用いて、溶け込み性能を向上させた溶接を行うことが可能な２電極アーク溶接装置及び２電極アーク溶接方法に関する。

従来より、溶接電源の一端が接続された１本の非消耗式電極（例えばＴＩＧトーチ）と、当該溶接電源の他端が接続された母材との間にアークを発生させた状態で、当該非消耗式電極を所定方向に移動させることによって、当該母材に対する溶接を行うアーク溶接装置（以下、「従来のシングルアーク溶接装置」と称する）が広く用いられている。

また、特許文献１には、１本の非消耗式電極と１本の消耗式電極とをほぼ同一速度で走行させることによって、母材に対する溶接を行うアーク溶接装置（以下、「特許文献１のアーク溶接装置」と称する）が開示されている。

昭５９−４０５４７号公報

しかしながら、従来のシングルアーク溶接装置では、良好な溶け込み性能が得られない場合がある。
ここで、溶け込み性能は、例えば、溶け込み深さと、電極の移動速度（以下、「溶接速度」と称する）との関係により表わされる。即ち、同一の溶け込み深さを実現する場合には、溶接速度が高速の方が、溶け込み性能が高いことになる。逆に、同一の溶接速度の場合には、溶け込み深さが深い方が、溶け込み性能が高いことになる。

このため、特許文献１のアーク溶接装置では、非消耗式電極を消耗式電極に対して先行して移動させて、非消耗式電極から発生されたアークで母材を予熱することによって、溶け込み性能の向上を図っている。

一方で、近年、２本の非消耗式電極を用いたアーク溶接装置の実現化が要望されている。
しかしながら、特許文献１の技術をそのまま適用しても、２本の非消耗式電極を用いたアーク溶接装置を実現することは困難である。
即ち、特許文献１のアーク溶接装置における消耗式電極は、溶接棒の機能を兼ねており母材と接触しているので、常にアースを取っているのと等価である。このため、消耗式電極と非消耗式電極との間でアークが発生する（短絡する）おそれはない。
これに対して、非消耗式電極は、母材と離間しておりアースを取っていない。従って、特許文献１のアーク溶接装置に対して１本の消耗式電極を非消耗式電極に代替することによって、２本の非消耗式電極を用いたアーク溶接装置をたとえ構成した場合、当該装置はアースを取っていないため、当該２つの非消耗式電極の間にアークが発生する（短絡する）等の課題が生じる。
従って、当該課題を解決しなければ、２本の非消耗式電極を用いたアーク溶接装置を実現できたとは言い難い。しかしながら、当該課題を解決できる手法は見当たらない。

本発明は、２本の電極を用いて母材に対する溶接を行う２電極アーク溶接装置及び２電極アーク溶接方法であって、２本の非消耗式電極を用いて、溶け込み性能を向上させた溶接を行うことが可能な２電極アーク溶接装置及び２電極アーク溶接方法を提供することを目的とする。

本発明の２電極アーク溶接装置（例えば実施形態における２電極アーク溶接装置１，２，３）は、
正極電圧と、前記正極電圧とは電位が異なる逆極電圧と、を出力する電源（例えば実施形態における電源装置１１）と、
前記電源から出力された前記正極電圧が印加され、アークを発生させる正極用非消耗式電極（例えば実施形態における正極用アークトーチ１４の非消耗式電極４１）と、
前記電源から出力された前記逆極電圧が印加され、アークを発生させる逆極用非消耗式電極（例えば実施形態における逆極用アークトーチ１５の非消耗式電極４１）と、
を備え、
前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極は、
両者の間でアークが発生しない最低距離以上だけ離間して配設されており（例えば実施形態におけるアーク間距離Ｌ１が、実施形態でいうアーク間臨界距離以上となるように配設されており）、
母材との間にそれぞれアークを発生させる
ことを特徴とする。

この発明によれば、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極は、両者の間でアークが発生しない最低距離以上だけ離間して配設されている。
これにより、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極の間でアークが発生してしまうこと、即ち短絡してしまうことを防止できる。その結果、２本の正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極を用いた２電極アーク溶接が実現可能になる。

また、非消耗式電極が１本しかない従来のシングルアーク溶接装置と比較して、母材との間の抵抗は２倍になってアーク電圧が上昇し、その結果、電流が同一であれば入熱量を上昇させることができる。即ち、非消耗式電極が１本しかない従来のシングルアーク溶接装置と比較して、溶け込み性能を向上させることができる。

以上まとめると、２本の正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極を用いて、溶け込み性能を向上させた溶接を行うことが可能な２電極アーク溶接装置を提供することが可能である。

この場合、前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極の間に配設される絶縁体（例えば実施形態における絶縁体１６，１７）をさらに備えると好ましい。

この発明によれば、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極の間に絶縁体が配設される。
これにより、正極用非消耗式電極から発生したアークは、絶縁体の中を通過することができないので、逆極用非消耗式電極に移行するためには、絶縁体と母材との間を迂回しなければならない。この場合、正極用非消耗式電極から母材までの間は、このような迂回路よりも短距離となり導電性がよくなるため、正極用非消耗式電極から発生したアークは母材に移行し易くなる。
全く同様の理由で、逆極用非消耗式電極から発生したアークも母材に移行し易くなる。
換言すると、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極の間でアークが発生しない最低距離（実施形態でいうアーク間臨界距離）が短くなるため、その分だけ、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極の配設距離を短くすることができる。その結果、溶け込み性能をより一段と向上させることが可能になる。

この場合、前記絶縁体（例えば実施形態における絶縁体１７）の内部には、ガスを流して外部に噴出させる通路（例えば実施形態におけるガス噴出通路６１）が形成されていると好ましい。

この発明によれば、絶縁体から外部にガスが噴出される。
これにより、導電性の高い媒体、例えば、プラズマ溶接に用いられるプラズマガスや、ＴＩＧ溶接等に用いられるシールドガスが電離したものが、絶縁体と母材との間を通過してしまうことが防止される。
従って、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極の間でアークが発生しない最低距離（実施形態でいうアーク間臨界距離）がより一段と短くなるため、その分だけ、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極の配設距離をより一段と短くすることができる。また、正極用非消耗式電極又は逆極用非消耗式電極と、母材の表面との間の距離（実施形態でいうアーク長Ｌ２）もより一段と短くすることができる。
その結果、溶け込み性能をより一段と向上させることが可能になる。

この場合、前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極のうち少なくとも一方は、プラズマアークトーチであると好ましい。

この発明によれば、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極のうち少なくとも一方がプラズマアークトーチであるので、パイロットアークが発生する。
これにより、タッチスタートをせずとも、アークを母材に移行させることが可能になる。ここで、タッチスタートとは、ＴＩＧ溶接に用いられるアークの発生手法であって、電極を母材に一端接しさせて短絡させることによってアークを発生させる手法をいう。
また、ＴＩＧトーチによるアークと比較して、プラズマアークトーチによるアークは、指向性があって、裾野が狭い。従って、正極用非消耗式電極又は逆極用非消耗式電極と、母材の表面との間の距離（実施形態でいうアーク長Ｌ２）を、ＴＩＧトーチを採用した場合と比較して短くすることができる。これにより、ＴＩＧトーチを採用した場合と比較して、溶け込み性能を向上させることが可能になる。

この場合、前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極は、前記母材に対して所定方向に移動し、前記所定方向に略平行に並列して配設されていると好ましい。

この発明によれば、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極は、移動方向（実施形態でいう溶接方向）に略平行に並列して配設されている。従って、母材の所定の位置からみると、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極のうち、一方が先行して通過した後、他方が通過する。なお、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極のうち、先行する一方を「先行電極」と称し、後行する他方を「後行電極」と称する。
これにより、後行電極の溶接という視点でみると、先行電極は、母材の予熱の機能と、母材に対するクリーニングの機能とを有することができる。その結果、母材の予熱の機能が発揮されることで、溶け込み性能を向上させることが可能になり、また、クリーニングの機能が発揮されることで、後行電極の溶接による欠陥を防止することが可能になる。

本発明の２電極アーク溶接方法は、上述した本発明の２電極アーク溶接装置に対応する方法である。従って、本発明の２電極アーク溶接方法は、上述した本発明の２電極アーク溶接装置と同様の効果を奏することが可能になる。

本発明によれば、２本の正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極は、両者の間でアークが発生しない最低距離以上だけ離間して配設されている。
これにより、正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極の間でアークが発生してしまうこと、即ち短絡してしまうことを防止できる。その結果、２本の正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極を用いた２電極アーク溶接が実現可能になる。
また、非消耗式電極が１本しかない従来のシングルアーク溶接装置と比較して、母材との間の抵抗は２倍になってアーク電圧が上昇し、その結果、電流が同一であれば入熱量を上昇させることができる。即ち、非消耗式電極が１本しかない従来のシングルアーク溶接装置と比較して、溶け込み性能を向上させることができる。
以上まとめると、２本の正極用非消耗式電極及び逆極用非消耗式電極を用いて、溶け込み性能を向上させた溶接を行うことが可能な２電極アーク溶接装置を提供することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る２電極アーク溶接装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る２電極アーク溶接装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る２電極アーク溶接装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態として３つの実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、これらの３つの実施形態の各々を、以下、「第１実施形態」、「第２実施形態」、及び「第３実施形態」の各々と称する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る２電極アーク溶接装置１の概略構成を示す断面図である。

２電極アーク溶接装置１は、電源装置１１と、正極用出力端子１２と、逆極用出力端子１３と、正極用アークトーチ１４と、逆極用アークトーチ１５と、を備えている。
なお、図１においては、説明の簡略上、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５については、拘束ノズル付近の先端部分のみが描画され、それ以外の部分の図示は省略されている。このような図示の省略は、後述する図２及び図３においても同様とされている。

電源装置１１は、２電極アーク溶接装置１の溶接電源として機能し、母材２１に対して低電位の電圧（以下、「正極電圧」と称する）を正極用出力端子１２から出力し、正極電圧とは異なる電位の電圧であって、母材２１に対して高電位の電圧（以下、「逆極電圧」と称する）を逆極用出力端子１３から出力する。
正極用アークトーチ１４は、正極用出力端子１２から出力された正極電圧が印加され、その先端と母材２１との間に生じた電圧（以下、「アーク電圧」と称する）によって、アークを発生させる。
逆極用アークトーチ１５は、逆極用出力端子１３から出力された逆極電圧が印加され、その先端と母材２１との間に生じたアーク電圧によって、アークを発生させる。

正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５は、図示せぬ駆動機構により略同一速度で所定方向（図１の例では白抜き矢印方向であって、以下「溶接方向」と称する）に移動しながら、母材２１に対する溶接を行っていく。

本実施形態では、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５は何れも、プラズマアークトーチとして構成されている。
このため、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５は、非消耗式電極４１と、ガス供給部４２と、水冷ノズル４３と、ノズル穴４４と、シールドキャップ４５と、を備えている。

非消耗式電極４１は、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５の中央内部に配設されており、正極用出力端子１２又は逆極用出力端子１３に接続される電極ロッド４１ａと、電極チップ４１ｂと、を備えている。
非消耗式電極４１の外周空間には、パイロットガスが供給されるガス供給部４２が形成されており、ガス供給部４２の外周には水冷ノズル４３が設けられている。水冷ノズル４３の内部には、冷却水を流す空間（図１中、水冷ノズル４３を示すハッチング内部の白い領域）が形成されている。また、水冷ノズル４３には、母材２１側の外部空間から、ガス供給部４２である内部空間に貫通するノズル穴４４が形成されている。

ここで、図１に示すように、距離Ｌ１は、正極用アークトーチ１４のノズル穴４４の中心（以下、「ノズル端部」と称する）から、逆極用アークトーチ１５のノズル端部までの距離を示している。このような距離Ｌ１を、以下、「アーク間距離Ｌ１」と称する。
また、距離Ｌ２は、正極用アークトーチ１４又は逆極用アークトーチ１５のノズル端部から、溶接前の平坦な母材２１の表面までの距離を示している。このような距離Ｌ２を、以下、「アーク長Ｌ２」と称する。

アーク間距離Ｌ１が短いと、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂと、逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂとの間でアークが発生してしまうおそれ、即ち短絡してしまうおそれがある。
なお、以下、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂと、逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂとの間で発生するアークを、「正逆電極間のアーク」と称する。
ここで、正逆電極間のアークが発生しない（短絡しない）最低の距離を、以下、「アーク間臨界距離」と称する。
従って、第１実施形態では、アーク間距離Ｌ１がアーク間臨界距離以上となるように、正極用アークトーチ１４と、逆極用アークトーチ１５とが溶接方向と略平行に並列して配設されている。

次に、以上の２電極アーク溶接装置１の動作について説明する。

正極用アークトーチ１４に着目すると、電源装置１１から出力された正極電圧が正極用出力端子１２を介して電極ロッド４１ａに印加され、図示せぬパイロットアーク電源により逆極性の電圧が水冷ノズル４３に印加されると、電極チップ４１ｂと、水冷ノズル４３のノズル穴４４付近との間に、小電流のパイロットアークが発生する。
この状態で、非消耗式電極４１の外周空間であるガス供給部４２にパイロットガスが供給されると、ノズル穴４４を介して電極チップ４１ｂと母材２１との間にプラズマアークが発生する。即ち、当該パイロットガスが、アーク熱で加熱膨張され、ノズル穴４４から高速で噴出することによって、プラズマアークが発生する。

全く同様の原理で、逆極用アークトーチ１５にもプラズマアークが発生する。
この場合、上述したように、アーク間距離Ｌ１がアーク間臨界距離以上となっているので、正逆電極間のアークは発生しない。即ち、図１に示すように、正極用アークトーチ１４と母材２１との間でプラズマアークが発生するのと同時に、逆極用アークトーチ１５と母材２１との間でプラズマアークが発生する。

この状態を維持したまま、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５は、図示せぬ駆動機構によりほぼ同一速度で溶接方向に移動する。このとき、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５の各々において、シールドキャップ４５と水冷ノズル４３との間の空間に供給されたシールドガスが、母材２１に対して噴出される。このシールドガスによって、プラズマアークと母材２１とが大気から遮断（シールド）され、母材２１に対する溶接が行われる。なお、このシールドガスとしては、アルゴン、ヘリウム、これらの混合ガス等を採用することができる。
なお、この間、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５は、各々の水冷ノズル４３の内部に流れる冷却水によって冷却される。

第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）アーク間距離Ｌ１がアーク間臨界距離以上となるように、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５とが配設されている。
これにより、正逆電極間のアークの発生を防止することができる。その結果、２本の非消耗式電極４１を用いた２電極アーク溶接が実現可能になる。

（２）非消耗式電極４１は、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５の各々に１本ずつ、総計で２本設けられている。
これにより、非消耗式電極が１本しかない従来のシングルアーク溶接装置と比較して、母材２１との間の抵抗は２倍になってアーク電圧が上昇し、その結果、電流が同一であれば入熱量を上昇させることができる。即ち、非消耗式電極が１本しかない従来のシングルアーク溶接装置と比較して、溶け込み性能を向上させることができる。
なお、抵抗自体に着目すると、従来のシングルアーク溶接装置であっても、１本の非消耗式電極の長さを２倍にすることで、抵抗を２倍にすることが可能である。しかしながら、この場合には、アークが広がってしまい、抵抗が２倍になることに起因して入熱量が上昇する効果、即ち、溶け込み性能が向上する効果は相殺されてしまう。

（３）以上の（１）と（２）の効果をまとめると、２本の非消耗式電極４１を用いて、溶け込み性能を向上させた溶接を行うことが可能な２電極アーク溶接装置及び２電極アーク溶接方法を提供することが可能である。

（４）正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５は、溶接方向に対して略平行に並列して配設されている。従って、図１に示すように、母材２１の所定の位置からみると、逆極用アークトーチ１５が先行して通過した後、正極用アークトーチ１４が通過する。
これにより、逆極用アークトーチ１５の溶接という視点でみると、正極用アークトーチ１４は、母材２１の予熱の機能と、母熱２１に対するクリーニングの機能とを有することができる。その結果、母材２１の予熱の機能が発揮されることで、溶け込み性能を向上させることが可能になり、クリーニングの機能が発揮されることで、後方の逆極用アークトーチ１５の溶接による欠陥を防止することが可能になる。

（５）正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５の何れも、プラズマアークトーチとして構成されている。
これにより、パイロットアークが発生するため、タッチスタートをせずとも、アークを母材２１に移行させることが可能になる。
また、ＴＩＧトーチによるアークと比較して、プラズマアークトーチによるアークは、指向性があって、裾野が狭いため、アーク長Ｌ２を、ＴＩＧトーチを採用した場合と比較して短縮することができる。従って、アーク長Ｌ２が短縮した分だけ溶け込み深さが深くなるので、溶け込み性能がより一段と向上する。

［第２実施形態］
ここで、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂと逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂとの間の距離として、先行する逆極用アークトーチ１５が母材２１の予熱機能を発揮させて、溶け込み深さを所望の深さまで上昇させるために必要な最低距離が存在する。以下、かかる距離を「溶け込み深さ上昇距離」と称する。
このような溶け込み深さ上昇距離は、第１実施形態の条件でのアーク間臨界距離よりも短くなる場合が多い。このような場合、第１実施形態におけるアーク間距離Ｌ１は、第１実施形態の条件でのアーク間臨界距離以上とされているので、溶け込み深さ上昇距離を超えている。
従って、第１実施形態に係る２電極アーク溶接装置１では、先行する逆極用アークトーチ１５による母材２１の予熱機能を十分に発揮させることができない場合がある。
そこで、本発明の第２実施形態に係る２電極アーク溶接装置２は、アーク間距離Ｌ１を溶け込み深さ上昇距離以下とし、先行する逆極用アークトーチ１５の母材２１の予熱機能を十分に発揮させるべく、図２に示す構成を有している。

即ち、図２は、本発明の第２実施形態に係る２電極アーク溶接装置２の概略構成を示す断面図である。
なお、図２において、図１と対応する箇所には対応する符号が付してあり、これらの箇所の説明は適宜省略する。

第２実施形態に係る２電極アーク溶接装置２は、第１実施形態と同様に、電源装置１１と、正極用出力端子１２と、逆極用出力端子１３と、正極用アークトーチ１４と、逆極用アークトーチ１５と、を備えている。
第２実施形態に係る２電極アーク溶接装置２は、さらに、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂと、逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂとの間であって、母材２１の表面の垂線と略平行に、絶縁体１６が配設されている。

なお、第２実施形態に係る２電極アーク溶接装置２の動作は、第１実施形態の動作と基本的に同様であるので、その説明については省略する。

第２実施形態によれば、上述した（３）乃至（５）の効果は勿論のこと、さらに以下のような効果がある。
（６）正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂと、逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂとの間に、絶縁体１６が配設されている。
これにより、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂから発生したアークは、絶縁体１６の中を通過することができないので、逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂに移行するためには、絶縁体１６と母材２１との間を迂回しなければならない。この場合、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂから母材２１までの間は、このような迂回路よりも短距離となり導電性がよくなるため、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂから発生したアークは母材２１に移行し易くなる。
全く同様の理由で、逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂから発生したアークも母材２１に移行し易くなる。
換言すると、第２実施形態におけるアーク間臨界距離は、絶縁体１６が配設されていない第１実施形態（図１参照）の場合と比較すると短縮して、溶け込み深さ上昇距離以下となる。
従って、第２実施形態におけるアーク間距離Ｌ１を、溶け込み深さ上昇距離以下まで短縮しても、アーク間臨界距離以上を保つことができる。その結果、先行する逆極用アークトーチ１５の母材２１の予熱機能が十分に発揮されるので、溶け込み性能が向上する。

［第３実施形態］
上述したように、第２実施形態におけるアーク間距離Ｌ１は、第１実施形態におけるアーク間距離Ｌ１よりも短縮させることができ、その分だけ、先行する逆極用アークトーチ１５の予熱機能を発揮させることが可能になる。
しかしながら、図２に示すように、ガス供給部４２に供給されたパイロットガスがノズル穴４４から高速で噴出することによってプラズマ化した（又はプラズマ化し易い）ガス５１（以下、「プラズマガス５１」と称する）は、母材２１の表面上に充満し易くなる。
その結果、プラズマガス５１は、絶縁体１６と母材２１との間を通過してしまう場合もある。このような場合、プラズマガス５１は導電性が高いため、正逆電極間のアークが発生するおそれがある。
従って、第２実施形態では、正逆電極間のアークおそれが生じないように、プラズマガス５１の元になるパイロットガスの流量を下げる必要がある。しかしながら、パイロットガスの流量の低下は、溶け込み性能の悪化を招く。
そこで、本発明の第３実施形態に係る２電極アーク溶接装置３は、パイロットガスの流量を維持したままで、プラズマガス５１が絶縁体１６と母材２１との間を通過することを防止すべく、図３に示す構成を有している。

即ち、図３は、本発明の第３実施形態に係る２電極アーク溶接装置３の概略構成を示す断面図である。
なお、図３において、図１や図２と対応する箇所には対応する符号が付してあり、これらの箇所の説明は適宜省略する。

第３実施形態に係る２電極アーク溶接装置３は、第１実施形態や第２実施形態と同様に、電源装置１１と、正極用出力端子１２と、逆極用出力端子１３と、正極用アークトーチ１４と、逆極用アークトーチ１５と、を備えている。
第３実施形態に係る２電極アーク溶接装置３は、さらに、正極用アークトーチ１４の電極チップ４１ｂと、逆極用アークトーチ１５の電極チップ４１ｂとの間であって、母材２１の表面の垂線と略平行に、絶縁体１７が配設されている。

この絶縁体１７には、第２実施形態における絶縁体１６とは異なり、その中央内部を貫通するようにガス噴出通路６１が形成されている。
図示せぬ供給手段から供給されたガス５２は、ガス噴出通路６１を流れて、母材２１に対して噴出され、図３に示すように、プラズマガス５１が絶縁体１７と母材２１との間を通過してしまうことを防止する。
このようなガス５２としては、例えばヘリウムのような、イオン化傾向が低い不活性ガスを採用することができる。
なお、図３においては、ガス５２は、ガス噴出通路６１の同図中下側から母材２１に対して噴出されているが、これは例示である。即ち、ガス５２の噴出場所は、図３の例に特に限定されず、プラズマガス５１が絶縁体１７と母材２１との間を通過してしまうことを防止することが可能な場所であれば、任意の場所でよい。

第３実施形態に係る２電極アーク溶接装置３の動作は、第１実施形態や第２実施形態の動作と基本的に同様であるので、その説明については省略する。

第３実施形態によれば、上述した（３）乃至（６）の効果は勿論のこと、さらに以下のような効果がある。
（７）絶縁体１７の中央内部に貫通するように設けられたガス噴出通路６１から、ガス５２が噴出される。これにより、導電性の高い媒体、例えば、プラズマガス５１や、後述するＴＩＧ溶接等に用いられるシールドガスが電離したものが、絶縁体１７と母材２１との間を通過することを防止できる。その結果、第３実施形態におけるアーク間臨界距離は、導電性の高い媒体が同一流量で供給される場合の第２実施形態（図２参照）よりも、短縮される。
これにより、導電性の高い媒体の流量を減少させずとも、アーク間距離Ｌ１を、第２実施形態よりもさらに一段と短くすることができ、その分だけ、先行する逆極用アークトーチ１５の予熱機能の効果の度合はより一段と大きなものになり、溶け込み性能が向上する。
さらに、アーク長Ｌ２も、第２実施形態よりもさらに一段と短縮させることができるので、その分だけ、溶け込み深さが深くなり、溶け込み性能がより一段と向上する。

なお、本発明は第１乃至第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５は、第１乃至第３実施形態ではプラズマアークトーチとして構成されていたが、これに限定されず、非消耗式電極を有する限り任意のトーチでよい。

具体的には例えば、図示はしないが、正極用アークトーチ１４をＴＩＧ用アークトーチとして構成し、逆極用アークトーチ１５をプラズマアークトーチとして構成することもできる。
この場合の本発明に係る２電極アーク溶接装置（以下、「ＴＩＧ＋プラズマ溶接装置」と称する）も、上述の図１乃至図３の何れかの構成を取ることが可能である。従って、図１の構成を取った場合には上述の効果（３）乃至（５）を、図２の構成を取った場合には上述の効果（３）乃至（６）を、図３の構成を取った場合には上述の効果（３）乃至（７）を、それぞれ奏することが可能になる。

より具体的には、非消耗式電極４１の電流が５０Ａである場合のアーク間臨界距離は、本出願人が実測したところ４０ｍｍであった。このため、ＴＩＧ＋プラズマ溶接装置が図１の構成を取る場合には、５０ｍｍ程度のアーク間距離Ｌ１が採用されることになる。これに対して、ＴＩＧ＋プラズマ溶接装置が図２の構成を取る場合には、（６）の効果により、アーク間距離Ｌ１を３０ｍｍまで短縮させることが可能になり、さらにＴＩＧ＋プラズマ溶接装置が図３の構成を取る場合には、（７）の効果により、アーク間距離Ｌ１を２０ｍｍまで短縮させることが可能になる。

また、図３の構成のＴＩＧ＋プラズマ溶接装置において、アーク長Ｌ２が３ｍｍであり、非消耗式電極４１の電流が１００Ａであるという条件が採用されたときには、溶け込み性能は、同条件の従来のシングルアーク溶接装置と比較すると、上述の（３）の効果により次のように向上する。
即ち、例えば、従来のシングルアーク溶接装置では、溶接速度が７００ｍｍ／ｍｉｎの場合に溶け込み深さが０．７９ｍｍであった。これに対して、図３の構成のＴＩＧ＋プラズマ溶接装置では、溶接速度が同一条件（７００ｍｍ／ｍｉｎ）の場合には、溶け込み深さが１．２７ｍｍと１．５倍の深さになり、また、溶け込み深さが略同一条件（０．６６ｍｍ）の場合には、溶接速度が９５０ｍｍ／ｍｉｎと１．４倍になった。

もっとも、上述した（５）の効果を考慮すると、正極用アークトーチ１４及び逆極用アークトーチ１５の構成は、ＴＩＧトーチ及びプラズマアークトーチの組み合せで構成するよりも、２本ともプラズマアークトーチとして構成した方が好適である。
さらに、ＴＩＧトーチの非消耗式電極４１の方がプラズマアークトーチの非消耗式電極４１よりも消耗が激しいという特徴があるため、２本ともプラズマアークトーチとして構成した場合の電流値は、本出願人の実測によると１５０Ａとなり、ＴＩＧトーチとプラズマアークトーチの組合せで構成した場合の上述の例の５０Ａよりも上昇する。このように、プラズマアークトーチの効果としてはさらに、電流上昇の効果も存在する。
ただし、逆極用アークトーチ１５の非消耗式電極４１（アース側の非消耗式電極４１）の電流値は、本出願人の実測によると１５０Ａ以上になると消耗が激しいことが判明したため、１５０Ａ未満が好適である。

１，２，３ ２電極アーク溶接装置
１１ 電源装置
１２ 正極用出力端子
１３ 逆極用出力端子
１４ 正極用アークトーチ
１５ 逆極用アークトーチ
１６，１７ 絶縁体
４１ 電極
６１ ガス噴出通路

Claims (10)

1. 正極電圧と、前記正極電圧とは電位が異なる逆極電圧と、を出力する電源と、
   前記電源から出力された前記正極電圧が印加され、アークを発生させる正極用非消耗式電極と、
   前記電源から出力された前記逆極電圧が印加され、アークを発生させる逆極用非消耗式電極と、
   を備え、
   前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極は、
   両者の間でアークが発生しない最低距離以上だけ離間して配設されており、
   母材との間にそれぞれアークを発生させる
   ２電極アーク溶接装置。
2. 前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極の間に配設される絶縁体
   をさらに備える請求項１に記載の２電極アーク溶接装置。
3. 前記絶縁体の内部には、ガスを流して外部に噴出させる通路が形成されている
   請求項２に記載の２電極アーク溶接装置。
4. 前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極のうち少なくとも一方は、プラズマアークトーチである
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の２電極アーク溶接装置。
5. 前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極は、
   前記母材に対して所定方向に移動し、
   前記所定方向に略平行に並列して配設されている
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の２電極アーク溶接装置。
6. 正極電圧と、前記正極電圧とは電位が異なる逆極電圧と、を出力する電源と、
   前記電源から出力された前記正極電圧が印加され、アークを発生させる正極用非消耗式電極と、
   前記電源から出力された前記逆極電圧が印加され、アークを発生させる逆極用非消耗式電極と、
   を備える２電極アーク溶接装置の２電極アーク溶接方法であって、
   前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極は、
   両者の間でアークが発生しない最低距離以上だけ離間した状態で、母材との間にそれぞれアークを発生させる
   ２電極アーク溶接方法。
7. 前記２電極アーク溶接装置は、
   前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極の間に配設される絶縁体
   をさらに備える請求項６に記載の２電極アーク溶接方法。
8. 前記絶縁体の内部には、ガスを流して外部に噴出させる通路が形成されている
   請求項７に記載の２電極アーク溶接方法。
9. 前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極のうち少なくとも一方は、プラズマアークトーチである
   請求項６乃至８の何れか１項に記載の２電極アーク溶接方法。
10. 前記正極用非消耗式電極及び前記逆極用非消耗式電極は、
    前記母材に対して所定方向に移動し、
    前記所定方向に略平行に並列して配設されている
    請求項６乃至９の何れか１項に記載の２電極アーク溶接装置。

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