JP2014172071A - Tig welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タッチスタート方式のTIG溶接装置に関する。 The present invention relates to a touch start type TIG welding apparatus.
電気回路は、電気の供給源となる電源や電気を利用して一定の機能を果たす電気部品等を配線で接続して構成されており、電気回路の構築には配線接続または結線の作業が必ず必要になる。一般に、ディスクリートな端子部材同士の接続には、溶接、ハンダ付け、圧着、圧接等が用いられている。これらの結線方法の中で安定性、信頼性、永久性に最も優れているのは溶接である。 An electric circuit consists of a power source that supplies electricity and electric parts that perform a certain function using electricity. Wiring connection or connection work is always required to build an electric circuit. I need it. In general, welding, soldering, pressure bonding, pressure welding, or the like is used for connection between discrete terminal members. Among these connection methods, welding is most excellent in stability, reliability and permanentness.
従来より、この種の端子部材の溶接には、アーク溶接、抵抗溶接およびYAGレーザ溶接が多く用いられている。もっとも、端子部材の材質が銅または銅合金である場合は、銅の抵抗率が低い(したがって抵抗発熱が少ない)ために抵抗溶接の適用は難しく、またYAGレーザの基本波長(1064nm)に対して銅の反射率が高い(したがってレーザエネルギーの吸収が少ない)ためにYAGレーザの適用も難しいことから、電気の放電現象(アーク放電)を利用するアーク溶接法が多く用いられている。特に、小型の電気部品が含まれる電気回路の端子部材溶接では、非消耗型のトーチ電極(タングステン電極棒)を使用するTIG溶接法が主流になっている。 Conventionally, arc welding, resistance welding, and YAG laser welding are often used for welding of this type of terminal member. However, when the material of the terminal member is copper or a copper alloy, it is difficult to apply resistance welding because the resistivity of copper is low (thus, there is little resistance heat generation), and for the fundamental wavelength (1064 nm) of the YAG laser. Since it is difficult to apply a YAG laser because of the high reflectivity of copper (and therefore, the absorption of laser energy is small), an arc welding method using an electric discharge phenomenon (arc discharge) is often used. In particular, in terminal member welding of electric circuits including small electric parts, the TIG welding method using a non-consumable torch electrode (tungsten electrode rod) has become the mainstream.
非消耗型のトーチ電極を使用するTIG溶接法において、アーク放電を開始する手法には、スタート時に高周波放電により絶縁破壊を起こしてアークに移行させる高周波発生方式と、スタート時だけトーチ電極と母材つまり被溶接材との間に10kV以上の高電圧を印加して絶縁破壊を起こしアークに移行させる直流高電圧印加方式と、高周波を使わずにトーチ電極を被溶接材に接触させて通電を開始した後引き離してアーク放電を発生させるタッチスタート(または、リフトスタート)方式の3種類がある。高周波発生方式や直流高電圧印加方法は、高周波または高電圧を発生する高圧電源を必要とするために溶接機のコストが高くつくことや、高周波または高電圧のノイズが当該電気回路の電気部品や周囲の電子機器に悪い影響を及ぼすことが、多くの溶接現場で嫌がられている。この点、タッチスタート方式は、高周波電源や高圧電源を使用しないため、溶接機のコストを下げることができるうえ、高周波ノイズの問題がない。 In the TIG welding method using a non-consumable torch electrode, the arc discharge is started by a high-frequency generation method in which dielectric breakdown is caused by high-frequency discharge at the start and the arc is transferred to the arc, and the torch electrode and base material only at the start In other words, a high voltage of 10 kV or higher is applied to the material to be welded to cause a dielectric breakdown and shift to an arc, and energization is started by contacting the torch electrode with the material to be welded without using a high frequency. After that, there are three types of touch start (or lift start) methods in which arc discharge is generated by separating them. The high frequency generation method and the DC high voltage application method require a high voltage power source that generates high frequency or high voltage, which increases the cost of the welding machine, and high frequency or high voltage noise causes electrical components of the electric circuit or Negative effects on surrounding electronic equipment are hated at many welding sites. In this respect, since the touch start method does not use a high frequency power source or a high voltage power source, the cost of the welding machine can be reduced and there is no problem of high frequency noise.
一般に、TIG溶接法は、先端部を鋭角に研磨したペンシル形のタングステン電極棒をトーチ電極に用いる。タッチスタート方式では、そのようなトーチ電極の尖った先端を被溶接材に安定確実に接触させる必要があり、そのために、トーチ本体を一定のスタート位置から被溶接材に向けて多めに降ろすストロークの誤差をコイルばねに吸収させる技術が従来から知られている(たとえば特許文献1)。 Generally, in the TIG welding method, a pencil-shaped tungsten electrode rod whose tip is polished at an acute angle is used as a torch electrode. In the touch start method, it is necessary to make the sharp tip of such a torch electrode come into contact with the material to be welded stably, and for this purpose, the stroke of lowering the torch body from the fixed start position toward the material to be welded is increased. A technique for absorbing an error in a coil spring is conventionally known (for example, Patent Document 1).
この従来技術によれば、スタート位置でのトーチ電極の先端と被溶接材との離間距離(初期離間距離)が一定の範囲たとえば5〜6mmに収まる場合は、トーチ本体をスタート位置から上記範囲を超える一定のストロークたとえば6.2mmだけ降ろすことによって、トーチ電極の先端を被溶接材に確実に接触させることができる。この場合、初期離間距離がたとえば5.5mmであるとすると、トーチ電極は5.5mmだけ下降する一方で、トーチ本体はそれよりも0.7mm多く下降し、この超過分(0.7mm)がコイルばねの収縮変形量となる。また、初期離間距離がたとえば5.7mmあるときは、トーチ本体がトーチ電極よりも0.5mm多く下降し、この超過分(0.5mm)がコイルばねの収縮変形量となる。こうしてトーチ電極の先端を被溶接材に安定確実に接触させた状態で通電を開始し、それからトーチ電極の先端を被溶接材から引き離すことで、安定確実にアークを発生させて被溶接材にアーク溶接を施すことができる。 According to this prior art, when the separation distance (initial separation distance) between the tip of the torch electrode at the start position and the material to be welded is within a certain range, for example, 5 to 6 mm, the torch body is moved from the start position to the above range. The tip of the torch electrode can be reliably brought into contact with the material to be welded by lowering by a constant stroke exceeding 6.2 mm, for example. In this case, if the initial separation distance is, for example, 5.5 mm, the torch electrode is lowered by 5.5 mm, while the torch body is lowered by 0.7 mm more than this, and this excess (0.7 mm) is reduced. This is the amount of contraction deformation of the coil spring. When the initial separation distance is, for example, 5.7 mm, the torch body is lowered by 0.5 mm more than the torch electrode, and this excess (0.5 mm) is the amount of contraction deformation of the coil spring. In this way, energization is started with the tip of the torch electrode in contact with the workpiece to be welded stably, and then the tip of the torch electrode is separated from the workpiece to be welded, so that an arc is generated reliably and arced on the workpiece. Welding can be performed.
しかしながら、被溶接材に対するトーチの下降(前進)/上昇(後退)駆動にコイルばねを介在させる従来のTIG溶接装置は、トーチ電極の先端を被溶接材から引き離した時に、つまりトーチを上昇(後退)させた時に、トーチ電極の先端の高さ位置(アーク放電用の離間距離)を一定に制御することができず、このためアークの長さがばらついて、アーク溶接の結果つまり溶接品質がばらつくことが課題となっている。 However, the conventional TIG welding apparatus in which the coil spring is interposed in the descending (advancing) / raising (retracting) drive of the torch with respect to the material to be welded raises (retreats) the torch electrode when the tip of the torch electrode is separated from the material to be welded. ), The height position of the tip of the torch electrode (separation distance for arc discharge) cannot be controlled to be constant, and therefore the arc length varies and the arc welding result, that is, the welding quality varies. This is an issue.
また、タッチスタート方式では、トーチ電極の先端と被溶接材との接触点がアーク発生の起点となるので、原理的には、該接触点を所望の溶接ポイントに合わせればよい。ところが、従来のTIG溶接装置においては、実際には、アークが所望の溶接ポイントから横にずれることや曲がることがあり、溶接ポイントに高い精度を求められる重ね継手の溶接ではこのことも課題になっている。 In the touch start method, the contact point between the tip of the torch electrode and the material to be welded is the starting point of arc generation. In principle, the contact point may be aligned with a desired welding point. However, in the conventional TIG welding apparatus, in reality, the arc may be laterally shifted or bent from a desired welding point, and this is also a problem in lap joint welding where high accuracy is required for the welding point. ing.
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであり、タッチスタート方式において通電を開始した後にトーチ電極の先端を被溶接材から引き離した時の離間距離を設定どおりに制御して、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させるTIG溶接装置を提供する。 The present invention solves the problems of the prior art as described above, and controls the separation distance when the tip of the torch electrode is separated from the workpiece to be welded as set after the start of energization in the touch start method. Provided is a TIG welding apparatus that reduces variations in arc welding and improves welding quality.
また、本発明は、タッチスタート方式において、特に重ね継手の溶接に際して、アークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させて、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させるTIG溶接装置を提供する。 In addition, the present invention provides a TIG welding apparatus that generates an arc stably at a desired welding point in a touch start method, particularly at the time of welding a lap joint, reduces arc welding variations, and improves welding quality. To do.
本発明の第1の観点におけるTIG溶接装置は、棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、前記直進可動部材と前記トーチボディとの間に設けられ、前記トーチボディの軸方向で弾性変形するばね部材と、前記ばね部材に抗して前記直進可動部材と前記トーチボディとを任意の相対的位置関係で一体的に固定する固定部とを有する。 A TIG welding apparatus according to a first aspect of the present invention energizes between a torch body that detachably mounts and holds a rod-like torch electrode, and a tip of the torch electrode and a material to be welded in a touch start method. Or a welding power source for passing an electric current in a closed circuit including the torch electrode and the material to be welded to generate an arc, and a rectilinearly movable member provided so as to be movable in the axial direction in the vicinity of the torch body A drive unit for moving the rectilinear movable member linearly in the axial direction of the torch body, and a spring member provided between the rectilinear movable member and the torch body and elastically deforming in the axial direction of the torch body And a fixing portion that integrally fixes the linearly movable member and the torch body against the spring member in an arbitrary relative positional relationship.
上記の装置構成において、タッチスタート方式のTIG溶接を行うときは、駆動部により直進可動部材を一定のストローク(トーチ電極の先端の初期高さ位置よりも確実に大きいストローク)だけ下降させて、コイルばねをその差分だけ収縮変形させることで、初期高さ位置のばらつきに関係なく、トーチ電極の先端を被溶接材に安定確実に接触させることができる。そして、その接触状態の下で通電を開始し、直後(または直前)に固定部を作動(往動)させることによって、トーチボディをコイルばねに抗してその時の相対的位置関係で直進可動部材に固定することができる。次いで、通電を持続したまま、トーチボディを直進可動部材と一体に所望のストロークつまりアーク放電に最適な離間距離に等しいストロークだけ引き上げることで、トーチ電極の先端を確実に同距離だけ被溶接材Wから引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。 In the above device configuration, when touch start type TIG welding is performed, the drive unit lowers the linearly movable member by a certain stroke (a stroke that is definitely larger than the initial height position of the tip of the torch electrode), and the coil By contracting and deforming the spring by the difference, the tip of the torch electrode can be brought into stable and reliable contact with the material to be welded regardless of variations in the initial height position. Then, energization is started under the contact state, and immediately after (or immediately before) the fixed portion is actuated (forward movement), so that the torch body is opposed to the coil spring and the linearly movable member in the relative positional relationship at that time Can be fixed to. Next, with the energization continued, the torch body is pulled up by a desired stroke, that is, a stroke equal to the optimum separation distance for arc discharge, integrally with the rectilinear movable member, so that the tip of the torch electrode is reliably moved by the same distance. Can be pulled away from. Thereby, it is possible to always control the length and concentration of the arc as set, and it is possible to improve the reproducibility and welding quality of arc welding.
本発明の第2の観点におけるTIG溶接装置は、鉛直の姿勢で棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、前記直進可動部材よりも高い位置でそれと分離可能に連結するように、前記トーチボディに固着または一体形成されている連結部と、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材に接触させている時の前記連結部と前記直進可動部材との間の相対的な位置または距離を測定するセンサとを有し、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から予め設定した距離だけ離すように前記駆動部により前記直進可動部材を上昇させる距離を、直前に前記センサにより測定された前記連結部および前記直進可動部材間の距離と前記設定距離とを足し合わせた値にする。 A TIG welding apparatus according to a second aspect of the present invention includes a torch body that detachably mounts and holds a rod-like torch electrode in a vertical posture, and a tip between the torch electrode and a material to be welded in a touch start method. In order to energize or to generate an arc, a welding power source for supplying current in a closed circuit including the torch electrode and the material to be welded and an axially movable proximity to the torch body are provided. Fixed to the torch body so as to be separably connected to the linearly movable member, a drive unit for moving the linearly movable member linearly in the axial direction of the torch body, and a position higher than the linearly movable member. Alternatively, in order to start energization between the torch electrode and the material to be welded in the touch start method, the front end of the torch electrode is moved forward. A sensor for measuring a relative position or distance between the connecting portion and the linearly movable member when being in contact with the workpiece, and in the touch start method, the torch electrode and the workpiece The distance by which the linearly movable member is raised by the drive unit so as to separate the tip of the torch electrode from the workpiece to be arced in order to generate an arc between the workpieces was measured by the sensor immediately before. The distance between the connecting portion and the rectilinearly movable member is set to a value obtained by adding the set distance.
上記の装置構成において、タッチスタート方式のTIG溶接を行うときは、昇降駆動部により直進可動部材'を一定のストローク(トーチ電極の先端の初期高さ位置よりも確実に大きいストローク)だけ下降させて、直進可動部材をその差分だけトーチボディよりも余分に降下させることにより、初期高さ位置のばらつきに関係なく、トーチ電極の先端を被溶接材に自重で接触させるようにしている。そして、その接触状態の下で通電を開始してから、直進可動部材を一定のストローク(直前にセンサにより測定された直進可動部材および連結部間の離間距離と、アーク放電のためのトーチ電極の先端および被溶接材W間の設定離間距離とを足し合わせた値)だけ上昇させることで、トーチ電極の先端を確実に同距離だけ被溶接材から引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。 In the above apparatus configuration, when performing touch start type TIG welding, the elevating drive unit lowers the linearly movable member 'by a certain stroke (a stroke that is definitely larger than the initial height position of the tip of the torch electrode). The tip of the torch electrode is brought into contact with the material to be welded by its own weight, regardless of variations in the initial height position, by lowering the linearly movable member by an amount higher than the torch body. Then, after energization is started under the contact state, the rectilinear movable member is moved to a certain stroke (a distance between the rectilinear movable member and the connecting portion measured by the sensor immediately before and the torch electrode for arc discharge). The tip end of the torch electrode can be reliably pulled away from the work piece by the same distance by increasing the set distance between the tip and the work piece W to be added). Thereby, it is possible to always control the length and concentration of the arc as set, and it is possible to improve the reproducibility and welding quality of arc welding.
本発明の第3の観点におけるTIG溶接装置は、棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、前記トーチ電極の周囲から被溶接材にシールドガスを噴射するために前記トーチボディの先端部に取り付けられる導体からなる筒状のトーチノズルと、第1の出力端子が前記トーチ電極に接続されるとともに、第2の出力端子が前記トーチノズルに接続され、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源とを有し、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために、前記トーチ電極および前記トーチノズルのそれぞれの先端を前記被溶接材に接触させた状態で前記溶接電源をオンにし、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために、前記溶接電源をオンにしたままで、かつ前記トーチノズルの先端を前記被溶接材に接触させたままで、前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から引き離す。 A TIG welding apparatus according to a third aspect of the present invention includes a torch body that detachably mounts and holds a rod-like torch electrode, and the torch body for injecting a shielding gas from the periphery of the torch electrode onto a workpiece. A cylindrical torch nozzle made of a conductor attached to the tip of the first electrode, and a first output terminal connected to the torch electrode, and a second output terminal connected to the torch nozzle. A touch start method having a welding power source for passing a current in a closed circuit including the torch electrode and the material to be welded in order to energize between the tip and the material to be welded or to generate an arc. In order to start energization between the torch electrode and the workpiece to be welded, the tips of the torch electrode and the torch nozzle are placed on the workpiece. In order to generate an arc between the torch electrode and the material to be welded in the touch start method, the welding power source is turned on while being in contact with the contact material, and the welding power source is turned on. The tip of the torch electrode is pulled away from the material to be welded while the tip of the torch nozzle is in contact with the material to be welded.
上記の装置構成においては、トーチノズルがトーチ電極の周囲で被溶接材にシールドガスを噴射するだけでなく、そのリング状の下端が通電用の接触子として被溶接材に接触するので、通電中はトーチ電極の下端の周りで放射状または逆放射状に電流が流れる。これにより、トーチ電極の下端を被溶接材から引き離した時に、トーチ電極の下端と接触点(溶接ポイント)付近との間で縦方向に流れる電流が被溶接材を横方向に流れる電流の作る磁界によって受ける磁気力は、周回方向において全方位均一で偏りがない。このため、アークが所望の溶接ポイントから横にずれることや曲がるようなことがない。このことによって、重ね継手の溶接に際して、アークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させて、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させることができる。 In the above apparatus configuration, the torch nozzle not only injects the shielding gas around the torch electrode to the welded material, but its ring-shaped lower end contacts the welded material as a contact for energization. A current flows radially or counter-radially around the lower end of the torch electrode. As a result, when the lower end of the torch electrode is separated from the material to be welded, the magnetic field generated by the current flowing in the vertical direction between the lower end of the torch electrode and the vicinity of the contact point (welding point) flows in the lateral direction of the material to be welded. The magnetic force received by is uniform in all directions and is not biased in the circumferential direction. For this reason, the arc does not shift or bend from the desired welding point. As a result, when welding the lap joint, an arc can be stably and reliably generated at a desired welding point, variation in arc welding can be reduced, and welding quality can be improved.
本発明におけるTIG溶接装置の好ましい一態様として、溶接電源は、上記閉回路内で流す電流を、トーチ電極の先端が被溶接材に接触している時は第1の電流値(好ましくは20A)以下に制御し、トーチ電極の先端が前記被溶接材から離れてから第1の電流値よりも大きな第2の電流値(好ましくは30A)以上に制御する。これによって、タッチスタートを繰り返し行うことに因るトーチ電極42の損傷や消耗を少なくし、電極寿命を延ばすことができる。
As a preferable aspect of the TIG welding apparatus according to the present invention, the welding power source uses a first current value (preferably 20 A) when the tip of the torch electrode is in contact with the material to be welded. The following control is performed so that the tip of the torch electrode is controlled to a second current value (preferably 30 A) that is greater than the first current value after the tip of the torch electrode is separated from the workpiece. Thereby, damage and consumption of the
本発明のTIG溶接装置によれば、上記のような構成および作用を有することにより、タッチスタート方式において、通電を開始した後にトーチ電極の先端を被溶接材から引き離した時の離間距離を設定どおりに制御することが可能であり、重ね継手の溶接に際してアークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させることもできる。このことより、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させることができる。 According to the TIG welding apparatus of the present invention, by having the configuration and operation as described above, in the touch start method, the separation distance when the tip of the torch electrode is separated from the material to be welded after starting energization is set as set. The arc can be stably and reliably generated at a desired welding point when the lap joint is welded. As a result, variations in arc welding can be reduced and welding quality can be improved.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
[実施形態1]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
図1に、本発明の第1の実施形態におけるTIG溶接装置の全体構成を示す。このTIG溶接装置は、特に拝み溶接(突き合わせ溶接)に好適に対応できる装置構成となっており、直流式の溶接電源回路、制御回路および各種駆動回路等を内蔵したユニット形態の装置本体10と、この装置本体10からの用力の供給と制御の下で電気部品支持体(たとえばアッセンブリまたは回路基板)S上の被溶接材(母材)Wにタッチスタート方式でTIG溶接を施す溶接ヘッド12と、シールドガスたとえばアルゴンガスの供給源であるガスボンベ14とを有する。
In FIG. 1, the whole structure of the TIG welding apparatus in the 1st Embodiment of this invention is shown. This TIG welding apparatus has an apparatus configuration that can particularly suitably cope with prayer welding (butt welding), and a unit-type apparatus
溶接ヘッド12は、板状のベース16にステージ18とトーチスタンド20を併設し、トーチスタンド20にTIG溶接用のトーチ22を昇降可能に搭載している。より詳しくは、ステージ18は、電気部品支持体Sを水平面内のXY方向で移動させるためのXYステージ24と、電気部品支持体Sを水平面内の方位角方向(θ方向)で移動させるためのθステージ26とを有している。一方、トーチスタンド20に固定されている台28の上にたとえばサーボモータを駆動源とする昇降駆動部(図示せず)を内蔵した昇降タワー30が設けられ、この昇降タワー30に昇降支持軸32、直進可動部材34、コイルバネ35およびばね受け部64を介して棒状のトーチ22が鉛直方向に起立した姿勢で上下移動可能に取り付けられている。
In the
水平方向においてトーチ22の位置は固定されている。装置本体10よりケーブル25を介して送られてくる制御信号の下でXYステージ24およびθステージ26がXY方向の移動動作およびθ方向の移動(回転)動作をそれぞれ行うことにより、ステージ18に載置されている電気部品支持体S上でTIG溶接の対象となる被溶接材Wの溶接ポイントをトーチ22の直下に位置決めすることができる。
The position of the
トーチ22は、装置本体10よりトーチケーブル内蔵のホース36を介してTIG溶接用の電力とシールドガスの供給を受けるようになっており、絶縁体たとえば樹脂からなる円筒状のトーチボディ38とこのトーチボディ38の先端(下端)部に取り付けられる円筒状または円錐状のトーチノズル40とを有し、トーチボディ38およびトーチノズル40の中にペンシル形のトーチ電極(タングステン電極棒)42を着脱自在に装着し、トーチノズル40の下端よりわずかに(通常2〜3mm)トーチ電極42の先端42aを突出させている。トーチ22の構成については、後に詳しく説明する。
The
装置本体10は、ユニット正面に表示器44、操作ボタン46および電源スイッチ48等をタッチパネル形式で配設し、ユニット側面または背面に外部接続端子またはコネクタ類50を配設している。ガスボンベ14よりホース15に送出されるシールドガスは、装置本体10を経由してトーチ22に供給されるようになっている。
The apparatus
図2に、この実施形態における被溶接材(母材)Wの一例を示す。この被溶接材Wは、たとえば銅または銅合金からなる2つの棒状または板状の端子部材W1,W2を電気部品支持体S(図1)上で水平方向に延びている絶縁体(たとえば樹脂製)の電極支持体52の貫通孔52aに通し、両端子部材W1,W2のそれぞれの上端面(頂面)を略面一に揃えてそれぞれの上端部を一体に合わせたものである。この一体に合わさった端子部材W1,W2の上端部が、溶接継手WJを形成する。各端子部材W1,W2の他端(図示せず)は、電気部品支持体S上に搭載されている電気部品(図示せず)に通じている。
In FIG. 2, an example of the to-be-welded material (base material) W in this embodiment is shown. This workpiece W is made of an insulator (for example, two rod-like or plate-like terminal members W 1 and W 2 made of copper or a copper alloy and extending horizontally on an electric component support S (FIG. 1) (for example, A resin-made
溶接継手WJを避けて、端子部材W1,W2には、アース電極を構成する一対の接触子(コンタクト)C1,C2が左右両側から着脱可能に接続される。これらの接触子C1,C2は、アースケーブル54を介して装置本体10内の溶接電源回路に接続されている。
Avoiding the welded joint WJ, a pair of contacts (contacts) C 1 and C 2 constituting the ground electrode are detachably connected to the terminal members W 1 and W 2 from the left and right sides. These contacts C 1 and C 2 are connected to a welding power source circuit in the apparatus
図3に、この実施形態においてトーチ22を上下方向で移動させる昇降機構の要部の構成を示す。この昇降機構において、昇降支持軸32は、水平に延びていて、その基端部が昇降タワー30(図1)内で上記昇降駆動部に結合され、その先端部が直進可動部材34に結合されている。直進可動部材34は、樹脂または金属等の剛性部材からなる板体、ブロックまたは筺体として構成されている。直進可動部材34の中心部には、トーチ22のトーチボディ38をその軸方向で移動可能に通す貫通孔56が形成されている。そして、貫通孔56の内壁面には、軸対象に一対(または複数対)のソレノイド58,60が埋め込まれている。
In FIG. 3, the structure of the principal part of the raising / lowering mechanism which moves the
これらのソレノイド58,60は、たとえばプッシュ形のプランジャソレノイドであり、それぞれの可動鉄心58a,60aの先端を対向させて貫通孔56に臨ませ、協働して固定部を構成する。装置本体10(図1)内のソレノイド駆動回路(図示せず)よりケーブル61,62を介して励磁電流を供給されると、プランジャソレノイド58,60の可動鉄心58a,60aが前進移動または往動してそれぞれの先端をトーチボディ38の側面に左右両側から押し付け(つまりトーチボディ38を挟み付け)、コイルばね35に抗してトーチボディ38を直進可動部材34に任意の高さ位置で、つまりトーチボディ38と直進可動部材34間の任意の相対的位置関係(または距離関係)で固定するようになっている。
These
コイルばね35は、トーチボディ38と同軸でそれよりも大きな内径を有し、直進可動部材34とそれよりも低い位置でトーチボディ38に固着または一体形成されている鍔状またはフランジ状のバネ受け部64との間に設けられ、トーチボディ38の軸方向で弾性変形するようになっている。コイルばね35の上端は直進可動部材34の下面に固定または結合され、下端はバネ受け部64の上面に固定または結合されている。
The
トーチ電極42の先端42aが空中に浮いている時は、トーチ22の重力がコイルばね35に加わる。この時、コイルばね35は、フックの法則により、トーチ22の重力をそのばね定数で除した値だけ自然長より伸びている。しかし、後述するように、タッチスタート方式においてトーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに接触する時は、昇降駆動部の下降駆動力が昇降支持軸32および直進可動部材34を介してコイルばね35に加わり、コイルばね35は直進可動部材34からの押圧力をそのばね定数で除した値だけ収縮変形する。
When the
コイルばね35の長さは、直進可動部材34とバネ受け部64との間の距離間隔と同一または一体の関係にある。すなわち、外力によりコイルばね35の長さがたとえばLx(図示せず)だけ変化すると、直進可動部材34とバネ受け部64との間の距離間隔もLxだけ変化する。逆に、外力により直進可動部材34とバネ受け部64との間の距離間隔がLxだけ変化すると、コイルばね35の長さもLxだけ変化する。そして、直進可動部材34とバネ受け部64との間の距離間隔か、またはコイルばね35の長さのいずれかが一定値に固定されると、他方も一定値に固定されるようになっている。
The length of the
また、固定部のプランジャソレノイド58,60が往動してトーチボディ38を挟み付けている時は、その挟着力ないし静止摩擦力がトーチ22の重力とコイルばね35の抗力(弾性復帰力)とが足し合わさった力よりも勝るようになっている。したがって、トーチ電極42の先端42aが空中に浮いていても、直進可動部材34とバネ受け部64との距離間隔およびコイルばね35の長さがそれぞれ一定値に保たれたまま、トーチボディ38は直進可動部材34と一体に上下移動するようになっている。
In addition, when the
図4に、トーチ22の要部(下端部)の構成を示す。トーチボディ38内には、タングステンまたはタングステン合金からなるペンシル形のトーチ電極42を中心部つまりトーチ22の軸心で保持するためのすり割り付きのコレット66が設けられている。このコレット66は、コレットボディ68に内挿されている。コレット66は、コレットボディ68の反対側の端部に設けられた締め付けネジ(図示せず)を締めることによって、すり割り部がコレットボディ68内部のテーパ部に押し付けられる。これにより、すり割り部が口径を狭める方向に変形してトーチ電極42を狭着(保持)するようになっている。また、コレットボディ68の外周面にはねじ山(雄ねじ)68aが形成されている。このねじ山68aは、トーチノズル40の内周面に形成されているねじ山(雌ねじ)40aと螺合する。
In FIG. 4, the structure of the principal part (lower end part) of the
コレット66とコレットボディ68との間には、ホース36よりトーチボディ38の上部に導入されたシールドガスSGを下方に導く円筒状のガス通路70が形成されている。そして、コレットボディ68の下端部には周回方向に所定の間隔を置いて複数の通孔68bが形成されている。ガス通路70を下ってきたシールドガスSGは、通孔68bを通ってトーチ電極42とトーチノズル40との間の空間またはノズル室72に出て、このノズル室72の下端の出口つまり噴出口74から外に噴出するようになっている。トーチノズル40は、たとえばセラミック(たとえばアルミナ)からなり、その内周面に失火防止用の薄板状または箔状の導体76を貼付している。
A
次に、図5A、図5Bおよび図6を参照して、この実施形態におけるTIG溶接装置の動作を説明する。なお、図6において、トーチ電極先端42aの高さ位置の「0」は、被溶接材W(W1,W2)の上面の高さ位置に対応している。
Next, with reference to FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 6, operation | movement of the TIG welding apparatus in this embodiment is demonstrated. In FIG. 6, “0” at the height position of the
先ず、溶接対象の被溶接材Wを搭載している電気部品支持体Sがステージ18上に載置されている状態で、XYステージ24およびθステージ26が上記のように装置本体10内の制御部の制御の下で水平面内の位置合わせを行う。この位置合わせ動作により、被溶接材Wの溶接継手WJまたは溶接ポイントがトーチ電極42の真下に位置するようになる。通常は、電気部品支持体S上で溶接対象となっている全ての溶接継手WJにXY座標が割り当てられるので、オープンループ制御の位置合わせ動作を行ってよい。しかし、モニタカメラ等を用いてフィードバック制御の位置合わせ動作を行うことも可能である。
First, in the state where the electric component support S on which the workpiece W to be welded is mounted is placed on the stage 18, the
上記のような水平面内の位置合わせとは別に、高さ方向においても装置本体10内の制御部の制御の下で昇降タワー30によりトーチ22のスタート位置が調整される。このスタート位置の高さ調整により、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置(被溶接材Wからの初期離間距離)Hcは、ある一定の範囲[Ha〜Hb]内に収められる。
Apart from the alignment in the horizontal plane as described above, the start position of the
すなわち、トーチボディ38におけるトーチ電極42の装着具合、トーチ電極42の先端42aの摩耗具合、トーチ22の重量の変動、コイルばね35の経時変化といった種種の要因により、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcを毎回同一の値に制御することは殆ど不可能なほど困難であり、ある程度の誤差は避けられない。そこで、このTIG溶接装置では、初期高さ位置Hcを一定の範囲[Ha〜Hb]内で許容する。そして、タッチスタートにおいて、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wに接触させる時は、初期高さ位置Hcよりも確実に大きい一定のストロークHM(Hb<HM)だけトーチ22を下ろし、コイルばね35を弾性変形させることで、初期高さ位置Hcの誤差を吸収または補償するようにしている。
That is, the initial state of the
なお、同一種類の複数の被溶接材Wに対して同一条件のアーク溶接を続けて行う場合は、アーク溶接の終了後にトーチ22を前回と同じスタート位置に戻すことによって、次回のアーク溶接のための初期高さ位置調整を省くこともできる。
In addition, when performing arc welding of the same conditions with respect to a plurality of workpieces W of the same type, for the next arc welding, the
上記のような位置合わせないし初期高さ位置調整が済むと(図5Aの(a))、装置本体10内の制御部の制御の下で、昇降タワー30の昇降駆動部が作動して、直進可動部材34をスタート位置から上記ストロークHMだけ垂直に下ろす(t=t0〜t2)。
When the above-described alignment or initial height position adjustment is completed ((a) in FIG. 5A), the elevating drive unit of the elevating
こうしてトーチ22が下降し、その途中でシールドガスSGの供給が開始される(t=t1)。そして、トーチ22がトーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcに等しい距離だけ下降すると(t=t2)、トーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに当接し、トーチボディ38の下降移動はここで止まる(図5Aの(b))。しかし、昇降駆動部の下降駆動はさらに続いて、直進可動部材34はコイルばね35を収縮変形させながらさらに下降する。そして、直進可動部材34の下降移動量が設定値HMに達すると(t=t3)、昇降駆動部の下降駆動が停止し、直進可動部材34の下降移動も止まる。
In this way, the
このように、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcと直進可動部材34の下降ストロークHMとの差δH(δH=HM−Hc)が、コイルばね35の収縮変形によって補償される。このため、トーチ電極42の先端42aは、その初期高さ位置Hcにばらつきがあっても、安定確実に被溶接材Wに当接することができる。
Thus, the difference between the initial height H c of the
こうしてトーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに加圧接触している状態の下で、装置本体10内で溶接電源回路EDCのスイッチSWがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換えられる(t=t4)。そうすると、溶接電源回路EDCより直流電圧がトーチ電極42と被溶接材Wとの間に印加される。これにより、溶接電源回路EDC→ホース36内のトーチケーブル37→トーチ電極42→溶接継手WJ→端子部材W1,W2→接触子C1,C2→アースケーブル54→オン状態のスイッチSW→溶接電源回路EDCの経路(閉回路)で、通電開始の直流電流つまりスタート電流i1が流れる(図5Aの(c))。なお、溶接電源回路EDCは、その正極の出力端子がアースケーブル54および接触子C1,C2を介して被溶接材(W1,W2)に接続され、負極の出力端子がトーチケーブル37を介してトーチ電極42に接続されている。
Thus the
この時、トーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに接触しているので、電流i1の大きさに関係なくアークはまだ発生しない。しかし、この実施形態では、溶接電源回路EDCの出力電圧を制御することにより、スタート電流i1の電流値を一定範囲に制御する。すなわち、トーチ電極42の寿命を延ばすには、そのままトーチ電極42の先端42aを被溶接材Wから引き離した時に被溶接材Wを溶かさない程度の弱い放電しか起こさない小さな電流値(通常20A以下)が好ましい。一方で、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wから引き離してアーク溶接にふさわしい高熱のアーク放電を安定確実に発生させるには、この段階(接触状態)の通電において被溶接材Wの溶接継手WJに相当のジュール熱を発生させておく必要がある。この実施形態では、これら両面の観点から、スタート電流i1の電流値を10〜20Aの範囲に制御する。
At this time, since the
こうしてトーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに加圧接触している状態の下で通電を開始した後に、装置本体10より直進可動部材34のプランジャソレノイド58,60に励磁電流が供給される(t=t5)。そうすると、両プランジャソレノイド58,60が作動(往動)し、トーチボディ38を挟み付けて直進可動部材34に固定する。このような両者(34,38)の固定または一体化により、直進可動部材34とばね受け部64との距離間隔はコイルばね35に抗してその時の値LSに固定され(図5Bの(d))、コイルばね35の長さもその時の値に固定される。
Thus, after energization is started in a state where the
こうして、スタート電流i1を流したまま、かつトーチボディ38を直進可動部材34に固定したまま、昇降タワー30内の昇降駆動部が上昇駆動を開始し(t=t6)、昇降支持軸32および直進可動部材34をアーク放電用の設定離間距離HS(たとえば1mm)に等しいストロークだけ上方に移動させる。すると、トーチボディ38も直進可動部材34と一体に同じストロークだけ上方に移動する結果、トーチ電極42の先端42aは被溶接材Wから設定離間距離HSだけ引き離され、その高さ位置で静止する(t=t7)。
In this way, with the start current i 1 flowing and the
そして、このトーチ電極42の引き離しと同時に(t=t6〜)、または引き離しが完了した後に(t=t8)、溶接電源回路EDCの出力電圧が上昇して、上記閉回路内で流れる電流をそれまでのスタート電流i1よりも一段と大きいアーク放電用の正規の直流電流または主電流i2に切り換える。この主電流i2の電流値は、溶接継手WJを溶かすのに十分な高熱のアークを発生させる値(通常30A以上)に選ばれる。 Then, simultaneously with the separation of the torch electrode 42 (t = t 6- ) or after the separation is completed (t = t 8 ), the output voltage of the welding power source circuit E DC increases and flows in the closed circuit. The current is switched to a normal direct current or main current i 2 for arc discharge that is much larger than the start current i 1 so far. The current value of the main current i 2 is selected to a value (usually 30 A or more) that generates a high-heat arc sufficient to melt the weld joint WJ.
こうして、主電流i2が流れている間は、トーチ電極42(特に先端42a付近)と溶接継手WJとの間でアークACが持続し、溶接継手WJはアークACの熱によって溶融する(図5Bの(e))。なお、主電流i2の電流値を始終一定値に保ってもよいが、溶接継手WJの溶融を促進するために、途中で主電流i2の電流値をさらにステップ的または漸次的に増大させるような電流波形制御(あるいは逆にダウンスロープの電流波形制御)を用いることも可能である。
Thus, while the main current i 2 flows, the arc AC is maintained between the torch electrode 42 (particularly near the
そして、通電開始から所定の時間(通常2〜3sec)が経過すると、装置本体10内でスイッチSWがオフ状態に切り換えられる(t=t9)。スイッチSWがオフして主電流i2が切られると、その瞬間にアークは消滅する。直後にシールドガスSGの供給も止められる(t=t10)。アークが消滅すると、溶接継手WJの溶融部分が大気中の自然冷却によって直ぐに凝固する。こうして、端子部材W1,W2は溶接継手WJにて一体またはひと固まりに溶接接合される(図5Bの(f))。 Then, when a predetermined time (usually 2 to 3 seconds) elapses from the start of energization, the switch SW is switched to the OFF state in the apparatus main body 10 (t = t 9 ). When the switch SW is turned off and the main current i 2 is turned off, the arc disappears at that moment. Immediately after that, the supply of the shielding gas SG is also stopped (t = t 10 ). When the arc disappears, the molten portion of the weld joint WJ is immediately solidified by natural cooling in the atmosphere. Thus, the terminal members W 1 and W 2 are welded and joined together by the welded joint WJ as a single body or in one piece ((f) in FIG. 5B).
溶接ヘッド12においては、アークが消滅した直後(t=t11)、昇降駆動部の上昇駆動により、直進可動部材34がスタンバイ用の高さ位置または次回のスタート位置まで上昇する。この時、トーチボディ38も直進可動部材34と同じ距離だけ上昇し、トーチ電極42の先端42aは初期高さ位置Hcよりも幾らか高い位置HGまで移動する。この直後、プランジャソレノイド58,60の励磁電流が切られる(t=t12)。すると、両プランジャソレノイド58,60が復動して、トーチボディ38から離れる。これにより、トーチボディ38は、直進可動部材34に一体に固定されていた拘束状態から開放され、コイルばね35の弾性復元力(伸長)により幾らか下降する。こうして、トーチ電極42の先端42aが一定範囲内の誤差を伴って初期高さ位置Hcにセットされる(t=t13)。
In the
上述したように、この実施形態におけるTIG溶接装置は、昇降タワー30の昇降駆動部に結合されている直進可動部材34とトーチ電極42を保持するトーチボディ38との間に、トーチボディ38の軸方向で伸縮変形可能なコイルばね35を設けている。タッチスタート方式のTIG溶接を行うときは、昇降駆動部により直進可動部材34を一定のストローク(トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcよりも確実に大きいストローク)HMだけ下降させて、コイルばね35をその差分δH(δH=HM−Hc)だけ収縮変形させることにより、初期高さ位置Hcのばらつきに関係なく、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wに安定確実に加圧接触させるようにしている。
As described above, in the TIG welding apparatus in this embodiment, the shaft of the
そして、その加圧接触状態の下で通電を開始し、直後(または直前)に固定部のプランジャソレノイド58,60を作動(往動)させることによって、トーチボディ38をコイルばね35に抗してその時の相対的位置関係で直進可動部材34に固定する。次いで、通電を持続したまま、トーチボディ38を直進可動部材34と一体に所望のストロークつまりアーク放電に最適な離間距離HSに等しいストロークだけ引き上げることで、トーチ電極42の先端42aを確実に同距離HSだけ被溶接材Wから引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。
Then, energization is started under the pressure contact state, and immediately after (or immediately before) the
さらに、この実施形態では、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wに接触させている時に流すスタート電流i1を小さめの電流値(10〜20A)に制御し、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wから引き離してから流す主電流i2をアーク溶接に適した比較的大きめの電流値(30A以上)に制御するので、タッチスタートを繰り返し行うことに因るトーチ電極42の損傷や消耗を少なくし、電極寿命を延ばすことができる。
Furthermore, in this embodiment, the start current i 1 that flows when the
なお、この実施形態におけるトーチ昇降機構は、トーチ22を上述したように鉛直方向で移動させる場合はもちろん、斜め方向または横方向で移動させる場合にも使える。
[実施形態2]
Note that the torch lifting mechanism in this embodiment can be used not only when the
[Embodiment 2]
次に、図7Aおよび図7Bを参照して、本発明の第2の実施形態におけるTIG溶接装置について説明する。この第2の実施形態において、上述した第1の実施形態と異なるのは、主にトーチ22を上下方向で移動させる昇降機構の構成および作用である。そのほかは、上述した第1の実施形態と大体同じである。
Next, with reference to FIG. 7A and FIG. 7B, the TIG welding apparatus in the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In the second embodiment, what is different from the first embodiment described above is the configuration and operation of an elevating mechanism that mainly moves the
この実施形態における直進可動部材34'は、上記第1の実施形態と同様にトーチボディ38を鉛直方向で移動可動に通す貫通孔56を有しているが、ソレノイド(58,60)を備えていない。
The linearly movable member 34 'in this embodiment has a through
一方、トーチボディ38には、直進可動部材34'よりも高い位置でそれと分離可能に連結する鍔状またはフランジ状の連結部80が固着または一体形成されている。トーチボディ38は、トーチ電極42の先端42aが空中に浮いている限り、連結部80を介して直進可動部材34'の上に乗り掛かり、直進可動部材34'と一体に上下移動する。しかし、トーチ電極42の先端42aが物体(特に被溶接材W)に載っている時は、直進可動部材34'が下降してもトーチボディ38はそれに追従せずに該物体の上で不動の姿勢を保つことができる。この時、直進可動部材34'は連結部80から下方に離れることができる。
On the other hand, a hook-like or flange-like connecting
さらに、この実施形態では、連結部80と直進可動部材34'との間の相対的な位置または距離を測定するためのセンサ82が備わっている。図示のセンサ82は、垂直リニアスケールからなり、連結部80の側面に取り付けられている鉛直方向に延びる目盛部84と、この目盛部84を直進可動部材34'の高さ位置に応じたレベルで光学的に読み取るように昇降支持軸32に取り付けられている目盛読取部86とを有している。目盛読取部86は、反射式の光学センサからなり、電気ケーブル(図示せず)を介して装置本体10内の制御回路に電気的に接続されている。
Further, in this embodiment, a
この実施形態においても、アーク溶接を開始する前に、XYステージ24およびθステージ26(図1)により水平面内の位置合わせが行われ、被溶接材W(W1,W2)の溶接継手WJまたは溶接ポイントがトーチ電極42の真下に位置決めされる。また、高さ方向においては昇降タワー30(図1)によりトーチ22のスタート位置が調整され、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置(被溶接材Wからの初期離間距離)Hcが一定の範囲[Ha〜Hb]内に収められる。この時、直進可動部材34'は、その上面を連結部80の下面に付けた状態でトーチボディ38を坦持している(図7Aの(a))。
Also in this embodiment, before starting arc welding, alignment in the horizontal plane is performed by the
そして、アーク溶接を実行する時は、始めにタッチスタートを行うために、昇降タワー30の昇降駆動部が作動して、初期高さ位置Hcよりも確実に大きい一定のストロークHM(Hb<HM)だけ直進可動部材34'を下ろす。これによって、トーチ22が下降し、その途中でシールドガスSGの供給が開始される。そして、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcに等しい距離だけトーチ22が下降すると、トーチ電極42の先端42aが被溶接材W(W1,W2)に当接し、トーチボディ38の下降はここで止まる。しかし、昇降駆動部の下降駆動はさらに続き、直進可動部材34'が連結部80から分離してさらに下降する。そして、直進可動部材34'の下降移動量が設定値HMに達した時に、昇降駆動部の下降駆動が停止し、直進可動部材34'の下降も止まる。装置本体10内の制御部は、センサ82を通じて、下降終了後の直進可動部材34'と連結部80との離間距離DEを測定することができる。この離間距離DEは、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcと下降ストロークの設定値HMとの差δH(δH=HM−Hc)に等しい。
Then, when performing arc welding, in order to perform a touch-start at the beginning, operated lift drive unit of the
こうして、トーチボディ38が直進可動部材34'から独立(分離)して被溶接材W上で起立するようになる(図7Aの(b))。この時、被溶接材Wにはトーチ22の自重が加わる。
Thus, the
このように、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcと直進可動部材34の下降ストロークHMとの差δH(δH=HM−Hc)が、直進可動部材34'のトーチボディ38からの離間下降によって補償される。このため、トーチ電極42の先端42aは、その初期高さ位置Hcにばらつきがあっても、安定確実に被溶接材Wに当接することになる。
Thus, the difference between the initial height H c of the
こうしてトーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに接触している状態の下で、上述した第1の実施形態と同様に、装置本体10内で溶接電源回路EDCのスイッチSWがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換えられ、トーチ電極42および溶接継手WJを含む閉回路内で通電開始の直流電流つまりスタート電流i1が流れる。この場合も、スタート電流i1の電流値は10〜20Aの範囲に制御される。
Thus under the condition in which the
そして、スタート電流i1を流したまま、装置本体10内の制御部の制御の下で、昇降タワー30内の昇降駆動部が上昇駆動を開始し、昇降支持軸32および直進可動部材34'を所定のストロークHFだけ上方に移動させる。ここで、このストロークHFは、直前にセンサ82により測定された直進可動部材34'および連結部80間の離間距離DEと、アーク放電のためのトーチ電極42の先端42aおよび被溶接材W間の設定離間距離HSとを足し合わせた距離に等しい。すなわち、HF=DE+HSである。直進可動部材34'は、上記離間距離DEだけ上昇したところで連結部80に下から当接し、その後はトーチボディ38を担いだまま設定離間距離HSに等しい距離だけ上昇して止まる。
Then, with the start current i 1 flowing, under the control of the control unit in the apparatus
こうして、スタート電流i1を流したままトーチ電極42の先端42aを被溶接材Wから設定距離HSだけ引き離した後に(または引き離しながら)、上述した第1の実施形態と同様に、溶接電源回路EDCの出力電圧が上昇して、上記閉回路内で流れる電流をそれまでのスタート電流i1よりも一段と大きい主電流i2に切り換える。この場合も、主電流i2は、溶接継手WJを溶かすのに十分な高熱のアークを発生させる電流値(通常30A以上)に制御される。
In this manner, after the
こうして、主電流i2が流れている間は、トーチ電極42(特に先端42a付近)と溶接継手WJとの間でアークACが持続し、溶接継手WJはアークACの熱によって溶融する(図7Bの(c))。
Thus, while the main current i 2 flows, the arc AC is maintained between the torch electrode 42 (particularly near the
そして、通電開始から所定の時間が経過すると、装置本体10内でスイッチSWがオフ状態に切り換えられ、アークが消滅する。直後にシールドガスSGの供給も止められる。アークが消滅すると、溶接継手WJの溶融部分が大気中の自然冷却によって直ぐに凝固する。こうして、端子部材W1,W2は溶接継手WJにて一体またはひと固まりに溶接接合される(図7Bの(d))。
Then, when a predetermined time has elapsed from the start of energization, the switch SW is switched to the OFF state in the
溶接ヘッド12においては、アークが消滅した直後に、昇降駆動部の上昇駆動により、直進可動部材34'がスタンバイ用の高さ位置または次回のスタート位置まで上昇する。トーチボディ38は直進可動部材34と同じ距離だけ上昇し、トーチ電極42の先端42aが一定範囲内の誤差を伴って初期高さ位置Hcにセットされる。
In the
上述したように、この実施形態におけるTIG溶接装置は、トーチ電極42を保持するトーチボディ38を昇降駆動部に結合されている直進可動部材34'の貫通孔56にトーチボディ38の軸方向(鉛直方向)で移動可能に通し、直進可動部材34'よりも高い位置でそれと分離可能に連結する連結部80をトーチボディ38に固着または一体形成している。また、タッチスタート方式においてトーチ電極42と被溶接材Wとの間で通電を開始するためにトーチ電極42の先端42aを被溶接材Wに接触させているときの連結部80と直進可動部材34'との間の相対的な位置または距離DEを測定するセンサ82を備えている。
As described above, in the TIG welding apparatus in this embodiment, the
タッチスタート方式のTIG溶接を行うときは、昇降駆動部により直進可動部材34'を一定のストローク(トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcよりも確実に大きいストローク)HMだけ下降させて、直進可動部材34'をその差分δH(δH=HM−Hc)だけトーチボディ38よりも余分に降下させることにより、初期高さ位置Hcのばらつきに関係なく、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wに自重で接触させるようにしている。
When performing TIG welding touch start method, is lowered by (certainly larger stroke than the initial height H c of the
そして、その接触状態の下で通電を開始してから、直進可動部材34'を一定のストローク(直前にセンサ82により測定された直進可動部材34'および連結部80間の離間距離DEと、アーク放電のためのトーチ電極42の先端42aおよび被溶接材W間の設定離間距離HSとを足し合わせた距離)HFだけ上昇させることで、トーチ電極42の先端42aを確実に設定離間距離HSだけ被溶接材Wから引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。
Then, from the start of energization under the contact state, a distance D E between and connecting portion 80 'linearly
さらに、この実施形態でも、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wに接触させて通電を開始する時に流すスタート電流i1を小さめの電流値(10〜20A)に制御し、トーチ電極42の先端42aを被溶接材Wから引き離してから流す主電流i2をアーク溶接に適した比較的大きめの電流値(30A以上)に制御するので、タッチスタートを繰り返し行うことに因るトーチ電極42の損傷や消耗を少なくし、電極寿命を延ばすことができる。
Furthermore, also in this embodiment, the start current i 1 that flows when the
なお、この実施形態におけるトーチ昇降機構は、トーチ22の自重を利用して被溶接材Wに接触させるので、トーチ22を鉛直方向で移動させる場合でしか使えない。
[実施形態3]
In addition, since the torch raising / lowering mechanism in this embodiment is made to contact the to-be-welded material W using the dead weight of the
[Embodiment 3]
次に、図8A〜図9を参照して、本発明の第3の実施形態におけるTIG溶接装置について説明する。この第3の実施形態において、上述した第1の実施形態と異なるのは、被溶接材W(W1,W2)が重ね合わせの継手形態を有することと、溶接ヘッド(特にトーチノズルおよびその回り)の構成および作用である。そのほかは、上述した第1の実施形態と大体同じである。 Next, with reference to FIG. 8A-FIG. 9, the TIG welding apparatus in the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. The third embodiment differs from the first embodiment described above in that the material to be welded W (W1, W2) has a superposed joint form and the welding head (especially the torch nozzle and its surroundings). Configuration and action. The rest is almost the same as the first embodiment described above.
この実施形態では、図8Aに示すように、トーチボディ38の先端部に、導体たとえば銅からなる円筒状または円錐状のトーチノズル88をトーチボディ38の軸方向で移動可動に取り付けている。より詳しくは、トーチノズル88は、その上端部ないし中間部にてトーチボディ38の下端部に軸方向で摺動可能に嵌まっている。一方、トーチボディ38にはトーチノズル88より高い位置に鍔状またはフランジ状の上部ノズルばね受け部90が固着または一体形成されている。トーチノズル88の上端部には円筒状のノズル支持部材92の下端が結合されている。このノズル支持部材92の上端に下部ノズルばね受け部94が固定または一体形成合され、この下部ノズルばね受け部94と上部ノズルばね受け部90との間に第2コイルばね96がトーチボディ38と同軸に設けられている。第2コイルばね96の上端は上部ノズルばね受け部90に固定され、下端は下部ノズルばね受け部94に固定されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 8A, a cylindrical or
トーチノズル88の外周面には端子98が取り付けられている。この端子98は、アースケーブル54を介して装置本体10内の溶接電源回路EDCの正極出力端子に接続されている。トーチボディ38内では、トーチボディ38の円筒下端部38aの内壁に雌ネジ38bが形成され、この雌ネジ38bにコレットボディ68の雄ネジ68aが螺合している。図8Aに示すように、トーチ22がスタート位置で待機している時は、トーチ電極42の先端42aがトーチノズル88の先端よりも所定値HRだけ内奥(上方)に位置している。この高低差HRは、アーク放電用の離間距離HSよりも大きな値に設定される。
A terminal 98 is attached to the outer peripheral surface of the
この実施形態においても、アーク溶接を開始する前に、XYステージ24およびθステージ26(図1)により水平面内の位置合わせが行われ、被溶接材W(W1,W2)の溶接継手WJまたは溶接ポイントがトーチ電極42の真下に位置決めされる。また、スタート位置の高さ調整により、トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置(被溶接材Wからの初期離間距離)Hcが一定の範囲[Ha〜Hb]内に収められる。
Also in this embodiment, before starting arc welding, alignment in the horizontal plane is performed by the
そして、アーク溶接を実行する時は、装置本体10内の制御部の制御の下で、昇降タワー30の昇降駆動部が上述した第1の実施形態と同じ下降駆動を行い、直進可動部材34を一定のストローク(トーチ電極42の先端42aの初期高さ位置Hcよりも確実に大きいストローク)HMだけ下降させる。そうすると、第1の実施形態と同様に、トーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに着いた後も直進可動部材34が第1コイルばね35を収縮変形させながらさらにδH(δH=HM−Hc)だけ下降する。これにより、初期高さ位置Hcのばらつきに関係なく、トーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに安定確実に加圧接触する。
And when performing arc welding, under the control of the control part in the apparatus
ただし、この実施形態では、直進可動部材34が上記一定ストロークHMの下降移動を行う時は、トーチ電極42の先端42aよりも先にトーチノズル88の先端が被溶接材Wに当接し、この時から直進可動部材34の下降が止まる時まで第2コイルばね96が収縮変形する。この間に、トーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに当接し、直進可動部材34は第1コイルばね35を収縮変形させながらさらに下降する。そして、直進可動部材34の下降ストロークが設定値HMに達した時に、昇降駆動部の下降駆動が停止し、直進可動部材34の下降も止まる。
However, in this embodiment, when the straight
こうして、トーチ電極42の先端42aが被溶接材Wに接触している状態の下で、上述した第1の実施形態と同様に、装置本体10内で溶接電源回路EDCのスイッチSWがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換えられ、溶接電源回路EDC→ホース36内のトーチケーブル37→トーチ電極42→溶接継手WJ→トーチノズル88→端子98→アースケーブル54→オン状態のスイッチSW→溶接電源回路EDCの経路(閉回路)で通電開始の直流電流つまりスタート電流i1が流れる(図8B)。この場合も、スタート電流i1の電流値は10〜20Aの範囲に制御される。そして、通電開始後に、直進可動部材34のプランジャソレノイド58,60が作動(往動)して、トーチボディ38を直進可動部材34に固定する。
Thus, under a state in which the
こうして、スタート電流i1を流したまま、かつトーチボディ38を直進可動部材34に固定したまま、昇降タワー30内の昇降駆動部が上昇駆動を開始し、昇降支持軸32および直進可動部材34をアーク放電用の設定離間距離HSに等しいストロークだけ上方に移動させる。そうすると、トーチボディ38も直進可動部材34と一体に同じストロークだけ上方に移動する結果、トーチ電極42の先端42aは被溶接材Wから設定離間距離HSだけ引き離される。
Thus, with the start current i 1 flowing and the
この時、トーチボディ38の上昇ストローク(HS)は、トーチ電極42の先端42aとトーチノズル88の先端との間の初期高低差HRを超えない。このため、第2コイルばね96はまだ収縮状態にあり、したがってトーチノズル88の先端はまだ被溶接材Wに接触している。
At this time, increase the stroke of the torch body 38 (H S) does not exceed the initial height difference H R between the tip of the
こうしてトーチ電極42の先端を被溶接材Wから引き離した後(または引き離しながら)、第1の実施形態と同様に、溶接電源回路EDCの出力電圧が上昇して、上記閉回路内で流れる電流をそれまでのスタート電流i1よりも一段と大きいアーク放電用の正規の直流電流または主電流i2に切り換える。この場合も、主電流i2は、溶接継手WJを溶かすのに十分な高熱のアークを発生させる電流値(通常30A以上)に選ばれる。
Thus after detachment of the tip of the
こうして、主電流i2が流れている間は、トーチ電極42(特に先端42a付近)と溶接継手WJとの間でアークACが持続し、溶接継手WJはアークACの熱によって溶融する(図8C)。
Thus, while the main current i 2 is flowing, the arc AC continues between the torch electrode 42 (particularly near the
この実施形態では、トーチノズル88がトーチ電極42の周囲で被溶接材Wの溶接継手WJにシールドガスを噴射するだけでなく、そのリング状の下端が通電用の接触子として溶接継手WJに接触するので、通電中はトーチ電極42の下端42aの周りで放射状(または逆放射状)に電流i(i1,i2)が流れる。これにより、トーチ電極42の下端42aを溶接継手WJから引き離した時に、トーチ電極42の下端42aと接触点(溶接ポイント)付近との間で縦方向に流れる電流に対して、溶接継手WJを横方向に流れる電流の作る磁界が与える磁気力は、周回(θ)方向において全方位均一で偏りがない。このため、アークACが所望の溶接ポイントから横にずれることや曲がるようなことがない。このことによって、重ね継手の溶接に際して、アークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させて、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させることができる。
In this embodiment, the
そして、通電開始から所定の時間が経過すると、装置本体10内でスイッチSWがオフ状態に切り換えられ、アークが消滅する。直後にシールドガスSGの供給も止められる。アークが消滅すると、溶接継手WJの溶融部分が大気中の自然冷却によって直ぐに凝固する。こうして、端子部材W1,W2は溶接継手WJにて一体またはひと固まりに溶接接合される。
溶接ヘッド12においては、第1の実施形態と同様に、アークが消滅した直後に、昇降駆動部の上昇駆動により、直進可動部材34がスタンバイ用の高さ位置または次回のスタート位置まで上昇する。その際、直進可動部材34の上昇移動中に、トーチノズル88の先端が溶接継手WJから引き離され、トーチノズル88は第2コイルばね96を介してトーチボディ38と一体に上昇する。そして、直進可動部材34の上昇移動が終了し、固定部のプランジャソレノイド58,60が復動した後は、溶接ヘッド12の各部、特にトーチ22の下端部の各部は図8Aに示す状態に戻る。
Then, when a predetermined time has elapsed from the start of energization, the switch SW is switched to the OFF state in the
In the
この第3の実施形態におけるトーチノズル88およびその回りの構成(90〜96)は、第1の実施形態から独立して種種のTIG溶接装置に適用可能であり、たとえば直動可動部材34に固定部(ソレノイド)を備えないTIG溶接装置にも適用可能である。
[他の実施形態又は変形例]
The
[Other Embodiments or Modifications]
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the above-described embodiments do not limit the present invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.
たとえば、上記実施形態のTIG溶接機は、溶接ヘッド12のステージ18に自動位置合わせ機構(XYステージ24、θステージ26)を備える。しかし、ステージ18を手動式の可動ステージに構成することや、あるいは固定式のステージ18上でワークまたは電気部品支持体Sの位置合わせを手動で行うことも可能である。
For example, the TIG welder of the above embodiment includes an automatic alignment mechanism (
上記実施形態における各コイルばね35,96を実質的に同一の機能を奏する複数のコイルばねあるいは他の種類のばね部材に置き換えることも可能であり、ばね部材として空気ばねを使用してもよい。また、上記実施形態における固定部のプランジャソレノイド58,60を実質的に同一の機能を奏する別構造のプランジャソレノイドあるいは他の種類のソレノイドに置き換えることも可能である。
The coil springs 35 and 96 in the above embodiment can be replaced with a plurality of coil springs or other types of spring members having substantially the same function, and an air spring may be used as the spring member. In addition, the
溶接継手WJにおいて、端子部材W1,W2の材質は銅または銅合金に限定されず、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム金合や真鍮等の導体であってもよく、端子部材W1の材質と端子部材W2の材質が異なっていてもよい。また、端子部材W1,W2の形状も任意でよく、たとえば断面が矩形の棒体または板体に限らず断面が円形の棒体または板体であってもよい。 In the welded joint WJ, the material of the terminal members W 1 , W 2 is not limited to copper or a copper alloy, and may be a conductor such as aluminum, aluminum alloy, brass, etc. The material of the terminal member W 1 and the terminal member the material of the W 2 may be different. The shape of the terminal members W 1 and W 2 may be arbitrary. For example, the terminal members W 1 and W 2 are not limited to a rod or plate having a rectangular cross section, and may be a rod or plate having a circular cross section.
10 装置本体
12 溶接ヘッド
22 トーチ
30 昇降タワー
34,34' 直進可動部材
35 コイルばね
38 トーチボディ
40 トーチノズル
42 トーチ電極
42a (トーチ電極の)先端
58,60 プランジャソレノイド
64 ばね受け部
80 連結部
88 トーチノズル
90 上部ばね受け部
96 コイルばね
98 端子
W 被溶接材
WJ 溶接継手
W1,W2 端子部材
DESCRIPTION OF
Claims (14)
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、
前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、
前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、
前記直進可動部材と前記トーチボディとの間に設けられ、前記トーチボディの軸方向で弾性変形するばね部材と、
前記ばね部材に抗して前記直進可動部材と前記トーチボディとを任意の相対的位置関係で一体的に固定する固定部と
を有するTIG溶接装置。 A torch body that detachably attaches and holds a rod-shaped torch electrode;
A welding power source for supplying a current in a closed circuit including the torch electrode and the material to be welded in order to conduct electricity between the tip of the torch electrode and the material to be welded in a touch start method or to generate an arc; ,
A rectilinearly movable member provided so as to be movable in the axial direction in the vicinity of the torch body;
A drive unit for moving the rectilinear movable member linearly in the axial direction of the torch body;
A spring member provided between the linearly movable member and the torch body and elastically deforming in an axial direction of the torch body;
A TIG welding apparatus comprising: a fixed portion that integrally fixes the linearly movable member and the torch body against the spring member in an arbitrary relative positional relationship.
タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、
前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、
前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、
前記直進可動部材よりも高い位置でそれと分離可能に連結するように、前記トーチボディに固着または一体形成されている連結部と、
タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材に接触させている時の前記連結部と前記直進可動部材との間の相対的な位置または距離を測定するセンサと
を有し、
タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から予め設定した距離だけ離すように前記駆動部により前記直進可動部材を上昇させる距離を、直前に前記センサにより測定された前記連結部および前記直進可動部材間の距離と前記設定距離とを足し合わせた値にする、TIG溶接装置。 A torch body that detachably attaches and holds a rod-like torch electrode in a vertical posture;
A welding power source for supplying a current in a closed circuit including the torch electrode and the material to be welded in order to conduct electricity between the tip of the torch electrode and the material to be welded in a touch start method or to generate an arc; ,
A rectilinearly movable member provided so as to be movable in the axial direction in the vicinity of the torch body;
A drive unit for moving the rectilinear movable member linearly in the axial direction of the torch body;
A connecting portion fixed to or integrated with the torch body so as to be separably connected to the rectilinear movable member at a position higher than the linearly movable member;
In the touch start method, in order to start energization between the torch electrode and the workpiece, the connection between the connecting portion and the linearly movable member when the tip of the torch electrode is in contact with the workpiece. And a sensor for measuring the relative position or distance of
In order to generate an arc between the torch electrode and the workpiece to be welded in a touch start method, the linearly movable member is moved by the drive unit so that the tip of the torch electrode is separated from the workpiece by a predetermined distance. A TIG welding apparatus that sets a distance to be raised to a value obtained by adding a distance between the connecting portion and the linearly movable member measured by the sensor immediately before and the set distance.
前記連結部は、前記トーチボディに固着または一体形成され、前記トーチボディの側面から水平方向に前記直進可動部材の貫通孔の口径を超える位置まで延びている、
請求項6または請求項7に記載のTIG溶接装置。 The linearly movable member has a through-hole through which the torch body is movably passed in the axial direction;
The connecting portion is fixed to or integrally formed with the torch body, and extends from the side surface of the torch body to a position that exceeds the diameter of the through hole of the linearly movable member in the horizontal direction.
The TIG welding apparatus according to claim 6 or 7.
前記トーチ電極の周囲から被溶接材にシールドガスを噴射するために前記トーチボディの先端部に取り付けられる導体からなる筒状のトーチノズルと、
第1の出力端子が前記トーチ電極に接続されるとともに、第2の出力端子が前記トーチノズルに接続され、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と
を有し、
タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために、前記トーチ電極および前記トーチノズルのそれぞれの先端を前記被溶接材に接触させた状態で前記溶接電源をオンにし、
タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために、前記溶接電源をオンにしたままで、かつ前記トーチノズルの先端を前記被溶接材に接触させたままで、前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から引き離す、TIG溶接装置。 A torch body that detachably attaches and holds a rod-shaped torch electrode;
A cylindrical torch nozzle made of a conductor attached to the tip of the torch body in order to inject a shield gas from the periphery of the torch electrode to the material to be welded;
A first output terminal is connected to the torch electrode, a second output terminal is connected to the torch nozzle, and energization is performed between the tip of the torch electrode and the material to be welded in a touch start method, or A welding power source for passing a current in a closed circuit including the torch electrode and the material to be welded to generate an arc;
In order to start energization between the torch electrode and the material to be welded in the touch start method, the welding power source is turned on while the tips of the torch electrode and the torch nozzle are in contact with the material to be welded. ,
In order to generate an arc between the torch electrode and the material to be welded in a touch start method, the welding power source is kept on and the tip of the torch nozzle is kept in contact with the material to be welded. A TIG welding apparatus for separating the tip of the torch electrode from the workpiece.
前記ばね受け部と前記トーチノズルとの間に設けられ、前記トーチボディの軸方向で弾性変形するばね部材と
を有する、請求項10に記載のTIG溶接装置。 A spring receiver fixedly or integrally formed with the torch body at a position above the torch nozzle;
The TIG welding apparatus according to claim 10, further comprising: a spring member provided between the spring receiving portion and the torch nozzle and elastically deforming in an axial direction of the torch body.
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