JP2022099822A

JP2022099822A - Manufacturing method and manufacturing device for lamination molded object

Info

Publication number: JP2022099822A
Application number: JP2020213839A
Authority: JP
Inventors: 朱耀陳; Zhuyao Chen; 瑛介黒澤; Eisuke KUROSAWA; 雄椋田; Yu MUKUDA
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: JP7376466B2

Abstract

To provide a manufacturing method and a manufacturing device for a lamination molded object capable of preventing reduction in mechanical characteristics of a lamination molded object by restraining intrusion of oxygen and nitrogen into welding beads even when a filler material of pure titanium or a titanium alloy is used.SOLUTION: A manufacturing method of a lamination molded object includes a step of forming a welding bead by heating and melting a filler material M at a torch tip while supplying the filler material M to a torch 23, and a step of shielding the welding bead from atmosphere by injecting shield gas G1, G2. The shielding step includes injecting the shield gas G1 from an injection port provided at the torch tip, and positioning one of a pair of gas shield jigs 27A, 27B each independently provided on the torch 23 and formed by extention of an injection area of the shield gas G2 in one direction from the torch 23, in the front in the movement direction of the torch 23 and the other in the rear in the movement direction of the torch 23.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、積層造形物の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a laminated model.

溶接部にシールドガス（不活性ガス）を供給して、溶接部を空気から遮蔽して酸化を防止するガスシールドアーク溶接が知られている。このようなガスシールドアーク溶接に用いるガスシールド溶接用のトーチが、例えば特許文献１、２に記載されている。
特許文献１のトーチは、トーチに設けるシールドガス通路と、溶接ビードの断面形状を制御する制御ガス通路とを、各々独立した通路となし、溶接アーク部を中心として溶接進行方向に対し前後対称の位置に、上記したそれぞれの通路を縦１列に配列した構成となっている。これによれば、狭開先の溶接において、前方シールドガス流路と後方シールドガス流路を設けてガスの流速をコントロールすることで、溶着ビードの断面形状と溶け込みを改善する、と特許文献１に記載されている。 Gas shielded arc welding is known in which a shield gas (inert gas) is supplied to a welded portion to shield the welded portion from air and prevent oxidation. For example, Patent Documents 1 and 2 describe torches for gas shield welding used for such gas shield arc welding.
The torch of Patent Document 1 has a shield gas passage provided in the torch and a control gas passage for controlling the cross-sectional shape of the weld bead as independent passages, and is symmetrical with respect to the welding progress direction centering on the weld arc portion. Each of the above-mentioned passages is arranged in a vertical row at the position. According to this, in welding of a narrow groove, the cross-sectional shape and penetration of the welded bead are improved by providing a front shield gas flow path and a rear shield gas flow path to control the gas flow rate. It is described in.

また、特許文献２のトーチは、シールドガス供給部がフロントシールドガス供給部、センターシールドガス供給部、アフターシールドガス供給部に分かれており、センターシールドガス供給部は狭開先の開先底部まで挿入できる外形寸法であって、その中心部にはタングステン電極の周囲がセンターシールドガスの流路になっている。これによれば、溶け込み深さ、ビード形状を調節しつつ溶接欠陥の発生を防止した溶接が行える、と特許文献２に記載されている。 Further, in the torch of Patent Document 2, the shield gas supply unit is divided into a front shield gas supply unit, a center shield gas supply unit, and an after-shield gas supply unit, and the center shield gas supply unit extends to the groove bottom of the narrow groove. It has an external dimension that can be inserted, and the circumference of the tungsten electrode is a flow path for the center shield gas at the center thereof. According to this, it is described in Patent Document 2 that welding can be performed in which the occurrence of welding defects is prevented while adjusting the penetration depth and the bead shape.

特開昭６４－４８６７８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-48678 特開平９－２９５１４９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-295149

ところで、活性金属からなる母材又は溶加材（溶接ワイヤ）を用いてガスシールドアーク溶接する場合、活性金属は、大気との親和力が高温時に特に強くなり、空気中の酸素、窒素と反応して酸化物、窒化物を形成しやすくなる。そのため、溶接後の酸化物、窒化物の形成部分の硬化及び脆弱化が顕著となる。
そこで、活性金属をガスシールドアーク溶接する場合、一般的には大気と活性金属との接触を避けるために、アフターシールド用の治具を用い、トーチ付近の局部的なガスシールドを実施している。
ところが、純チタン又はチタン合金等の溶加材を溶融させて積層造形する際には、アフターシールド用の治具を用いただけでは造形体への酸素及び窒素の侵入を規定値以下に抑えることは依然として困難となる。 By the way, when gas shielded arc welding is performed using a base metal or a filler metal (welding wire) made of an active metal, the active metal has a particularly strong affinity with the atmosphere at high temperatures and reacts with oxygen and nitrogen in the air. It becomes easy to form oxides and nitrides. Therefore, the hardening and weakening of the formed portions of oxides and nitrides after welding become remarkable.
Therefore, when gas-shielding arc welding an active metal, generally, in order to avoid contact between the atmosphere and the active metal, a jig for after-shielding is used to perform local gas shielding near the torch. ..
However, when a filler material such as pure titanium or a titanium alloy is melted and laminated, it is not possible to suppress the intrusion of oxygen and nitrogen into the model by using a jig for after-shielding. It will still be difficult.

そこで本発明は、純チタン又はチタン合金の溶加材を用いる場合であっても、溶着ビードへの酸素及び窒素の侵入を抑制して、積層造形物の機械的特性が低下することを防止できる積層造形物の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, even when a filler material of pure titanium or a titanium alloy is used, it is possible to suppress the invasion of oxygen and nitrogen into the welded bead and prevent the mechanical properties of the laminated model from being deteriorated. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a laminated model.

本発明は下記の構成からなる。
（１）純チタン又はチタン合金の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを繰り返し積層して積層造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶加材をトーチに供給しつつ前記溶加材をトーチ先端で加熱、溶融させて溶着ビードを形成する工程と、
シールドガスを噴射して前記溶着ビードを大気雰囲気からシールドする工程と、
を含み、
前記シールドする工程は、
前記トーチ先端に設けた噴射口から前記シールドガスを噴射するとともに、
前記トーチにそれぞれ独立して設けられ、前記シールドガスの噴射領域が前記トーチから一方向に延びて形成される一対のガスシールド治具のうち、一方を前記トーチの移動方向前方に配置し、他方を前記トーチの移動方向後方に配置する、
積層造形物の製造方法。
（２）純チタン又はチタン合金の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを繰り返し積層して積層造形物を造形する積層造形物の製造装置であって、
トーチと、
前記トーチを移動させるトーチ移動機構と、
前記トーチに前記溶加材を供給する溶加材供給部と、
前記トーチにそれぞれ独立して設けられた一対のガスシールド治具と、
前記トーチと前記一対のガスシールド治具とにシールドガスを供給するシールドガス供給部と、
を備え、
前記一対のガスシールド治具は、前記シールドガス供給部から供給される前記シールドガスの噴射口が、前記トーチから一方向に延びて形成され、
前記一対のガスシールド治具の一方は、前記トーチの移動方向前方に配置され、他方は前記トーチの移動方向後方に配置される、
積層造形物の製造装置。 The present invention has the following configuration.
(1) A method for manufacturing a laminated model, in which a welded bead obtained by melting and solidifying a filler metal of pure titanium or a titanium alloy is repeatedly laminated to form a laminated model.
A step of heating and melting the filler metal at the tip of the torch while supplying the filler metal to the torch to form a welded bead.
The process of injecting a shield gas to shield the welded bead from the atmospheric atmosphere,
Including
The shielding step is
While injecting the shield gas from the injection port provided at the tip of the torch,
Of a pair of gas shield jigs that are independently provided on the torch and have an injection region of the shield gas extending in one direction from the torch, one is arranged in front of the torch in the moving direction and the other. Is placed behind the torch in the moving direction,
Manufacturing method of laminated model.
(2) An apparatus for manufacturing a laminated model, in which a welded bead obtained by melting and solidifying a filler metal of pure titanium or a titanium alloy is repeatedly laminated to form a laminated model.
With a torch
The torch movement mechanism that moves the torch and
A filler material supply unit that supplies the filler material to the torch,
A pair of gas shield jigs independently provided on the torch,
A shield gas supply unit that supplies shield gas to the torch and the pair of gas shield jigs,
Equipped with
The pair of gas shield jigs are formed by having an injection port of the shield gas supplied from the shield gas supply unit extending in one direction from the torch.
One of the pair of gas shield jigs is arranged in front of the torch in the moving direction, and the other is arranged in the rear of the torch in the moving direction.
Manufacturing equipment for laminated objects.

本発明によれば、純チタン又はチタン合金の溶加材を用いる場合であっても、溶着ビードへの酸素及び窒素の侵入を抑制して、積層造形物の機械的特性が低下することを防止できる。 According to the present invention, even when a filler material of pure titanium or a titanium alloy is used, the invasion of oxygen and nitrogen into the welded bead is suppressed to prevent the mechanical properties of the laminated model from being deteriorated. can.

図１は、ガスシールド溶接装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas shield welding device. 図２は、トーチに取り付けられる一対のガスシールド治具とカバー部材との概略構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a pair of gas shield jigs attached to a torch and a cover member. 図３の（Ａ）は、ガスシールド治具の内部構造を示す概略断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すガスシールド治具のIII－III線に沿った概略断面図である。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the gas shield jig, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along the line III-III of the gas shield jig shown in FIG. 3A. .. 図４は、溶接中のガスシールド治具とカバー部材によるシールドガスの流れを模式的に示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the flow of the shield gas by the gas shield jig and the cover member during welding. 図５の（Ａ），（Ｂ）は、トーチの溶接方向の下流側にのみガスシールド治具を設けて、ビフォーシールドガスを供給しない場合の様子を模式的に示す説明図である。FIGS. 5A and 5B are explanatory views schematically showing a state in which a gas shield jig is provided only on the downstream side in the welding direction of the torch and the before shield gas is not supplied. 図６の（Ａ），（Ｂ）は、トーチの溶接方向の上流側及び下流側にガスシールド治具を設けて、ビフォーシールドガス及びアフターシールドガスを供給する場合の様子を模式的に示す説明図である。FIGS. 6A and 6B show schematically a case where gas shield jigs are provided on the upstream side and the downstream side in the welding direction of the torch to supply the before-shield gas and the after-shield gas. It is a figure. 図７の（Ａ），（Ｂ）は、ガスシールド治具を回転させて障害物との干渉を回避する様子を上面視で示す説明図である。FIGS. 7A and 7B are explanatory views showing a state in which the gas shield jig is rotated to avoid interference with obstacles in a top view. 図８の（Ａ），（Ｂ）は、ガスシールド治具を昇降移動させて障害物との干渉を回避する様子を側面視で示す説明図である。8 (A) and 8 (B) are explanatory views showing a state in which the gas shield jig is moved up and down to avoid interference with an obstacle from a side view. 図９は、酸素濃度と窒素濃度の分析結果をビフォーシールドの有無とカバー部材の有無に応じて示したグラフである。FIG. 9 is a graph showing the analysis results of the oxygen concentration and the nitrogen concentration according to the presence / absence of the before shield and the presence / absence of the cover member.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る積層造形物の製造装置は、ここではガスシールドアーク溶接により積層造形物を造形する場合を例に説明するが、本発明はこれに限らず、レーザ溶接等の他の溶接方式を用いた場合にも適用できる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The apparatus for manufacturing a laminated model according to the present invention will be described here by exemplifying a case where the laminated model is formed by gas shielded arc welding, but the present invention is not limited to this, and other welding methods such as laser welding may be used. It can also be applied when used.

＜ガスシールド溶接装置＞
図１は、ガスシールド溶接装置の概略構成図である。
積層造形物の製造装置であるガスシールド溶接装置１００は、溶接ロボット１１と、ロボットコントローラ１３と、溶加材供給部１５と、シールドガス供給部１７と、溶接電源１９と、制御部２１と、を備える。 <Gas shield welding equipment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas shield welding device.
The gas shield welding device 100, which is an apparatus for manufacturing a laminated model, includes a welding robot 11, a robot controller 13, a filler material supply unit 15, a shield gas supply unit 17, a welding power supply 19, and a control unit 21. To prepare for.

溶接ロボット１１は、多関節ロボットであり、先端軸にトーチ２３が支持される。トーチ２３の位置及び姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。トーチ２３は、溶加材供給部１５から連続供給される溶加材Ｍをトーチ先端から突出した状態に保持する。このように、溶接ロボット１１はトーチ移動機構として機能する。 The welding robot 11 is an articulated robot, and the torch 23 is supported on the tip shaft. The position and posture of the torch 23 can be arbitrarily set three-dimensionally within the range of the degree of freedom of the robot arm. The torch 23 holds the filler M continuously supplied from the filler supply unit 15 in a state of protruding from the tip of the torch. In this way, the welding robot 11 functions as a torch moving mechanism.

トーチ２３は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが溶接部に供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接又はプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。 The torch 23 has a shield nozzle (not shown), and the shield gas is supplied to the welded portion from the shield nozzle. The arc welding method may be either a consumable electrode type such as shielded metal arc welding or carbon dioxide arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG welding or plasma arc welding, and is appropriately selected according to the laminated model to be manufactured. Weld.

例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。トーチ２３は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。溶加材Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構によりトーチ２３に送給される。そして、トーチ２３を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、ベースプレート２５上に溶加材Ｍの溶融凝固体である溶着ビードＢが形成される。 For example, in the case of the consumable electrode type, a contact tip is arranged inside the shield nozzle, and the filler metal M to which the melting current is supplied is held by the contact tip. The torch 23 generates an arc from the tip of the filler M in a shield gas atmosphere while holding the filler M. The filler metal M is fed to the torch 23 by a feeding mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like. Then, when the filler metal M that is continuously fed is melted and solidified while moving the torch 23, a welded bead B that is a molten solidified body of the filler metal M is formed on the base plate 25.

溶加材Ｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビーム又はレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビーム又はレーザにより加熱する場合、加熱量をさらに細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層造形物の更なる品質向上に寄与できる。 The heat source for melting the filler metal M is not limited to the above-mentioned arc. For example, a heat source by another method such as a heating method using a combination of an arc and a laser, a heating method using plasma, a heating method using an electron beam or a laser may be adopted. When heating by an electron beam or a laser, the amount of heating can be controlled more finely, the state of the welded bead can be maintained more appropriately, and the quality of the laminated model can be further improved.

溶加材Ｍは、チタン及びチタン合金溶接用の溶接ワイヤが用いられる（例えば、ＪＩＳＺ３３３１参照）。 As the filler metal M, a welding wire for welding titanium and a titanium alloy is used (see, for example, JIS Z 3331).

シールドガス供給部は、不活性ガスを溶接部に供給する。ＭＩＧ溶接ではアルゴン、ヘリウム（又はこれらの混合ガス）、あるいは、これに酸素、炭酸ガスのような活性ガスを少量添加したガスをシールドガスとして用いる。一方、ＭＡＧ溶接では炭酸ガス、アルゴンと炭酸ガスの混合ガスをシールドガスとし、ＴＩＧ溶接ではアルゴンガスを用いる。さらに、レーザ溶接では、窒素、アルゴン、ヘリウム等をシールドガスとする。 The shield gas supply section supplies the inert gas to the weld section. In MIG welding, argon, helium (or a mixed gas thereof), or a gas to which a small amount of an active gas such as oxygen or carbon dioxide is added is used as a shield gas. On the other hand, in MAG welding, carbon dioxide gas, a mixed gas of argon and carbon dioxide gas is used as a shield gas, and in TIG welding, argon gas is used. Further, in laser welding, nitrogen, argon, helium or the like is used as a shield gas.

トーチ２３には、詳細は後述するが、シールドガスの噴射領域がトーチ２３から一方向に延びて形成される一対のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂが、それぞれ独立して設けられる。一方のガスシールド治具２７Ａは、トーチ２３の移動方向前方に配置されて、ビフォーシールドガスを溶接部の溶接方向ＷＤの上流側に噴射する。他方のガスシールド治具２７Ｂは、トーチ２３の移動方向後方に配置されて、アフターシールドガスを溶接部の溶接方向ＷＤの下流側に噴射する。 Although the details will be described later, the torch 23 is independently provided with a pair of gas shield jigs 27A and 27B formed so that the injection region of the shield gas extends in one direction from the torch 23. One gas shield jig 27A is arranged in front of the torch 23 in the moving direction, and injects the before shield gas to the upstream side of the welded portion in the welding direction WD. The other gas shield jig 27B is arranged behind the torch 23 in the moving direction, and injects the after-shield gas to the downstream side of the welded portion in the welding direction WD.

また、トーチ２３には、トーチ２３と一対のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂとの周囲を覆うカバー部材２９を設けることが好ましい。 Further, it is preferable that the torch 23 is provided with a cover member 29 that covers the periphery of the torch 23 and the pair of gas shield jigs 27A and 27B.

ロボットコントローラ１３は、制御部２１からの指示を受けて、溶接ロボット１１の各部を駆動し、必要に応じて溶接電源の出力を制御する。 The robot controller 13 receives an instruction from the control unit 21 to drive each unit of the welding robot 11 and controls the output of the welding power supply as needed.

制御部２１は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を備えるコンピュータ装置により構成され、予め用意された駆動プログラム、又は所望の条件で作成した駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１１等の各部を駆動する。これにより、駆動プログラムに応じてトーチ２３が移動して、ベースプレート２５上に複数層の溶着ビードＢを積層することで、多層構造の積層造形物Ｗが造形される。 The control unit 21 is composed of a computer device including a CPU, a memory, a storage, etc., and executes a drive program prepared in advance or a drive program created under desired conditions to drive each unit such as the welding robot 11. As a result, the torch 23 moves according to the drive program, and the welded beads B having a plurality of layers are laminated on the base plate 25 to form the laminated model W having a multi-layer structure.

＜ガスシールド治具＞
図２は、トーチ２３に取り付けられる一対のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂとカバー部材２９との概略構成を示す斜視図である。
一対のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂは、トーチ２３に固定された支持部３１にそれぞれ支持される。支持部３１は、ガスシールド治具２７Ａをトーチ２３の軸線Ｌを中心に回転自在に支持するとともに、軸線Ｌに沿って移動自在に支持する。また、支持部３１は、ガスシールド治具２７Ｂについても軸線Ｌを中心に回転自在に、且つ軸線Ｌに沿って移動自在に支持するのが好ましいが、回転と移動とのいずれか一方のみ自在に支持してもよく、ガスシールド治具２７Ｂをトーチ２３に不動に固定することであってもよい。 <Gas shield jig>
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a pair of gas shield jigs 27A and 27B attached to the torch 23 and a cover member 29.
The pair of gas shield jigs 27A and 27B are supported by the support portions 31 fixed to the torch 23, respectively. The support portion 31 rotatably supports the gas shield jig 27A around the axis L of the torch 23, and also movably supports the gas shield jig 27A along the axis L. Further, it is preferable that the support portion 31 also rotatably supports the gas shield jig 27B about the axis L and movably along the axis L, but only one of rotation and movement can be freely supported. It may be supported, or the gas shield jig 27B may be immovably fixed to the torch 23.

支持部３１は、図示しない空圧式又は電動式等のアクチュエータを備える。これにより、支持部３１は、制御部２１又はロボットコントローラ１３からの指令を受けて、トーチ２３の移動方向前方に配置されたガスシールド治具２７Ａを、トーチ２３を中心に回転移動させる回転機構として機能するとともに、トーチ２３の軸線Ｌに沿って移動させる直動機構として機能する。支持部３１は、ガスシールド治具２７Ｂをガスシールド治具２７Ａと同様に、回転及び直動させる機能を有していてもよい。 The support portion 31 includes a pneumatic or electric actuator (not shown). As a result, the support unit 31 receives a command from the control unit 21 or the robot controller 13 to rotate and move the gas shield jig 27A arranged in front of the torch 23 in the moving direction around the torch 23. In addition to functioning, it functions as a linear motion mechanism that moves along the axis L of the torch 23. The support portion 31 may have a function of rotating and linearly moving the gas shield jig 27B in the same manner as the gas shield jig 27A.

図３の（Ａ）は、ガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂの内部構造を示す概略断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すガスシールド治具２７Ａ，２７ＢのIII－III線に沿った概略断面図である。なお、図３では支持部３１を省略して示している。
図３の（Ａ）に示すように、ガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂは、開口部３３ａを有する直方体の箱形である筐体３３と、開口部３３ａを覆う銅又はステンレス材からなる金網３５と、筐体３３の内部に配置され、スチールウール又はメッシュの積層材からなる整流体３７と、筐体３３にシールドガスＧ２を供給するガス供給管３９と、ガス供給管３９に接続された拡散パイプ４１と、を有する。整流体３７は、筐体３３内の金網３５側に配置され、整流体３７の金網３５側と反対側には、拡散パイプ４１が配置されるとともに内部空間４３が画成されている。 FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the gas shield jigs 27A and 27B, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along the lines III-III of the gas shield jigs 27A and 27B shown in FIG. It is a schematic cross-sectional view. In FIG. 3, the support portion 31 is omitted.
As shown in FIG. 3A, the gas shield jigs 27A and 27B include a rectangular box-shaped housing 33 having an opening 33a and a wire mesh 35 made of a copper or stainless steel material covering the opening 33a. , A rectifying body 37 arranged inside the housing 33 and made of a laminated material of steel wool or mesh, a gas supply pipe 39 for supplying the shield gas G2 to the housing 33, and a diffusion pipe connected to the gas supply pipe 39. 41 and. The rectifying body 37 is arranged on the wire mesh 35 side in the housing 33, and a diffusion pipe 41 is arranged on the opposite side of the rectifying body 37 from the wire mesh 35 side, and an internal space 43 is defined.

ガス供給管３９は、筐体３３の上面３３ｂから筐体内３３に導入され、筐体３３内に配置された拡散パイプ４１に接続される。拡散パイプ４１には複数の開口４１ａが形成され、各開口４１ａからシールドガスＧ２が筐体３３内の内部空間４３に分散して放出される。拡散パイプ４１から放出されたシールドガスＧ２は、内部空間４３で対流した後、整流体３７によってガスの流れを層流化された後、金網３５から筐体３３の外部に放出される。上記のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂの構成は一例であって、例えば、拡散パイプ４１を省略した構成、又は筐体３３内を空洞とした構成にしてもよい。また、一対のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂは、直方体状の互いに同じ形状を有しているが、形状はこれに限らない。 The gas supply pipe 39 is introduced into the housing 33 from the upper surface 33b of the housing 33 and is connected to the diffusion pipe 41 arranged in the housing 33. A plurality of openings 41a are formed in the diffusion pipe 41, and the shield gas G2 is dispersed and discharged from each opening 41a into the internal space 43 in the housing 33. The shield gas G2 discharged from the diffusion pipe 41 is convected in the internal space 43, the gas flow is laminarized by the rectifying body 37, and then discharged from the wire mesh 35 to the outside of the housing 33. The above-mentioned configurations of the gas shield jigs 27A and 27B are examples, and may be, for example, a configuration in which the diffusion pipe 41 is omitted or a configuration in which the inside of the housing 33 is hollow. Further, the pair of gas shield jigs 27A and 27B have the same rectangular parallelepiped shape, but the shape is not limited to this.

＜カバー部材＞
図２に示すように、カバー部材２９は、トーチ２３に固定されるカバー支持部４５と、カバー支持部４５に弾性変形自在に保持され、トーチ２３を囲んで配置される骨格部材４７と、骨格部材４７を覆って設けられ、トーチ周囲空間５１を画成するシート部材４９と、を備える。本構成では、シート部材４９の内側に画成されたトーチ周囲空間５１に、シールドガスＧ１，Ｇ２がシールドガス供給部１７から供給される。 <Cover member>
As shown in FIG. 2, the cover member 29 has a cover support portion 45 fixed to the torch 23, a skeleton member 47 elastically deformably held by the cover support portion 45 and arranged around the torch 23, and a skeleton. A seat member 49, which is provided so as to cover the member 47 and defines the torch peripheral space 51, is provided. In this configuration, the shield gas G1 and G2 are supplied from the shield gas supply unit 17 to the torch peripheral space 51 defined inside the seat member 49.

カバー支持部４５は、骨格部材４７とシート部材４９とを一体に支持し、必要に応じて骨格部材４７とシート部材４９とをトーチ２３の軸線Ｌに沿って上下動させるスライド機構を設けてもよい。その場合のスライド機構としては、不図示のねじによる螺合、又はエアシリンダ等のアクチュエータを用いた構成等を採用できる。 The cover support portion 45 may be provided with a slide mechanism that integrally supports the skeleton member 47 and the seat member 49 and, if necessary, moves the skeleton member 47 and the seat member 49 up and down along the axis L of the torch 23. good. As the slide mechanism in that case, screwing with a screw (not shown), a configuration using an actuator such as an air cylinder, or the like can be adopted.

骨格部材４７は、少なくとも１つの棒状の支持片４７ａと、円環状の第１環状部４７ｂと、円環状の第２環状部４７ｃと、複数の棒状の支柱部４７ｄと、を有する。
支持片４７ａの一端側はカバー支持部４５に固定され、他端側は第１環状部４７ｂに固定される。図２に示す構成では、複数の支持片４７ａがカバー支持部４５に放射状に接続されている。 The skeleton member 47 has at least one rod-shaped support piece 47a, an annular first annular portion 47b, an annular second annular portion 47c, and a plurality of rod-shaped strut portions 47d.
One end side of the support piece 47a is fixed to the cover support portion 45, and the other end side is fixed to the first annular portion 47b. In the configuration shown in FIG. 2, a plurality of support pieces 47a are radially connected to the cover support portion 45.

第１環状部４７ｂはトーチ２３の基端側に配置され、第２環状部４７ｃは第１環状部４７ｂとは離れてトーチ２３の先端側に配置されている。第１環状部４７ｂと第２環状部４７ｃとは、複数の支柱部４７ｄによって連結されている。第２環状部４７ｃは第１環状部４７ｂよりも大径であり、これにより、骨格部材４７は、トーチ２３の軸線Ｌに沿ってトーチ基端側からトーチ先端側に向かうに従って裾広がりになる形状を有する。 The first annular portion 47b is arranged on the base end side of the torch 23, and the second annular portion 47c is arranged on the tip end side of the torch 23 apart from the first annular portion 47b. The first annular portion 47b and the second annular portion 47c are connected by a plurality of strut portions 47d. The second annular portion 47c has a larger diameter than the first annular portion 47b, whereby the skeleton member 47 has a shape in which the hem expands from the torch base end side toward the torch tip side along the axis L of the torch 23. Has.

シート部材４９は、骨格部材４７を覆って設けられる。シート部材４９は、その内側のトーチ周囲空間５１がシールドガスによって満たされることで、シート部材４９の内側の溶接部を大気から遮断する。また、シート部材４９のトーチ基端側となる上方には開口部４９ａが設けられ、トーチ周囲空間５１を大気に解放している。つまり、シート部材４９は、トーチ２３の軸線Ｌに沿って貫通する円錐台形状（円錐台の周面形状）を有し、骨格部材４７の裾広がりした先端縁（第２環状部４７ｃの位置）から更に延びた位置に外縁端４９ｂが設けられる。シート部材４９は、骨格部材４７に接する部分の少なくとも一部が骨格部材４７と接着されるか係止されることで、骨格部材４７と一体にされる。 The seat member 49 is provided so as to cover the skeleton member 47. The torch peripheral space 51 inside the sheet member 49 is filled with the shield gas, so that the welded portion inside the sheet member 49 is shielded from the atmosphere. Further, an opening 49a is provided above the seat member 49 on the torch base end side to open the torch surrounding space 51 to the atmosphere. That is, the seat member 49 has a truncated cone shape (peripheral surface shape of the truncated cone) penetrating along the axis L of the torch 23, and the tip edge of the skeleton member 47 is widened (position of the second annular portion 47c). The outer edge end 49b is provided at a position further extending from. The sheet member 49 is integrated with the skeleton member 47 by adhering or locking at least a part of the portion in contact with the skeleton member 47 to the skeleton member 47.

骨格部材４７は、シート部材４９の形状を維持できる程度の強度があればよく、変形が容易なスチール線、ピアノ線、硬鋼線、ステレス線等の金属製の線材、樹脂製の線材で構成される。更に線材に限らず、帯材、板材等を単独、又は組み合わせて構成してもよい。 The skeleton member 47 may be strong enough to maintain the shape of the sheet member 49, and is composed of easily deformable steel wire, piano wire, hard steel wire, metal wire such as steles wire, and resin wire. Will be done. Further, the wire rod is not limited to the wire rod, and the strip material, the plate material, or the like may be configured alone or in combination.

シート部材４９は、トーチ２３近くに配置されるため、耐火シート又は防炎シートであることが好ましい。また、シート部材４９の全体又は少なくとも一部が透光性を有する材料であれば、シート部材４９の内側となる溶接部の様子を視認でき、溶接状態を簡単に監視できるため好ましい。 Since the sheet member 49 is arranged near the torch 23, it is preferably a refractory sheet or a flameproof sheet. Further, if the whole or at least a part of the sheet member 49 is made of a translucent material, the state of the welded portion inside the sheet member 49 can be visually recognized and the welded state can be easily monitored, which is preferable.

防炎シート又は不燃シートとしては、例えば、ＪＩＳＡ８９５２「建築用工事シート」に定められた防炎性を備えるシート、ＪＩＳＡ１３２３－１９９５「建築工事用シートの溶接及び溶断火花に対する難燃性試験方法」に定められたＡ種、Ｂ種、Ｃ種のシート等が一例として挙げられる。また、透光性を有するシートとしては、例えば、ガラス繊維クロスの基布に光硬化樹脂をコーティングした透明不燃シート等が一例として挙げられる。 Examples of the flameproof sheet or non-combustible sheet include a sheet having flameproof properties specified in JIS A 8952 "Building construction sheet", JIS A 1323-1995 "Welding and fusing flame retardancy of building construction sheet". Examples include type A, type B, and type C sheets specified in "Test Method". Further, as an example of the sheet having translucency, for example, a transparent non-combustible sheet in which a base cloth of a glass fiber cloth is coated with a photocurable resin can be mentioned.

本構成のカバー部材２９は、トーチ２３と一対のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂとを覆い、トーチ２３に供給されるシールドガスＧ１と、ガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂに供給されるシールドガスＧ２とを、カバー内側の空間に滞留させる。 The cover member 29 having this configuration covers the torch 23 and the pair of gas shield jigs 27A and 27B, and the shield gas G1 supplied to the torch 23 and the shield gas G2 supplied to the gas shield jigs 27A and 27B. Is retained in the space inside the cover.

＜ガスシールド治具による作用効果＞
次に、ガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂによるガスシールドの様子について説明する。
図４は、溶接中のガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂとカバー部材２９によるシールドガスの流れを模式的に示す説明図である。 <Effect of action by gas shield jig>
Next, the state of the gas shield by the gas shield jigs 27A and 27B will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the flow of the shield gas by the gas shield jigs 27A and 27B and the cover member 29 during welding.

トーチ２３からアークを発生させてベースプレート２５上に溶着ビードＢを形成する場合、トーチ２３からシールドガスＧ１が溶接部に供給されるとともに、ガスシールド治具２７Ａからビフォーシールドガス、及びガスシールド治具２７Ｂからアフターシールドガスが供給される。ビフォーシールドガスとアフターシールドガスとは、同じ種類のシールドガスであってもよく、異なる種類であってもよい。また、ガス供給速度（圧力）は、双方で同じであってもよく、異なっていてもよい。 When an arc is generated from the torch 23 to form a welded bead B on the base plate 25, the shield gas G1 is supplied to the welded portion from the torch 23, and the before shield gas and the gas shield jig are supplied from the gas shield jig 27A. Aftershield gas is supplied from 27B. The before-shield gas and the after-shield gas may be the same type of shield gas or may be different types. Further, the gas supply speed (pressure) may be the same or different in both cases.

ここで、ビフォーシールドガスの有無による溶接部の状態の違いについて説明する。
図５の（Ａ），（Ｂ）は、トーチ２３の溶接方向ＷＤの下流側にのみガスシールド治具２７Ｂを設けて、ビフォーシールドガスを供給しない場合の様子を模式的に示す説明図である。図６の（Ａ），（Ｂ）は、トーチ２３の溶接方向ＷＤの上流側及び下流側にガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂを設けて、ビフォーシールドガス及びアフターシールドガスを供給する場合の様子を模式的に示す説明図である。 Here, the difference in the state of the welded portion depending on the presence or absence of the before shield gas will be described.
FIGS. 5A and 5B are explanatory views schematically showing a state in which the gas shield jig 27B is provided only on the downstream side of the welding direction WD of the torch 23 and the before shield gas is not supplied. .. FIGS. 6A and 6B show a case where the gas shield jigs 27A and 27B are provided on the upstream side and the downstream side of the welding direction WD of the torch 23 to supply the before shield gas and the after shield gas. It is explanatory drawing which shows schematically.

図５の（Ａ）に示すように、ベースプレート２５の表面には、吸着酸素・吸着窒素５５が存在している。図５の（Ｂ）に示すように、トーチ２３を溶接方向ＷＤに移動させていくと、トーチ２３の直下における溶接部では、吸着酸素・吸着窒素５５が溶接金属に取り込まれ、溶着ビードに酸素が侵入しやすくなる。 As shown in FIG. 5A, adsorbed oxygen / adsorbed nitrogen 55 is present on the surface of the base plate 25. As shown in FIG. 5B, when the torch 23 is moved in the welding direction WD, adsorbed oxygen / adsorbed nitrogen 55 is taken into the weld metal at the welded portion directly under the torch 23, and oxygen is incorporated into the weld bead. Is easy to invade.

一方、図６の（Ａ）に示すように、トーチ２３の溶接方向ＷＤの上流側にガスシールド治具２７Ａを設けてビフォーシールドガスを供給すると、ベースプレート２５の表面の吸着酸素・吸着窒素５５がビフォーシールドガスによって吹き飛ばされる。その結果、図６の（Ｂ）に示すように、トーチ２３の直下における溶接部では、吸着酸素・吸着窒素５５が減少する。このようにして、ビフォーシールドガスを供給すると、溶着ビードへの酸素・窒素の侵入を抑制できる効果が得られると考えられる。 On the other hand, as shown in FIG. 6A, when the gas shield jig 27A is provided on the upstream side of the welding direction WD of the torch 23 and the before shield gas is supplied, the adsorbed oxygen / adsorbed nitrogen 55 on the surface of the base plate 25 is generated. Blowed off by before shield gas. As a result, as shown in FIG. 6B, the adsorbed oxygen / adsorbed nitrogen 55 is reduced in the welded portion directly under the torch 23. By supplying the before-shield gas in this way, it is considered that the effect of suppressing the invasion of oxygen and nitrogen into the welded bead can be obtained.

また、図４に示すように、トーチ２３からのシールドガスＧ１と、ガスシールド治具２７Ａ，２７ＢからシールドガスＧ２とがカバー部材２９内に供給されると、供給されたシールドガスＧ１，Ｇ２は、シート部材４９で囲まれたトーチ周囲空間５１内で対流する。すると、アルゴン、炭酸ガス等のシールドガスＧ１，Ｇ２は比重が空気より大きいため、トーチ周囲空間５１の下方（ベースプレート２５の表面から高さＨ１までの領域）に溜まる。また、溶接時のヒューム、及び余剰となったシールドガスＧ１，Ｇ２は、シート部材４９のトーチ基端側（図４の上方）に設けられた開口部４９ａを通じてトーチ周囲空間５１から排出される。 Further, as shown in FIG. 4, when the shield gas G1 from the torch 23 and the shield gas G2 from the gas shield jigs 27A and 27B are supplied into the cover member 29, the supplied shield gases G1 and G2 are supplied. , Convection in the torch peripheral space 51 surrounded by the seat member 49. Then, since the shield gases G1 and G2 such as argon and carbon dioxide have a specific gravity larger than that of air, they accumulate below the torch surrounding space 51 (the region from the surface of the base plate 25 to the height H1). Further, the fume at the time of welding and the surplus shield gases G1 and G2 are discharged from the torch peripheral space 51 through the opening 49a provided on the torch base end side (upper side of FIG. 4) of the sheet member 49.

そして、シート部材４９の裾広がりした外縁端４９ｂは、ベースプレート２５と接するか、ベースプレート２５の表面近くまで延びて配置されるため、外縁端４９ｂとベースプレート２５との間の高さＨ２の全隙間面積は、開口部４９ａの開口面積と比較して小さい。そのため、シールドガスＧ１，Ｇ２は、シート部材４９の外縁端４９ｂからの漏出が抑制され、トーチ周囲空間５１の下側で滞留し続ける。これにより、溶接部、及び溶接終了部は、シールドガスＧ１，Ｇ２で常時覆われて、大気との遮断性が向上する。 Since the outer edge 49b having the wide hem of the sheet member 49 is in contact with the base plate 25 or is arranged so as to extend close to the surface of the base plate 25, the total clearance area of the height H2 between the outer edge edge 49b and the base plate 25 is formed. Is smaller than the opening area of the opening 49a. Therefore, the shield gases G1 and G2 are suppressed from leaking from the outer edge end 49b of the seat member 49, and continue to stay under the torch surrounding space 51. As a result, the welded portion and the welded end portion are constantly covered with the shield gases G1 and G2, and the barrier property with the atmosphere is improved.

このように、トーチ周囲空間５１に供給されたシールドガスＧ１，Ｇ２は、トーチ周囲空間５１の下部（高さＨ１の領域）で一度滞留した後に、主に上方の開口部４９ａから排出される。
また、シート部材４９の外縁端４９ｂの高さＨ２が高くなるほど、トーチ周囲空間５１に供給されたシールドガスＧ１，Ｇ２は、高さＨ２の隙間からの排出割合が増加し、トーチ周囲空間５１での滞留時間が短くなる。したがって、カバー部材２９の高さＨ２の隙間を調整することで、トーチ周囲空間５１におけるシールドガスＧ１，Ｇ２の濃度、圧力、入れ替わり頻度等の溶接環境条件を変更できる。これによれば、溶接対象に応じた溶接条件の適正化が図れ、溶接品質を向上できる。 In this way, the shield gases G1 and G2 supplied to the torch surrounding space 51 stay once in the lower part (height H1 region) of the torch surrounding space 51, and then are discharged mainly from the upper opening 49a.
Further, as the height H2 of the outer edge end 49b of the seat member 49 becomes higher, the discharge ratio of the shield gas G1 and G2 supplied to the torch surrounding space 51 from the gap of the height H2 increases, and the torch surrounding space 51 increases. The residence time is shortened. Therefore, by adjusting the gap of the height H2 of the cover member 29, the welding environment conditions such as the concentration, pressure, and replacement frequency of the shield gases G1 and G2 in the torch surrounding space 51 can be changed. According to this, the welding conditions can be optimized according to the welding target, and the welding quality can be improved.

また、図４に示すガスシールド治具２７Ａにように、溶接方向ＷＤの上流側に配置されたままでは、溶接場所によっては障害物と干渉する場合が生じる。そこで、本構成のガスシールド治具２７Ａでは、前述したようにトーチ２３を中心に回転自在に支持している。 Further, as in the gas shield jig 27A shown in FIG. 4, if it is left on the upstream side in the welding direction WD, it may interfere with an obstacle depending on the welding place. Therefore, in the gas shield jig 27A having this configuration, as described above, the torch 23 is rotatably supported.

図７の（Ａ），（Ｂ）は、ガスシールド治具２７Ａを回転させて障害物との干渉を回避する様子を上面視で示す説明図である。
図７の（Ａ）に示すように、溶接方向ＷＤの上流側に障害物となる壁部５７が存在する場合、ガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂが直線状に配置されたままトーチ２３を移動させると、ガスシールド治具２７Ａが壁部５７に突き当たる。その場合、トーチ２３を壁部５７の近傍にまで移動できない。そこで、図７の（Ｂ）に示すように、ガスシールド治具２７Ａを、トーチ２３を中心に矢印Ｒ方向に回転させ、ガスシールド治具２７Ａと壁部５７との干渉を回避する。これにより、トーチ２３を壁部５７により接近した位置に配置でき、溶接可能な範囲を拡大できる。 FIGS. 7A and 7B are explanatory views showing a state in which the gas shield jig 27A is rotated to avoid interference with obstacles in a top view.
As shown in FIG. 7A, when the wall portion 57 that becomes an obstacle exists on the upstream side in the welding direction WD, the torch 23 is moved while the gas shield jigs 27A and 27B are linearly arranged. The gas shield jig 27A abuts against the wall portion 57. In that case, the torch 23 cannot be moved to the vicinity of the wall portion 57. Therefore, as shown in FIG. 7B, the gas shield jig 27A is rotated around the torch 23 in the direction of the arrow R to avoid interference between the gas shield jig 27A and the wall portion 57. As a result, the torch 23 can be arranged at a position closer to the wall portion 57, and the weldable range can be expanded.

ガスシールド治具２７Ａの障害物からの回避動作は、回転動作に限らず、溶接位置からの高さを変更するスライド動作であってもよい。
図８の（Ａ），（Ｂ）は、ガスシールド治具２７Ａを昇降移動させて障害物との干渉を回避する様子を側面視で示す説明図である。 The operation of avoiding obstacles of the gas shield jig 27A is not limited to the rotation operation, but may be a slide operation of changing the height from the welding position.
FIGS. 8A and 8B are explanatory views showing from a side view how the gas shield jig 27A is moved up and down to avoid interference with obstacles.

図８の（Ａ）に示すように、溶接方向ＷＤの上流側に障害物となる既設の溶着ビードＢが存在する場合、ガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂが同じ高さで直線状に配置されたままトーチ２３を移動させると、ガスシールド治具２７Ａが溶着ビードＢに突き当たる。その場合、トーチ２３を溶着ビードＢの近傍にまで移動できない。そこで、図８の（Ｂ）に示すように、ガスシールド治具２７Ａを、トーチ２３の軸線Ｌに沿った矢印Ｓ方向にスライドさせ、ガスシールド治具２７Ａと溶着ビードＢとの干渉を回避する。これにより、トーチ２３を溶着ビードＢにより接近した位置に配置でき、溶接可能な範囲を拡大できる。この場合には、更にトーチ２３を上昇させることで、溶着ビードＢ上へ新たな溶着ビードを形成することもできる。 As shown in FIG. 8A, when there is an existing welded bead B that becomes an obstacle on the upstream side of the welding direction WD, the gas shield jigs 27A and 27B are linearly arranged at the same height. If the torch 23 is moved as it is, the gas shield jig 27A abuts on the welded bead B. In that case, the torch 23 cannot be moved to the vicinity of the welded bead B. Therefore, as shown in FIG. 8B, the gas shield jig 27A is slid in the direction of the arrow S along the axis L of the torch 23 to avoid interference between the gas shield jig 27A and the welded bead B. .. As a result, the torch 23 can be arranged at a position closer to the welded bead B, and the weldable range can be expanded. In this case, by further raising the torch 23, a new welded bead can be formed on the welded bead B.

ガスシールド治具２７Ａの回転方向、回転角等の条件、及びスライド方向、スライド量等の条件は、壁部５７、溶着ビードＢ等の障害物の形状に応じて適宜設定される。ガスシールド治具２７Ａの回転駆動、スライド駆動の指示は、予め定めた駆動プログラムに含ませてもよく、トーチ２３と一体に移動するイメージセンサ、磁気センサ、各種の接触式の位置センサを設けることで、障害物をリアルタイムで検出し、溶着ビード形成時に障害物が検出された場合に、ガスシールド治具２７Ａを回転駆動、スライド駆動、又は回転及びスライド駆動して、障害物との干渉を回避する構成にしてもよい。 Conditions such as the rotation direction and the angle of rotation of the gas shield jig 27A, and conditions such as the slide direction and the slide amount are appropriately set according to the shape of obstacles such as the wall portion 57 and the welded bead B. Instructions for rotational drive and slide drive of the gas shield jig 27A may be included in a predetermined drive program, and an image sensor, a magnetic sensor, and various contact-type position sensors that move integrally with the torch 23 shall be provided. When an obstacle is detected in real time and an obstacle is detected during welding bead formation, the gas shield jig 27A is rotationally driven, slide-driven, or rotated and slide-driven to avoid interference with the obstacle. It may be configured to be used.

上記はガスシールド治具２７Ａのみ回転、スライド動作させているが、ガスシールド治具２７Ｂについても同様に回転、スライド動作を可能にしてもよい。いずれの場合でも、トーチ２３を保持したロボットの姿勢限界と可動範囲の限界とを拡大でき、各種の溶接場面に柔軟に対応できる。 In the above, only the gas shield jig 27A is rotated and slid, but the gas shield jig 27B may be similarly rotated and slid. In either case, the posture limit and the movable range limit of the robot holding the torch 23 can be expanded, and various welding situations can be flexibly dealt with.

なお、カバー部材２９は、柔軟に変形できる構造であり、骨格部材４７は、外力によって撓んだ形状が、その外力が解除されると自身の弾性によって元の形状に復帰する弾性復元力を有する。そのため、カバー部材２９はトーチ２３の移動を妨げない。 The cover member 29 has a structure that can be flexibly deformed, and the skeleton member 47 has an elastic restoring force in which a shape bent by an external force returns to the original shape by its own elasticity when the external force is released. .. Therefore, the cover member 29 does not hinder the movement of the torch 23.

前述したガスシールド治具２７Ａ，２７Ｂによるビフォーシールド、アフターシールドを実施しない場合と実施する場合、及びガスシールド治具２７Ｂを使用する場合としない場合との溶着ビードの酸素濃度と窒素濃度とをそれぞれ求めた。 The oxygen concentration and nitrogen concentration of the welded bead with and without the before-shield and after-shielding by the gas shield jigs 27A and 27B described above, and with and without the gas shield jig 27B, respectively. I asked.

溶着ビードを形成した溶接条件は、以下のとおりである。
溶接電流：１６０Ａ
溶接電圧：１５Ｖ
（直流パルス駆動）
溶接速度：２０ｃｍ／ｍｉｎ
（溶接入熱量：約７２０Ｊ／ｍｍ）
トーチガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒ（１００％）
ビフォーシールドガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒ（１００％）
アフターシールドガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒ（１００％）
溶加材：純チタンソリッドワイヤＷＴ２Ｇ（大同特殊鋼製）
造形形状：３パス×３層の積層体 The welding conditions for forming the welded bead are as follows.
Welding current: 160A
Welding voltage: 15V
(DC pulse drive)
Welding speed: 20 cm / min
(Welding heat input: approx. 720 J / mm)
Torch gas flow rate: 25 L / min, Ar (100%)
Before shield gas flow rate: 25L / min, Ar (100%)
Aftershield gas flow rate: 25L / min, Ar (100%)
Welding material: Pure titanium solid wire WT2G (made by Daido Steel)
Modeling shape: 3 pass x 3 layer laminate

上記した３×３の溶着ビードからなる積層体の溶着ビード毎に酸素濃度と窒素濃度とを不活性化ガス溶解法により測定した（酸素測定方法：ＪＩＳＨ１６２０、窒素測定方法：ＪＩＳＨ１６１２）。 The oxygen concentration and the nitrogen concentration of each welded bead of the above-mentioned 3 × 3 welded bead were measured by an inactivated gas dissolution method (oxygen measuring method: JIS H 1620, nitrogen measuring method: JIS H 1612). ..

アフターシールドを実施した場合における、ビフォーシールドの有無とカバー部材の有無による酸素濃度と窒素濃度との分布の違いを確認したところ、カバー部材を使用してシールドガスを滞留させた場合は、滞留させない場合と比較すると、酸素濃度及び窒素濃度の低下が認められた。ただし、酸素濃度及び窒素濃度の分布はバラつきがあり、ＪＩＳＨ４６００２種の規格である酸素濃度２０００ｐｐｍ以下、窒素濃度３００ｐｐｍ以下の範囲を外れることもあった。具体的には、窒素濃度に関して限界値０．０３質量％（上記したＪＩＳ規格による３００ｐｐｍ対応値）を超えることがあった。 After confirming the difference in the distribution of oxygen concentration and nitrogen concentration depending on the presence or absence of before shield and the presence or absence of the cover member when after-shielding was performed, when the shield gas was retained using the cover member, it was not retained. Compared with the case, a decrease in oxygen concentration and nitrogen concentration was observed. However, the distribution of oxygen concentration and nitrogen concentration varied, and sometimes deviated from the range of the JIS H4600 type 2 standard of oxygen concentration of 2000 ppm or less and nitrogen concentration of 300 ppm or less. Specifically, the nitrogen concentration may exceed the limit value of 0.03% by mass (the value corresponding to 300 ppm according to the above-mentioned JIS standard).

図９は、酸素濃度と窒素濃度の分析結果をビフォーシールドの有無とカバー部材の有無に応じて示したグラフである。 FIG. 9 is a graph showing the analysis results of the oxygen concentration and the nitrogen concentration according to the presence / absence of the before shield and the presence / absence of the cover member.

ビフォーシールドを実施せず、カバー部材を設けない場合（試験例１）は、酸素含有量が０．１６質量％、窒素含有量が０．０４６質量％であった。
また、ビフォーシールドを実施せず、カバー部材を設けた場合（試験例２）は、酸素含有量が０．１４質量％、窒素含有量が０．０４３質量％となり、試験例1よりも特に酸素含有量が低下した。 When the before shield was not carried out and the cover member was not provided (Test Example 1), the oxygen content was 0.16% by mass and the nitrogen content was 0.046% by mass.
Further, when the cover member was provided without performing the before shield (Test Example 2), the oxygen content was 0.14% by mass and the nitrogen content was 0.043% by mass, which is more oxygen than Test Example 1. The content has decreased.

一方、ビフォーシールドを実施し、カバー部材を設けない場合（試験例３）は、酸素含有量が０．１４３質量％、窒素含有量が約０．０３質量％となり、試験例１、２よりも窒素含有量が更に低下した。
更に、ビフォーシールドを実施し、カバー部材を設けた場合（試験例４）は、酸素含有量が０．１３３質量％、窒素含有量が約０．０３質量％となり、試験例３よりも酸素含有量が更に低下した。 On the other hand, when before-shielding is performed and no cover member is provided (Test Example 3), the oxygen content is 0.143% by mass and the nitrogen content is about 0.03% by mass, which is higher than that of Test Examples 1 and 2. The nitrogen content was further reduced.
Further, when the before shield was carried out and the cover member was provided (Test Example 4), the oxygen content was 0.133% by mass and the nitrogen content was about 0.03% by mass, which was higher than that of Test Example 3. The amount was further reduced.

以上より、ビフォーシールドとアフターシールドとを共に実施し、且つカバー部材を設ける場合には、酸素含有量と窒素含有量とがいずれも最小値になり、高品質な溶着ビードが形成された。 From the above, when both the before shield and the after shield are carried out and the cover member is provided, both the oxygen content and the nitrogen content are minimized, and a high quality welded bead is formed.

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified or applied by those skilled in the art based on the mutual combination of the configurations of the embodiments, the description of the specification, and the well-known technique. The invention is planned and is included in the scope for which protection is sought.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）純チタン又はチタン合金の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを繰り返し積層して積層造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶加材をトーチに供給しつつ前記溶加材をトーチ先端で加熱、溶融させて溶着ビードを形成する工程と、
シールドガスを噴射して前記溶着ビードを大気雰囲気からシールドする工程と、
を含み、
前記シールドする工程は、
前記トーチ先端に設けた噴射口から前記シールドガスを噴射するとともに、
前記トーチにそれぞれ独立して設けられ、前記シールドガスの噴射領域が前記トーチから一方向に延びて形成される一対のガスシールド治具のうち、一方を前記トーチの移動方向前方に配置し、他方を前記トーチの移動方向後方に配置する、
積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、トーチの移動方向前方の配置したガスシールド治具により溶接部のビフォーシールドが行え、トーチの移動方向後方に配置したガスシールド治具により溶接部のアフターシールドが行える。そして、双方のガスシールド治具がトーチに独立して設けられるため、一対のガスシールド治具の一方と他方とを自在に配置できる。これにより、一対のガスシールド治具を溶接場面に応じた配置にでき、溶接部の表面に残存する吸着酸素・吸着窒素をより確実に除去できる。溶着ビードの酸素濃度及び窒素濃度を低減できる。 As described above, the following matters are disclosed in this specification.
(1) A method for manufacturing a laminated model, in which a welded bead obtained by melting and solidifying a filler metal of pure titanium or a titanium alloy is repeatedly laminated to form a laminated model.
A step of heating and melting the filler metal at the tip of the torch while supplying the filler metal to the torch to form a welded bead.
The process of injecting a shield gas to shield the welded bead from the atmospheric atmosphere,
Including
The shielding step is
While injecting the shield gas from the injection port provided at the tip of the torch,
Of a pair of gas shield jigs that are independently provided on the torch and have an injection region of the shield gas extending in one direction from the torch, one is arranged in front of the torch in the moving direction and the other. Is placed behind the torch in the moving direction,
Manufacturing method of laminated model.
According to this method of manufacturing a laminated model, a gas shield jig arranged in front of the torch in the moving direction can be used for before-shielding of the welded portion, and a gas shield jig arranged in the rear of the torch in the moving direction can be used for after-shielding of the welded portion. Can be done. Since both gas shield jigs are provided independently on the torch, one and the other of the pair of gas shield jigs can be freely arranged. As a result, the pair of gas shield jigs can be arranged according to the welding scene, and the adsorbed oxygen and adsorbed nitrogen remaining on the surface of the welded portion can be removed more reliably. The oxygen concentration and nitrogen concentration of the welded bead can be reduced.

（２）前記シールドする工程は、前記トーチと前記一対のガスシールド治具との周囲を覆うカバー部材を配置して、噴射された前記シールドガスを前記カバー部材の内側に滞留させる、（１）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、カバー部材内のトーチ周囲空間にシールドガスを滞留させることができ、形成された溶着ビードを確実に大気雰囲気からシールドできる。 (2) In the shielding step, a cover member that covers the periphery of the torch and the pair of gas shield jigs is arranged, and the sprayed shield gas is retained inside the cover member (1). The method for manufacturing a laminated model according to.
According to this method for manufacturing a laminated model, the shield gas can be retained in the space around the torch in the cover member, and the formed welded bead can be reliably shielded from the atmosphere.

（３）前記トーチを移動させながら前記溶着ビードを形成する途中で、前記トーチの姿勢を変更する場合、又は前記トーチの移動方向前方に障害物が存在する場合に、前記一対のガスシールド治具の少なくとも一方を、前記トーチを中心に回転又は前記トーチの軸方向に移動させる、（１）又は（２）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、ガスシールド治具を回転又は移動させることで障害物との干渉を防止して、溶接可能範囲を拡大できる。 (3) The pair of gas shield jigs when the posture of the torch is changed during the formation of the welded bead while moving the torch, or when an obstacle exists in front of the torch in the moving direction. The method for manufacturing a laminated model according to (1) or (2), wherein at least one of the above is rotated around the torch or moved in the axial direction of the torch.
According to this method for manufacturing a laminated model, by rotating or moving the gas shield jig, interference with obstacles can be prevented and the weldable range can be expanded.

（４）純チタン又はチタン合金の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを繰り返し積層して積層造形物を造形する積層造形物の製造装置であって、
トーチと、
前記トーチを移動させるトーチ移動機構と、
前記トーチに前記溶加材を供給する溶加材供給部と、
前記トーチにそれぞれ独立して設けられた一対のガスシールド治具と、
前記トーチと前記一対のガスシールド治具とにシールドガスを供給するシールドガス供給部と、
を備え、
前記一対のガスシールド治具は、前記シールドガス供給部から供給される前記シールドガスの噴射口が、前記トーチから一方向に延びて形成され、
前記一対のガスシールド治具の一方は、前記トーチの移動方向前方に配置され、他方は前記トーチの移動方向後方に配置される、
積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、トーチの移動方向前方の配置したガスシールド治具により溶接部のビフォーシールドが行え、トーチの移動方向後方に配置したガスシールド治具により溶接部のアフターシールドが行える。そして、双方のガスシールド治具がトーチに独立して設けられるため、一対のガスシールド治具の一方と他方とを自在に配置できる。これにより、一対のガスシールド治具を溶接場面に応じた配置にでき、溶接部の表面に残存する吸着酸素・吸着窒素をより確実に除去できる。溶着ビードの酸素濃度及び窒素濃度を低減できる。 (4) An apparatus for manufacturing a laminated model, in which a welded bead obtained by melting and solidifying a filler metal of pure titanium or a titanium alloy is repeatedly laminated to form a laminated model.
With a torch
The torch movement mechanism that moves the torch and
A filler material supply unit that supplies the filler material to the torch,
A pair of gas shield jigs independently provided on the torch,
A shield gas supply unit that supplies shield gas to the torch and the pair of gas shield jigs,
Equipped with
The pair of gas shield jigs are formed by having an injection port of the shield gas supplied from the shield gas supply unit extending in one direction from the torch.
One of the pair of gas shield jigs is arranged in front of the torch in the moving direction, and the other is arranged in the rear of the torch in the moving direction.
Manufacturing equipment for laminated objects.
According to this laminated model manufacturing device, the before shield of the welded part can be performed by the gas shield jig arranged in front of the moving direction of the torch, and the aftershield of the welded part is performed by the gas shield jig arranged behind in the moving direction of the torch. Can be done. Since both gas shield jigs are provided independently on the torch, one and the other of the pair of gas shield jigs can be freely arranged. As a result, the pair of gas shield jigs can be arranged according to the welding scene, and the adsorbed oxygen and adsorbed nitrogen remaining on the surface of the welded portion can be removed more reliably. The oxygen concentration and nitrogen concentration of the welded bead can be reduced.

（５）前記トーチと前記一対のシールド部材との周囲を覆うカバー部材を備え、
噴射された前記シールドガスを前記カバー部材の内側に滞留させる、（４）に記載の積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、カバー部材内のトーチ周囲空間にシールドガスを滞留させることができ、形成された溶着ビードを確実に大気雰囲気からシールドできる。 (5) A cover member that covers the periphery of the torch and the pair of shield members is provided.
The apparatus for manufacturing a laminated model according to (4), wherein the injected shield gas stays inside the cover member.
According to this laminated model manufacturing apparatus, the shield gas can be retained in the space around the torch in the cover member, and the formed welded bead can be reliably shielded from the atmospheric atmosphere.

（６）前記トーチの移動方向前方に配置された前記ガスシールド治具を、前記トーチを中心に回転移動させる回転機構と、前記トーチの軸線に沿って移動させる直動機構との少なくとも一方を備える、（４）又は（５）に記載の積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、ガスシールド治具を回転又は移動させることで障害物との干渉を防止して、溶接可能範囲を拡大できる。 (6) The gas shield jig arranged in front of the torch in the moving direction is provided with at least one of a rotation mechanism for rotationally moving the gas shield jig around the torch and a linear motion mechanism for moving the gas shield jig along the axis of the torch. , (4) or (5).
According to this laminated model manufacturing apparatus, by rotating or moving the gas shield jig, it is possible to prevent interference with obstacles and expand the weldable range.

１１溶接ロボット
１３ロボットコントローラ
１５溶加材供給部
１７シールドガス供給部
１９溶接電源
２１制御部
２３トーチ
２５ベースプレート
２７Ａ，２７Ｂガスシールド治具
２９カバー部材
３１支持部
３３筐体
３３ａ開口部
３５金網
３７整流体
３９ガス供給管
４１拡散パイプ
４１ａ開口
４３内部空間
４５カバー支持部
４７骨格部材
４７ａ支持片
４７ｂ第１環状部
４７ｃ第２環状部
４７ｄ支柱部
４９シート部材
４９ａ開口部
４９ｂ外縁端
５１トーチ周囲空間
５５吸着酸素・吸着窒素
５７壁部
１００ガスシールド溶接装置（積層造形物の製造装置）
Ｂ溶着ビード 11 Welding robot 13 Robot controller 15 Lubricating material supply unit 17 Shielded gas supply unit 19 Welding power supply 21 Control unit 23 Torch 25 Base plate 27A, 27B Gas shield jig 29 Cover member 31 Support part 33 Housing 33a Opening 35 Wire net 37 Fluid 39 Gas supply pipe 41 Diffusion pipe 41a Opening 43 Internal space 45 Cover support 47 Skeletal member 47a Support piece 47b First annular part 47c Second annular part 47d Strut part 49 Seat member 49a Opening 49b Outer edge edge 51 Torch surrounding space 55 Adsorbed Oxygen / Adsorbed Nitrogen 57 Wall 100 Gas Shield Welding Equipment (Manufacturing Equipment for Laminated Objects)
B Welding bead

Claims

純チタン又はチタン合金の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを繰り返し積層して積層造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶加材をトーチに供給しつつ前記溶加材をトーチ先端で加熱、溶融させて溶着ビードを形成する工程と、
シールドガスを噴射して前記溶着ビードを大気雰囲気からシールドする工程と、
を含み、
前記シールドする工程は、
前記トーチ先端に設けた噴射口から前記シールドガスを噴射するとともに、
前記トーチにそれぞれ独立して設けられ、前記シールドガスの噴射領域が前記トーチから一方向に延びて形成される一対のガスシールド治具のうち、一方を前記トーチの移動方向前方に配置し、他方を前記トーチの移動方向後方に配置する、
積層造形物の製造方法。 It is a method for manufacturing a laminated model, in which a welded bead obtained by melting and solidifying a filler metal of pure titanium or a titanium alloy is repeatedly laminated to form a laminated model.
A step of heating and melting the filler metal at the tip of the torch while supplying the filler metal to the torch to form a welded bead.
The process of injecting a shield gas to shield the welded bead from the atmospheric atmosphere,
Including
The shielding step is
While injecting the shield gas from the injection port provided at the tip of the torch,
Of a pair of gas shield jigs independently provided on the torch and having an injection region of the shield gas extending in one direction from the torch, one is arranged in front of the torch in the moving direction and the other. Is placed behind the torch in the moving direction.
Manufacturing method of laminated model.

前記シールドする工程は、前記トーチと前記一対のガスシールド治具との周囲を覆うカバー部材を配置して、噴射された前記シールドガスを前記カバー部材の内側に滞留させる、
請求項１に記載の積層造形物の製造方法。 In the shielding step, a cover member that covers the periphery of the torch and the pair of gas shield jigs is arranged, and the sprayed shield gas is retained inside the cover member.
The method for manufacturing a laminated model according to claim 1.

前記トーチを移動させながら前記溶着ビードを形成する途中で、前記トーチの姿勢を変更する場合、又は前記トーチの移動方向前方に障害物が存在する場合に、前記一対のガスシールド治具の少なくとも一方を、前記トーチを中心に回転又は前記トーチの軸方向に移動させる、請求項１又は２に記載の積層造形物の製造方法。 At least one of the pair of gas shield jigs when the posture of the torch is changed during the formation of the welded bead while moving the torch, or when an obstacle exists in front of the torch in the moving direction. The method for manufacturing a laminated model according to claim 1 or 2, wherein the torch is rotated around the torch or moved in the axial direction of the torch.

純チタン又はチタン合金の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを繰り返し積層して積層造形物を造形する積層造形物の製造装置であって、
トーチと、
前記トーチを移動させるトーチ移動機構と、
前記トーチに前記溶加材を供給する溶加材供給部と、
前記トーチにそれぞれ独立して設けられた一対のガスシールド治具と、
前記トーチと前記一対のガスシールド治具とにシールドガスを供給するシールドガス供給部と、
を備え、
前記一対のガスシールド治具は、前記シールドガス供給部から供給される前記シールドガスの噴射口が、前記トーチから一方向に延びて形成され、
前記一対のガスシールド治具の一方は、前記トーチの移動方向前方に配置され、他方は前記トーチの移動方向後方に配置される、
積層造形物の製造装置。 It is a manufacturing device for laminated shaped objects that forms laminated shaped objects by repeatedly laminating welded beads made by melting and solidifying a filler metal of pure titanium or titanium alloy.
With a torch
The torch movement mechanism that moves the torch and
A filler material supply unit that supplies the filler material to the torch,
A pair of gas shield jigs independently provided on the torch,
A shield gas supply unit that supplies shield gas to the torch and the pair of gas shield jigs,
Equipped with
The pair of gas shield jigs are formed by having an injection port of the shield gas supplied from the shield gas supply unit extending in one direction from the torch.
One of the pair of gas shield jigs is arranged in front of the torch in the moving direction, and the other is arranged in the rear of the torch in the moving direction.
Manufacturing equipment for laminated objects.

前記トーチと前記一対のシールド部材との周囲を覆うカバー部材を備え、
噴射された前記シールドガスを前記カバー部材の内側に滞留させる、
請求項４に記載の積層造形物の製造装置。 A cover member that covers the periphery of the torch and the pair of shield members is provided.
The injected shield gas is retained inside the cover member.
The apparatus for manufacturing a laminated model according to claim 4.

前記トーチの移動方向前方に配置された前記ガスシールド治具を、前記トーチを中心に回転移動させる回転機構と、前記トーチの軸線に沿って移動させる直動機構との少なくとも一方を備える、
請求項４又は５に記載の積層造形物の製造装置。 The gas shield jig arranged in front of the torch in the moving direction is provided with at least one of a rotation mechanism for rotating the gas shield jig around the torch and a linear motion mechanism for moving the gas shield jig along the axis of the torch.
The apparatus for manufacturing a laminated model according to claim 4 or 5.