JP2000514362A - 金属のプラズマ―アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、正極性直接アークで金属のプラズマ溶接を行うための方法に関する。この方法は、パイロットアークが放出した熱エネルギが陽極ノズルに及ぼす作用でバーナー内で瞬間的に形成された水蒸気をプラズマ発生媒体として使用する。かくして発生したプラズマ流は、パイロットアークの強さを変化させることによって調節できる。

Description

【発明の詳細な説明】 金属のプラズマ−アーク溶接方法 技術分野 本発明は、金属のプラズマ−アーク溶接方法に関し、機械工学、自動車産業、 構造工学、及び多くの他の産業に適用できる。 背景技術 いわゆる被拘束アーク（constricted arc）を使用した金属のプラズマ−アー ク溶接方法がある(１９７９年に発行された、ウクライナ国キエフ市のＢ．イェ ．パットンが編集した「ナウコヴァ ドゥムカ(Naukova dumka)」誌の「マイク ロプラズマ−アーク溶接」というテキストの第１９頁乃至第２１頁を参照された い(ロシア国))。この方法の要旨は、不活性ガス流中で、プラズマトロンのプラ ズマ−アーク溶接トーチと加工物即ち陽極との間でアーク放電を発生させる際、 アーク放電の直径をトーチノズル通路に合わせて制限するということにある。ア ークを電極と加工物との間で狭幅のノズル通路に亘って直接的に発生させるのが 困難であるため、先ず最初にパイロットアークを電極とトーチノズル陽極との間 で発生し、このときに不活性ガスをここに供給する。 前記ガスがノズル即ち陽極の出口から圧力下で流出する際、パイロットアーク の拘束によりプラズマ噴流が発生する。プラズマ噴流が加工物と接触すると直ぐ に主アークが開始する。この場合、プラズマアークが持続され、かくして、主ア ークを低電流状態で安定化させる。プラズマ発生ガスの消費量を制御するとき、 溶融状態の溶接プールに及ぼされる圧力を変化させることができ、及び従って加 工物即ち陽極の貫入深さを変化させることができる。 以上論じた周知の方法は、優れた品質の溶接部を得るために用いられるが、外 部不活性ガス源を設けることは、前記方法を実施する上で作動上の不都合を伴い 、不活性ガスの発生費用が高く、ガスボトルの充填にかなりの費用がかかり、ガ スボトルの持ち運びは、上述のプラズマ−アーク溶接方法の実際上の適用性に大 きな制限を加える。 発明の開示 本発明の目的は、周知の方法の上述の欠点をなくすことである。 ここで提案する、直接アークを用いたプラズマ−アーク溶接方法の要旨は、水 蒸気をプラズマ発生ガスとして使用することにあり、主アークの正極性(straigh t（normal）polarity)が必須である。蒸気は、パイロットアークが放出する熱エ ネルギにより溶接トーチ内で直接的に発生させることができる。プラズマ噴流は 、パイロットアーク電流を変化させることによって、必要な溶接深さに合わせて 制御できる。 電極の高温の作用による水の蒸発によりトーチで直接的に発生した水蒸気をプ ラズマ発生媒体として使用するプラズマ−アークトーチは従来技術で周知である ということに着目しなければならない(１９９４年９月１日にＷＯ９４／１９１ ３９として公開された、ＰＣＴ／ＲＵ９３／０００５３を参照されたい)。しか しながら、前記トーチは、トーチの陰極と加工物との間でアークを直接的に発生 させることによる金属の溶接に使用されてこなかった。 実施例 本明細書に添付した図面には、本発明による溶接方法を実施するための装置が 示してある。この装置は、陰極１、プラズマ発生媒体用通路を備えたノズル即ち 陽極２、水分吸収材料で充填された容器３、パイロットアーク電源４、直接アー ク電源５、及びパイロットアーク電流調節器６を含むプラズマアーク溶接トーチ からなる。トーチには、断熱耐圧カバー７が設けられている。水分吸収材料とし て、カオリンウール、カーボン布、又はカーボンフェルトを使用するのがよい。 この装置は、以下の通りに作動する。 容器の入口１０を開き、容器を水で満たした後、容器３の入口１０を閉鎖する 。次いで、パイロットアーク電源４で陰極１及びノズル即ち陽極２に電圧を加え る。 次にパイロットアークを発生する。これは、例えば、ノズル即ち陽極２と接触 するまで陰極１を往復動させることによって行われる。パイロットアークによっ てノズル即ち陽極２のところで放出された熱エネルギにより、容器３内に保持さ れた水を蒸発する。結果的に得られた水蒸気は、ノズル即ち陽極２の通路を通っ て放電チャンバに進入し、中央ノズル開口部を通って流出し、かくしてアーク− ガス柱（arc-gaseous column）を形成する。水蒸気は、次いで、アーク−ガス柱 がノズル陽極２の開口部に拘束されているため、高温に加熱され、及びかくして プラズマ状態になり、ノズル即ち陽極２の出口のところでプラズマ噴流を発生す る。 トーチの温度状態が定常状態になった後、電圧を直接アーク電源５から陰極１ 及び溶接される金属８に加え、パイロットアークプラズマ噴流を溶接領域に差し 向け、ノズル即ち陽極と溶接される金属との間の距離を、陰極１と溶接される金 属８との間で直接アークが開始されるまで小さくする。 かくして、パイロットアークのプラズマ噴流で安定化されたこのようにして形 成された直接アーク間隔が、金属をその融着により溶接する。金属の融着深さ及 び直接アークの安定化の程度は、パイロットアーク用電流調節器６を使用して変 化される。これは、一方では、溶融状態の金属が溶接パドルから吹き飛ばされな いように、及び他方では直接アーク位置が一定に安定しているように調節器の位 置を選択することによって行われる。 充填材９を使用する場合にはいつでも、溶接される金属に充填材を電気的に接 続し、必要に応じてプラズマ噴流に入れる。充填材は、プラズマ噴流内で直接ア ークの作用で溶融し、溶接される金属の表面上に形成された溶接パドルを充填す る。 産業的適用性 本願に添付した図面に従って製作された装置の実験モデルを、厚さが４ｍｍ乃 至５ｍｍの鋼製構造を溶接することによって試験した。パイロットアーク電流が ３Ａ乃至４Ａ、直接アーク電流が７Ａ乃至１０Ａ、融着深さが３ｍｍ乃至４ｍｍ の条件で上文中に説明した作業を特定の順序で実施した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エフゲニー・イワノヴィチ・ティタレンコ ロシア共和国103617，ゼレノグラド 1455 ―64

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電極とノズル即ちプラズマ−アーク溶接トーチの陽極との間でパイロットア ークを発生する工程と、 プラズマ発生媒体を前記パイロットアークのアークゾーンに近付け、前記プラ ズマ発生媒体で前記パイロットアークをノズル即ち溶接トーチの陽極内に拘束し 、これによってプラズマ噴流を発生する工程と、 前記プラズマ−アーク溶接トーチの電極と溶接される金属との間で主アークを 発生する工程と、 前記主アークを前記プラズマ噴流で安定化させ、前記金属を前記安定化させた 主アークで融着する工程とを含む、金属のプラズマ−アーク溶接方法において、 前記プラズマ発生媒体として水蒸気を使用し、金属の溶接を主アークの正極性 によって実施する、ことを特徴とする方法。 ２．前記プラズマ発生媒体として、前記パイロットアークが放出した熱エネルギ によって前記プラズマ−アーク溶接トーチ内で直接的に発生された水蒸気を使用 する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記プラズマ噴流は、前記パイロットアーク電流の値を変化させることによ って制御される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。