JP2005211919A

JP2005211919A - Control method for charged particle flow, control method for welding arc and plasma, and control method for molten metal

Info

Publication number: JP2005211919A
Application number: JP2004020301A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Usui; 聡志臼井; Tetsuo Oka; 徹雄岡; Tadashi Higuchi; 匡樋口; Shuhei Yamaguchi; 修平山口; Yoshitaka Ito; 佳孝伊藤; Yosuke Yanagi; 陽介柳
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for controlling a welding arc or a molten metal, whose controllability is further improved. <P>SOLUTION: A welding arc, a molten metal pool, or a weld bead is controlled by making magnetic force generated from a superconductive bulk magnet act on them. The strength and the direction of the weld arc or the like is controlled by strong magnetic force generated from the superconductive bulk magnet, so that the controllability is further improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アークやプラズマ、電子ビームなどの荷電粒子流の制御方法、溶接アーク、プラズマの制御方法、さらには溶接アークにより形成される金属溶融池や溶接ビードなどの溶融金属の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling a flow of charged particles such as an arc, plasma and electron beam, a method for controlling a welding arc and plasma, and a method for controlling a molten metal such as a molten metal pool and a weld bead formed by the welding arc. It is.

従来より、溶接アーク又は溶接によって発生する金属溶融池や溶融ビードを外力によって制御する技術は知られている。例えば、特許文献１には、底板と側板との界面付近の立向継手部分を溶接するにあたり、溶接トーチを下向きに１０〜４５°傾けるとともに、溶接線とアーク方向にほぼ直角であり、かつアークが上向きとなるローレンツ力を発生する直流磁界を発生させることにより、アークの方向が上向きになるようにアークの方向を制御し、これによって溶融金属が垂れ落ちるのを防止した技術が提案されている。また、特許文献２には、アークと平行な磁界を発生させて、ローレンツ力によってアークを収束させる技術が提案されている。
特許第２９１２１５０号特開平０７−１０２４５８ 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for controlling a molten metal pool or a molten bead generated by welding arc or welding with an external force is known. For example, Patent Document 1 discloses that when welding a vertical joint near the interface between a bottom plate and a side plate, the welding torch is tilted downward by 10 to 45 ° and is substantially perpendicular to the welding line and the arc direction. A technique has been proposed in which the direction of the arc is controlled so that the direction of the arc is upward by generating a DC magnetic field that generates a Lorentz force in which the molten metal is upward, thereby preventing the molten metal from dripping down. . Patent Document 2 proposes a technique for generating a magnetic field parallel to the arc and converging the arc by Lorentz force.
Patent No. 2912150 JP 07-102458 A

しかしながら、いずれの従来技術においても、コイル及び鉄心からなる電磁石、又は永久磁石によって生ずる磁力を利用するものであり、磁力が十分でないためにアークの制御範囲や溶融金属の制御範囲が限定され、十分なアーク制御又は溶融金属制御を行うことができなかった。 However, any of the prior arts uses magnetic force generated by an electromagnet consisting of a coil and an iron core, or a permanent magnet. Since the magnetic force is not sufficient, the arc control range and the molten metal control range are limited. Arc control or molten metal control could not be performed.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、アーク制御、溶融金属制御を行うにあたり、より制御性の向上した方法を提供することを、技術的課題とするものである。 This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a technical subject to provide the method which improved controllability more in performing arc control and molten metal control.

また、上述の問題、つまり磁力が十分でないためにアークや溶融金属の制御範囲が限定されるという問題は、溶接アークの制御や溶融金属の制御に限らず、溶接以外のアークその他の荷電粒子流についてもいえる。従って、本発明は、荷電粒子流の制御を行うにあたり、より制御性の向上した方法を提供することをも、技術的課題とするものである。 In addition, the above-mentioned problem, that is, the problem that the control range of the arc and molten metal is limited due to insufficient magnetic force is not limited to the control of the welding arc or molten metal, but other charged particle flow other than welding other than welding. It can also be said. Therefore, the present invention also aims to provide a method with improved controllability in controlling charged particle flow.

上記した技術課題を解決するためになされた請求項１の発明は、
超電導バルク体磁石により発生する磁力を荷電粒子流に作用させることにより、荷電粒子流を制御することを特徴とする、荷電粒子流の制御方法とすることである。 The invention of claim 1 made to solve the above technical problem is:
A charged particle flow control method is characterized in that a charged particle flow is controlled by applying a magnetic force generated by a superconducting bulk magnet to the charged particle flow.

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、
前記荷電粒子流は、溶接アーク又はプラズマであることを特徴としている。 The invention of claim 2 is the invention of claim 1,
The charged particle flow is a welding arc or plasma.

また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、
前記超電導バルク体磁石は、被溶接物に対して溶接トーチと反対側に配置されてなることを特徴としている。 The invention of claim 3 is the invention of claim 2,
The superconducting bulk magnet is arranged on the side opposite to the welding torch with respect to the workpiece.

また、請求項４の発明は、請求項３の発明において、
前記超電導バルク体磁石の中心が前記溶接トーチの軸心から偏心するように前記超電導バルク体磁石が配置されてなることを特徴としている。 The invention of claim 4 is the invention of claim 3,
The superconducting bulk magnet is arranged such that the center of the superconducting bulk magnet is eccentric from the axis of the welding torch.

また、上記した技術的課題を解決するためになされた請求項５の発明は、
超電導バルク体磁石により発生する磁力を溶接アークにより溶融した溶融金属に作用させることにより、溶融金属を制御することを特徴とする、溶融金属の制御方法とすることである。 Further, the invention of claim 5 made to solve the technical problem described above,
A molten metal control method is characterized in that the molten metal is controlled by causing the magnetic force generated by the superconducting bulk magnet to act on the molten metal melted by the welding arc.

また、請求項６の発明は、請求項５の発明において、
前記超電導バルク体磁石は、被溶接物に対して溶接トーチと同じ側又は反対側に配置されてなることを特徴としている。 The invention of claim 6 is the invention of claim 5,
The superconducting bulk magnet is arranged on the same side as the welding torch or on the opposite side with respect to the workpiece.

また、請求項７の発明は、請求項５の発明において、
前記超電導バルク体磁石は、溶接トーチから放射する溶接アークの放射方向と直行する方向に磁束線が形成されるように配設されてなることを特徴としている。 The invention of claim 7 is the invention of claim 5,
The superconducting bulk magnet is arranged such that magnetic flux lines are formed in a direction perpendicular to the radial direction of the welding arc radiated from the welding torch.

請求項１に記載の発明によれば、超電導バルク体磁石により発生する磁力を荷電粒子流に作用させて荷電粒子流の形状や強さの制御を行う。従来から使用されている電磁石、電磁コイル、永久磁石では、狭い範囲内で十分強力な磁場を発生させることは難しく、磁束密度に関しても、例えばネオジウム系磁石で０．５Ｔ程度でさほど強くないため、荷電粒子流の制御範囲が制限されてしまう。これに対し、本発明では、超電導バルク体磁石を使用するため、数Ｔ程度の非常に強い磁場を発生させることができ、荷電粒子流の制御範囲を拡大することが可能となり、制御性を向上させることができる。 According to the first aspect of the invention, the magnetic force generated by the superconducting bulk magnet is applied to the charged particle flow to control the shape and strength of the charged particle flow. With conventional electromagnets, electromagnetic coils, and permanent magnets, it is difficult to generate a sufficiently strong magnetic field within a narrow range, and the magnetic flux density is not so strong at about 0.5 T with a neodymium magnet, for example. The control range of the charged particle flow is limited. On the other hand, in the present invention, since a superconducting bulk magnet is used, it is possible to generate a very strong magnetic field of about several T, and it is possible to expand the control range of the charged particle flow, thereby improving controllability. Can be made.

荷電粒子流とは、荷電した粒子の流れのことであり、電流（電子流）や、イオンの流れ（イオン流）、プラズマ等を含む流れの概念である。また、本発明に適用される荷電粒子流としては、特に限定される必要はなく、例えばアーク、プラズマ、電子流（電子ビーム）、イオン流（イオンビーム）等、荷電粒子の流れを形成するものであれば良い。 The charged particle flow is a flow of charged particles, and is a concept of a flow including an electric current (electron flow), an ion flow (ion flow), plasma, and the like. Further, the charged particle flow applied to the present invention is not particularly limited, and forms a flow of charged particles such as an arc, plasma, electron flow (electron beam), ion flow (ion beam), etc. If it is good.

荷電粒子流の制御とは、荷電粒子流を目的の状態とするために、その密度（強さ）、流れ方向に操作を加えることである。 The control of the charged particle flow is to apply an operation to the density (strength) and the flow direction in order to bring the charged particle flow into a target state.

超電導バルク体磁石とは、所謂超電導マグネットと呼ばれる超電導コイルとは異なり、バルク状に形成された超電導体のことである。超電導コイルは超電導臨界温度以下で通電して初めて強磁場を発生するが、超電導バルク体磁石は超電導臨界温度以下で着磁を行えば、通電を行わずとも強磁場を発生するものである。超電導バルク体磁石は、通常、冷凍機等の冷却装置に取り付けられて冷却され、また効率良く冷却するために、熱侵入の少ない真空チャンバ等の断熱容器（クライオスタット）に収容されることが多い。超電導バルク体磁石の材料としては、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹを含む希土類金属）系の配合組成を持つ高温超電導材料が利用できる。 The superconducting bulk magnet is a superconductor formed in a bulk shape, unlike a superconducting coil called a so-called superconducting magnet. A superconducting coil generates a strong magnetic field only when it is energized below the superconducting critical temperature. A superconducting bulk magnet generates a strong magnetic field without being energized if it is magnetized below the superconducting critical temperature. A superconducting bulk magnet is usually attached to a cooling device such as a refrigerator to be cooled, and in order to efficiently cool the superconducting bulk magnet, it is often housed in a heat insulating container (cryostat) such as a vacuum chamber with little heat penetration. As a material for the superconducting bulk magnet, a high-temperature superconducting material having a RE-Ba-Cu-O (RE is a rare earth metal containing Y) series composition can be used.

請求項２に記載の発明によれば、荷電粒子流としての溶接アークやプラズマに超電導バルク体磁石からの磁力を作用させるので、溶接アークやプラズマの形状や強さなどを幅広く制御することができる。なお、従来技術のように電磁石や電磁コイル等で磁界を発生させる場合、発生磁界がさほど強くないため、効果的に溶接アーク、プラズマ又は溶融金属を制御するために、これらに磁石を近接させなければならない。しかし、一般的に、磁性体は高温（例えば、溶接に用いるアーク温度は数千〜数万Ｋ）では磁力が低下してしまう性質があるため、アーク等に磁石を近づけすぎると磁力が低下してしまい、結局のところ、溶接アークや溶融金属に大きな磁力を作用させることができない。これに対し、本発明では、超電導バルク体磁石を用いて非常に大きな磁力を発生させることができるため、アーク等から比較的離れた位置に超電導バルク体磁石を設置しても、アーク等を十分制御することができるという利点がある。 According to the invention described in claim 2, since the magnetic force from the superconducting bulk magnet acts on the welding arc or plasma as a charged particle flow, the shape and strength of the welding arc or plasma can be controlled widely. . Note that when a magnetic field is generated by an electromagnet, an electromagnetic coil, or the like as in the prior art, the generated magnetic field is not so strong. Therefore, in order to effectively control the welding arc, plasma, or molten metal, the magnet must be placed close to them. I must. However, in general, magnetic materials have the property that the magnetic force decreases at high temperatures (for example, the arc temperature used for welding is several thousand to several tens of thousands K), so if the magnet is too close to the arc, the magnetic force decreases. Eventually, a large magnetic force cannot be applied to the welding arc or molten metal. On the other hand, in the present invention, since a very large magnetic force can be generated using a superconducting bulk magnet, even if the superconducting bulk magnet is installed at a position relatively away from the arc, the arc etc. There is an advantage that it can be controlled.

請求項３の発明によれば、超電導バルク体磁石は、被溶接物に対して溶接トーチとは反対側に配置される。このように配置することにより、溶接トーチから放出されて放射状に拡がろうとするアークを収束させることができ、溶接強度を制御することが可能となる。また、アークを収束させることで、エネルギー密度を大きくすることができるので、溶接の深溶け込み化、高速溶接化が可能となる。更に、同じ量だけ通常の方法で溶接する場合と比較して、低い入熱量での溶接を行うことができ、また低歪化も達成できる。更に、従来はレーザーや電子ビームなどでしかできなかった金属穴あけ等の技術も、本発明においてアークを極度に収束させることで可能となるので、レーザーや電子ビームを使用する場合と比べて安価で同様な金属穴あけを行うことができる。なお、溶接アークが収束するのは、以下の理由によるものと推測される。即ち、溶接トーチの電極棒から放出されて放射状に広がろうとするアーク中の各電子が超電導磁石から発生する磁束の影響を受け、磁束に沿って螺旋的に回転しながら被溶接物に向かうように動作を制御されるため、収束するものと推定される。 According to invention of Claim 3, a superconducting bulk body magnet is arrange | positioned with respect to a to-be-welded object on the opposite side to a welding torch. By arranging in this way, the arc emitted from the welding torch and spreading radially can be converged, and the welding strength can be controlled. In addition, since the energy density can be increased by converging the arc, it is possible to achieve deep penetration of welding and high-speed welding. Furthermore, compared with the case where welding is performed by the same amount by a normal method, welding with a low heat input can be performed, and low distortion can be achieved. In addition, techniques such as metal drilling that could only be done with a laser or an electron beam in the past can be achieved by extremely converging the arc in the present invention, so that it is less expensive than using a laser or an electron beam. Similar metal drilling can be performed. In addition, it is estimated that the welding arc converges for the following reason. That is, each electron in the arc, which is emitted from the electrode rod of the welding torch and intends to spread radially, is affected by the magnetic flux generated from the superconducting magnet and is directed to the work piece while spirally rotating along the magnetic flux. Since the operation is controlled, it is presumed that it will converge.

また、請求項４の発明によれば、超電導バルク体磁石の中心が溶接トーチの軸心から偏心するように超電導バルク体磁石を配置する。このように配置することにより、上記請求項３の発明において説明したようにアーク中の電子が磁束に沿って流れ、超電導磁石の偏心方向に引っ張られるため、アークの方向を制御することができる。これにより、通常では溶接ができないようなところにおいても、簡単に溶接できるようになる。 According to the invention of claim 4, the superconducting bulk magnet is arranged so that the center of the superconducting bulk magnet is eccentric from the axis of the welding torch. By arranging in this way, as described in the invention of claim 3, the electrons in the arc flow along the magnetic flux and are pulled in the eccentric direction of the superconducting magnet, so that the direction of the arc can be controlled. As a result, welding can be easily performed even in a place where welding cannot be performed normally.

また、請求項５の発明によれば、超電導バルク体磁石により発生する磁力を溶接アークにより溶融した溶融金属に作用させ、溶融金属を制御する。この場合において、超電導バルク体磁石により非常に強い磁場を発生することができるので、従来の方法に比べて、溶融金属の制御性が向上する。 According to the invention of claim 5, the magnetic force generated by the superconducting bulk magnet is applied to the molten metal melted by the welding arc to control the molten metal. In this case, since a very strong magnetic field can be generated by the superconducting bulk magnet, the controllability of the molten metal is improved as compared with the conventional method.

溶融金属の制御とは、溶融金属を目的の状態とするために、溶融金属を流動させる操作を加えることである。例えば、溶融金属が溶接アークにより生じた金属溶融池である場合には、この金属溶融池中の溶融金属を攪拌させるような制御や、また溶融金属が溶接ビードである場合には、この溶接ビードを所望の方向に移動させるような制御が、本発明における溶融金属の例として例示できる。 The control of the molten metal is to add an operation for causing the molten metal to flow in order to bring the molten metal into a target state. For example, when the molten metal is a molten metal pool caused by a welding arc, control is performed to stir the molten metal in the molten metal pool, and when the molten metal is a weld bead, Control that moves the metal in a desired direction can be exemplified as an example of the molten metal in the present invention.

また、請求項６の発明によれば、超電導バルク体磁石を、被溶接物に対して溶接トーチと同じ側又は反対側に配置する。このように配置することにより、溶接アークにより生じた金属溶融池を流れる電流と超電導バルク体磁石から発生する磁束がほぼ直行するため、ローレンツ力によって溶融池中の溶融金属が力を受ける。この力は溶融池の周方向に作用するため、溶融池は周方向に回転力を受けて攪拌される。この回転攪拌により、溶融池中の溶融金属が対流又は飛散して未溶融部分がアークに直接触れる機会が多くなり、金属の溶け込みが促進されて溶接の深溶け込み化が可能となる。また、同様の理由により、高速溶接化、低入熱化、低歪化、レーザーや電子ビームの代用が可能となることによる低コスト化が実現できる。 According to the invention of claim 6, the superconducting bulk magnet is arranged on the same side as the welding torch or on the opposite side with respect to the workpiece. By arranging in this way, the current flowing through the molten metal pool caused by the welding arc and the magnetic flux generated from the superconducting bulk magnet are almost orthogonal, and the molten metal in the molten pool receives the force by the Lorentz force. Since this force acts in the circumferential direction of the molten pool, the molten pool receives a rotational force in the circumferential direction and is agitated. By this rotating stirring, the molten metal in the molten pool is convected or scattered, and the unmelted portion directly contacts the arc, so that the penetration of the metal is promoted and the deep penetration of the welding becomes possible. For the same reason, it is possible to realize cost reduction by enabling high-speed welding, low heat input, low distortion, and laser or electron beam substitution.

なお、この場合において、超電導バルク体磁石は、該バルク体磁石から生じる磁束が溶融池内の電子の流動と直行する方向成分を持つのであれば、被溶接物に対して溶接トーチと同じ側に配置しても、反対側に配置しても、どちらでも良い。ただし、同じ側に配置した場合には、装置全体のコンパクト化が図れるという利点を有する。 In this case, the superconducting bulk magnet is arranged on the same side as the welding torch if the magnetic flux generated from the bulk magnet has a directional component perpendicular to the flow of electrons in the molten pool. Or it may be arranged on the opposite side. However, when arranged on the same side, there is an advantage that the entire apparatus can be made compact.

また、請求項７の発明によれば、溶接トーチから放射する溶接アークの放射方向と略直行する方向に磁束線が形成されるように超電導バルク体磁石が配設されているので、溶接アークにより形成される溶接ビードには、溶接アークの放射方向及び磁束線の形成方向の両方向に直行する方向にローレンツ力が付与される。このため溶接ビードを、例えば溶接の進行方向又は進行方向とは逆方向に移動させることができ、溶接ビードの垂れ落ち、ハンピングビードの発生などの不具合の発生を防止することができる。この場合において、超電導バルク体磁石から発生する磁力を用いているため、より効果的にこれらの不具合の発生を防止を行うことができる。 According to the invention of claim 7, the superconducting bulk magnet is disposed so that the magnetic flux lines are formed in a direction substantially perpendicular to the radiation direction of the welding arc radiated from the welding torch. A Lorentz force is applied to the formed weld bead in a direction perpendicular to both the radial direction of the welding arc and the direction of formation of the magnetic flux lines. For this reason, the weld bead can be moved, for example, in the welding traveling direction or in the direction opposite to the traveling direction, and the occurrence of problems such as drooping of the welding bead and the occurrence of a humping bead can be prevented. In this case, since the magnetic force generated from the superconducting bulk magnet is used, the occurrence of these problems can be prevented more effectively.

以下、本発明に係わる実施の形態を図面にもとづいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１実施形態例）
図１は、本発明の第１実施形態例である溶接アークの制御方法を示す概略図である。図に示すように、溶接トーチ１は、電極棒１ａの先端が下方向を向くように配置されてなる。溶接トーチ１の下方には、所定の空間距離を隔てて被溶接物Ａ１及びＡ２が配設される。そして、被溶接物Ａ１、Ａ２に対して溶接トーチ１と反対側に、超電導バルク体磁石２が配置される。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a welding arc control method according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the welding torch 1 is arranged so that the tip of the electrode rod 1a faces downward. Below the welding torch 1, workpieces A1 and A2 are disposed at a predetermined spatial distance. Then, superconducting bulk magnet 2 is arranged on the side opposite to welding torch 1 with respect to workpieces A1 and A2.

本例においては、溶接トーチ１の軸心Ｘが超電導バルク体磁石２の中心を通るように超電導バルク体磁石２が配置されているが、多少のずれは、本実施形態の方法を採用する上で問題ない。また、本例において、超電導バルク体磁石２として、約９４Ｋで超電導状態となるＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超電導体を採用した。 In this example, the superconducting bulk body magnet 2 is arranged so that the axis X of the welding torch 1 passes through the center of the superconducting bulk body magnet 2. No problem. In this example, as the superconducting bulk magnet 2, an Sm—Ba—Cu—O-based high-temperature superconductor that becomes a superconducting state at about 94 K is employed.

超電導バルク体磁石２は、ホルダー３によってその位置が固定されている。このホルダー３及び超電導バルク体磁石２は、超電導バルク体磁石を超電導状態としておくために、冷却されている必要がある。冷却方法としては、図に示すように、ＧＭ冷凍機やパルス管冷凍機などの蓄冷型冷凍機１０のコールドステージ１１にホルダー３を熱的結合するかまたはコールドステージ自体をホルダー３とし、ホルダー３から超電導バルク体磁石２に寒冷を伝達して超電導バルク体磁石２を冷却する方法がある。また、効率良く冷却するため、超電導バルク体磁石２、ホルダー３、コールドステージ等の低温になる部分を、真空チャンバ等の断熱容器１２に収容することが望ましい。 The position of the superconducting bulk magnet 2 is fixed by a holder 3. The holder 3 and the superconducting bulk magnet 2 need to be cooled in order to keep the superconducting bulk magnet in a superconducting state. As a cooling method, as shown in the figure, the holder 3 is thermally coupled to the cold stage 11 of the regenerator 10 such as a GM refrigerator or a pulse tube refrigerator, or the cold stage itself is used as the holder 3, and the holder 3 There is a method of cooling the superconducting bulk magnet 2 by transmitting cold to the superconducting bulk magnet 2. Moreover, in order to cool efficiently, it is desirable to accommodate low-temperature parts such as the superconducting bulk magnet 2, the holder 3, and the cold stage in a heat insulating container 12 such as a vacuum chamber.

上記構成において、超電導バルク体磁石２を冷却して着磁し、超電導状態としたまま、溶接トーチ１から溶接アークを発生させる。すると、超電導バルク体磁石２から発生する磁力が溶接アーク中の電子に作用する。超電導バルク体磁石が存在しない状態では、溶接トーチから発生したアークは所定の広がりをもって被溶接物に到達するが、超電導バルク体磁石が存在する場合、アークは超電導バルク体磁石２から生ずる磁力の影響を受けて、広がりが規制され、収束した状態で被溶接物に到達する。アークが収束する理由としては、溶接トーチの電極棒から放出された電子が超電導バルク体磁石から放射状に発する磁束にＢ沿って巻きつくように運動し、拡がったアークが磁束の発生源である超電導バルク体磁石の中心に向かうように収束していくためと考えられる。 In the above configuration, the superconducting bulk magnet 2 is cooled and magnetized, and a welding arc is generated from the welding torch 1 while keeping the superconducting state. Then, the magnetic force generated from the superconducting bulk magnet 2 acts on the electrons in the welding arc. In the state where the superconducting bulk magnet does not exist, the arc generated from the welding torch reaches the work piece with a predetermined spread. In response, the spread is restricted and the workpiece reaches the work piece in a converged state. The reason why the arc converges is that the electrons emitted from the electrode rod of the welding torch move so as to wrap around the magnetic flux emitted radially from the superconducting bulk magnet, and the spread arc is the source of magnetic flux. This is considered to converge toward the center of the bulk magnet.

このように、第１実施形態例では、超電導バルク体磁石２により発生する磁力を荷電粒子流としての溶接アークに作用させることにより、溶接アークを制御するので、幅広い制御が可能となり、溶接アークの制御性が向上する。 As described above, in the first embodiment, since the welding arc is controlled by applying the magnetic force generated by the superconducting bulk magnet 2 to the welding arc as a charged particle flow, a wide range of control is possible. Controllability is improved.

また、超電導バルク体磁石２を被溶接物に対して溶接トーチ１の反対側に配置したので、被溶接物に作用するアークを収束させることができ、この収束量を制御することで、溶接強度を制御することが可能となる。また、アークを収束させることで、エネルギー密度を大きくすることができるので、溶接の深溶け込み化、高速溶接化、低入熱量化、低歪化、コストダウンを図ることができる。 Further, since the superconducting bulk magnet 2 is arranged on the opposite side of the welding torch 1 with respect to the workpiece, the arc acting on the workpiece can be converged, and the welding strength can be controlled by controlling the convergence amount. Can be controlled. Moreover, since the energy density can be increased by converging the arc, it is possible to achieve deep penetration of welding, high-speed welding, low heat input, low distortion, and cost reduction.

なお、本例においては、溶接部材の溶接における例を示したが、アークを収束することによってエネルギー密度を極度に高めれば、金属板に穴あけを行うことや、切断を行うことも可能である。 In this example, an example of welding of a welding member has been shown. However, if the energy density is extremely increased by converging the arc, it is possible to drill or cut a metal plate.

（第２実施形態例）
図２は、本発明の第２実施形態例である溶接アークの制御方法を示す概略図である。図に示すように、溶接トーチ１は、電極棒１ａの先端が下方向を向くように配置されてなる。溶接トーチ１の下方には、被溶接物の一方である矩形配管Ａ１と、もう一方の被溶接物である平板Ａ２が配設される。矩形配管Ａ１は、矩形部分から一定距離離れた位置の外側壁に穴Ｈが開いている。一方、平板Ａ２は、上記穴Ｈを塞ぐように、矩形配管Ａ１の下部に配置している。そして、矩形配管Ａ１、平板Ａ２に対して溶接トーチ１と反対側に、超電導バルク体磁石２が配置される。なお、本例は、後述するように、矩形配管Ａ１の穴Ｈの部分と平板Ａ２とを溶接するものであるが、図に示すように穴Ｈは矩形配管Ａ１の矩形部分から一定距離離れた位置に形成されているため、通常の溶接方法では、矩形配管Ａ１の内側から穴Ｈの部分を溶接することはできない。また、矩形配管Ａ１の外側から溶接することができない状態で矩形配管Ａ１が配設されている場合においては、通常の溶接方法では、穴Ｈの部分を溶接することができない。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a welding arc control method according to a second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the welding torch 1 is arranged so that the tip of the electrode rod 1a faces downward. Below the welding torch 1, a rectangular pipe A1 that is one of the workpieces and a flat plate A2 that is the other workpiece are disposed. The rectangular pipe A1 has a hole H in the outer wall at a position away from the rectangular portion by a certain distance. On the other hand, the flat plate A2 is disposed below the rectangular pipe A1 so as to close the hole H. A superconducting bulk magnet 2 is disposed on the opposite side of the welding torch 1 with respect to the rectangular pipe A1 and the flat plate A2. In this example, as will be described later, the hole H portion of the rectangular pipe A1 and the flat plate A2 are welded. However, as shown in the figure, the hole H is separated from the rectangular portion of the rectangular pipe A1 by a certain distance. Since it is formed at the position, the hole H cannot be welded from the inside of the rectangular pipe A1 by a normal welding method. Further, when the rectangular pipe A1 is disposed in a state where it cannot be welded from the outside of the rectangular pipe A1, the portion of the hole H cannot be welded by a normal welding method.

図に示すように、超電導バルク体磁石２は、その中心を通る軸線Ｙが、溶接トーチ１の軸心Ｘに対して偏心するように配置されている。また、超電導バルク体磁石２の材質は、上記第１実施形態例と同一である。 As shown in the figure, the superconducting bulk magnet 2 is arranged such that the axis Y passing through the center thereof is eccentric with respect to the axis X of the welding torch 1. The material of the superconducting bulk magnet 2 is the same as that in the first embodiment.

超電導バルク体磁石２は、ホルダー３によってその位置が固定されている。このホルダー３の構成は、上記第１実施形態例と同一である。その他、超電導バルク体磁石２を冷却するための構成も、上記第１実施形態例と同一である。 The position of the superconducting bulk magnet 2 is fixed by a holder 3. The structure of the holder 3 is the same as that of the first embodiment. In addition, the configuration for cooling the superconducting bulk magnet 2 is the same as that of the first embodiment.

上記構成において、溶接トーチ１を矩形配管Ａ１の上部側から差し込む。そして、超電導バルク体磁石２を冷却して超電導状態としたまま、溶接トーチ１から溶接アークを発生させる。すると、超電導バルク体磁石２から発生する磁力によって溶接アークが引っ張られ、溶接アークの方向が変化する。この場合において、超電導バルク体磁石２と溶接トーチ１の先端とを結ぶ直線付近に穴Ｈが配置するように超電導バルク体磁石２の位置を調節しておけば、溶接アークはちょうど穴Ｈに向けて放射されるようになる。従って、このような構成で、被溶接部材Ａ１の穴Ｈの部分と被溶接部材Ａ２とを溶接することが可能となる。 In the above configuration, the welding torch 1 is inserted from the upper side of the rectangular pipe A1. Then, a welding arc is generated from the welding torch 1 while the superconducting bulk magnet 2 is cooled to be in a superconducting state. Then, the welding arc is pulled by the magnetic force generated from the superconducting bulk magnet 2, and the direction of the welding arc changes. In this case, if the position of the superconducting bulk magnet 2 is adjusted so that the hole H is arranged near the straight line connecting the superconducting bulk magnet 2 and the tip of the welding torch 1, the welding arc is directed to the hole H. Will be emitted. Accordingly, with such a configuration, it is possible to weld the hole H portion of the welded member A1 and the welded member A2.

このように、第２実施形態例では、超電導バルク体磁石２の中心が溶接トーチ１の軸心から偏心するように超電導バルク体磁石２を配置したため、溶接アーク中の電子が磁束に沿って流れ、溶接アークが超電導バルク体磁石２の偏心方向に引っ張られる。このため、アークの方向を制御することができる。これにより、通常では溶接ができないようなところにおいても、簡単に溶接できるようになる。 Thus, in the second embodiment, since the superconducting bulk magnet 2 is arranged so that the center of the superconducting bulk magnet 2 is eccentric from the axis of the welding torch 1, electrons in the welding arc flow along the magnetic flux. The welding arc is pulled in the eccentric direction of the superconducting bulk magnet 2. For this reason, the direction of the arc can be controlled. As a result, welding can be easily performed even in a place where welding cannot be performed normally.

（第３実施形態例）
図３は、本発明の第３実施形態例である金属溶融池の制御方法を示す概略図である。図に示すように、アークを発生させる溶接トーチ１は、電極棒１ａの先端が下方向を向くように配置されてなる。溶接トーチ１の下方には、所定の空間距離を隔てて金属製の平板状の母材（被溶接部材）Ａが配設されている。また、溶接トーチ１の周囲には、該トーチ１を囲むように断面リング状の超電導バルク体磁石２が配置されている。従って、本例では、超電導バルク体磁石２は、母材（被溶接部材）Ａに対して溶接トーチ１と同じ側に配置していることになる。なお、超電導バルク体磁石２は、図に示すように磁束Ｂを略鉛直下方向に発生するように構成される。 (Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a method for controlling a molten metal pool according to a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the welding torch 1 for generating an arc is arranged such that the tip of the electrode rod 1a faces downward. Below the welding torch 1, a metal flat base material (a member to be welded) A is disposed at a predetermined spatial distance. A superconducting bulk magnet 2 having a ring-shaped cross section is disposed around the welding torch 1 so as to surround the torch 1. Accordingly, in this example, the superconducting bulk magnet 2 is disposed on the same side as the welding torch 1 with respect to the base material (member to be welded) A. The superconducting bulk magnet 2 is configured to generate a magnetic flux B substantially vertically downward as shown in the figure.

上記構成において、超電導バルク体磁石２を冷却して超電導状態としたまま、溶接トーチ１から溶接アークを発生させる。溶接アークが母材Ａに到達すると、アーク熱によって母材表面が溶融し、金属溶融池Ｓを形成する。金属溶融池Ｓ中では、電流は、図の矢印Ｉで示すように溶融池の中心から周囲方向へと水平に流れる（尚、矢印Ｉの方向に電流が流れるのは、ＭＡＧ溶接等の、電極棒が陽極で母材が陰極の場合である。ＴＩＧ溶接等の電極棒が陰極で母材が陽極の場合は、電流の向きは逆になる）。この状態において、金属溶融池Ｓに超電導バルク体磁石２から生ずる磁力が作用する。上述したように超電導バルク体磁石２から磁束Ｂがほぼ鉛直下方向に発生しており、一方、金属溶融池中の電流は溶融池の中心から周囲方向に図の矢印Ｉで示すように（または矢印Ｉの方向とは逆方向に）水平方向に流れるので、金属溶融池Ｓの周囲付近では、電流の進行方向に対してほぼ直行方向に磁力が作用し、ローレンツ力が発生する。ここで、金属溶融池Ｓ中、図の部分Ｄの位置においては、ローレンツ力は紙面の手前から奥側に（電流の向きが逆方向の場合は、紙面の奥側から手前に）作用する。一方、図の部分Ｅの位置においては、ローレンツ力は、紙面の奥側から手前側に（電流の向きが逆方向の場合は、紙面の手前側から奥側に）作用する。これを金属溶融池Ｓの周辺全域で見てみると、ローレンツ力が金属溶融池Ｓの周方向を回転する向きに作用することになる。従って、このローレンツ力によって金属溶融池Ｓ中の溶融金属が回転攪拌することになる。この回転攪拌により、溶融池中の溶融金属が対流又は飛散して未溶融部分がアークに直接触れる機会が多くなり、金属の溶け込みが促進されて溶接の深溶け込み化が可能となる。また、同様の理由により、高速溶接化、低入熱化、低歪化、レーザーや電子ビームの代用が可能となることによる低コスト化が実現できる。 In the above configuration, a welding arc is generated from the welding torch 1 while the superconducting bulk magnet 2 is cooled to be in a superconducting state. When the welding arc reaches the base material A, the surface of the base material is melted by the arc heat, and the metal molten pool S is formed. In the metal molten pool S, current flows horizontally from the center of the molten pool to the peripheral direction as shown by an arrow I in the figure (note that the current flows in the direction of the arrow I is an electrode such as MAG welding). This is the case where the rod is an anode and the base material is a cathode. When the electrode rod for TIG welding or the like is a cathode and the base material is an anode, the direction of current is reversed. In this state, the magnetic force generated from the superconducting bulk magnet 2 acts on the metal molten pool S. As described above, the magnetic flux B is generated substantially vertically downward from the superconducting bulk magnet 2, while the current in the molten metal pool is indicated by the arrow I in the figure from the center of the molten pool to the peripheral direction (or Since it flows in the horizontal direction (in the direction opposite to the direction of arrow I), in the vicinity of the periphery of the metal molten pool S, a magnetic force acts in a direction almost perpendicular to the traveling direction of the current, and a Lorentz force is generated. Here, at the position of the portion D in the figure in the molten metal S, the Lorentz force acts from the front side of the paper to the back side (in the case where the current direction is the reverse direction, from the back side to the front side of the paper surface). On the other hand, at the position of the portion E in the figure, the Lorentz force acts from the back side to the front side of the paper (when the direction of current is opposite, from the front side to the back side of the paper). When this is seen in the entire area around the metal molten pool S, the Lorentz force acts in a direction rotating in the circumferential direction of the metal molten pool S. Therefore, the molten metal in the molten metal pool S is rotationally stirred by this Lorentz force. By this rotating stirring, the molten metal in the molten pool is convected or scattered, and the unmelted portion directly contacts the arc, so that the penetration of the metal is promoted and the deep penetration of the welding becomes possible. For the same reason, it is possible to realize cost reduction by enabling high-speed welding, low heat input, low distortion, and laser or electron beam substitution.

なお、上記例では、溶接の深溶け込みに関する例を示したが、母材Ａに穴をあける穴あけ方法としても適用できる。穴あけの原理としては、上記深溶け込みが可能となるための原理と同様である。即ち、金属溶融池の回転攪拌によって溶融金属が流動又は飛散することにより、未溶融部分（母材の新生面）が露出し、この部分がアークにより溶融し、この現象が繰り返されて、母材の掘り込みが進展して穴あけが行われる。さらに、図４に示すように、溶接トーチ１を超電導バルク体磁石２とともに矢印Ｐ方向に移動しておけば、母材Ａを切断することもできる。 In addition, although the example regarding the deep penetration of welding was shown in the said example, it can apply also as a drilling method which makes a base material A a hole. The principle of drilling is the same as that for enabling deep penetration. That is, when the molten metal flows or scatters by rotating and stirring the molten metal pool, an unmelted portion (new surface of the base material) is exposed, this portion is melted by the arc, and this phenomenon is repeated, Drilling is performed as the digging progresses. Furthermore, as shown in FIG. 4, if the welding torch 1 is moved in the direction of the arrow P together with the superconducting bulk magnet 2, the base material A can be cut.

（第４実施形態例）
図５は、本発明の第４実施形態例である金属溶融池の制御方法を示す概略図である。本例においては、図に示すように、超電導バルク体磁石２は、母材（被溶接部材）Ａに対して溶接トーチ１と反対側に配置され、かつホルダー３によって支持されている。その他の構成は、上記第３実施形態例と同一である。 (Fourth embodiment)
FIG. 5 is a schematic view showing a method for controlling a molten metal pool according to a fourth embodiment of the present invention. In this example, as shown in the figure, the superconducting bulk magnet 2 is disposed on the side opposite to the welding torch 1 with respect to the base material (member to be welded) A and is supported by the holder 3. Other configurations are the same as those of the third embodiment.

本例においては、超電導バルク体磁石２を冷却して超電導状態としたまま、溶接トーチ１からアークを発生させると、上記第３実施形態例と同様に、金属溶融池Ｓ内の溶融金属が、周方向に回転攪拌される。この場合において、本例と上記第３実施形態例とでは、超電導バルク体磁石２から発生される磁束の方向が逆となるため、金属溶融池に作用するローレンツ力の方向も逆となる。この回転攪拌により、溶融池中の溶融金属が対流又は飛散して未溶融部分がアークに直接触れる機会が多くなり、金属の溶け込みが促進されて溶接の深溶け込み化が可能となる。また、同様の理由により、高速溶接化、低入熱化、低歪化、レーザーや電子ビームの代用が可能となることによる低コスト化が実現できる。 In this example, when the arc is generated from the welding torch 1 while the superconducting bulk magnet 2 is cooled and kept in the superconducting state, the molten metal in the metal molten pool S, as in the third embodiment, Agitated in the circumferential direction. In this case, since the direction of the magnetic flux generated from the superconducting bulk magnet 2 is reversed between the present example and the third embodiment, the direction of the Lorentz force acting on the molten metal pool is also reversed. By this rotating stirring, the molten metal in the molten pool is convected or scattered, and the unmelted portion directly contacts the arc, so that the penetration of the metal is promoted and the deep penetration of the welding becomes possible. For the same reason, it is possible to realize cost reduction by enabling high-speed welding, low heat input, low distortion, and laser or electron beam substitution.

なお、上記例では、溶接の深溶け込みに関する例を示したが、母材Ａに穴をあける穴あけ方法としても適用できる。穴あけの原理としては、上記深溶け込みが可能となるための原理と同様である。さらに、図６に示すように、溶接トーチ１を超電導バルク体磁石２とともに矢印Ｐ方向に移動しておけば、母材Ａを切断することもできる。 In addition, although the example regarding the deep penetration of welding was shown in the said example, it can apply also as a drilling method which makes a base material A a hole. The principle of drilling is the same as that for enabling deep penetration. Furthermore, as shown in FIG. 6, if the welding torch 1 is moved in the arrow P direction together with the superconducting bulk magnet 2, the base material A can be cut.

また、超電導バルク体磁石から生ずる磁束の向きは、超電導バルク体磁石の着磁次第で逆方向の向きにすることもできる（Ｎ極とＳ極を逆にすることもできる）。従って、超電導バルク体磁石の着磁のやり方により、上記第３実施形態の構成で本実施形態に示した構成における磁束の向きを実現することもできるし、本実施形態の構成で上記第３実施形態に示した構成における磁束の向きを実現することもできる。 Further, the direction of the magnetic flux generated from the superconducting bulk magnet can be reversed depending on the magnetization of the superconducting bulk magnet (the N pole and the S pole can be reversed). Therefore, the direction of magnetic flux in the configuration shown in the present embodiment can be realized by the configuration of the third embodiment by the manner of magnetization of the superconducting bulk magnet, and the third embodiment can be realized by the configuration of the present embodiment. The direction of the magnetic flux in the configuration shown in the embodiment can also be realized.

（第５実施形態例）
図７は、本発明の第５実施形態例である溶接ビードの制御方法を示す概略図である。図に示すように、本例においては、溶接トーチ１はその電極棒１ａの先端が下向きになるように配置され、溶接トーチ１の下方に母材（被溶接部材）Ａが配設される。そして、超電導バルク体磁石２は、母材Ａに対して溶接トーチ１と反対側に配置されてなる。また、超電導バルク体磁石２は、図示せぬ駆動装置によって、水平方向に移動可能とされている。なお、符号３はホルダーである。 (Fifth embodiment)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a method for controlling a weld bead according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this example, the welding torch 1 is arranged so that the tip of the electrode rod 1 a faces downward, and a base material (member to be welded) A is arranged below the welding torch 1. The superconducting bulk magnet 2 is disposed on the side opposite to the welding torch 1 with respect to the base material A. The superconducting bulk magnet 2 can be moved in the horizontal direction by a driving device (not shown). Reference numeral 3 denotes a holder.

このような構成において、溶接トーチ１から溶接アークを放出して溶接を行うと、母材Ａに溶接ビードＧが形成される。この場合において、超電導バルク体磁石２を超電導状態としたまま、図示せぬ駆動装置を駆動させて超電導バルク体磁石２を水平方向に駆動させる。すると、溶接トーチ１から発せられる溶接アークが超電導バルク体磁石２から生ずる磁力に引っ張られ、超電導バルク体磁石２の水平方向の移動に伴って溶接アークが母材Ａに放射される領域も移動する。これにより、所望の箇所の溶接が可能となる。本例は、溶接トーチ１が動かせない状況で、幅広い範囲を溶接するのに効果的である。更には、アークの偏向とその戻しを繰り返すことで、一つのトーチで複数のトーチの代替をすることや、高速溶接化を促進することもできる。また、加熱領域を長くとることができるため、ＴＩＧ溶接において予熱―溶接―後熱領域を一つのトーチで実現することができるという効果も有する。 In such a configuration, when welding is performed by discharging a welding arc from the welding torch 1, a weld bead G is formed on the base material A. In this case, the superconducting bulk magnet 2 is driven in the horizontal direction by driving a driving device (not shown) while keeping the superconducting bulk magnet 2 in the superconducting state. Then, the welding arc emitted from the welding torch 1 is pulled by the magnetic force generated from the superconducting bulk magnet 2, and the region where the welding arc is radiated to the base material A moves as the superconducting bulk magnet 2 moves in the horizontal direction. . Thereby, welding of a desired location is attained. This example is effective for welding a wide range in a situation where the welding torch 1 cannot be moved. Furthermore, by repeating the deflection and return of the arc, it is possible to replace a plurality of torches with one torch and to promote high-speed welding. In addition, since the heating region can be made long, the preheating-welding-postheating region can be realized with one torch in TIG welding.

（第６実施形態例）
図８は、本発明の第６実施形態例である溶接ビードの制御方法を示す概略図である。図に示すように、鉛直方向に配置した被溶接部材に対し、斜め上方から斜め下向きに溶接トーチ１を配置する。そして、超電導バルク体磁石（図示せず）を紙面に対して手前方向に配置し、この超電導バルク体磁石により、紙面の手前側から奥側に向かう磁力Ｂを発生させる。この状態で溶接アークを放出しながら溶接トーチ１を矢印Ｐ方向で示すように図示下側から上側に移動させて母材（被溶接材Ａ）を溶接する。このとき溶接ビードＧが形成されるが、溶接アークの電流Ｉと超電導バルク体磁石から発する磁力Ｂによって、図に示すように溶接ビードに上向きの力Ｆが与えられる。この上向きの力Ｆは、溶接ビードが重力によって下方に垂れ落ちるのを防止する効果を奏する。 (Sixth embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram showing a method for controlling a weld bead according to a sixth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the welding torch 1 is disposed obliquely upward and obliquely downward with respect to the member to be welded disposed in the vertical direction. Then, a superconducting bulk magnet (not shown) is arranged in the front direction with respect to the paper surface, and the superconducting bulk body magnet generates a magnetic force B from the front side to the back side of the paper surface. While discharging the welding arc in this state, the welding torch 1 is moved from the lower side to the upper side as shown by the arrow P direction to weld the base material (material to be welded A). At this time, a weld bead G is formed, but an upward force F is applied to the weld bead as shown in the figure by the current I of the welding arc and the magnetic force B generated from the superconducting bulk magnet. This upward force F has an effect of preventing the weld bead from dropping down due to gravity.

（第７実施形態例）
図９は、本発明の第７実施形態例である溶接ビードの制御方法を示す概略図である。図に示すように、水平方向に配置した母材（被溶接部材）Ａに対し、上方から下向きに溶接トーチ１を配置する。そして、超電導バルク体磁石（図示せず）を紙面に対して奥側に配置し、この超電導バルク体磁石により、紙面の奥側から手前側に向かう磁力Ｂを発生させる。この状態で溶接トーチ１より溶接アークを放出して母材Ａを矢印Ｐ方向で示すように図示左側から右側に向けて溶接する。このとき溶接ビードＧが形成されるが、溶接アークの電流Ｉと超電導バルク体磁石から発する磁力Ｂによって、図に示すように溶接ビードに図示右方向への力Ｆが与えられる。この右方向の力Ｆは、溶接の進行方向（矢印Ｐ方向）と一致する方向であるので、溶接ビードＧには、溶接の進行方向に向かう力が与えられることになる。このため、後方（図示左側）への溶接ビードの流れ込みを防止することができ、高速溶接時のハンピングビードの発生が防止できる。 (Seventh embodiment)
FIG. 9 is a schematic diagram showing a method for controlling a weld bead according to a seventh embodiment of the present invention. As shown in the figure, a welding torch 1 is disposed downward from above with respect to a base material (member to be welded) A disposed in the horizontal direction. Then, a superconducting bulk magnet (not shown) is disposed on the back side with respect to the paper surface, and a magnetic force B directed from the back side to the near side of the paper surface is generated by this superconducting bulk body magnet. In this state, a welding arc is discharged from the welding torch 1 and the base material A is welded from the left side to the right side as shown by the arrow P direction. At this time, a weld bead G is formed, but as shown in the figure, a force F in the right direction in the figure is applied to the weld bead by the current I of the welding arc and the magnetic force B generated from the superconducting bulk magnet. Since the force F in the right direction coincides with the welding progress direction (arrow P direction), the welding bead G is given a force toward the welding progress direction. For this reason, the welding bead can be prevented from flowing into the rear (left side in the figure), and the occurrence of a humping bead during high-speed welding can be prevented.

（第８実施形態例）
図１０は、本発明の第８実施形態例である溶接ビードの制御方法を示す概略図である。図に示すように、本例は、横向き姿勢の開先溶接であり、被溶接材Ａが水平方向に配置され、開先部分に沿って、溶接トーチ１が水平方向に移動して溶接するものである。この場合において、図に示すように水平方向かつ溶接の進行方向とは直行する方向に超電導バルク体磁石２より磁力Ｂを付与すると、ローレンツ力Ｆによって、溶接トーチの進行方向とは逆方向に力が与えられる。これにより、後方の溶融金属に対し、先行する溶融金属から力が加わり、金属の押し戻し効果によって、開先上部にアンダーカットのない溶接ビードが得られる。 (Eighth embodiment)
FIG. 10 is a schematic view showing a method for controlling a weld bead according to an eighth embodiment of the present invention. As shown in the figure, this example is a groove welding in a lateral orientation, in which the workpiece A is arranged in the horizontal direction, and the welding torch 1 moves in the horizontal direction and welds along the groove portion. It is. In this case, when the magnetic force B is applied from the superconducting bulk magnet 2 in the horizontal direction and in the direction perpendicular to the welding progress direction as shown in the figure, the Lorentz force F causes a force in the direction opposite to the welding torch progress direction. Is given. As a result, a force is applied from the preceding molten metal to the rear molten metal, and a weld bead having no undercut at the upper portion of the groove is obtained due to the pushing back effect of the metal.

本発明の第１実施形態例における、溶接アークの強さの制御方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the control method of the strength of a welding arc in the example of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態例における、溶接アークの方向の制御方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the control method of the direction of a welding arc in the 2nd Example of this invention. 本発明の第３実施形態例における、金属溶融池の攪拌制御方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the stirring control method of a metal molten pool in the example of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態例における金属溶融池の攪拌制御を利用して、母材を切断する方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method of cut | disconnecting a base material using the stirring control of the metal molten pool in the example of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態例における、金属溶融池の攪拌制御方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the stirring control method of a metal molten pool in the example of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態例における金属溶融池の攪拌制御を利用して、母材を切断する方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method of cut | disconnecting a base material using the stirring control of the metal molten pool in the example of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態例における、溶接ビードの移動制御方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the movement control method of the weld bead in the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第６実施形態例における、溶接ビードの垂れ落ち制御方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the dripping control method of the weld bead in the sixth embodiment of the present invention. 本発明の第７実施形態例における、溶接ビードを移動制御して高速溶接時のハンピングビードの発生を防止する方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method of preventing generation | occurrence | production of the humping bead at the time of high speed welding by carrying out movement control of the welding bead in the example of 7th Embodiment of this invention. 本発明の第８実施形態例における、開先溶接時に溶接ビードを移動制御して開先上部のアンダーカットの発生を防止する方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method of preventing generation | occurrence | production of the undercut of a groove upper part by carrying out movement control of the weld bead at the time of groove welding in the 8th Example of this invention.

Explanation of symbols

１：溶接トーチ、１ａ：電極棒、２：超電導バルク体磁石、３：ホルダー、Ａ，Ａ１，Ａ２：被溶接材（母材）、Ｂ：磁束（磁力線）、Ｆ：ローレンツ力、Ｇ：溶接ビード、Ｉ：電流、Ｓ：金属溶融池 1: welding torch, 1a: electrode rod, 2: superconducting bulk magnet, 3: holder, A, A1, A2: material to be welded (base material), B: magnetic flux (line of magnetic force), F: Lorentz force, G: welding Bead, I: Current, S: Metal molten pool

Claims

A charged particle flow control method, comprising: controlling a charged particle flow by applying a magnetic force generated by a superconducting bulk magnet to the charged particle flow.

In claim 1,
The method of controlling a welding arc, wherein the charged particle flow is a welding arc or a plasma.

In claim 2,
The method of controlling a welding arc, wherein the superconducting bulk magnet is arranged on the opposite side of the welding torch with respect to the workpiece.

In claim 3,
The method of controlling a welding arc, wherein the superconducting bulk magnet is arranged so that a center of the superconducting bulk magnet is eccentric from an axis of the welding torch.

A method for controlling a molten metal, comprising controlling a molten metal by causing a magnetic force generated by a superconducting bulk magnet to act on a molten metal melted by a welding arc.

In claim 5,
The method for controlling a molten metal, wherein the superconducting bulk magnet is arranged on the same side as or opposite to the welding torch with respect to the workpiece.

In claim 5,
The method for controlling a molten metal, wherein the superconducting bulk magnet is arranged such that magnetic flux lines are formed in a direction substantially perpendicular to a radiation direction of a welding arc radiated from a welding torch.