JP2005224849A - プラズマ溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ溶接トーチでは、アークを拘束する導電性のプラズマノズルが被溶接部材に接触するとノズル内面と電極との間でアークか発生し溶接ができなくなる。
【解決手段】プラズマ溶接トーチ本体とプラズマ溶接トーチ本体の軸中心部に設けられた電極と上記電極と同軸でこの電極との間でパイロットアークを発生させる導電性のプラズマノズルと上記プラズマノズルの先端が飛び出すように取り囲みシールドガスを噴出するシールドガスカップと電極の先端から発生したアークをプラズマノズル内に流れるプラズマガスによって細く絞り込んだアークとして噴出するプラズマ溶接トーチのプラズマノズルにおいて、プラズマノズルの先端部の外径を細くして段差を設け耐熱性及び絶縁性でほぼ円筒状の形状の保護部材を上記段差下部の先端部に取り付け、保護部材の外径が上記段差上部の外径より細いプラズマノズルをプラズマ溶接トーチに用いたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ溶接トーチ先端のプラズマノズルがプラズマアーク溶接中に母材に接触しても安定したプラズマアークが維持できるプラズマ溶接トーチに関するものである。

図７は、従来技術におけるプラズマアーク溶接及びＴＩＧアーク溶接を示す図で ある。図７（Ａ）において、プラズマアーク溶接は、プラズマノズル２によってプラズマアークを細く絞ることができ、図７（Ｂ）に示す、ＴＩＧアーク溶接に比べてエネルギー密度の高い熱源が得られる。このために薄板のＴ字すみ肉溶接に多く使用される。

しかし、プラズマアーク溶接ではプラズマアークを拘束するための導電性のプラズマノズル２が母材２０に接触すると上記プラズマノズル２と電極１との間でアークが発生してプラズマアーク溶接ができなくなる。このために一定の距離を確保することが必要になる。

上述の対策として、従来技術１では上記プラズマノズル２の先端部の外周面を覆うガイド部材を用いてプラズマノズル２と母材２０との接触を防止する技術が特許文献１に開示されている。

また、上述の第２の対策として、従来技術２では導電性のプラズマノズル２の先端部の外周面を絶縁性の物質で被膜加工した技術が特許文献２に開示されている。

特開平３−２３６１７７号公報 特開昭６４−４４２８３号公報

プラズマアーク溶接では、プラズマアークを拘束する導電性のプラズマノズルが母材に接触すると、ノズル内面と電極との間でアークが発生し溶接ができなくなる。このため、作業者はプラズマノズルが母材に接触しないように一定の距離空間を保つことが要求され作業性が悪くなる。その対策として、従来技術１ではガイド部材によって、プラズマノズルが母材に接触することを防止しているが、上記ガイド部材をプラズマノズルの先端部に設けることによって径が大きくなり、Ｔ字すみ肉溶接においてスタンドオフ（プラズマノズルと母材間距離）が長くなる。さらに、従来技術２では上記プラズマノズルの先端部に絶縁被膜を設けて母材の接触を防止しているが上記絶縁被膜が薄く剥離しやすく、長時間の溶接作業に対して耐久性がない。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、プラズマ溶接トーチ本体と上記プラズマ溶接トーチ本体の軸中心部に設けられた電極と上記電極と同軸でこの電極との間でパイロットアークを発生させる導電性のプラズマノズルと上記プラズマノズルの先端が飛び出すように取り囲みシールドガスを噴出するシールドガスカップと上記電極の先端から発生したアークを上記プラズマノズル内に流れるプラズマガスによって細く絞り込んだアークとして噴出するプラズマ溶接トーチのプラズマノズルにおいて、上記プラズマノズルの先端部の外径を細くして段差を設け、耐熱性及び絶縁性でほぼ円筒状の形状の保護部材を上記段差下部の上記先端部に取り付け、上記保護部材の外径が上記段差上部の外径より細いことを特徴とするプラズマノズルである。

第２の発明は、上記プラズマノズルの先端部の外周面及び上記保護部材の内周面にネジ切りを形成し、上記保護部材を上記プラズマノズルの先端部にネジ込んで取り付けることを特徴とする請求項１記載のプラズマノズルである。

第３の発明は、上記請求項１又は上記請求項２記載のプラズマノズルを用いることを特徴とするプラズマ溶接トーチである。

第１の発明によれば、プラズマアーク溶接中にプラズマノズルが母材に接触しても保護部材によって絶縁されて、上記プラズマノズル内周面と電極との間でアークが発生しない。このため、作業者はプラズマノズルが母材に接触しないように一定の距離空間を保つ必要がなくなり作業性が向上する。さらに、耐熱性及び絶縁性にすぐれているために長時間の溶接作業に対して耐久性がある。

第２の発明によれば、プラズマノズルと保護部材とにネジ切りを設けて、ネジ作用で上記保護部材を上記プラズマノズルにネジ込んで取り付けるために上記保護部材が破損しても容易に交換できる。

［実施の形態１］
図１は、本発明のプラズマ溶接トーチ及び保護部材の詳細な断面図である。図１に示すプラズマ溶接トーチは、軸中心部に設けられた高融点の電極１、上記プラズマ溶接トーチの先端部に挿入された筒状で導電性のプラズマノズル２、耐熱性及び絶縁性の特性を有したほぼ円筒状の保護部材３、上記プラズマノズル２を取り囲みトーチ本体２６にネジ止めされてシールドガスを噴出するシールドガスカップ４、上記電極１を挿入して保持する筒の形状を有する絶縁性のセンタリングストーン５、上記シールドガスを整流するガスレンズ６、パッキング７、上記プラズマノズル２を冷却水で間接冷却する銅又は銅合金等の熱伝導率の高い放熱部材８、絶縁部材９、プラスチックカバ１０等により形成している。

図１に示す保護部材３は、耐熱性及び絶縁性でほぼ円筒状の形状を有し、シールドガスカップ４の先端から飛び出しているプラズマノズル２の先端の外径を細くして段差を設け、上記保護部材３を上記プラズマノズル２の細くした段差に耐熱性エポキシ接着剤を用いて取り付ける。このとき、上記保護部材３の外径は上記プラズマノズル２の段差の上層部の外径より細くなる。

電極１の先端から発生したアークは、プラズマノズル２内を流れるプラズマガス１６によって強制冷却し、熱的ピンチ作用で細く絞り込んでプラズマアークを熱源として溶接する。上記のプラズマノズル２の外周にはシールドガスカップ７が設けられており、その内面をシールドガス１７が流れてガスレンズ６で整流されて溶融池へ噴出される。上記のプラズマガス１６及びシールドガス１７としては、一般的にアルゴンガスが使用されている。

図２は、Ｔ字すみ肉溶接を安定したプラズマアーク溶接が行える範囲をスタンドオフ距離Ｌとプラズマノズル２の先端部のノズル直径Ｄとの関係によって示す図であり、図３は、Ｔ字すみ肉溶接のプラズマアークの拘束要因を示す図である。図２に示すスタンドオフＬ及びノズル直径Ｄにおいて、スタンドオフＬを１．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲で、ノズル直径Ｄを２．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲で変化させ、保護部材３を母材２０に接触してプラズマアーク溶接を実施すると、図３に示すプラズマノズル２の先端部のノズル直径Ｄが８．０ｍｍ以下で、スタンドオフが４．０ｍｍ以下であることが望ましい。この理由としてノズル直径Ｄが８．０ｍｍをこえるとプラズマノズル２とＴ字すみ肉溶接の継ぎ手コーナー部とのスタンドオフが４．０ｍｍを超え、プラズマアークが広がり溶融橋絡部２２の形成が困難になるからである。

図４は、板厚２ｍｍのステンレス鋼で、溶接電流８０Ａ、溶接速度５０ｃｍ／分でＴ字すみ肉溶接を実施した例である。同図の図４（Ａ）の本発明において、スタンドオフＬが２．０ｍｍのときに細く集中したプラズマアークが得られるので良好な溶接が行なわれる。これに対し、従来技術ではノズル先端の直径が８ｍｍより大きくスタンドオフＬが４ｍｍより長くなるのでプラズマアークが広がり、図４（Ｂ）に示すように溶融橋絡部２２が分離した溶接になってしまう。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２のプラズマノズル２及び保護部材３の詳細な断面図である。図５において、プラズマノズル２の先端部の外周面及び保護部材３の内周面にネジ切りを形成して、上記保護部材３を上記プラズマノズル２の先端部にネジ作用でネジ込んで取り付けている。このとき、上記保護部材３の外径は上記プラズマノズル２のネジ段差の上層部の外径より細くなる。

［実施の形態３］
図６は、実施の形態３のプラズマノズル２及び保護部材３の詳細な断面図である。図６において、上記プラズマノズル２の先端より長い円筒状の形状を有する保護部材３の内周面と上記プラズマノズル２の先端部の外周面とにネジ切りを形成して、上記保護部材３を上記プラズマノズル２の先端部にネジ作用でネジ込んで取り付けている。このとき、上記保護部材３がプラズマノズルの先端より飛び出している。

本発明のプラズマ溶接トーチ及び保護部材の詳細な断面図である。 本発明のスタンドオフとプラズマノズル先端部のノズル直径との関係図であ る。 本発明のＴ字すみ肉溶接の拘束要因を示す図である。 本発明及び従来技術におけるＴ字すみ肉溶接のビード外観図及び断面図であ る。 実施の形態２の保護部材の詳細な断面図である。 実施の形態３の保護部材の詳細な断面図である。 従来技術におけるプラズマアーク溶接方法及びＴＩＧアーク溶接を示す図で ある。

符号の説明

１ 電極
２ プラズマノズル
３ 保護部材
４ シールドガスカップ
５ センタリングストーン
６ ガスレンズ
７ パッキング
８ 放熱部材
９ 絶縁部材
１０ プラスチックカバ
１１ 仕切り部材
１２ 冷媒用ケース
１３ 外側のケース
１４ 電極ケース
１５ 電極支持部材
１６ プラズマガス
１７ シールドガス
１８ 冷却水送水
１９ 冷却水腹水
２０ 母材
２１ 垂直板
２２ 溶融橋絡部
２３ ガイド部材
２４ プラズマアーク
２５ ＴＩＧアーク
２６ トーチ本体

Claims (3)

1. プラズマ溶接トーチ本体と前記プラズマ溶接トーチ本体の軸中心部に設けられた電極と前記電極と同軸でこの電極との間でパイロットアークを発生させる導電性のプラズマノズルと前記プラズマノズルの先端が飛び出すように取り囲みシールドガスを噴出するシールドガスカップと前記電極の先端から発生したアークを前記プラズマノズル内に流れるプラズマガスによって細く絞り込んだアークとして噴出するプラズマ溶接トーチのプラズマノズルにおいて、前記プラズマノズルの先端部の外径を細くして段差を設け、耐熱性及び絶縁性でほぼ円筒状の形状の保護部材を前記段差下部の前記先端部に取り付け、前記保護部材の外径が前記段差上部の外径より細いことを特徴とするプラズマノズル。
2. 前記プラズマノズルの先端部の外周面及び前記保護部材の内周面にネジ切りを形成し、前記保護部材を前記プラズマノズルの先端部にネジ込んで取り付けることを特徴とする請求項１記載のプラズマノズル。
3. 前記請求項１又は前記請求項２記載のプラズマノズルを用いることを特徴とするプラズマ溶接トーチ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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