JP2007210033A - 長寿命の溶接電極及びその溶接ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 溶接電極301を挿入するための挿入部304を有する固定台302の挿入部304に、熱伝導性材料303を介して溶接電極301の固定部305を挿入し、溶接電極301の固定部305の周面と固定台302とを均一に接触させて溶接電極301を固定台304に固定したことを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
しかし、従来のかかる固定構造では、溶接電極の劣化を招いていた。
なお以下の態様が好ましい。
(1)溶接用電極は、先端部の形状が曲面をなしていること。特に、この曲面は、溶接電極と溶接される物質との間に発生する電気力線に対して、垂直な等電位面の形状であることが好ましい。
τ= (E0 /(ρJ2 ))exp(Ea/kT)
で表されことがわかった。
J:電流密度、ρ:配線抵抗率、E0:配線固有の定数、k:ボルツマン定数、T:配線温度、Ea:活性化エネルギーである。
τ=( 1/ J2 )A
ただし、A=( E0/ρ)exp(Ea /kT)
で表され、寿命は電流密度の2乗に反比例することが分かる。ここで、溶接電極の形状を例えば図1に示すような形状とすることにより同一なものにしておけば電流密度は、電流値と置き換えることが可能であり、また、後述する図3に示すように、溶接電極と被溶接物間の距離を固定し、被溶接物の溶融面積を同一にし、かつ溶接電極の形状を同一にすれば、溶接電極の寿命は、電流値のみによって決まる。
ここで、各材料の融点、沸点、仕事関数を表1に示す。
┌────┬─────┬─────┬──────────┐
│材料 │融点(℃)│沸点(℃)│ 仕事関数(eV) │
│────┼─────┼─────┼──────────┤
│W │3400 │5700 │ 4.6 │
│ThO2 │3220 │4400 │ 1.66−6.32 │
│LaO3 │2307 │4200 │ 2.8−4.2 │
│Y2O3 │2410 │4300 │ 2.0 │
│CeO2 │1950 │ │ │
│ZrO │2680 │4275 │ │
│WO3 │1473 │1837 │ │
└────┴─────┴─────┴──────────┘
極と固定台との間に流し込んだ後乾燥することにより行えばよい。
(実施例)
以下、図面を参照して溶接電極と溶接ヘッドおよび溶接用ガス供給系の説明をするが、これらの実施例に限定されるものではない。
本例では、直径1.6mmの溶接電極の先端部を図1に示すような等電位面に類似した形状、詳しくは直径0.12mmの半球状に作成した。
┌─────┬────────┬────────┬────────┐
│ 形状 │ 等電位面形状 │ 鋭角形状 │ 平坦形状 │
├─────┼────────┼────────┼────────┤
│ 回 数 │ 550 │ 60 │ 50 │
└─────┴────────┴────────┴────────┘
また、溶接部の引っ張り強度、曲げ強度等の機械的特性は従来例に比べ遜色なかった。
本例は、電子放出特性および耐久性を向上させるため、接電極中に融点が高くかつ仕事関数値の低い酸化物La2O3を2重量%添加した。
ただし、電極の形状は等電位面に類似した形状、詳しくは直径0.12mmの半球状のものを使用し、溶接条件はそれぞれ同条件とした。
┌─────┬────────┬────────┬────────┐
│ │100%タングステン│ 2%ThO2添加 │ 2%La2O3添加 │
├─────┼────────┼────────┼────────┤
│ 回 数 │ 0 │ 550 │ 650 │
└─────┴────────┴────────┴────────┘
また、溶接部の引張り強度、曲げ強度等の機械的特性は従来例に比べ遜色なかった。
電極材料中に含まれる酸化物が、溶接電極に.どのような効果をもたらしているかを調査するため、様々な酸化物を添加させ、YOKOGAWA社製LR4110 Recorder MODElL371136を用いて、溶接時の電圧−電流特性を調べた。
尚、溶接には、Astro Arc社製溶接電源(SPB-10O-T4)、溶接機(K8752T)を用いた。
図10は、それぞれの電極を用いたときの、電圧−電流特性を示しており、電流値が増加するとともに電圧の減少が確認される。
溶接電極の寿命に大きく影響する溶接時の電極温度を測定した。
図13は、溶接電極の温度測定に用いた装置の概略図を示している。ステンレス製の密閉容器内に溶接ホルダーを差し込み、ステンレス製の板材上にアーク放電を起こした時の溶接電極の温度を光ファイバ式の放射型温度計で測定している。光ファイバはXYZ軸ステージに固定し、溶接電極先端の各ポイントについて計測可能である。
本例は、溶接電極の放熱特性を向上させるため、従来は図2に示されるように溶接電極201と固定台202とをネジ203で固定する方法ではなく、図3に示すような溶接電極301と固定台302の間に熱伝導率の良い銀303を埋め込むことで、溶接時の電極の温度を短時間で逃がし、電極の温度による劣化を低減させた。
┌─────┬────────┬────────┐
│ │ 従 来 │ 銀 固 定 │
├─────┼────────┼────────┤
│ 回 数 │ 60 │ 90 │
└─────┴────────┴────────┘
また、溶接部の引っ張り強度、曲げ強度等の機械的特性は従来例に比べ遜色なかった。
図15は、溶接電極の保持方法を変化させた時の溶接電極温度を示している。 すなわち、本例では、図3に示すように、溶接電極301を挿入するための挿入部304を有する固定台302の該挿入部304に、熱伝導性材料303を介して溶接電極301の固定部305を挿入し、溶接電極301の該固定部305の周面と固定台302とを均一に接触させて溶接電極301を固定台302に固定した。
かかる固定構造を用い実施例2−2と同様に方法で電極温度の測定を行った。なお、比較のため図2に示す固定構造を用いた場合の電極温度の測定も行った。その結果を図15に示す。
図15に示すように、溶接電極部(距離が0)における電極温度は、実施例の場合は比較例の場合に比べ約500℃低くなっている。これは、熱伝導率の高い銀ペーストで固定することによって、溶接電極と固定台間の接触面積が増大し、アーク放電時に発生する熱を溶接電極先端から逃しているため考えられる。
本例では、図8に示す溶接電極の固定構造を用いた。
すなわち、 固定台が802a,802bに分割されており、溶接電極801の固定部を該分割固定台802a,802bで挟み込んで溶接電極801を固定台802a,802bに固定した固定構造である。
本例では、溶接電極部(距離が0)における電極温度は、実施例の場合は比較例の場合に比べ約400℃低くなっていた。これは、溶接電極と固定台間の接触面積が増大し、アーク放電時に発生する熱を溶接電極先端から逃しているためと考えられる。
本例は、溶接ガス(アルゴン)中にヘリウムを添加させることにより、溶接時の電流値を低下させた。
また、溶接部の引っ張り強度、曲げ強度等の機械的特性は従来例に比べ遜色なかった。
本例は、溶接ガス自体をアルゴンからヘリウムに変え、さらに水素を添加させることにより、溶接時の電流値を低下させた。評価方法は実施例4と同じにした。ただし、電極の材料は2重量%Th2O3添加タングステン電極で形状は先端を鋭角にしたものを使用した。
また、溶接部の引っ張り強度、曲げ強度等の機械的特性は従来例に比べ遜色なかった。
本例は、溶接時の雰囲気の不純物(酸素、水分)の除去目的のため図6に示すように、従来は、溶接電源601を介し、放出ガスの多い樹脂製のチューブ602を用いて溶接ヘッド603に供給されていたものを、図7に示すような、溶接電源701を介さずに供給系に樹脂等放出ガスが多い材料を使用せず、全て金属(ステンレス)で構成されたガス供給系702、チューブ703を使用し、溶接ヘッド704に供給し、溶接雰囲気の向上を図った。
┌─────┬────────┬────────┐
│ │ 従 来 │ 新ガス供給系 │
├─────┼────────┼────────┤
│ガス供給系│ 0.4ppm │ 0.4ppm │
├─────┼────────┼────────┤
│溶接電源 │12.1ppm │ │
├─────┼────────┼────────┤
│溶接ヘッド│13.1ppm │ 0.4ppm │
└─────┴────────┴────────┘
評価方法は、実施例1、2および3と同じである。
┌─────┬────────┬────────┐
│ │ 従 来 │ 新ガス供給系 │
├─────┼────────┼────────┤
│ 回 数 │ 60 │ 80 │
└─────┴────────┴────────┘
また、溶接部の引っ張り強度、曲げ強度等の機械的特性は従来例に比べ遜色なかった。
202、302 固定台、
203 固定ネジ、
303 電極と固定台とを固定する銀、
601、701 溶接電源、
602 樹脂チューブ、
603、704 溶接ヘッド、
604 溶接用ボンベ、
702 溶接用ガス供給系、
703 ステンレスチューブ、
705 溶接用ボンベ、
706 電気ケーブル。
Claims (4)
- 先端部の形状が曲面をなしており、前記曲面は、溶接電極と溶接される物質との間に発生する電気力線に対し、垂直な等電位面の形状であることを特徴とする長寿命の溶接電極。
- 前記曲面は、直径0.05mm以上0.3mm未満の円弧状の曲面であることを特徴とする請求項1記載の長寿命の溶接電極。
- 溶接電極の前記表面はRmaxで3μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の長寿命の溶接電極。
- 請求項1ないし3のいずれか1項記載の溶接用電極を用いた溶接ヘッド。
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