JP2011212689A - プラズマアーク溶接用トーチの清掃装置及び清掃方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロットアークを発生させた状態においてノズルの先端部に堆積した堆積物Ｘを除去し回収することができ、プラズマアーク溶接を行う製品の生産性を向上させることができるプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置を提供すること。
【解決手段】清掃装置１は、ノズル６２の先端部６２１を嵌入してノズル６２の先端部６２１を閉塞する嵌入口２２と、吹付間隙２１を介してノズル６２の先端部６２１の全周へ外周側から不活性ガスＧ３を吹き付けるための不活性ガス流路２と、ノズル６２の先端部６２１に設けた動作ガス噴出口６２２に対向する側から不活性ガスＧ３を吸引する吸引流路３とを備えている。清掃装置１は、パイロットアークＰを発生させた状態において、吹付間隙２１からノズル６２の先端部６２１の全周へ外周側から吹き付けた不活性ガスＧ３を吸引流路３へ吸引することにより、ノズル６２の先端部６２１に堆積した堆積物Ｔを除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマアーク溶接用トーチの清掃装置及び清掃方法に関する。

プラズマアーク溶接は、アルゴンガス等の動作ガス中において、中心電極とこれに対向して配置した母材との間に溶接用アークを発生させて母材の溶接を行う。この溶接を行う際には、高熱によって溶加材、母材等が溶けた飛散物が、アルゴンガスを噴出させるノズルの先端部に付着して堆積する。また、高熱によって蒸気化した母材がアルゴンガスを噴出する又は噴出していない状態のノズルの先端部に再凝固して堆積する（ノズルの先端部は、その内部がシールドガスで冷却されているので他部位と比べて低温となって凝固し易い。）。この堆積物は、溶接を行う母材に落下して製品の品質を悪化させるおそれがあるため、所定時間の溶接を行った後に清掃している。

例えば、特許文献１のプラズマトーチ清掃装置は、上方のトーチ本体先端部分のガス用通路内と下方の加圧パット上部内周を清掃する清掃用ドリルと、加圧パット下部を清掃する清掃用ブラシとを備えている。このプラズマトーチ清掃装置によれば、ガス用通路の奥に付着したスパッタを除去することができる。
また、例えば、特許文献２のアーク溶接ロボット用トーチのスパッタ除去方法においては、真空発生装置のバキュームノズルを溶接トーチノズルに配置し、バキュームノズルの内面と溶接トーチノズルの外周面とに形成された空隙に空気流を発生させて、溶接トーチノズルの外周面に付着したスパッタを吸引除去する方法が開示されている。これによれば、溶接トーチノズル及びノズル内部品を損傷させることなく、スパッタを剥離吸引して除去することができる。

特開２００１−１０５１４９号公報 特開平７−１２４７４７号公報

しかしながら、上記従来のスパッタの清掃装置又は除去方法においては、いずれも溶接用アークを発生させる際の種火となるパイロットアークを消して、溶接による製品の量産を中断したときに清掃を行っている。そのため、トーチに付着したスパッタを除去する度に、溶接による製品の量産を中断して、パイロットアークの消灯・点灯を行う必要があり、溶接による製品の生産性を悪化させる要因になる。また、パイロットアークの消灯・点灯を頻繁に行うと、パイロットアークを発生させるための高周波電源の寿命に影響を与えることも懸念される。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、パイロットアークを発生させた状態においてノズルの先端部に堆積した堆積物を除去し回収することができ、プラズマアーク溶接を行う製品の生産性を向上させることができるプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置を提供しようとするものである。

本発明は、動作ガスが噴出されるノズルの中心部内に中心電極を設け、該中心電極と上記ノズルとの間に発生させておくパイロットアークによって、上記中心電極とこれに対向して配置した母材との間に溶接用アークを発生させて溶接を行うために用いるプラズマアーク溶接用トーチを清掃する装置であって、
上記ノズルの先端部を嵌入して該ノズルの先端部の外周を閉塞する嵌入口と、吹付間隙を介して上記ノズルの先端部の全周に外周側から不活性ガスを吹き付けるための不活性ガス流路と、上記ノズルの先端部の中心部分に設けた動作ガス噴出口に対向する側から上記不活性ガスを吸引する吸引流路とを備え、
上記パイロットアークを発生させた状態において、上記吹付間隙から上記ノズルの先端部の全周へ外周側から吹き付けた不活性ガスを上記吸引流路へ吸引することにより、上記ノズルの先端部に堆積した堆積物を除去するよう構成したことを特徴とするプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置にある（請求項１）。

本発明のプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置は、嵌入口、不活性ガス流路及び吸引流路を設けた構成により、中心電極とノズルとの間にパイロットアークを発生させた状態において、ノズルの先端部に堆積した堆積物を除去することができるものである。
本発明においては、ノズルの先端部を嵌入口に嵌入した状態において、不活性ガス流路の端部に微小な環状の吹付間隙が形成されている。この吹付間隙は、ノズルの先端部が嵌入口に嵌入されていない状態で不活性ガス流路の開口端部によって予め形成することができ、ノズルの先端部を嵌入口に嵌入したときに、不活性ガス流路の開口端部とノズルの先端部との間に形成することもできる。

そして、不活性ガス流路に流入した不活性ガスを吹付間隙からノズルの先端部の全周へ外周側から高速で吹き付けると共に、ノズルの先端部に吹き付けられた不活性ガスを吸引流路へ吸引する。
これにより、ノズルの先端部に堆積した堆積物を高速で吹き付けられた不活性ガスによって剥離させると共に、この剥離した堆積物を吸引流路へ回収することができる。そのため、剥離した堆積物を清掃装置の周辺に飛散させることなく、安定して回収することができる。

また、吹付間隙における不活性ガスは、ノズルの先端部の外周側から内周側へと流れ、ノズルの先端部の中心部分における動作ガス噴出口に対向する側へ吸引される。これにより、ノズルの先端部に吹き付けられた不活性ガス及びノズルの先端部から剥離した堆積物が、動作ガス噴出口へ流入してしまうことを防止することができる。そのため、中心電極とノズルとの間にパイロットアークを発生させた状態において、ノズルの先端部に堆積した堆積物を除去し回収することができる。

そして、本発明においては、プラズマアーク溶接を行う製品の生産を停止することなく、パイロットアークを保持したままでトーチの清掃を行うことができ、清掃を行った後には直ちに次の母材に対してプラズマアーク溶接を開始することができる。そのため、プラズマアーク溶接を行う製品の生産性を向上させることができる。

それ故、本発明のプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置によれば、パイロットアークを発生させた状態においてノズルの先端部に堆積した堆積物を除去し回収することができ、プラズマアーク溶接を行う製品の生産性を向上させることができる。

実施例における、トーチの清掃を行う清掃装置の一部を拡大して示す断面説明図。 実施例における、清掃装置の吹付間隙の周辺を拡大して示す断面説明図。 実施例における、不活性ガス流路に対する不活性ガスの流入口の形成状態を示す断面説明図。 実施例における、トーチに対して清掃装置を移動させる状態を示す断面説明図。 実施例における、トーチによってプラズマアーク溶接を行う状態を示す説明図。 実施例における、清掃装置の他の吹付間隙の周辺を拡大して示す断面説明図。

上述した本発明のプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記不活性ガス流路は、上記ノズルの先端部を中心とする円環形状に形成されており、該円環形状の不活性ガス流路における外周部には、その接線方向から不活性ガスを流入させる流入口が形成してあり、該流入口から上記不活性ガス流路内に不活性ガスを流入させることにより、該不活性ガスを上記不活性ガス流路内で旋回させ、該旋回する不活性ガスを上記吹付間隙から上記ノズルの先端部へ吹き付けるよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、不活性ガスの旋回流によってノズルの先端部に堆積した堆積物を剥離させることができる。そのため、堆積物の除去をより効果的に行うことができる。

また、上記流入口は、上記不活性ガス流路の周方向一方側へ不活性ガスを旋回させるための一方側流入口と、上記不活性ガス流路の周方向他方側へ不活性ガスを旋回させるための他方側流入口とがあり、上記一方側流入口から上記不活性ガス流路へ不活性ガスを流入させることにより、周方向一方側に旋回する不活性ガスの流れを発生させて、周方向一方側に旋回する不活性ガスを上記吹付間隙から上記ノズルの先端部へ上記吹き付ける一方側吹付動作と、上記他方側流入口から上記不活性ガス流路へ不活性ガスを流入させることにより、周方向他方側に旋回する不活性ガスの流れを発生させて、周方向他方側に旋回する不活性ガスを上記吹付間隙から上記ノズルの先端部へ上記吹き付ける他方側吹付動作とを繰り返すよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、ノズルの先端部に堆積した堆積物に対して、周方向一方側と周方向他方側とから交互に不活性ガスの旋回流を衝突させることができ、この堆積物を剥離させる力を効果的に発生させることができる。そのため、上記堆積物をさらに効果的に除去することができる。

また、上記円環形状の不活性ガス流路は、上記吹付間隙に向かうに連れて徐々に幅が縮小して形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、ノズルの先端部に対して不活性ガスの高速の旋回流を容易に発生させることができる。

以下に、本発明のプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置に係る実施例につき、図面を参照して説明する。
本例のプラズマアーク溶接用トーチ６の清掃装置１は、図１に示すごとく、プラズマアーク溶接に用いるトーチ６を清掃するものである。このトーチ６は、動作ガスＧ１が噴出されるノズル６２の中心部内に中心電極６１を設け、中心電極６１とノズル６２との間に発生させておくパイロットアークＰによって、図５に示すごとく、中心電極６１とこれに対向して配置した母材８との間に溶接用アークＷを発生させて溶接を行うものである。

清掃装置１は、図１、図２に示すごとく、ノズル６２の先端部６２１を嵌入してノズル６２の先端部６２１を閉塞する嵌入口２２と、吹付間隙２１を介してノズル６２の先端部６２１の全周へ外周側から不活性ガスＧ３を吹き付けるための不活性ガス流路２と、ノズル６２の先端部６２１の中心部分に設けた動作ガス噴出口６２２に対向する側から不活性ガスＧ３を吸引する吸引流路３とを備えている。清掃装置１は、パイロットアークＰを発生させた状態において、吹付間隙２１からノズル６２の先端部６２１の全周へ外周側からへ吹き付けた不活性ガスＧ３を吸引流路３へ吸引することにより、ノズル６２の先端部６２１に堆積した堆積物Ｔを除去するよう構成されている。

以下に、本例の清掃装置１につき、図１〜図６を参照して詳説する。
図４に示すごとく、清掃装置１は、テーブル上に母材８を載置してプラズマアーク溶接を行うための溶接装置５に設置されている。トーチ６は、溶接装置５における可動部の下部において、動作ガス噴出口６２２を下方に向けて配設されている。
また、清掃装置１は、昇降装置５１を介して昇降可能に、溶接装置５のテーブル上に設置してある。そして、トーチ６をテーブルの上方における所定の清掃位置６０１に移動させたときに昇降装置５１によって清掃装置１を上昇させ、トーチ６におけるノズル６２の先端部６２１を嵌入口２２に嵌入させるよう構成されている。

中心電極６１とノズル６２との間に発生させるパイロットアークＰは、溶接装置５における高周波発生器によって発生させる。
図１に示すごとく、本例の中心電極６１は、タングステン電極であり、ノズル６２内には、冷却水が流入する水冷流路が形成されている。動作ガスＧ１は、ノズル６２内において中心電極６１の周辺を流れ、動作ガス噴出口６２２から噴出される。また、ノズル６２の外周には、溶接用アークＷを大気と遮断するためのシールドガスＧ２を流すシールドガスキャップ６３が装着されている。そして、シールドガスキャップ６３の開口先端部からシールドガスＧ２が噴出される（図５参照）。

本例の動作ガスＧ１、シールドガスＧ２及び不活性ガスＧ３は、いずれもアルゴンガスである。また、不活性ガスＧ３としては、アルゴンガス以外のものを用いることもできる。ただし、不活性ガスＧ３の露点が高い場合、トーチ６の清掃中に不活性ガスＧ３内の水分がトーチ６内へ侵入し、動作ガスＧ１の露点を上昇させ、溶接品質を悪化させるおそれがあるため、不活性ガスＧ３は、露点の十分低い乾燥したガスを用いることが好ましい。

図２に示すごとく、ノズル６２の先端部６２１は、円錐状に縮径しており、平坦状に形成された先端中心部分において動作ガス噴出口６２２が形成されている。本例の不活性ガス流路２は、ノズル６２の先端部６２１を中心とする円環形状に形成されている。嵌入口２２は、ノズル６２の円錐状の先端部６２１に沿ったテーパ状の穴として形成されている。
本例の吹付間隙２１は、ノズル６２の先端部６２１が嵌入口２２に嵌入されていない状態において不活性ガス流路２の開口端部によって予め形成した。吹付間隙２１は、ノズル６２の先端部６２１の外周角部の近傍において開口している。

これに対し、図６に示すごとく、吹付間隙２１は、ノズル６２の先端部６２１を嵌入口２２に嵌入したときに、不活性ガス流路２の開口端部とノズル６２の先端部６２１との間に形成することもできる。この場合には、吹付間隙２１は、ノズル６２の先端部６２１の外周角部の中心側部分に開口している。

図１、図２に示すごとく、不活性ガス流路２は、内周側に吸引流路３を有する形状に形成された一方の流路形成部材４Ａに対して、ノズル６２の先端部６２１を嵌入する嵌入口２２を有する他方の流路形成部材４Ｂを組み付けて形成されている。他方の流路形成部材４Ｂは、板形状の中心部に嵌入口２２を形成してなる。一方の流路形成部材４Ａには、先端に向かうに連れて円錐状に縮径する突起部４１が形成されており、この突起部４１の先端中心部に吸引流路３の吸引口３１が形成されている。不活性ガス流路２の吹付間隙２１は、一方の流路形成部材４Ａにおける嵌入口２２の外縁部と他方の流路形成部材４Ｂにおける吸引口３１の外縁部との間に円環状に内周側に開口して形成されている。

不活性ガス流路２の開口端部は、吹付隙間として嵌入口２２及び吸引口３１に連通されている。
また、円環形状の不活性ガス流路２の中心側部分は、一方の流路形成部材４Ａの円錐状の突起部４１の傾斜外周面４１１と、他方の流路形成部材４Ｂの裏面４２とによって、吹付間隙２１（中心先端部）に向かうに連れて徐々に幅が縮小して形成されている。

吸引口３１の直径は、動作ガス噴出口６２２の直径よりも大きくなっており、吹付間隙２１は、動作ガス噴出口６２２の回りに円環状に形成される。
図３に示すごとく、円環形状の不活性ガス流路２における外周部には、その接線方向から不活性ガスＧ３を流入させる流入口２３が形成してある。本例の流入口２３は、円環形状の不活性ガス流路２の外周部に描かれる互いに平行な接線上の両側において、互いに平行に一対に形成してある。

不活性ガスＧ３の流入口２３には、不活性ガス流路２の周方向一方側へ不活性ガスＧ３を旋回させるための一方側流入口２３Ａと、不活性ガス流路２の周方向他方側へ不活性ガスＧ３を旋回させるための他方側流入口２３Ｂとがある。一方の接線の一端側に形成した流入口２３と他方の接線の他端側に形成した流入口２３とが、図３において、不活性ガス流路２の時計回りに旋回する不活性ガスＧ３の旋回流を形成するための一方側流入口２３Ａとして機能し、一方の接線の他端側に形成した流入口２３と他方の接線の一端側に形成した流入口２３とが、図３において、不活性ガス流路２の反時計回りに旋回する不活性ガスＧ３の旋回流を形成するための他方側流入口２３Ｂとして機能する。

本例の清掃装置１は、吹付隙間から不活性ガスＧ３の旋回流をノズル６２の先端部６２１に吹き付けるよう構成されている。清掃装置１は、ノズル６２の先端部６２１に対して吹付間隙２１から周方向一方側に旋回する旋回流を吹き付ける一方側吹付動作と、ノズル６２の先端部６２１に対して吹付間隙２１から周方向他方側に旋回する旋回流を吹き付ける他方側吹付動作とを交互に繰り返すよう構成されている。
一方側吹付動作においては、２つの一方側流入口２３Ａから不活性ガス流路２へ不活性ガスＧ３を流入させることにより、不活性ガス流路２において周方向一方側に旋回する不活性ガスＧ３の流れを発生させる。また、他方側吹付動作においては、２つの他方側流入口２３Ｂから不活性ガス流路２へ不活性ガスＧ３を流入させることにより、不活性ガス流路２において周方向他方側に旋回する不活性ガスＧ３の流れを発生させる。

図示は省略するが、清掃装置１には、大気圧よりも高い所定の圧力に加圧した不活性ガスＧ３を不活性ガス流路２に供給する不活性ガスＧ３の供給源が接続されている。また、清掃装置１には、吸引流路３から吸引を行う真空ポンプ等の吸引装置が接続されている。そして、一方側吹付動作と他方側吹付動作とは、不活性ガス流路３へ不活性ガスＧ３を供給する供給源に設けたバルブの切替動作によって行うことができる。

本例のプラズマアーク溶接用トーチ６の清掃装置１は、嵌入口２２、不活性ガス流路２及び吸引流路３を設けた構成により、中心電極６１とノズル６２との間にパイロットアークＰを発生させた状態において、ノズル６２の先端部６２１に堆積した堆積物Ｔを除去することができるものである。
本例においては、不活性ガス流路２の開口端部に、嵌入口２２に嵌入したノズル６２の先端部６２１へ不活性ガスＧ３を高速で吹き付けるための微小な円環状の吹付間隙２１を形成している。そして、不活性ガス流路２に流入した不活性ガスＧ３を吹付間隙２１からノズル６２の先端部６２１の全周へ外周側から旋回させながら高速で吹き付けると共に、ノズル６２の先端部６２１に吹き付けられた不活性ガスＧ３を吸引流路３へ吸引する。

また、吹付間隙２１からノズル６２の先端部６２１へは、周方向一方側へ旋回する不活性ガスＧ３の高速旋回流と、周方向他方側へ旋回する不活性ガスＧ３の高速旋回流とを交互に繰り返し吹き付ける。これにより、ノズル６２の先端部６２１に堆積した堆積物Ｔに対して、周方向一方側と周方向他方側とから交互に不活性ガスＧ３の旋回流を衝突させることができ、この堆積物Ｔを剥離させる力を効果的に発生させることができる。そのため、ノズル６２の先端部６２１に堆積した堆積物Ｔを効果的に剥離させることができ、剥離した堆積物Ｔを吸引流路３へ回収することができる。また、剥離した堆積物Ｔを清掃装置１の周辺に飛散させることなく、安定して回収することができる。

また、吹付間隙２１における不活性ガスＧ３は、周方向一方側又は周方向他方側に旋回しながらノズル６２の先端部６２１の外周側から内周側へと流れ、ノズル６２の先端部６２１の中心部分における動作ガス噴出口６２２に対向する側へ吸引される。これにより、ノズル６２の先端部６２１に吹き付けられた不活性ガスＧ３及びノズル６２の先端部６２１から剥離した堆積物Ｔが、動作ガス噴出口６２２へ流入してしまうことを防止することができる。そのため、中心電極６１とノズル６２との間にパイロットアークＰを発生させた状態において、ノズル６２の先端部６２１に堆積した堆積物Ｔを除去し回収することができる。

そして、本例においては、プラズマアーク溶接を行う製品の生産を停止することなく、パイロットアークＰを保持したままでトーチ６の清掃を行うことができ、清掃を行った後には直ちに次の母材８に対してプラズマアーク溶接を開始することができる。そのため、プラズマアーク溶接を行う製品の生産性を向上させることができる。

それ故、本例のプラズマアーク溶接用トーチ６の清掃装置１によれば、パイロットアークＰを発生させた状態においてノズル６２の先端部６２１に堆積した堆積物Ｔを除去し回収することができ、プラズマアーク溶接を行う製品の生産性を向上させることができる。

１ 清掃装置
２ 不活性ガス流路
２１ 吹付間隙
２２ 嵌入口
２３ 流入口
２３Ａ 一方側流入口
２３Ｂ 他方側流入口
３ 吸引流路
３１ 吸引口
６ プラズマアーク溶接用トーチ
６１ 中心電極
６２ ノズル
６２１ 先端部
６２２ 動作ガス噴出口
８ 母材
Ｐ パイロットアーク
Ｗ 溶接用アーク
Ｔ 堆積物
Ｇ１ 動作ガス
Ｇ２ シールドガス
Ｇ３ 不活性ガス

Claims (4)

1. 動作ガスが噴出されるノズルの中心部内に中心電極を設け、該中心電極と上記ノズルとの間に発生させておくパイロットアークによって、上記中心電極とこれに対向して配置した母材との間に溶接用アークを発生させて溶接を行うために用いるプラズマアーク溶接用トーチを清掃する装置であって、
   上記ノズルの先端部を嵌入して該ノズルの先端部の外周を閉塞する嵌入口と、吹付間隙を介して上記ノズルの先端部の全周に外周側から不活性ガスを吹き付けるための不活性ガス流路と、上記ノズルの先端部の中心部分に設けた動作ガス噴出口に対向する側から上記不活性ガスを吸引する吸引流路とを備え、
   上記パイロットアークを発生させた状態において、上記吹付間隙から上記ノズルの先端部の全周へ外周側から吹き付けた不活性ガスを上記吸引流路へ吸引することにより、上記ノズルの先端部に堆積した堆積物を除去するよう構成したことを特徴とするプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置。
2. 請求項１に記載のプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置において、上記不活性ガス流路は、上記ノズルの先端部を中心とする円環形状に形成されており、
   該円環形状の不活性ガス流路における外周部には、その接線方向から不活性ガスを流入させる流入口が形成してあり、
   該流入口から上記不活性ガス流路内に不活性ガスを流入させることにより、該不活性ガスを上記不活性ガス流路内で旋回させ、該旋回する不活性ガスを上記吹付間隙から上記ノズルの先端部へ吹き付けるよう構成したことを特徴とするプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置。
3. 請求項２に記載のプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置において、上記流入口は、上記不活性ガス流路の周方向一方側へ不活性ガスを旋回させるための一方側流入口と、上記不活性ガス流路の周方向他方側へ不活性ガスを旋回させるための他方側流入口とがあり、
   上記一方側流入口から上記不活性ガス流路へ不活性ガスを流入させることにより、周方向一方側に旋回する不活性ガスの流れを発生させて、周方向一方側に旋回する不活性ガスを上記吹付間隙から上記ノズルの先端部へ上記吹き付ける一方側吹付動作と、上記他方側流入口から上記不活性ガス流路へ不活性ガスを流入させることにより、周方向他方側に旋回する不活性ガスの流れを発生させて、周方向他方側に旋回する不活性ガスを上記吹付間隙から上記ノズルの先端部へ上記吹き付ける他方側吹付動作とを繰り返すよう構成したことを特徴とするプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置。
4. 請求項２又は３に記載のプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置において、上記円環形状の不活性ガス流路は、上記吹付間隙に向かうに連れて徐々に幅が縮小して形成されていることを特徴とするプラズマアーク溶接用トーチの清掃装置。

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