JP2011224587A - Insert-chip, plasma torch and plasma welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマトーチのインサートチップ,該インサートチップを用いるプラズマトーチ、および、該プラズマトーチを用いるプラズマ溶接装置、に関する。 The present invention relates to an insert tip of a plasma torch, a plasma torch using the insert tip, and a plasma welding apparatus using the plasma torch.
特許文献1には、プラズマキーホール溶接によるキーホール断面形状を改良するノズル形状が記載されている。特許文献2には、2つのアーク溶接トーチを、1つの溶融プールを形成するように、溶接線方向に対して電極先端の並びが直交するように配置する、各トーチによる同時なめ付け溶接が記載されている。特許文献3には、アーク溶接の狙い位置の前方0〜2mmの溶融プールにレーザを照射してキーホール溶接する複合溶接方法が記載されている(図4,0024,0025)。特許文献4には、先行の第1レーザビームで非貫通溶接しそれによって形成されるホール開口に焦点を合わせて第2レーザビームで貫通(キーホール)溶接するレーザ溶接方法が記載されている。
従来の1トーチによるプラズマアーク溶接のプラズマアークの横断面は、略円形である。板厚3mm未満ではプラズマアークによるキーホール溶接は不可能なため、なめ付け溶接(熱伝導型溶接:溶接対象に対してプラズマが非貫通)を採用するが、なめ付け溶接でも、高速化すると、
イ)アンダーカットが発生し、
ロ)広幅ビードによる高温割れが発生しやすい。高速溶接では電流が高電流で広幅アークとなるため、広幅浅溶け込みのビード形状となって、凝固時に高温割れが発生しやすい。
The cross section of the plasma arc of the plasma arc welding by the conventional 1 torch is substantially circular. Since keyhole welding by plasma arc is impossible if the plate thickness is less than 3 mm, tanning welding (heat conduction type welding: plasma does not penetrate through the object to be welded) is adopted.
B) Undercut occurs,
B) Hot cracking due to wide beads is likely to occur. In high-speed welding, the current is a high current and a wide arc, so a wide, shallow bead shape is formed, and high temperature cracking is likely to occur during solidification.
従来の1トーチによるプラズマアーク溶接では、3〜10mmの板厚でキーホール溶接(溶接対象材に対してプラズマが貫通)を高速化すると、中央部が盛り上がった凸形状で縁部が下がったアンダーカットができるため、高速化が難しい。2本トーチによるワンプール高速化もあるが、ワンプールとするにはトーチ同士を大きく傾けなければならず、引き合うアーク力と傾けたことによる磁気吹きで、アークが乱れやすく、不安定であった。 In the conventional plasma arc welding with one torch, when the speed of keyhole welding (plasma penetrates through the material to be welded) is increased with a plate thickness of 3 to 10 mm, the convex portion with a raised central portion and the underside with a lowered edge portion Since cutting is possible, speeding up is difficult. Although there is a one-pool speedup with two torches, torches must be tilted greatly to make a one-pool, and the arc is easily disturbed and unstable due to the attracting arc force and magnetic blown by tilting.
本発明者は、安定したアークで高温割れやアンダーカットのない高速溶接を実現するために、2個の電極配置空間と、同一直径線上に分布し各電極配置空間にそれぞれが連通し前記直径線と平行な溶接線に対向して開いた2個のノズルと、を備えるインサートチップ、ならびに、それを装備するプラズマトーチを提示した(特許文献5)。 In order to realize high-speed welding without hot cracking and undercut with a stable arc, the present inventor distributes two electrode arrangement spaces on the same diameter line and communicates with each electrode arrangement space, respectively. And an insert tip provided with two nozzles opened opposite to a welding line parallel to the surface, and a plasma torch equipped therewith (Patent Document 5).
このプラズマトーチによれば、2つのアークで1つの溶融プールを形成する、ワンプール2アークの溶接をすることができる。この場合、プラズマアークの横断面は、溶接の進行方向yに長細い熱源となるため、熱量に対するビード幅(x方向)は狭く抑えられ、高速化しても、高温割れが発生しない。また、ワンプール2アークとすることで、板厚3〜10mmでは、先行アークでキーホール溶接し、後行アークで広幅なめ付け溶接して表ビードを平らにすることができる。板厚3mm未満では、先行アークで掘り下げ溶接をし、後行アークで表ビードを平らにすることができる。
According to this plasma torch, one
本発明は、高温割れやアンダーカット生じることなく安定したアークで、プラズマアーク溶接をより高速化することを目的とする。 An object of the present invention is to make plasma arc welding faster with a stable arc without causing hot cracking or undercut.
(1)先頭電極配置空間(1a),1以上の中間電極配置空間(1b)および後尾電極配置空間(1c)と、溶接方向(y)の一直線上に分布し各電極配置空間(1a,1b,1c)にそれぞれが連通し前記一直線と平行な溶接線に対向して開いた3個以上の開口(4a,4b,4c)と、を備えるインサートチップ(1:図1)。 (1) Lead electrode arrangement space (1a), one or more intermediate electrode arrangement spaces (1b) and tail electrode arrangement space (1c), and each electrode arrangement space (1a, 1b , 1c) and three or more openings (4a, 4b, 4c) each opened in opposition to the welding line parallel to the straight line (1: FIG. 1).
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は相当要素の記号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。 In addition, in order to make an understanding easy, the code | symbol of the corresponding element or the equivalent element of the Example which is shown in drawing and mentions later in parentheses is attached for reference by reference. The same applies to the following.
このインサートチップ(1)を装備したプラズマトーチによれば、3以上のアークで1つの溶融プールを形成する、ワンプールマルチアークの溶接をすることができる。この場合、プラズマアークの横断面は、溶接の進行方向yに長細い熱源となるため、熱量に対するビード幅(x方向)は狭く抑えられ、高速化しても、高温割れが発生しない。また、ワンプールマルチアークとすることで、板厚3〜10mmでは、先頭アークで溶接線を予熱し中間アークでキーホールによる裏ビートを形成し、後尾アークで広幅なめ付け溶接して表ビードを平らに形成することができる。板厚3mm未満では、先頭アークで溶接線を予熱し中間アークによる掘り下げ溶接で裏ビードを形成し、後尾アークで表ビードを平らにすることができる。いずれにしても、先頭アークの予熱により、中間アークによる裏ビード形成が容易になるため、良好な裏ビードを形成しつつ高速溶接をすることができる。 According to the plasma torch equipped with the insert tip (1), one pool multi-arc welding in which one molten pool is formed by three or more arcs can be performed. In this case, since the cross section of the plasma arc becomes a heat source that is long and thin in the welding progress direction y, the bead width (x direction) with respect to the amount of heat is kept narrow, and hot cracking does not occur even if the speed is increased. Also, by using a one-pool multi-arc, when the plate thickness is 3 to 10 mm, the welding line is preheated with the leading arc, the back beat by the keyhole is formed with the intermediate arc, and the front bead is formed by wide tanning welding with the trailing arc. It can be formed flat. If the plate thickness is less than 3 mm, the welding line can be preheated by the leading arc, the back bead can be formed by digging welding by the intermediate arc, and the front bead can be flattened by the trailing arc. In any case, since the back bead formation by the intermediate arc is facilitated by the preheating of the leading arc, high-speed welding can be performed while forming a good back bead.
(2)前記先頭電極配置空間(1a)および前記中間電極配置空間(1b)に連通する前記開口(4a,4b)間の距離より、前記中間電極配置空間(1b)および後尾電極配置空間(1c)に連通する前記開口(4b,4c)間の距離が長い、上記(1)に記載のインサートチップ(1:図7)。 (2) The intermediate electrode arrangement space (1b) and the tail electrode arrangement space (1c) are determined from the distance between the openings (4a, 4b) communicating with the leading electrode arrangement space (1a) and the intermediate electrode arrangement space (1b). The insert tip (1: FIG. 7) according to the above (1), wherein the distance between the openings (4b, 4c) communicating with the contact is long.
(3)前記開口は、プラズマアークノズルである、上記(1)又は(2)に記載のインサートチップ(1:形態1)。 (3) The insert tip according to (1) or (2), wherein the opening is a plasma arc nozzle (1: form 1).
(4)前記先頭電極配置空間(1a)又は前記後尾電極配置空間(1c)に連通する開口は、TIG溶接電極が貫通する穴で、他の開口はプラズマアークノズルである、上記(1)又は(2)に記載のインサートチップ(1:形態2/4)。
(4) The opening communicating with the head electrode arrangement space (1a) or the tail electrode arrangement space (1c) is a hole through which the TIG welding electrode passes, and the other opening is a plasma arc nozzle. The insert tip according to (2) (1:
(5)前記先頭電極配置空間(1a)および前記後尾電極配置空間(1c)に連通する開口は、TIG溶接電極が貫通する穴で、前記中間電極配置空間(1b)に連通する開口はプラズマアークノズルである、上記(1)又は(2)に記載のインサートチップ(1:形態3)。 (5) The opening communicating with the leading electrode arrangement space (1a) and the trailing electrode arrangement space (1c) is a hole through which the TIG welding electrode passes, and the opening communicating with the intermediate electrode arrangement space (1b) is a plasma arc. The insert tip according to (1) or (2), which is a nozzle (1: form 3).
(6)前記先頭電極配置空間(1a)に連通する開口はプラズマアークノズルで、前記中間電極配置空間(1b)および前記後尾電極配置空間(1c)に連通する開口は、TIG溶接電極が貫通する穴である、上記(1)又は(2)に記載のインサートチップ(1:形態5)。 (6) The opening communicating with the head electrode arrangement space (1a) is a plasma arc nozzle, and the opening communicating with the intermediate electrode arrangement space (1b) and the tail electrode arrangement space (1c) is penetrated by a TIG welding electrode. The insert tip according to (1) or (2), which is a hole (1: form 5).
(7)上記(1)に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b,1c)に各先端部を挿入した複数の電極(2a,2b,2c)と、を備えるプラズマトーチ。 (7) The insert tip (1) according to the above (1) and a plurality of electrodes (2a, 2b, 1b) having respective tip portions inserted into the electrode arrangement spaces (1a, 1b, 1c) of the insert tip (1) A plasma torch comprising 2c).
(8)上記(7)に記載のプラズマトーチと、該プラズマトーチの先頭電極(2a)に予熱電力を給電する第1電源(18ap,18aw)と、中間電極(2b)に裏ビード形成電力を給電する第2電源(18bp,18bw)と、後尾電極(2c)になめ付け電力を給電する第3電源(18cp,18cw)と、を備えるプラズマ溶接装置。 (8) The plasma torch described in (7) above, the first power supply (18ap, 18aw) for supplying preheating power to the leading electrode (2a) of the plasma torch, and the back bead forming power to the intermediate electrode (2b) A plasma welding apparatus comprising: a second power source (18bp, 18bw) for feeding power; and a third power source (18cp, 18cw) for feeding tanning power to the tail electrode (2c).
(9)上記(2)に記載のインサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b,1c)に各先端部を挿入した複数の電極(2a,2b,2c)を備えるプラズマトーチと、該プラズマトーチの先頭電極(2a)に予熱電力を給電する第1電源(18ap,18aw)と、中間電極(2b)にキーホール溶接電力を給電する第2電源(18bp,18bw)と、後尾電極(2c)になめ付け電力を給電する第3電源(18cp,18cw)と、を備えるプラズマ溶接装置。 (9) a plasma torch comprising a plurality of electrodes (2a, 2b, 2c) each having a tip inserted into each electrode arrangement space (1a, 1b, 1c) of the insert tip (1) described in (2) above; A first power source (18ap, 18aw) for supplying preheating power to the leading electrode (2a) of the plasma torch, a second power source (18bp, 18bw) for supplying keyhole welding power to the intermediate electrode (2b), and a tail electrode And a third power source (18cp, 18cw) for supplying tanning power to (2c).
(10)前記インサートチップの開口は、プラズマアークノズルであり、第1,第2および第3電源は、プラズマ溶接電源である、上記(8)又は(9)に記載のプラズマ溶接装置(形態1)。 (10) The plasma welding apparatus according to the above (8) or (9), wherein the opening of the insert tip is a plasma arc nozzle, and the first, second and third power sources are plasma welding power sources. ).
(11)前記インサートチップの、前記先頭電極配置空間(1a)又は前記後尾電極配置空間(1c)に連通する開口は、TIG溶接電極が貫通する穴で、他の開口はプラズマアークノズルであり、第1電源又は第3電源はTIG溶接電源であって他の電源はプラズマ溶接電源である、上記(8)又は(9)に記載のプラズマ溶接装置(形態2/4)。
(11) The opening of the insert tip that communicates with the leading electrode arrangement space (1a) or the trailing electrode arrangement space (1c) is a hole through which the TIG welding electrode passes, and the other opening is a plasma arc nozzle, The plasma welding apparatus according to (8) or (9), wherein the first power source or the third power source is a TIG welding power source and the other power source is a plasma welding power source (
(12)前記インサートチップの、前記先頭電極配置空間(1a)および前記後尾電極配置空間(1c)に連通する開口は、TIG溶接電極が貫通する穴で、前記中間電極配置空間(1b)に連通する開口はプラズマアークノズルであり、第1電源および第3電源はTIG溶接電源であって第2電源はプラズマ溶接電源である、上記(8)又は(9)に記載のプラズマ溶接装置(形態3)。 (12) The opening of the insert tip that communicates with the head electrode arrangement space (1a) and the tail electrode arrangement space (1c) is a hole through which the TIG welding electrode passes, and communicates with the intermediate electrode arrangement space (1b). The plasma welding apparatus according to the above (8) or (9), in which the opening is a plasma arc nozzle, the first power source and the third power source are TIG welding power sources, and the second power source is a plasma welding power source. ).
(13)前記インサートチップの、前記先頭電極配置空間(1a)に連通する開口はプラズマアークノズルで、前記中間電極配置空間(1b)および前記後尾電極配置空間(1c)に連通する開口は、TIG溶接電極が貫通する穴でであって、第1電源はプラズマ溶接電源であって第2および第3電源はTIG溶接電源である、上記(8)又は(9)に記載のプラズマ溶接装置(形態5)。 (13) The opening of the insert tip communicating with the leading electrode arrangement space (1a) is a plasma arc nozzle, and the opening communicating with the intermediate electrode arrangement space (1b) and the trailing electrode arrangement space (1c) is TIG. The plasma welding apparatus according to (8) or (9) above, wherein the welding electrode is a hole through which the first power source is a plasma welding power source and the second and third power sources are TIG welding power sources. 5).
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。 Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
−第1実施例−
図1に、第1実施例であるプラズマ溶接装置を示し、図2の(a)には図1に示すプラズマトーチすなわち第1実施例のプラズマアークトーチのみを示し、図2の(b)にはトーチの先端面を示す。第1実施例のプラズマアークトーチは、プラズマ溶接を行う形態のものである。インサートチップ1は、インサートキャップ7を絶縁台9にねじ締めすることにより、絶縁台9に固定されている。シールドキャップ8はねじ締めにより絶縁台9に固定されている。3つ割でx方向に分離した先頭電極台11,中間電極台12および後尾電極台13は、絶縁体の外ケース30の内部にある。中間電極台12と先頭,後尾電極台11,13との間の空間を、絶縁本体14のステムが通っている。
-1st Example-
FIG. 1 shows a plasma welding apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 (a) shows only the plasma torch shown in FIG. 1, ie, the plasma arc torch of the first embodiment, and FIG. Indicates the tip of the torch. The plasma arc torch of the first embodiment is of a form that performs plasma welding. The
インサートチップ1には、チップの中心軸(z)と直交する同一直径線上に分布し、該中心軸から等距離にある先頭,後尾電極配置空間1a,1cと、該中心軸位置の中間電極配置空間1bがあり、各電極配置空間に、絶縁台9を貫通し各電極台11〜13にねじ10a,10b,10cで固定された、先頭電極2a,中間電極2b,後尾電極2cの先端部が挿入されて、各電極配置空間1a〜1cの軸心位置に、センタリングストーン3で位置決めされている。インサートチップ1の、母材16(溶接対象材)に対向する先端面には、各電極配置空間1a〜1cにつながったノズル4(4a,4b,4c)が開口している。
The
図3に、インサートチップ1を拡大して示す。本実施例のインサートチップ1には、チップ1の中心軸(z)と直交する同一直径線に分布し、該中心軸の位置にある中間電極配置空間1bと該中心軸から等距離にあって中心軸(z)に平行に延びる先頭,後尾電極配置空間1a,1cと、各空間1a,1b,1cに連通し母材16に対向する先端面に開口した先頭,中間,後尾のノズル4a,4b,4cと、を備えている。これらのノズル4a,4b,4cも、本実施例では、チップの中心軸(z)と直交する同一直径線上に分布し、該中心軸に平行であって等ピッチで分布している。
FIG. 3 shows the
トーチの絶縁台9には、図1上では図示を省略したが、図4上に示すパイロットガス流路および冷却水流路がある。また、シールドキャップ8内にシールドガスを導くシールドガス流路(図示略)がある。パイロットガスは、図4の(a)に示すように、ガス流路および電極挿入空間を通って電極配置空間1a〜1cに入り、電極先端部でプラズマとなってノズル4a〜4cを通ってトーチの先端面から噴出する。冷却水は、図4の(b)に示すように、冷却水給水流路を通って、インサートチップ1の外周面とインサートキャップ7の内周面との間の空間に入り、そこから冷却水排水流路を通ってトーチ外に出る。シールドガスは、シールドガス流路を通って、インサートキャップ7とシールドキャップ8との間の円筒状の空間に入り、そしてトーチの先端から噴出する。
Although not shown in FIG. 1, the
図1に示すように、パイロット電源18ap,18bp,18cpにより、電極2a,2b,2cとチップ1との間にパイロットアークを発生させて、電極2a,2b,2cと母材16の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源18aw(予熱用),18bw(裏ビード形成用),18cw(なめ付け溶接用)により、溶接アーク(プラズマアーク)を発生させると、プラズマアーク電流が各電極2a,2b,2cと母材16の間に流れて、1プール3アーク溶接が実現する。図1に示す溶接装置では、電極2aのプラズマアークによる予熱と、電極2bによる裏ビード形成と、電極2cによるなめ付けとが行われる。なお、溶接の進行方向は矢印y方向である。すなわち、先頭の予熱で生成した表面部溶融プール(図5の(a))を中間のビード形成が、母材裏面(底面)まで溶融又は貫通するもの(図5の(b))とし、3mm以上の厚板の場合は、例えばキーホール溶接で形成される溶融プールを後方に送り、キーホール溶接で形成される溶融ビードを、後行のなめ付け溶接が均す。これにより図5の(c)に示す、母材表面と滑らかにつながるなめ付け溶接ビードとなる。3mm未満の薄板の場合は、キーホール溶接が不可能なため、先頭の予熱と中間の溶接により図5の(b)に示すビードが形成され、これが後尾のなめ付け溶接により、図5の(c)に示すビードに変わる。従来のように、大電流ワンプール広幅溶接をするのとは違い、中間,後尾ともそれぞれの機能に分け、必要最小限の低い電流で、ビード幅の狭い高速溶接ができる。先頭の予熱により中間の溶接は容易に母材裏面に達するので、溶接をより高速で行う事ができる。
As shown in FIG. 1, pilot arcs are generated between the electrodes 2a, 2b, 2c and the
図1に示す実施例では、先頭電極2aによる予熱では、パイロットガス流量を0.2〜1.0(リットル/min)と少なくして浅溶け込みでの予熱をする。中間電極2bによる裏ビード形成では溶け込みを深くするためにパイロットガス流量を0.5〜5.0(リットル/min)と多くし、母材厚が3mm以上ではキーホール溶接により高流量のパイロットガスで母材を裏面を貫通するまでえぐって裏波を形成する。母材厚が3mm未満では、比較的に低流量のパイロットガスとして母材裏面までの熱溶融により裏ビード(図5の(b))を形成する。後尾電極2cによる表ビード形成では、パイロットガス流量を0.2〜1.0(リットル/min)と少なくして浅溶け込みで表面を薄く溶かし平滑にする(図5の(c))。 In the embodiment shown in FIG. 1, in the preheating with the leading electrode 2a, the pilot gas flow rate is reduced to 0.2 to 1.0 (liter / min), and preheating is performed with shallow penetration. In the formation of the back bead by the intermediate electrode 2b, the pilot gas flow rate is increased to 0.5 to 5.0 (liter / min) in order to deepen the penetration, and when the base metal thickness is 3 mm or more, the pilot gas with a high flow rate is formed by keyhole welding. In order to form a back wave, the base material is penetrated until it penetrates the back surface. If the thickness of the base material is less than 3 mm, a back bead (FIG. 5B) is formed by heat melting up to the back surface of the base material as a relatively low flow rate pilot gas. In the formation of the front bead by the tail electrode 2c, the pilot gas flow rate is reduced to 0.2 to 1.0 (liter / min), and the surface is melted and smoothed by shallow penetration ((c) in FIG. 5).
例えば特許文献5に提示した1プール2アーク溶接で、板厚1.6mmの母材を、先行アーク電流210A,後行アーク210/160A:30Hz切替え、の条件で2.3m/minの比較的高速で安定した高品質のプラズマアーク溶接をすることができる。これに対し本実施例では、板厚1.6mmの母材を、先頭アーク電流200A,中間アーク電流210A,後尾アーク電流210/160A(45Hz切替え)、の条件で3.0m/minの、より高速で安定した高品質のプラズマアーク溶接をすることができる。
For example, in 1
一般に、平行に流れる2経路の電流(プラズマアーク)がそれぞれ経路を中心として旋回する磁束を生じ、これらは2経路の間では磁束の流れる方向が逆であるので互いに磁束を相殺し、合成磁束は、2経路の外側を周回するものとなる。この合成磁束の磁界と2経路の電流のそれぞれとの相互作用により、2電流(プラズマアーク)にはローレンツ力Fが作用して、2電流(プラズマアーク)が、互いに近づく方向に曲がる。仮に、アークが不安定になってこの曲がりが大きくなって2電流が交わると、すなわち合流すると、本来意図した溶接特性を現さなくなる。すなわち溶接不良あるいはビード形状不良を生ずる。この傾向は高電流になるほど大きい。 In general, two paths of current (plasma arc) flowing in parallel generate magnetic fluxes that rotate around the path, and these two directions are opposite in the direction of flow of the magnetic flux, so they cancel each other out, and the resultant magnetic flux is It goes around the outside of the two paths. The Lorentz force F acts on the two currents (plasma arc) due to the interaction between the magnetic field of the combined magnetic flux and the two-path currents, and the two currents (plasma arc) bend in a direction approaching each other. If the arc becomes unstable and the bending becomes large and two currents intersect, that is, if they merge, the originally intended welding characteristics will not be exhibited. That is, poor welding or poor bead shape occurs. This tendency increases as the current increases.
しかし図1に示す実施例では、図6に示すように、先頭電極2aと中間電極2bのアーク間にはFaなる引き合うローレンツ力が作用するが、中間電極2bと後尾電極2cのアーク間にもFcなる引き合うローレンツ力が作用し、中間電極2bのアークにはFa,Fcの合成力が作用することになり、この合成力はFa,Fcを相殺した余りの、僅かなものとなり、裏ビードを形成する中間電極2bのアークが安定し、裏波(裏ビード)形成が安定する。先頭電極2aの予熱アークに作用するローレンツ力Faは、該アークを溶接進行方向yで下流側に振り該アークが溶接進行方向yに対し後進角となるが、ビード形成には影響しない。後尾電極2cのなめ付けアークに作用するローレンツ力Fcは、該アークを溶接進行方向yで上流側に振り該アークが溶接進行方向yに対し前進角となり、平滑化に貢献する。すなわち、後尾電極2cのなめ付けアークのプラズマが前方に流れ、該アークの後方に形成される溶融プールをアークプラズマが乱さないので、表ビードは平滑できれいなビード表面となる。 However, in the embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 6, an attractive Lorentz force Fa acts between the arcs of the leading electrode 2a and the intermediate electrode 2b, but also between the arcs of the intermediate electrode 2b and the trailing electrode 2c. The attracting Lorentz force acting as Fc acts, and the combined force of Fa and Fc acts on the arc of the intermediate electrode 2b. The arc of the intermediate electrode 2b to be formed is stabilized, and the formation of a back wave (back bead) is stabilized. The Lorentz force Fa acting on the preheating arc of the leading electrode 2a swings the arc downstream in the welding progress direction y, and the arc has a backward angle with respect to the welding progress direction y, but does not affect the bead formation. The Lorentz force Fc acting on the tanning arc of the tail electrode 2c swings the arc upstream in the welding progress direction y, and the arc becomes an advance angle with respect to the welding progress direction y, thereby contributing to smoothing. That is, since the plasma of the tanning arc of the tail electrode 2c flows forward and the arc plasma does not disturb the molten pool formed behind the arc, the front bead has a smooth and clean bead surface.
−第2実施例−
図7に、厚板の高速溶接に好適な、本発明の第2実施例のプラズマ溶接装置を示す。板厚が3mm以上の、パイロットガス流量を多くしたキーホール溶接では、溶接速度を速くすると中間電極2bによる溶融プールが溶接方向yに大きくなって、溶融金属が溶け落ちる可能性が高くなる。そこで第2実施例では、先頭電極2aと中間電極2bとの距離よりも、中間電極2bに対する後尾電極2cの距離を長くして、中間電極2bのキーホール溶接が形成する溶融プールが凝固を始める位置を、後尾電極のプラズマアークでなめ付け溶接する。これによりキーホール溶接速度を高速化しても、溶融金属の溶け落ちを抑止できる。後尾電極2cによるなめ付け溶接は、凝固金属を再加熱して溶融させるものとなるが、凝固金属は凝固開始直後の高熱であるので、容易に溶融し、高速化に適合する。
-Second Example-
FIG. 7 shows a plasma welding apparatus according to a second embodiment of the present invention suitable for high-speed welding of thick plates. In keyhole welding in which the plate thickness is 3 mm or more and the pilot gas flow rate is increased, if the welding speed is increased, the molten pool by the intermediate electrode 2b becomes larger in the welding direction y, and the possibility that the molten metal melts increases. Therefore, in the second embodiment, the distance of the tail electrode 2c with respect to the intermediate electrode 2b is made longer than the distance between the leading electrode 2a and the intermediate electrode 2b, and the molten pool formed by the keyhole welding of the intermediate electrode 2b starts to solidify. The position is tanned and welded with a plasma arc of the tail electrode. Thereby, even if the keyhole welding speed is increased, molten metal can be prevented from being melted. The tanning welding by the tail electrode 2c is to reheat and melt the solidified metal. However, since the solidified metal has high heat immediately after the start of solidification, it is easily melted and adapted to high speed.
プラズマアーク溶接に限らずTIG溶接によっても、予熱あるいはなめ付けを行うことができる。TIG溶接ではパイロット電源が不要であるので、電源装置を低コストで構成できる。また、シールドガスがトーチ下端を満たすのでの、TIG溶接では電極配置空間から母材に噴出すパイロットガスを省略することもできる。そこで本発明のプラズマ溶接装置は、次の表1に示す溶接形態を実施する。 Preheating or tanning can be performed not only by plasma arc welding but also by TIG welding. Since TIG welding does not require a pilot power supply, the power supply device can be configured at low cost. Further, since the shielding gas fills the lower end of the torch, the pilot gas ejected from the electrode arrangement space to the base material can be omitted in TIG welding. Therefore, the plasma welding apparatus of the present invention implements the welding forms shown in the following Table 1.
表1上の実施形態1は、第1,第2実施例のように、先頭電極2a,中間電極2bおよび後尾電極2cのいずれも、プラズマアーク溶接を行うものである。
In
−第3実施例−
図8に示す本発明の第3実施例のプラズマ溶接装置は、表1上の実施形態2のものである。すなわち、先頭電極2aは、TIG溶接により母材を予熱するものであって、インサートチップ1の、その下端面に開いた電極配置空間の開口から更に下方に突出して、TIGアークにより母材の表面を予熱溶融する。中間電極2bおよび後尾電極2cは、第1,第2実施例と同様に、プラズマアーク溶接により裏ビード形成およびなめ付けを行う。
-Third Example-
The plasma welding apparatus of the third example of the present invention shown in FIG. 8 is that of
−第4実施例−
図9に示す本発明の第4実施例のプラズマ溶接装置は、表1上の実施形態3のものである。すなわち、先頭電極2aおよび後尾電極2cは、TIG溶接により母材を予熱およびなめ付けするものであり、インサートチップ1の、その下端面に開いた電極配置空間の開口から更に下方に突出して、TIGアークにより母材の表面を予熱溶融およびなめ付け溶接する。中間電極2bは、第1,第2実施例と同様に、プラズマアーク溶接により裏ビード形成を行う。
-Fourth embodiment-
The plasma welding apparatus of the fourth example of the present invention shown in FIG. 9 is that of
表1上の実施形態4では、後尾電極2cは、TIG溶接により母材をなめ付けするものであり、インサートチップ1の、その下端面に開いた電極配置空間の開口から更に下方に突出して、TIGアークにより母材の表面をなめ付け溶接する。先頭電極2aおよび中間電極2bは、第1,第2実施例と同様に、プラズマアーク溶接により予熱および裏ビード形成を行う。
In
表1上の実施形態5では、先頭電極2aのプラズマアーク溶接によって裏ビードを形成する。中間電極2bおよび後尾電極2cは、TIG溶接によりそれぞれ表ビードを形成する。すなわち、2段階で表ビードを形成する。これは母材の溶融金属の表面張力が大きい母材に適合する。なお、実施形態4でも同様に、先頭電極2aのプラズマアーク溶接によって裏ビードを形成し、中間電極2bによるプラズマアーク溶接と後尾電極2cによるTIG溶接でそれぞれ表ビードを形成することもできる。 In Embodiment 5 on Table 1, the back bead is formed by plasma arc welding of the leading electrode 2a. The intermediate electrode 2b and the tail electrode 2c each form a front bead by TIG welding. That is, a front bead is formed in two stages. This is suitable for a base material having a large surface tension of the molten metal of the base material. In the fourth embodiment as well, the back bead can be formed by plasma arc welding of the leading electrode 2a, and the front bead can be formed by plasma arc welding by the intermediate electrode 2b and TIG welding by the tail electrode 2c.
なお、上述の実施例および実施形態のいずれも、中間電極2bは1本であるが、本発明によれば、2本以上の中間電極を用いる態様もある。ただしこの場合も、すべての電極は溶接方向に延びる一直線上にあるものである。例えば2本の中間電極2b1,2b2を用いる実施形態では、1本の中間電極によるキーホール溶接では母材裏面への貫通が無理な厚い母材を、先行の中間電極2b1によるプラズマアーク溶接でえぐりそして後行の中間電極2b2によるプラズマアーク溶接で母材裏面までキーホール溶接することができる。換言すると、厚板を高速でキーホール溶接することができる。 In each of the above-described examples and embodiments, there is one intermediate electrode 2b. However, according to the present invention, there is an aspect in which two or more intermediate electrodes are used. However, also in this case, all the electrodes are on a straight line extending in the welding direction. For example, in the embodiment using two intermediate electrodes 2b1 and 2b2, a thick base material that cannot be penetrated to the back surface of the base material by keyhole welding with one intermediate electrode is removed by plasma arc welding with the preceding intermediate electrode 2b1. Then, keyhole welding can be performed up to the back surface of the base material by plasma arc welding using the subsequent intermediate electrode 2b2. In other words, the thick plate can be keyhole welded at high speed.
1:インサートチップ
1a,1b,1c:先頭,中間,後尾の電極配置空間
2(2a,2b,2c):電極
2a:先頭電極
2b:中間電極
2c:後尾電極
3:センタリングストーン
4(4a,4b,4c):ノズル(先頭,中間,後尾のノズル)
7:インサートキャップ
8:シールドキャップ
9:絶縁台
10(10a,10b,10c):電極固定ねじ
11:先頭電極台
12:中間電極台
13:後尾電極台
14:絶縁本体
16:母材
18,43:電源
19:プラズマ
20:プール
30:外ケース
1:
7: Insert cap 8: Shield cap 9: Insulation base 10 (10a, 10b, 10c): Electrode fixing screw 11: Lead electrode base 12: Intermediate electrode base 13: Rear electrode base 14: Insulation body 16:
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