JP2012130965A - Insert chip and plasma torch - Google Patents

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山 健 二 奥
Shigeru Sato
藤 茂 佐
Hiroki Sugawara
原 ひろき 菅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insert chip having high cooling capacity, which can perform welding free from high temperature cracks and undercuts at higher speed with a stable arc, and a plasma torch using the same.SOLUTION: The insert chip includes: two electrode arrangement spaces; two nozzles communicating with each electrode arrangement space, respectively; and a V-type cooling water passage present at a plane crossing a plane where the two nozzles are distributed at the intermediate point of the two nozzles, and at which cooling water turns. The plasma torch includes two electrodes in which the respective tip parts are inserted into each electrode arrangement space thereof.

Description

本発明は、プラズマトーチのインサートチップおよび該インサートチップを用いるプラズマトーチに関する。   The present invention relates to a plasma torch insert tip and a plasma torch using the insert tip.

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。   Patent Document 1 describes a nozzle shape that improves the cross-sectional shape of a keyhole by plasma keyhole welding. Patent Document 2 describes simultaneous tanning welding by each torch in which two arc welding torches are arranged so that the arrangement of electrode tips is orthogonal to the welding line direction so as to form one molten pool. Has been. Patent Document 3 describes a composite welding method in which keyhole welding is performed by irradiating a molten pool of 0 to 2 mm ahead of the arc welding target position with laser (FIGS. 4, 0024, 0025). Patent Document 4 describes a laser welding method in which non-penetrating welding is performed with a preceding first laser beam, and through-hole (keyhole) welding is performed with a second laser beam while focusing on a hole opening formed thereby.

特開平 8− 10957号公報JP-A-8-10957 特開平 6−155018号公報JP-A-6-155018 特開2004−298896号公報JP 2004-298896 A 特開2008−126315号公報JP 2008-126315 A 特願2009−201304号公報Japanese Patent Application No. 2009-201304

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、図8の(a)に示すように略円形である。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)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 conventional plasma arc welding by 1 torch is substantially circular as shown to Fig.8 (a). Since keyhole welding by plasma arc is impossible if the plate thickness is less than 3 mm, tanning welding (heat conduction type welding) 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を高速化すると、ビード形状が、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 conventional plasma arc welding with one torch, if the speed of keyhole welding is increased at a plate thickness of 3 to 10 mm, the bead shape can be raised with a convex shape with a raised central part and an undercut with a lowered edge, which increases the speed. 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.

そこで本発明等は、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ことができるインサートチップおよびこれを用いるプラズマトーチを提供した(特許文献5)。   Therefore, the present invention and the like provided an insert tip capable of realizing high-speed welding without a hot crack and undercut with a stable arc, and a plasma torch using the insert tip (Patent Document 5).

これらは、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および該チップを装備し各電極配置空間に各電極を挿入したプラズマトーチである。   These are insert tips each including two electrode arrangement spaces and two nozzles that are distributed on the same diameter line and communicate with each electrode arrangement space and face each other in parallel with the welding line. And a plasma torch equipped with the chip and having each electrode inserted into each electrode arrangement space.

このインサートチップを装備した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。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、表ビードを平らにすることができる。ある程度距離を離した2本のプラズマトーチを用いる並行溶接でやや類似の効果を得ることは出来るが、溶接の進行方向のアーク間隔が広くなるため、短い溶接長のワーク(母材:溶接対象材)では、同一パスでの溶接が不可能であり、二パス溶接が必要となり、高速化は難しい。また、アーク間隔が広いため、後行アークは一度凝固したビードを再溶融しなければならず、後行溶接に高入熱が必要である。特許文献5に提示した、1チップに2個のノズルを備えるインサートチップを用いるワンプール2アーク溶接によれば、ノズル間隔が短いので、これらの問題が解消する。   According to the plasma torch equipped with this insert tip, one pool two arc welding can be performed in which one arc is formed by two arcs. Since the cross section of the plasma arc is 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. Moreover, a front bead can be made flat by setting it as one pool 2 arc. Although a somewhat similar effect can be obtained by parallel welding using two plasma torches separated by a certain distance, the arc distance in the welding direction is widened, so a workpiece with a short welding length (base material: material to be welded) ) Cannot be welded in the same pass, requires two-pass welding, and high speed is difficult. Further, since the arc interval is wide, the succeeding arc must remelt the bead once solidified, and high heat input is required for the subsequent welding. According to the one-pool two-arc welding using the insert tip provided with two nozzles per tip presented in Patent Document 5, the nozzle interval is short, so these problems are solved.

ところで1個のインサートチップで2アークのプラズマ溶接ではインサートチップに加わる熱負荷が大きくなる。より高速化するためには、インサートチップの冷却能力を向上する必要がある。   By the way, in two arc plasma welding with one insert tip, the heat load applied to the insert tip becomes large. In order to increase the speed, it is necessary to improve the cooling capacity of the insert tip.

本発明は、安定したアークで高温割れやアンダーカットのない溶接をより高速で行うことができる、冷却能力が高いインサートチップおよびこれを用いるプラズマトーチを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an insert tip having a high cooling capability and a plasma torch using the same, which can perform welding without hot cracking and undercut at a high speed with a stable arc.

(1)2個の電極配置空間(2a,2b)と、各電極配置空間(2a,2b)にそれぞれが連通する2個のノズル(3a,3b)と、該2個のノズルの中間点で該2個のノズルが分布する平面(II−II切断面:図2紙面)に対して交差する平面(III−III切断面:図3紙面)にあって冷却水が折り返すV型の冷却水流路(4a,4b)と、を備えるインサートチップ(1)。   (1) Two electrode arrangement spaces (2a, 2b), two nozzles (3a, 3b) respectively communicating with each electrode arrangement space (2a, 2b), and an intermediate point between the two nozzles A V-shaped cooling water flow path in which the cooling water folds in a plane (III-III cutting plane: FIG. 3 paper plane) intersecting the plane (II-II cutting plane: FIG. 2 paper plane) where the two nozzles are distributed. (4a, 4b) and an insert tip (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又は相当要素の記号もしくは対応事項を、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 facilitate understanding, in parentheses, the correspondence of the examples shown in the drawings and described later, or the symbols or corresponding matters of corresponding elements are added for 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、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 the plasma torch equipped with the insert tip (1), one pool two arc welding can be performed in which one melting pool is formed by two arcs. 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. Moreover, by setting it as one pool 2 arc, in plate | board thickness 3-10mm, a keyhole welding can be carried out by a preceding arc, and a wide tanning welding can be carried out by a subsequent arc, and a surface bead can be made flat. If the plate thickness is less than 3 mm, it is possible to carry out digging welding with a leading arc and flatten the front bead with a trailing arc.

ある程度距離を離した2本のプラズマトーチを用いる並行溶接でやや類似の効果を得ることは出来るが、溶接の進行方向のアーク間隔が広くなるため、短い溶接長のワーク(溶接対象材)では、同一パスでの溶接が不可能であり、二パス溶接が必要となり、高速化は難しい。また、アーク間隔が広いため、後行アークは一度凝固したビードを再溶融しなければならず、後行溶接に高入熱が必要である。1チップに2個のノズルを備える本発明のインサートチップを用いるワンプール2アーク溶接によれば、ノズル間隔が短いので、これらの問題が解消する。   Although a somewhat similar effect can be obtained by parallel welding using two plasma torches separated by a certain distance, the arc interval in the welding progress direction becomes wide, so with a work with a short weld length (material to be welded) Welding in the same pass is impossible, and two-pass welding is required, and it is difficult to increase the speed. Further, since the arc interval is wide, the succeeding arc must remelt the bead once solidified, and high heat input is required for the subsequent welding. According to the one-pool two-arc welding using the insert tip of the present invention having two nozzles in one tip, these problems are solved because the nozzle interval is short.

加えて、インサートチップ(1)には、2個のノズル(3a,3b)の中間点で該2個のノズルが分布する平面(図2紙面)に対して交差する平面(図3紙面)にV型の冷却水流路(4a,4b)を備えるので、チップ(1)の先端面(母材対抗面)近くで冷却水が円滑に折返し、局所的に水あるいは泡が滞留することはなく、チップの冷却能力が高い。チップ端面に対して斜めにしかも先端部で交わるように穴開けすることでV型の冷却水流路(4a,4b)を安価に形成できる。よって、溶接電力を大きくしてより高速に溶接を行うことができる。   In addition, the insert tip (1) has a plane (Fig. 3 paper surface) that intersects the plane (Fig. 2 paper surface) where the two nozzles are distributed at the midpoint of the two nozzles (3a, 3b). Since it has a V-shaped cooling water flow path (4a, 4b), the cooling water smoothly turns back near the tip surface (base material facing surface) of the chip (1), and water or bubbles do not stay locally. Chip cooling capacity is high. V-shaped cooling water flow paths (4a, 4b) can be formed at low cost by making holes so as to be oblique to the end face of the chip and intersect at the tip. Therefore, welding can be performed at higher speed by increasing the welding power.

本発明の第1実施例のプラズマトーチの外筒の内部を見下ろした平面図である。It is the top view which looked down at the inside of the outer cylinder of the plasma torch of the 1st example of the present invention. 図1に示すプラズマトーチのII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of the plasma torch shown in FIG. 図1に示すプラズマトーチのIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of the plasma torch shown in FIG. (a)は、第2実施例のインサートチップの拡大断面図、(b)は(a)に示すインサートチップの基体1aのみを示す拡大断面図、(c)は基体に装着するノズル部材20a,20bの拡大断面図である。(A) is an enlarged sectional view of the insert tip of the second embodiment, (b) is an enlarged sectional view showing only the base 1a of the insert tip shown in (a), (c) is a nozzle member 20a to be mounted on the base, It is an expanded sectional view of 20b. (a)は、第3実施例のインサートチップの拡大断面図、(b)は(a)に示すインサートチップの基体1bのみを示す拡大断面図、(c)は基体に装着するノズル部材20c,20dの拡大断面図である。(A) is an enlarged sectional view of the insert tip of the third embodiment, (b) is an enlarged sectional view showing only the base body 1b of the insert tip shown in (a), (c) is a nozzle member 20c attached to the base body, It is an expanded sectional view of 20d.

(2)インサートチップは、1個の電極配置空間(2a/2b)および該電極配置空間に連通する1個のノズル(3a/3b)を開けたノズル部材1対(20a,20b/20c,20d)と、これらのノズル部材が結合したチップ基体(1a/1b)でなり、各ノズル部材が前記チップ基体(1a)に対して着脱可である、上記(1)に記載のインサートチップ(図4/図5)。   (2) The insert tip has one electrode arrangement space (2a / 2b) and a pair of nozzle members (20a, 20b / 20c, 20d) in which one nozzle (3a / 3b) communicating with the electrode arrangement space is opened. ) And a chip base (1a / 1b) in which these nozzle members are coupled, and each nozzle member is detachable from the chip base (1a) (1), the insert tip (see FIG. 4). / Figure 5).

これによれば、高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したとき、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。   According to this, when the nozzle part at the lower end of the nozzle member is deformed or damaged by high heat, the nozzle member can be replaced with a new one, and the chip base can be used as it is, so that the maintenance cost can be reduced.

(3)前記チップ基体(1a/1b)には、ノズル部材が挿入される穴(18a,18b/18c,18d)の基体下端面側に雌ねじ穴(19a,19b)があり、前記ノズル部材の下側部分に該雌ねじ穴に螺合する雄ねじがある、上記(2)に記載のインサートチップ(図4/図5)。   (3) The chip base (1a / 1b) has a female screw hole (19a, 19b) on the bottom end surface side of the base of the hole (18a, 18b / 18c, 18d) into which the nozzle member is inserted. The insert tip according to (2) above (FIG. 4 / FIG. 5), wherein a lower portion has a male screw that is screwed into the female screw hole.

これによれば、ねじ回しによってチップ基体に変形を与えることなくノズル部材を容易に着,脱できる。   According to this, the nozzle member can be easily attached and detached without giving deformation to the chip base by screwing.

(4)前記チップ基体(1b)には、前記雌ねじ穴(19a,19b)と基体上端面側との間に下絞りのテーパ内周面(18c,18d)があり、前記ノズル部材の前記雄ねじと上側部分の間に前記テーパ内周面に当接する下絞りのテーパ外周面(23a,23b)がある、上記(3)に記載のインサートチップ。   (4) The tip base (1b) has a tapered inner peripheral surface (18c, 18d) of a lower diaphragm between the female screw hole (19a, 19b) and the upper end surface of the base, and the male screw of the nozzle member The insert tip according to (3), wherein there is a tapered outer peripheral surface (23a, 23b) of the lower diaphragm that contacts the tapered inner peripheral surface between the upper portion and the upper portion.

これによれば、チップ基体(1b)にノズル部材(20c,20d)をねじ込むことによりノズル部材のテーパ外周面(23a,23b)がチップ基体(1b)のテーパ内周面(18c,18d)に面接触で圧接し、ノズル部材(20c,20d)からチップ基体(1b)への伝熱抵抗が低く、ノズル部材(20c,20d)の冷却能力が高い。   According to this, the taper outer peripheral surface (23a, 23b) of the nozzle member is screwed into the taper inner peripheral surface (18c, 18d) of the chip base (1b) by screwing the nozzle member (20c, 20d) into the chip base (1b). The pressure contact is made by surface contact, the heat transfer resistance from the nozzle member (20c, 20d) to the chip base (1b) is low, and the cooling capacity of the nozzle member (20c, 20d) is high.

(5)上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載のインサートチップと、該インサートチップの各電極配置空間(2a,2b)にそれぞれの先端部を挿入した2電極(12a,12b)と、を備えるプラズマトーチ(図2)。   (5) The insert tip according to any one of (1) to (4) above, and two electrodes (12a, 12b) each having a tip inserted into each electrode arrangement space (2a, 2b) of the insert tip And a plasma torch (FIG. 2).

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トーチすなわち第1実施例のプラズマアークトーチの、外筒14の内部を上方から見下ろして示し、図2には図1上のII−II線方向の縦断面を示す。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。図2を参照すると、インサートチップ1は、インサートキャップ6をチップ台5にねじ締めすることにより、チップ台5に固定されている。チップ台5は絶縁本体7に固定され、絶縁本体7に電極台10a,10bおよび絶縁スペーサ11が固定されている。
-1st Example-
FIG. 1 shows the inside of the outer cylinder 14 of the plasma torch according to the first embodiment, that is, the plasma arc torch of the first embodiment as viewed from above, and FIG. 2 shows a longitudinal section in the direction of II-II line in FIG. Show the surface. The plasma arc torch of the first embodiment is of a form that performs plasma welding. Referring to FIG. 2, the insert chip 1 is fixed to the chip base 5 by screwing the insert cap 6 to the chip base 5. The chip base 5 is fixed to the insulating body 7, and the electrode bases 10 a and 10 b and the insulating spacer 11 are fixed to the insulating body 7.

シールドキャップ8は絶縁本体7に固定されている。2つ割で外筒14の直径方向に分離した第1電極台10aと第2電極台10bは、絶縁スペーサ11で分離されている。   The shield cap 8 is fixed to the insulating body 7. The first electrode base 10a and the second electrode base 10b separated in the diameter direction of the outer cylinder 14 by two are separated by an insulating spacer 11.

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、該中心軸から等距離にあって中心軸(z)に平行に延びる2個の電極配置空間2a,2bと、各空間2a,2bに連通し図示しない母材に対向する先端面(下端面)に開口した2個のノズル3a,3bと、を備えている。これらのノズル3a,3bも、本実施例では、チップ(外筒14)の中心軸(z)と直交する同一直径線上に分布し、該中心軸に平行かつそれから等距離にある。   In the insert chip 1 of this embodiment, two electrodes are distributed on the same diameter line orthogonal to the central axis (z) of the chip 1 and are equidistant from the central axis and extend parallel to the central axis (z). Arrangement spaces 2a and 2b, and two nozzles 3a and 3b that communicate with each of the spaces 2a and 2b and open at the front end surface (lower end surface) facing the base material (not shown) are provided. In the present embodiment, these nozzles 3a and 3b are also distributed on the same diameter line perpendicular to the central axis (z) of the tip (outer cylinder 14), and are parallel to and equidistant from the central axis.

各電極配置空間2a,2bに、絶縁本体7を貫通し各電極台10a,10bにねじ13a,13bで固定された第1電極12a,第2電極12bの先端部が挿入されて、各電極配置空間2a,2bの軸心位置に、センタリングストーン9a,9bで位置決めされている。インサートチップ1の、母材(図示せず)に対向する先端面(下端面)には、各電極配置空間2a,2bにつながったノズル3a,3bが開口している。ノズル3a,3bを結ぶ直線が延びる方向が溶接方向である。チップ1は、2つの電極配置空間2a,2bを溶接方向に配置しているので、溶接方向に広幅である。   The tip portions of the first electrode 12a and the second electrode 12b that pass through the insulating body 7 and are fixed to the electrode bases 10a and 10b with screws 13a and 13b are inserted into the electrode arrangement spaces 2a and 2b, respectively. Centering stones 9a and 9b are positioned at the axial center positions of the spaces 2a and 2b. Nozzles 3a and 3b connected to the respective electrode arrangement spaces 2a and 2b are opened at the front end surface (lower end surface) of the insert tip 1 facing the base material (not shown). The direction in which the straight line connecting the nozzles 3a and 3b extends is the welding direction. The chip 1 is wide in the welding direction because the two electrode arrangement spaces 2a and 2b are arranged in the welding direction.

図3に、図1上のIII−III線方向の縦断面を示す。チップ1は、溶接方向と交差する方向では狭幅であり、この狭幅方向に、V型の冷却水流路4a,4bが形成されている。この冷却水流路4a,4bは、2個のノズル3a,3bの中間点で該2個のノズルが分布する平面(II−II切断面:図2紙面)に対して交差する平面(III−III切断面:図3紙面)にある。この水流路4a,4bは、上端から図3に示すように斜めに、下端側同一点に向けて2穴4a,4bを穴開けして穴底で交わることにより通流させたものである。   FIG. 3 shows a longitudinal section in the direction of line III-III in FIG. The tip 1 has a narrow width in a direction crossing the welding direction, and V-shaped cooling water flow paths 4a and 4b are formed in the narrow width direction. The cooling water flow paths 4a and 4b are planes (III-III) intersecting with a plane (II-II cut surface: paper surface of FIG. 2) where the two nozzles are distributed at an intermediate point between the two nozzles 3a and 3b. (Cut surface: paper surface of FIG. 3). As shown in FIG. 3, the water flow paths 4a and 4b are made to flow by making two holes 4a and 4b obliquely from the upper end toward the same point on the lower end side and intersecting at the bottom of the hole.

水流管16aに注入された冷却水は、電極台10a,絶縁本体7およびチップ台5の水流路を通ってチップ1のV型水流路の一方の流路4aに入って穴底に至り、そこから他方の流路4bに入り、そしてチップ台5,絶縁本体7および電極台10bの水流路を通って水流管16bに流れ、そしてトーチ外部に流出する。冷却水が、チップ1のV型水流路4a,4bを流れている間にチップ1から抜熱する。すなわちチップ1を冷却する。一方の流路4aに入るとき冷却水は流路4aの斜面に当たるので水流の乱れ(渦等)はなく、同様に、一方の流路4aから他方の流路4bに流れ込む冷却水は流路4bの斜面に当たるので水流は乱れず滑らかであって、冷却水や気泡の滞留を生じないので、チップの冷却能力が高い。   The cooling water injected into the water flow pipe 16a passes through the water flow paths of the electrode base 10a, the insulating body 7 and the chip base 5 and enters one flow path 4a of the V-shaped water flow path of the chip 1 to reach the hole bottom. Enters the other flow path 4b, flows through the water flow paths of the chip base 5, the insulating body 7 and the electrode base 10b to the water flow pipe 16b and flows out of the torch. While the cooling water flows through the V-shaped water flow paths 4 a and 4 b of the chip 1, heat is extracted from the chip 1. That is, the chip 1 is cooled. Since the cooling water hits the slope of the flow path 4a when entering one flow path 4a, there is no turbulence (vortex or the like) of the water flow. Similarly, the cooling water flowing from one flow path 4a to the other flow path 4b is flow path 4b. The water flow is not disturbed and is smooth and does not cause stagnation of cooling water or bubbles, so that the cooling capacity of the chip is high.

再度図1および図2を参照すると、パイロットガスは、パイロットガス管15a,15bおよび電極挿入空間を通って電極配置空間2a,2bに入り、電極先端部でプラズマとなってノズル3a,3bを通ってトーチの先端面から噴出する。シールドガスは、シールドガス管17を通って、インナーキャップ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図示しない母材に向けて噴出する。   Referring again to FIGS. 1 and 2, the pilot gas enters the electrode arrangement spaces 2a and 2b through the pilot gas pipes 15a and 15b and the electrode insertion space, becomes plasma at the electrode tip, and passes through the nozzles 3a and 3b. Erupt from the tip of the torch. The shield gas passes through the shield gas pipe 17 and enters the cylindrical space between the inner cap 7 and the shield cap 8 and is ejected from the tip of the torch toward a base material (not shown).

各パイロット電源により各電極12a,12b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12a,12bと母材の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流す、溶接方向で先行の電極12aに給電するプラズマ電源(溶接又は予熱用)および溶接方向で後行の電極12bに給電するプラズマ電源(なめ付け溶接又は本溶接用)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12a,12bと母材の間に流れて、1プール2アーク溶接が実現する。この溶接態様では、電極12aのプラズマアークによる溶接又は予熱と、電極12bによるなめ付け溶接又は本溶接とが行われる。すなわち、先行する電極12aで溶接又は予熱で生成した溶融プールに後行する電極12bでなめ付け溶接又は本溶接のプラズマアークが当たって、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、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、先行の溶接又は予熱によりビードが形成され、これが後行のなめ付け溶接により、滑らかなビードに変わる。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、先行,後行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。また、先行アークを予熱として使い、後行アークで本溶接を行う方法でも高速化はできる。いずれの場合も、冷却能力が高いV型の冷却水流路4a,4bを形成したチップ1を用いることにより、溶接電力をアップしてより高速に溶接を行うことができる。   A pilot arc is generated between each electrode 12a, 12b and the tip 1 by each pilot power source, and a plasma arc current is passed between the electrodes 12a, 12b and the base material so that the electrode side is negative and the base material side is positive. A welding arc (plasma arc) is generated by a plasma power source (for welding or preheating) that feeds the preceding electrode 12a in the direction and a plasma power source (for tanning welding or main welding) that feeds the subsequent electrode 12b in the welding direction Then, a plasma arc current flows between each electrode 12a, 12b and the base material, and 1 pool 2 arc welding is realized. In this welding mode, welding or preheating by the plasma arc of the electrode 12a and tanning welding or main welding by the electrode 12b are performed. That is, a plasma pool of tanning welding or main welding hits the molten pool generated by welding or preheating with the preceding electrode 12a and the subsequent electrode 12b, and sends the molten pool formed by, for example, keyhole welding backward, Subsequent tanning welding levels the molten bead formed by keyhole welding. Thereby, it becomes a tanning weld bead smoothly connected to the base material surface. In the case of a thin plate of less than 3 mm, since keyhole welding is impossible, a bead is formed by preceding welding or preheating, and this is changed to a smooth bead by subsequent tanning welding. Unlike conventional high-current one-pool wide welding, high-speed welding with a narrow bead width can be performed with the lowest necessary minimum current by dividing the functions into the preceding and following functions. The speed can also be increased by using the leading arc as preheating and performing the main welding with the trailing arc. In any case, by using the tip 1 in which the V-shaped cooling water channels 4a and 4b having a high cooling capacity are used, welding power can be increased and welding can be performed at a higher speed.

−第2実施例−
図4の(a)に、本発明のインサートチップの第2実施例を示す。これは、図2,図3に示すプラズマトーチのインサートチップ1に置き換えて使用されるものである。第2実施例のインサートチップは、熱伝導性が高い金属、例えば銅又は銅合金、でできた1対のノズル部材20a,20bを、同様に熱伝導性が高い金属でできたチップ基体1aの挿入穴18a,18bに挿入し、ノズル部材20a,20bの下端の雄ねじ22a,22bを、挿入穴18a,18bの下端部の雌ねじ穴19a,19bにねじ込むことにより、チップ基体1aに一体化したものである。インサートチップから1対のノズル部材20a,20bを取り外して、図4の(b)にはチップ基体1aを、図4の(c)には1対のノズル部材20a,20bを示す。
-Second Example-
FIG. 4A shows a second embodiment of the insert tip of the present invention. This is used in place of the insert tip 1 of the plasma torch shown in FIGS. In the insert chip of the second embodiment, a pair of nozzle members 20a and 20b made of a metal having high thermal conductivity, for example, copper or a copper alloy, is similarly used for the chip base 1a made of metal having high thermal conductivity. Inserted into the insertion holes 18a and 18b and integrated with the chip base 1a by screwing the male screws 22a and 22b at the lower ends of the nozzle members 20a and 20b into the female screw holes 19a and 19b at the lower ends of the insertion holes 18a and 18b. It is. A pair of nozzle members 20a and 20b is removed from the insert chip. FIG. 4B shows the chip base 1a, and FIG. 4C shows a pair of nozzle members 20a and 20b.

各ノズル部材20a,20bには、電極配置空間2a,2bと、各空間2a,2bに連通する先端面(下端面)に開口した2個のノズル3a,3bと、を備えている。電極配置空間2a,2bの上端側の、センタリングストーン9a,9b(図2)の下端が挿入される穴21a,21bは、六角ドライバが挿入される六角穴となっており、電極配置空間2a,2bの下端側の外周面には雄ねじ22a,22bが刻まれている。   Each nozzle member 20a, 20b is provided with electrode arrangement spaces 2a, 2b and two nozzles 3a, 3b opened at the front end surfaces (lower end surfaces) communicating with the spaces 2a, 2b. The holes 21a and 21b into which the lower ends of the centering stones 9a and 9b (FIG. 2) are inserted on the upper ends of the electrode arrangement spaces 2a and 2b are hexagonal holes into which hexagonal drivers are inserted. Male screws 22a and 22b are engraved on the outer peripheral surface of the lower end side of 2b.

このようなノズル部材20a,20bが装着されるチップ基体1aには、チップ基体1aの中心軸(z)と直交する同一直径線に分布し、該中心軸から等距離にあって中心軸(z)に平行に延びる2個のノズル部材挿入穴18a,18bがある。挿入穴18a,18bの下端側の内周面には雄ねじ19a,19bが刻まれている。また、チップ基体1aにも、第1実施例のインサートチップ1のV型水流路4a,4b(図3)と同様な形状のV型水流路が同様な位置に形成されているので、第2実施例のインサートチップの冷却能力が高い。   The chip base 1a to which such nozzle members 20a and 20b are mounted is distributed on the same diameter line perpendicular to the central axis (z) of the chip base 1a, and is equidistant from the central axis and has a central axis (z ) There are two nozzle member insertion holes 18a, 18b extending in parallel. Male screws 19a and 19b are engraved on the inner peripheral surface on the lower end side of the insertion holes 18a and 18b. Moreover, since the V-shaped water flow path having the same shape as the V-shaped water flow paths 4a and 4b (FIG. 3) of the insert chip 1 of the first embodiment is formed in the same position on the chip base 1a, the second The cooling ability of the insert chip of the embodiment is high.

図4の(c)に示す1対のノズル部材20a,20bを、図4の(b)に示すチップ基体1aの挿入穴18a,18bに挿入し、ノズル部材20a,20bの上端側の六角穴21a,21bに六角ドライバの六角柱状の先端を挿入してねじ締め廻しすることにより、図4の(a)に示すインサートチップが完成する。このインサートチップのノズル3a,3b周りがプラズマアークにより変形あるいは熔損したときは、六角ドライバを用いてノズル部材20a,20bをチップ基体1aから取り外し、新品のノズル部材をチップ基体1aに装着することにより、ノズル基体1aを長期に使用できる。   A pair of nozzle members 20a and 20b shown in FIG. 4C is inserted into the insertion holes 18a and 18b of the chip base 1a shown in FIG. 4B, and a hexagonal hole on the upper end side of the nozzle members 20a and 20b. The insert tip shown in FIG. 4 (a) is completed by inserting the hexagonal columnar tip of the hexagon driver into 21a and 21b and screwing it around. When the periphery of the nozzles 3a, 3b of the insert chip is deformed or melted by the plasma arc, the nozzle members 20a, 20b are removed from the chip base 1a using a hexagonal screwdriver, and a new nozzle member is mounted on the chip base 1a. Thus, the nozzle substrate 1a can be used for a long time.

−第3実施例−
図5の(a)に、本発明のインサートチップの第3実施例を示す。これも、図2,図3に示すプラズマトーチのインサートチップ1に置き換えて使用されるものである。第3実施例のインサートチップは、第2実施例と同様に、熱伝導性が高い金属でできた1対のノズル部材20c,20dを、同様に熱伝導性が高い金属でできたチップ基体1bの挿入穴18c,18dに挿入し、ノズル部材20c,20dの下端の雄ねじ22a,22bを、挿入穴18c,18dの下端部の雌ねじ穴19a,19bにねじ込むことにより、チップ基体1bに一体化したものである。インサートチップから1対のノズル部材20c,20dを取り外して、図5の(b)にはチップ基体1bを、図5の(c)には1対のノズル部材20c,20dを示す。
-Third Example-
FIG. 5A shows a third embodiment of the insert tip of the present invention. This is also used in place of the insert tip 1 of the plasma torch shown in FIGS. As in the second embodiment, the insert tip of the third embodiment is a pair of nozzle members 20c, 20d made of a metal having a high thermal conductivity, and a chip base 1b made of a metal having a high thermal conductivity. The male screws 22a and 22b at the lower ends of the nozzle members 20c and 20d are screwed into the female screw holes 19a and 19b at the lower ends of the insertion holes 18c and 18d to be integrated with the chip base 1b. Is. A pair of nozzle members 20c and 20d is removed from the insert tip, and FIG. 5B shows a chip base 1b and FIG. 5C shows a pair of nozzle members 20c and 20d.

第3実施例のノズル部材20c,20dが第2実施例のものと異なるのは、雄ねじ22a,22bと上側部分の間の外周面が下絞りのテーパ外周面23a,23bとなっている点であり、これに対応して第3実施例のチップ基体1bには、雌ねじ穴19a,19bと上端面側との間に、テーパ外周面23a,23bに整合する下絞りのテーパ内周面18c,18dがある。その他のインサートチップ構造は、この第2実施例と同様である。   The nozzle members 20c, 20d of the third embodiment are different from those of the second embodiment in that the outer peripheral surfaces between the male screws 22a, 22b and the upper portion are tapered outer peripheral surfaces 23a, 23b of the lower diaphragm. Correspondingly, in the chip base 1b of the third embodiment, the tapered inner peripheral surface 18c of the lower diaphragm aligned with the tapered outer peripheral surfaces 23a, 23b is provided between the female screw holes 19a, 19b and the upper end surface side. There is 18d. Other insert tip structures are the same as in the second embodiment.

第3実施例のインサートチップでは、チップ基体1bにノズル部材20c,20dをねじ込むことによりノズル部材のテーパ外周面23a,23bがチップ基体1bのテーパ内周面18c,18dに面接触で圧接し、ノズル部材20c,20d/チップ基体1b間の伝熱抵抗が低く、ノズル部材20c,20dの冷却能力が更に高い。   In the insert chip of the third embodiment, the nozzle members 20c and 20d are screwed into the chip base 1b so that the taper outer peripheral surfaces 23a and 23b of the nozzle member are in pressure contact with the taper inner peripheral surfaces 18c and 18d of the chip base 1b. The heat transfer resistance between the nozzle members 20c, 20d / chip base 1b is low, and the cooling capacity of the nozzle members 20c, 20d is further high.

なお、第2,第3実施例のノズル部材は、その六角穴21a,21bは丸穴としてノズル部材の先端面にマイナス又はプラスドライバの先端を受け入れる溝を刻んだものとしてもよい。   In the nozzle members of the second and third embodiments, the hexagonal holes 21a and 21b may be round holes with a groove for receiving the tip of a minus or plus driver on the tip surface of the nozzle member.

1:インサートチップ
1a,1b:チップ基体
2a,2b:電極配置空間
3a,3b:ノズル
4a,4b:水流路
5:チップ台
6:インナーキャップ
7:絶縁本体
8:シールドキャップ
9a,9b:センタリングストーン
10a,10b:電極台
11:絶縁スペーサ
12a,12b:電極
13a,13b:押さえねじ
14:外筒
15a,15b:パイロットガス管
16a,16b:水流管
17:シールドガス管
18a,18b:ノズル部材挿入穴
18c,18d:テーパ内周面
19a,19b:雌ねじ穴
20a,20b:ノズル部材
20c,20d:ノズル部材
21a,21b:六角穴
22a,22b:雄ねじ
23a,23b:テーパ外周面
1: Insert chip 1a, 1b: Chip base 2a, 2b: Electrode arrangement space 3a, 3b: Nozzle 4a, 4b: Water flow path 5: Chip base 6: Inner cap 7: Insulation body 8: Shield cap 9a, 9b: Centering stone 10a, 10b: electrode base 11: insulating spacers 12a, 12b: electrodes 13a, 13b: cap screw 14: outer cylinder 15a, 15b: pilot gas pipe 16a, 16b: water flow pipe 17: shield gas pipe 18a, 18b: nozzle member insertion Holes 18c, 18d: Tapered inner peripheral surfaces 19a, 19b: Female screw holes 20a, 20b: Nozzle members 20c, 20d: Nozzle members 21a, 21b: Hexagonal holes 22a, 22b: Male screws 23a, 23b: Tapered outer peripheral surfaces

Claims (5)

2個の電極配置空間と、各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズルと、該2個のノズルの中間点で該2個のノズルが分布する平面に対して交差する平面にあって冷却水が折り返すV型の冷却水流路と、を備えるインサートチップ。   Two electrode arrangement spaces, two nozzles respectively communicating with each electrode arrangement space, and a plane intersecting with a plane where the two nozzles are distributed at an intermediate point between the two nozzles An insert chip comprising: a V-shaped cooling water flow path where the cooling water is turned back. インサートチップは、1個の電極配置空間および該電極配置空間に連通する1個のノズルを開けたノズル部材1対と、これらのノズル部材が結合したチップ基体でなり、各ノズル部材が前記チップ基体に対して着脱可である、請求項1に記載のインサートチップ。   The insert chip is composed of one electrode arrangement space, a pair of nozzle members in which one nozzle communicating with the electrode arrangement space is opened, and a chip base body in which these nozzle members are coupled. The insert chip according to claim 1, wherein the insert chip is removable. 前記チップ基体には、ノズル部材が挿入される穴の基体下端面側に雌ねじ穴があり、前記ノズル部材の下側部分に該雌ねじ穴に螺合する雄ねじがある、請求項2に記載のインサートチップ。   The insert according to claim 2, wherein the chip base has a female screw hole on a lower end surface side of the base of a hole into which the nozzle member is inserted, and a male screw that is screwed into the female screw hole on a lower portion of the nozzle member. Chip. 前記チップ基体には、前記雌ねじ穴と基体上端面側との間に下絞りのテーパ内周面があり、前記ノズル部材の前記雄ねじと上側部分の間に前記テーパ内周面に当接する下絞りのテーパ外周面がある、請求項3に記載のインサートチップ。   The chip base has a tapered inner peripheral surface of a lower diaphragm between the female screw hole and the upper end surface side of the base, and a lower diaphragm that abuts the tapered inner peripheral surface between the male screw and the upper portion of the nozzle member. The insert tip according to claim 3, which has a tapered outer peripheral surface. 請求項1乃至4のいずれか1つに記載のインサートチップと、該インサートチップの各電極配置空間にそれぞれの先端部を挿入した2電極と、を備えるプラズマトーチ。   A plasma torch comprising: the insert tip according to any one of claims 1 to 4; and two electrodes each having a tip portion inserted into each electrode arrangement space of the insert tip.
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