JP2016019986A - プラズマ溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】先端部の小型化を図ったプラズマ溶接トーチを提供する。
【解決手段】本発明のプラズマ溶接トーチ１は、第１の冷却水流路Ｗ１乃至第７の冷却水流路Ｗ７と第１のシールドガス流路Ｇ１乃至第３のシールドガス流路Ｇ３とのそれぞれの流路が、プラズマ溶接トーチ１の先端部方向に階段状に、電極３に近付くように設けられている。即ち、第１の冷却水流路Ｗ１乃至第７の冷却水流路Ｗ７と第１のシールドガス流路Ｇ１乃至第３のシールドガス流路Ｇ３とのそれぞれの流路において、プラズマ溶接トーチ１の基端部側の流路と電極３との距離よりも、プラズマ溶接トーチ１の先端部側の流路と電極３との距離の方が、短く設けられている。この結果、プラズマ溶接トーチ１の先端部の直径を小さくすることができ、プラズマ溶接トーチ１の小型化を図ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマ溶接を行うための改良されたプラズマ溶接トーチに関するものである。

プラズマ溶接は、通常、タングステンで形成されている電極を一般的に陰極として放電し、そのときに発生する主プラズマアークが、水冷されたプラズマノズルとプラズマガスのガス流とによって拘束される。その結果、集中性の良い高温プラズマ流が発生され、その保有エネルギを利用して溶接を行う。（例えば、特許文献１参照。）

特許第４７０７１０８号公報

最近、プラズマ溶接トーチは高電流化されている。プラズマ溶接トーチが高電流化されると、溶接中のプラズマ溶接トーチの熱量が増加して温度が上昇するために、冷却水及びシールドガスの流路の直径を大きくして、供給される冷却水及びシールドガスの流量を多くする必要がある。その結果、プラズマ溶接トーチの先端部が拡大されるために、被加工物の形状によっては、被加工物に対してプラズマ溶接トーチの先端部が干渉したり、被加工物の狭わい部へプラズマ溶接トーチの先端部を接近させることができないなどの不具合が生じる場合があった。

本発明は、先端部の小型化を図ったプラズマ溶接トーチを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
トーチボディと、
前記トーチボディの軸心部に設けられた電極と、
前記電極の先端部側の周囲に設けられて、内部にプラズマガスが供給されるプラズマノズルと、
前記トーチボディの先端部で、前記プラズマノズルの周囲にノズルホルダを介して設けられたシールドガスカップと、
前記トーチボディ又は前記プラズマノズル内に設けられた冷却水流路と、
前記冷却水流路の外側で、前記トーチボディ又は前記ノズルホルダ内に設けられたシールドガス流路とを備え、
前記冷却水流路が、前記トーチボディ内で、前記電極の軸心方向に設けられた第１の冷却水流路と、
基端部が前記第１の冷却水流路の先端部に連通されて、前記電極の半径方向に設けられた第２の冷却水流路と、
基端部が前記第２の冷却水流路に連通されて、前記プラズマノズル内で、前記電極との距離が、前記第１の冷却水流路と前記電極との距離よりも短い位置で、前記電極の軸心方向に設けられた第３の冷却水流路と、
基端部が前記第３の冷却水流路の先端部に連通されて、前記プラズマノズルの先端部内に設けられた第４の冷却水流路と、
基端部が前記第４の冷却水流路に連通されて、前記プラズマノズル内で、前記電極の軸心方向に設けられた第５の冷却水流路と、
基端部が前記第５の冷却水流路の先端部に連通されて、前記電極の半径方向に設けられた第６の冷却水流路と、
基端部が前記第６の冷却水流路に連通されて、前記トーチボディ内で、前記電極との距離が、前記第５の冷却水流路と前記電極との距離よりも長い位置に設けられた第７の冷却水流路とを有し、
前記冷却水が前記第１の冷却水流路乃至前記第７の冷却水流路に供給されることを特徴とするプラズマ溶接トーチである。

請求項２の発明は、
請求項１記載のシールドガス流路が、前記トーチボディ内で、前記電極の軸心方向に設けられた第１のシールドガス流路と、
基端部が前記第１のシールドガス流路の先端部に連通されて、前記電極の半径方向に設けられた第２のシールドガス流路と、
基端部が前記第２のシールドガス流路に連通されて、前記ノズルホルダ内で、前記電極との距離が、前記第１のシールドガス流路と前記電極との距離よりも短い位置で、前記電極の軸心方向に設けられた第３のシールドガス流路とを有し、
前記シールドガスが、前記第１のシールドガス流路乃至前記第３のシールドガス流路に供給されることを特徴とするプラズマ溶接トーチである。

請求項３の発明は、
請求項２記載の第２のシールドガス流路が、前記第２の冷却水流路よりも前記電極の先端部側に位置し、前記電極の先端部側から見て、前記第２のシールドガス流路が前記第２の冷却水流路の一部と重なる位置に設けられていることを特徴とするプラズマ溶接トーチである。

請求項４の発明は、請求項２記載の第１のシールドガス流路が、複数設けられたことを特徴とするプラズマ溶接トーチである。

請求項５の発明は、請求項２記載の第３のシールドガス流路が、複数設けられたことを特徴とするプラズマ溶接トーチである。

本発明のプラズマ溶接トーチは、プラズマ溶接トーチの小型化を図ることができるので、プラズマ溶接トーチの操作性を大幅に向上させることができる。

本発明のプラズマ溶接トーチの外観図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。 図２の部分拡大図である。 図３の部分拡大図である。 図２の断面図である。 図３の断面図である。

発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。

図１は、本発明のプラズマ溶接トーチの外観図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は、図２のＨ−Ｈ線に沿う断面図であって、図２に示すプラズマ溶接トーチを先端部側から見て軸心方向に対して９０度右へ回転させたときの断面図であり、図４は、図２の部分拡大図であり、図５は、図３の部分拡大図であり、図６（Ａ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図６（Ｂ）は、図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、図６（Ｃ）は、図２のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、図６（Ｄ）は、図２のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、図７（Ａ）は、図３のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、図７（Ｂ）は、図３のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。

図１〜７において、プラズマ溶接トーチ１のトーチボディ２の軸芯部に、通常、タングステンで形成されている電極３が設けられている。この電極３はコレット４に挿通されて、コレット４がコレットボディ５に挿入されて、コレットボディ５が、絶縁ブッシュ６を介してトーチボディ２に取付けられている。キャップ７をねじ込むことによって、電極３の位置がコレットボディ５に対して固定される。

プラズマノズル８は筒状で導電性があり、プラズマノズル８の基端部が、トーチボディ２の先端部に取り付けられている。プラズマノズル８の先端部に、プラズマ噴出孔８ａが形成されている。電極３の先端が、センタリングストーン９の先端部からプラズマノズル８内に突き出されるように、電極３がセンタリングストーン９に挿入されている。センタリングストーン９がプラズマノズル８に挿入されている。センタリングストーン９には、電極３の軸ずれを防ぐ機能が有り、さらにセンタリングストーン９は筒状で電気絶縁性が有るので、電極３とプラズマノズル８との間以外の箇所でパイロットアークが点弧することを防いでいる。センタリングストーン９には、プラズマガスが噴出されるプラズマガス用孔が軸方向に形成されている場合がある。プラズマノズル８の内部で、電極３の周囲にプラズマガスが供給されて、プラズマガスがプラズマ噴出孔８ａから噴出される。

トーチボディ２の先端部で、プラズマノズル８の周囲にノズルホルダ１０を介してシールドガスカップ１１が設けられている。シールドガスカップ１１は耐熱性が有り、プラズマノズル８の先端部を取囲み、トーチボディ２にねじ止めされている。冷却水流路が、トーチボディ２又はプラズマノズル８内に設けられている。シールドガス流路が、トーチボディ２又はノズルホルダ１０内に設けられている。シールドガス流路は、電極３に対して、冷却水流路の外側に位置している。

図４及び図５に実線の矢印で示す冷却水流路Ｗは、第１の冷却水流路Ｗ１乃至第７の冷却水流路Ｗ７を含む。第１の冷却水流路Ｗ１は、トーチボディ２内で、電極３の軸心方向に設けられている。第２の冷却水流路Ｗ２は、その基端部が、第１の冷却水流路Ｗ１の先端部に連通されていて、図６（Ｄ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図に示すように、第２の冷却水流路Ｗ２は、電極３の半径方向に設けられている。第３の冷却水流路Ｗ３は、その基端部が第２の冷却水流路Ｗ２に連通されて、図６（Ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図及び図６（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図に示すように、プラズマノズル８内で、第３の冷却水流路Ｗ３は、電極３の軸心方向に設けられている。また、第３の冷却水流路Ｗ３と電極３との距離が、第１の冷却水流路Ｗ１と電極３との距離よりも短い位置となるように、第３の冷却水流路Ｗ３が設けられている。第４の冷却水流路Ｗ４は、その基端部が第３の冷却水流路Ｗ３の先端部に連通されて、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図に示すように、プラズマノズル８の先端部内で、第４の冷却水流路Ｗ４は、電極３の周囲にリング状に設けられている。

第５の冷却水流路Ｗ５は、その基端部が第４の冷却水流路Ｗ４に連通されて、図６（Ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図に示すように、プラズマノズル８内で、第５の冷却水流路Ｗ５は、電極３の軸心方向に設けられている。第６の冷却水流路Ｗ６は、その基端部が第５の冷却水流路Ｗ５の先端部に連通されて、図６（Ｄ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図に示すように、第６の冷却水流路Ｗ６は、電極３の半径方向に設けられている。第７の冷却水流路Ｗ７は、その基端部が第６の冷却水流路Ｗ６に連通されて、トーチボディ２内で、電極３の軸心方向に設けられている。また、第７の冷却水流路Ｗ７と電極３との距離が、第５の冷却水流路Ｗ５と電極３との距離よりも長い位置となるように、第７の冷却水流路Ｗ７が設けられている。即ち、第５の冷却水流路Ｗ５と電極３との距離が、第７の冷却水流路Ｗ７と電極３との距離よりも短い位置となるように、第５の冷却水流路Ｗ５が設けられている。

図４及び図５に破線の矢印で示すシールドガス流路Ｇは、第１のシールドガス流路Ｇ１乃至第３のシールドガス流路Ｇ３から成る。第１のシールドガス流路Ｇ１は、トーチボディ２内で、電極３の軸心方向に設けられている。図６（Ｄ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図に示すように、第１のシールドガス流路Ｇ１は、複数設けられても良い。第２のシールドガス流路Ｇ２は、その基端部が第１のシールドガス流路Ｇ１の先端部に連通されて、トーチボディ２内で電極３の半径方向で、電極３の周囲にリング状に設けられている。第３のシールドガス流路Ｇ３は、その基端部が第２のシールドガス流路Ｇ２に連通されて、ノズルホルダ１０内で、電極３の軸心方向に設けられている。

図６（Ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図に示すように、ノズルホルダ１０には、複数の第３のシールドガス流路Ｇ３が電極３の半径方向に形成されている。図６（Ｃ）においては、８個の第３のシールドガス流路Ｇ３が形成されている場合を示している。図６（Ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図に示すように、ノズルホルダ１０の先端部には、複数の第３のシールドガス流路Ｇ３に連通した複数のシールドガス噴出孔１０ａがそれぞれ形成されている。図６（Ｂ）においては、８個のシールドガス噴出孔１０ａが形成されている場合を示している。

第２のシールドガス流路Ｇ２は、第２の冷却水流路Ｗ２よりも電極３の先端部側に位置している。電極３の先端部側から見て、第２のシールドガス流路Ｇ２が第２の冷却水流路Ｗ２の一部と重なる位置に設けられている。

以下、動作を説明する。冷却水が、冷却水循環装置（図示を省略）からコンジットケーブル（図示を省略）によって、溶接電源（図示を省略）を中継してプラズマ溶接トーチ１に供給される。また、プラズマガス及びシールドガスが、プラズマガスボンベ（図示を省略）及びシールドガスボンベ（図示を省略）からコンジットケーブル（図示を省略）によって溶接電源（図示を省略）を中継してプラズマ溶接トーチ１にそれぞれ供給される。陰極とされた電極３が放電されて、主プラズマアークが発生する。トーチボディ２の基端部から供給されたプラズマガスが、電極３の周囲に供給されて、プラズマガスがプラズマノズル８のプラズマ噴出孔８ａから噴出される。トーチボディ２の基端部から供給された冷却水が、第１の冷却水流路Ｗ１乃至第７の冷却水流路Ｗ７に供給されて、プラズマノズル８が冷却される。第７の冷却水流路Ｗ７を通過した冷却水は、コンジットケーブル（図示を省略）によって、溶接電源（図示を省略）を中継して、冷却水循環装置（図示を省略）に返還される。

プラズマガスは、水冷されたプラズマノズル８とプラズマガスのガス流とによって拘束されることによって、集中性の良い高温プラズマ流が発生され、この保有エネルギを利用してプラズマ溶接が行われる。トーチボディ２に供給されたシールドガスが、第１のシールドガス流路Ｇ１乃至第３のシールドガス流路Ｇ３を経由して供給される。そして、シールドガスが、ノズルホルダ１０の先端部に形成された複数のシールドガス噴出孔１０ａから噴出されて、シールドガスカップ１１の先端部から噴出される。シールドガスがプラズマアーク、溶融池及びその周辺を大気から遮蔽する。

この結果、本発明のプラズマ溶接トーチ１は、第１の冷却水流路Ｗ１乃至第７の冷却水流路Ｗ７と、第１のシールドガス流路Ｇ１乃至第３のシールドガス流路Ｇ３とのそれぞれの流路が、プラズマ溶接トーチ１の先端部方向に階段状に、電極３に近付くように設けられている。即ち、第１の冷却水流路Ｗ１乃至第７の冷却水流路Ｗ７と第１のシールドガス流路Ｇ１乃至第３のシールドガス流路Ｇ３とのそれぞれの流路において、プラズマ溶接トーチ１の基端部側の流路（即ち、第１の冷却水流路Ｗ１と第１のシールドガス流路Ｇ１）と電極３との距離よりも、プラズマ溶接トーチ１の先端部側の流路（即ち、第３の冷却水流路Ｗ３と第３のシールドガス流路Ｇ３）と電極３との距離の方が、短く設けられている。そのために、プラズマ溶接トーチ１の先端部の直径を小さくすることができ、プラズマ溶接トーチ１の小型化を図ることができる。

たとえば、本発明のプラズマ溶接トーチ１は、定格電流が３５０［Ａ］で使用率が７０［％］の場合、プラズマ溶接トーチ１の先端部の直径を、従来のプラズマ溶接トーチと比較して、約２０［％］減少させることができた。

よって、本発明のプラズマ溶接トーチ１は、被加工物に対して干渉することを低減することができ、被加工物の狭わい部へプラズマ溶接トーチ１を接近させることが容易になるので、プラズマ溶接トーチ１の操作性を大幅に向上させることができる。

上述した本発明のプラズマ溶接トーチ１の第２の冷却水流路Ｗ２及び第２のシールドガス流路Ｇ２は、電極３に対して半径方向に設けているが、この代わりに、電極３の先端部方向へ傾斜するように設けても良い。

１ プラズマ溶接トーチ
２ トーチボディ
３ 電極
４ コレット
５ コレットボディ
６ 絶縁ブッシュ
７ キャップ
８ プラズマノズル
８ａ プラズマ噴出孔
９ センタリングストーン
１０ ノズルホルダ
１０ａ シールドガス噴出孔
１１ シールドガスカップ
Ｇ シールドガス流路
Ｇ１ 第１のシールドガス流路
Ｇ２ 第２のシールドガス流路
Ｇ３ 第３のシールドガス流路
Ｗ 冷却水流路
Ｗ１ 第１の冷却水流路
Ｗ２ 第２の冷却水流路
Ｗ３ 第３の冷却水流路
Ｗ４ 第４の冷却水流路
Ｗ５ 第５の冷却水流路
Ｗ６ 第６の冷却水流路
Ｗ７ 第７の冷却水流路

Claims (5)

1. トーチボディと、
   前記トーチボディの軸心部に設けられた電極と、
   前記電極の先端部側の周囲に設けられて、内部にプラズマガスが供給されるプラズマノズルと、
   前記トーチボディの先端部で、前記プラズマノズルの周囲にノズルホルダを介して設けられたシールドガスカップと、
   前記トーチボディ又は前記プラズマノズル内に設けられた冷却水流路と、
   前記冷却水流路の外側で、前記トーチボディ又は前記ノズルホルダ内に設けられたシールドガス流路とを備え、
   前記冷却水流路が、前記トーチボディ内で、前記電極の軸心方向に設けられた第１の冷却水流路と、
   基端部が前記第１の冷却水流路の先端部に連通されて、前記電極の半径方向に設けられた第２の冷却水流路と、
   基端部が前記第２の冷却水流路に連通されて、前記プラズマノズル内で、前記電極との距離が、前記第１の冷却水流路と前記電極との距離よりも短い位置で、前記電極の軸心方向に設けられた第３の冷却水流路と、
   基端部が前記第３の冷却水流路の先端部に連通されて、前記プラズマノズルの先端部内に設けられた第４の冷却水流路と、
   基端部が前記第４の冷却水流路に連通されて、前記プラズマノズル内で、前記電極の軸心方向に設けられた第５の冷却水流路と、
   基端部が前記第５の冷却水流路の先端部に連通されて、前記電極の半径方向に設けられた第６の冷却水流路と、
   基端部が前記第６の冷却水流路に連通されて、前記トーチボディ内で、前記電極との距離が、前記第５の冷却水流路と前記電極との距離よりも長い位置に設けられた第７の冷却水流路とを有し、
   前記冷却水が前記第１の冷却水流路乃至前記第７の冷却水流路に供給されることを特徴とするプラズマ溶接トーチ。
2. 請求項１記載のシールドガス流路が、前記トーチボディ内で、前記電極の軸心方向に設けられた第１のシールドガス流路と、
   基端部が前記第１のシールドガス流路の先端部に連通されて、前記電極の半径方向に設けられた第２のシールドガス流路と、
   基端部が前記第２のシールドガス流路に連通されて、前記ノズルホルダ内で、前記電極との距離が、前記第１のシールドガス流路と前記電極との距離よりも短い位置で、前記電極の軸心方向に設けられた第３のシールドガス流路とを有し、
   前記シールドガスが、前記第１のシールドガス流路乃至前記第３のシールドガス流路に供給されることを特徴とするプラズマ溶接トーチ。
3. 請求項２記載の第２のシールドガス流路が、前記第２の冷却水流路よりも前記電極の先端部側に位置し、前記電極の先端部側から見て、前記第２のシールドガス流路が前記第２の冷却水流路の一部と重なる位置に設けられていることを特徴とするプラズマ溶接トーチ。
4. 請求項２記載の第１のシールドガス流路が、複数設けられたことを特徴とするプラズマ溶接トーチ。
5. 請求項２記載の第３のシールドガス流路が、複数設けられたことを特徴とするプラズマ溶接トーチ。

Images