JP3474099B2 - 薄板のプラズマ溶接方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚板に薄板を溶接
するプラズマ溶接方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚板に薄板を溶接する場合、薄板に溶け
落ちを生じ易いため、一般に０．８ｍｍ以下の薄板の溶
接が困難であった。これを解決するために従来は、０．
８ｍｍ以下の薄板を溶接する場合は、溶滴と凝固を短周
期で繰返えすパルス電流を用いたプラズマ溶接が用いら
れていた。パルス電流によれば、プラズマア−クの指向
性が強く、小電流でもア−クが安定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、パルス電流を
用いる場合でも、板厚差が例えば３：１以上と大きかっ
たり、また、プラズマト−チの溶接線ｘに対する、それ
に直交する方向ｙのわずかなずれで、薄板の溶け落ち又
は溶合不良が発生し易く、溶接品質の信頼性が低い。レ
−ザ溶接を用いればこの点は改善するが、溶接設備コス
トが高い（例えばプラズマ溶接の場合の５〜１０倍）。
また、厚板と薄板とを密着させる必要があるのに加え
て、密着した境界線に正確にレ−ザを位置決めしなけれ
ばならず、そのための、作業がコスト高になる。

【０００４】本発明は、厚板に対する薄板の板厚比が１
／３以下で薄板厚が０．８ｍｍ以下の、溶け落ちや溶合
不良を生じない溶接を低コストで行なうことを第１の目
的とし、それを容易に実現することができる溶接装置を
提供することを第２の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）本発明の薄板のプ
ラズマ溶接方法では、厚板(Wk)に対する薄板(Wn)の板厚
比が１／３以下で薄板厚が０．８ｍｍ以下の、該厚板と
薄板との境を横切る方向(y)にプラズマア−クを揺動し
ながら、該厚板(Wk)および薄板(Wn)とプラズマト−チ
(T)の一方(T)を他方(Wk,Wn)に対して相対的に該境に沿
って駆動し、プラズマア−クが厚板側にあるとき高電流
に、薄板側にあるときに薄板の溶け落ちを生じない低電
流に切換える。なお、理解を容易にするためにカッコ内
には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、
参考までに付記した。

【０００６】プラズマア−クが厚板側にあるとき高電流
により十分な溶け込みが得られ、これが薄板(Wn)の溶合
に寄与する。プラズマア−クが薄板側にあるときは低電
流であるので、これによって薄板(Wn)が溶合するが、溶
け落ちを生じない。すなわち、揺動によってプラズマア
−クが境界を股いで厚板と薄板に交互に移動し、それが
厚板側にあるときの高電流および薄板側にあるときの低
電流の繰返しにより、境界部に十分な溶合を生ずる。薄
板側には過度の入熱が無いので溶け落ちを生じない。

【０００７】（２）プラズマト−チ(T)の、放電電極(1)
のワ−ク指向線(Lo)に対して外開口が偏位したノズル(2
a)を有するノズル部材(2)の、ワ−ク指向線(Lo)を中心
とする回転駆動によりプラズマア−クを揺動する。これ
によれば、ノズル部材(2)を例えば２０回転／secと高速
回転駆動しうるので、揺動を高速に行なうことができ、
溶接方向(x)の入熱分布が均一化し、均質な溶合が得ら
れ平担なビ−ドが得られる。

【０００８】（３）厚板(Wk)と薄板(Wn)との境より厚板
側所定距離にワ−ク指向線(Lo)を置く。ワ−ク指向線(L
o)が揺動中心であるので、それを厚板(Wk)側に置くこと
により、厚板に対する高電流通電期間が長く薄板に対す
る低電流通電期間が短く、境界部の厚板および薄板の溶
合が十分になり、また薄板の熱影響部が少い。

【０００９】（４）シールドガスには、アークの指向性
を高くするＨ_２を添加する。これによれば、低電流アー
クを当てる薄板から高電流アークを当てる厚板へのアー
クの遷移が進みアーク揺動速度むらを生ずることが避け
られる。 （５）放電電極(1)，そのワ−ク指向線(Lo)に対して外
開口が偏位(θ)したノズル(2a)を有するノズル部材
(2)，その内空間にプラズマ用ガスを供給するガス流
路，ノズル部材(2)の外空間にシ−ルド用ガスを供給す
るガス流路，ノズル部材(2)をワ−ク指向線(Lo)を実質
上中心にして回転駆動する駆動手段(M,32,33,37)、およ
び、ノズル部材(2)の回転位置を検出する位置検出手段
(HS,RE)、を備える揺動式プラズマト−チ(T)；前記位置
検出手段(HS,RE)が検出した回転位置が薄板側に定めた
第１設定範囲(SET1〜SET2)にあるときに薄板用低電流指
示を、厚板側に定めた第２設定範囲(SET2〜SET1)にある
ときに厚板用高電流指示を発生する電流指示手段(44)；
および、高電流指示に応答して高電流を、低電流指示に
応答して薄板の溶け落ちを生じない低電流を放電電極に
通電する溶接電源回路(43)；を備える、厚板(Wk)に対す
る薄板(Wn)のプラズマ溶接装置。

【００１０】これによれば、駆動手段(M,32,33,37)がノ
ズル部材(2)を回転駆動するのに伴い、ノズル(2a)の外
開口がワ−ク指向線(Lo)に対して偏位(θ)したものであ
るので、該ノズル(2a)の中心線が円錐面を描くように回
転して、該ノズル(2a)から出るプラズマも同じく円錐面
を描くように回転する。該円錐の下底側でプラズマが加
工対象材(Wk,Wn)に当るので、時系列平均で見ると、加
工対象材に対してプラズマ作用領域が広い。したがって
ト−チの狙い位置が厚板(Wk)/薄板(Wn)間の溶接線より
少々ずれても、厚板(Wk)および薄板(Wn)にプラズマアー
クが作用する。溶接においては、倣い精度が低くてもよ
く、また、合わせ部ギャップ大の溶接が可能である。な
お、ノズル(2a)の内開口はワーク指向線(Lo)に対して実
質上整合するのが好ましいが、ワーク指向線(Lo)に対し
て少々偏位してもよい。

【００１１】（６）前記位置検出手段(HS,RE)は、ノズ
ル部材の回転位置が基点位置にあることを表わす基点検
出信号を発生する手段(HS)、および、前記ノズル部材の
所定角度の回転につき１パルスの電気パルスを発生する
手段（RE）、を含み； 前記電流指示手段(44)は、前記基
点検出信号が発生してから、前記電気パルスのカウント
を開始して第１設定範囲と第２設定範囲の一方の始点(S
ET1)までカウントすると該一方の電流指示(薄板用低電
流指示)を起動し他方の電流指示(厚板用高電流指示)を
消去する第１のプリセットカウンタ(Co1)、および、前
記基点検出信号が発生してから、前記電気パルスのカウ
ントを開始して該他方の始点(SET2)までカウントすると
該他方の電流指示(厚板用高電流指示)を起動し該一方の
電流指示(薄板用低電流指示)を消去する第２のプリセッ
トカウンタ(Co2)、を含む。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。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施に好適な１
態様のプラズマト−チＴを示す。図１においては、厚板
Ｗｋの端面に薄板Ｗｎの端面が突当てられ、両板Ｗｋ，
Ｗｎの上面が同一面上に位置するように、薄板Ｗｎは支
持板Ｓｂ上に載せられ、かつ、薄板Ｗｎの溶接中の変形
を防止するように、図示しない補助具によって支持板Ｓ
ｂに圧接固定されている。

【００１３】プラズマト−チＴのタングステン棒（放電
電極）１は直線状の棒体であり、その先端が加工対象材
（ワ−ク：Ｗｋ）を狙う線すなわちワ−ク指向線Ｌｏ
は、タングステン棒１の中心線と合致する。プラズマト
−チＴの基体Ｂは、中空の略円筒状の部材の外周面にア
ームを装着したものである。基体Ｂのアーム部分の内部
にはシールドガス，（冷却）水，パイロットガス（プラ
ズマ用ガス）の流路が形成されており、基体Ｂの内周面
に連通する。水路は水を外部より基体Ｂの内部に送り込
み、プラズマト−チＴの内部に絶縁水路２０ａを介して
循環させて再び外部に放出し（図１に実線矢印で示
す）、シールドガス流路は、シールドガスを外部よりプ
ラズマト−チＴの内部に送り込む（図１に点線矢印で示
す）。また、パイロットガス流路は、パイロットガスを
外部よりプラズマト−チＴの内部に送り込む（図１に２
点鎖線矢印で示す）。

【００１４】以下、プラズマト−チＴのノズル２に向う
方向を先端方向とし、その反対方向を尾端方向とすれ
ば、基体Ｂの尾端部には基体Ｂより直径の小さい略円筒
形の電極台８の先端部が挿入されており、基体Ｂの内周
面に一体固着されている。電極台８の先端部の周面には
軸中心を同一にしたリング状の溝が刻まれており、基体
Ｂの内周面の壁との間に水路を形成する。該水路は、基
体Ｂのアーム部分の内部の水路と連通している。基体Ｂ
より突出した電極台８の円筒状の尾端部の内部には、先
端部をスリットの切込みにより周方向に４分割したチャ
ック９が挿入され、ねじ込まれている。チャック９はさ
らに、中心線Ｌｏに沿って延びる先端が円錐形に突出し
たタングステン棒１を挾持する。電極台８の後端部は案
内リング１０内に進入してネジ結合しており、案内リン
グ１０はカバーＣに覆われている。カバーＣの案内リン
グ１０を電極台８に対してねじ込むことによりチャック
９の尾端部が電極台８の尾端部の内部の円錐内壁面（テ
ーパ面）に押し付けられて、タングステン棒１の軸心に
向かう方向に曲がろうとしてタングステン棒１を強圧す
る。これによりタングステン棒１は、電極台８に対して
一体に固着されている。すなわち、電極台８は基体Ｂに
対して一体であるので、タングステン棒１は基体Ｂに対
して一体である。

【００１５】一方、基体Ｂの円柱形内空間には略円筒形
である支持部材Ｕａの尾端に固着された絶縁スペーサ７
があり、絶縁スペーサ７の尾端は電極台８の先端に固着
された状態で受けられる。支持部材Ｕａは基体Ｂの中間
部から先端にかけてモールド固定されている。基体Ｂお
よび支持部材Ｕａの先端面は面一であり、シールドガス
噴射口５ａを有するねじリング５が固着されており、ね
じリング５の先端部の外周の雄ねじにシールドキャップ
６がねじ結合している。すなわち、基体Ｂ，支持部材Ｕ
ａ，ねじリング５およびにシールドキャップ６は皆一体
である。

【００１６】支持部材Ｕａおよびねじリング５は、その
内空間にＯリングおよびベアリングｂ２を介して中空筒
状の回転水路金具２０ｂを、軸心すなわち中心線Ｌｏを
中心とする回転が自在であるように支持する。基体Ｂの
シールドガス流路に送り込まれるシールドガスは、ねじ
リング５の内壁と金具２０ｂの外壁が形成する空間に送
り込まれてねじリング５のシールドガス噴射口５ａを通
ってシールドキャップ６に出て、シールドキャップ６の
先端開口から先端チップ（ノズル部材）２の外空間に出
る。金具２０ｂは止めリングｂ３により回転自在な状態
を保持しつつｚ方向位置を固定されており、その先端部
はシールドキャップ６の内空間に突出している。金具２
０ｂの尾端は、支持部材Ｕａの内壁にリング状に設けら
れた基体Ｂの水路に連通する溝に達して止まる。支持部
材Ｕａの尾端から前述の溝に達する内壁は、Ｏリングお
よびベアリングｂ１を介して金具２０ｂよりさらに直径
の小さな中空筒状のノズル台３を、金具２０ｂと同様に
中心線Ｌｏを基準とした回転が自在であるように支持す
る。金具２０ｂの内壁とノズル台３の外壁は、支持部材
Ｕａの内壁にリング状に設けられた溝を介して基体Ｂの
水路に連通する水路を形成する。

【００１７】回転水路金具２０ｂの先端部には、円錐形
に突出したタングステン棒１の先端を囲むように中空の
略円錐形である金属製の先端チップ２が装着されてい
る。先端チップ２の、タングステン棒１の先端の円錐形
にならうように円錐形となった中央部にはノズル２ａが
ある。ノズル２ａの、タングステン棒１の先端と対向す
る内開口は先端チップ２の中心（中心線＝ワ−ク指向線
Ｌｏの位置）にあるが、ノズル２ａは中心線Ｌｏに対し
てθの角度をなし、ノズル２ａの、ワ−ク（の交接線
０）に対向する外開口は中心線すなわちワ−ク指向線Ｌ
ｏより偏位している。

【００１８】先端チップ２は、Ｏリングを介してノズル
台３の先端に固定され、該溝の外周縁は金具２０ｂの先
端部にＯリングを介してノズル台３の先端に固定されて
いる。つまり、金具２０ｂ，ノズル台３および先端チッ
プ２は一体に固着されており、支持部材Ｕａおよびねじ
リング５を介して基体Ｂに、回動自在に支持されてい
る。

【００１９】ノズル台３の尾端部には歯付プーリ３７が
固着されている。歯付プ−リ３７に結合したタイミング
ベルト３３には歯付プ−リ３２が結合している。歯付プ
−リ３２は電気モ−タＭの回転軸ｍａに固着されてい
る。したがって電気モ−タＭが回転すると、ノズル台３
が回転する。ノズル台３が回転すれば、金具２０ｂ，ノ
ズル台３およびチップ２がそれに伴い一体で中心線Ｌｏ
を中心として回転する。金具２０ｂの内壁とノズル台３
の外壁が形成する水路は、先端チップ２に形成された溝
により閉じられる。基体Ｂの水路より流入した水（冷却
水）は該水路を通って基体Ｂの絶縁水路２０ａを通過
し、それに連通する電極台８と基体Ｂの内周面の壁との
間に形成された水路を通って基体Ｂの前述の水路とは異
る水路を通って外部の冷却水循環機構（図示せず）に放
出される。

【００２０】また、ノズル台３の内壁にはリング状のセ
ンタリングストーン４が固着されている。タングステン
棒１はこのセンタリングストーン４の中心を回転自在に
貫通し、その軸心は先端チップ２およびノズル台３の中
心軸すなわち中心線Ｌｏと実質上一致している。センタ
リングストーン４には、ノズル２ａの内開口に対向する
先端面からその裏側の後端面に通じる通気孔が開けられ
ている。基体Ｂのパイロットガス流路に送り込まれるパ
イロットガスは、ノズル台３の内壁とタングステン棒１
の間の空間に送り込まれ、センタリングストーン４の通
気孔を通って先端チップ２の内空間に出て、先端チップ
２のノズル２ａから外空間に放出される。なお、センタ
リングストーン４はノズル台３に固着されているので、
ノズル台３が回転すれば、金具２０ｂ，ノズル台３およ
び先端チップ２と同様に一体で、中心線Ｌｏを中心とし
て回転する。しかし、それに対してタングステン棒１は
チャック９により電極台８を介して基体Ｂに対して固定
されている。すなわち回転しない。

【００２１】プラズマト−チＴの基体Ｂの外周には、略
箱型である支持部材３０が垂直に固着されており、支持
部材３０の外壁には電気モータＭが、中心線Ｌｏと平行
に支持されている。モータＭの回転軸ｍａが中心線Ｌｏ
と平行に先端方向に突出している。回転軸ｍａには駆動
プーリ３２が固着されている。プーリ３２にはタイミン
グベルト３３が装着されており、タイミングベルト３３
はノズル台３の尾端部に固着された歯付プーリ３７に掛
け渡されている。支持部材３０の内壁には、タイミング
ベルト３３の回転方向と垂直に案内溝３０ａがある。案
内溝３０ａには、ベルト押えロ−ラとしてのベアリング
３４が装着されたＵ字型のスライダ３６が案内されてお
り、ボルト３５の締めつけにより案内溝３０ａ内の位置
を固定される。タイミングベルト３３はベアリング３４
により外周を内側に向けて押圧されており、ボルト３５
を緩めて案内溝３０ａに沿ってスライダ３６の位置を動
かすことにより、ベアリング３４のタイミングベルト３
３の押圧の度合を変えることができる。

【００２２】例えば図１に実線矢印ｍｒで示す方向にモ
ータＭの回転軸ｍａが回転した場合を考える。回転軸ｍ
ａとそれに固着されたプーリ３２が実線矢印ｍｒ方向に
回転することにより、タイミングベルト３３を介してプ
ーリ３７とそれが固着されたノズル台３が実線矢印ｍｒ
で示す方向に回転する。すると、それに一体である先端
チップ２および回転水路金具２０ｂが同様に回転する。

【００２３】プ−リ３２には遮光円板ＨＤが固着されて
おり、その周縁に１つの透光用のスリットが刻まれてい
る。支持部材３０には、該スリットを検知する透過型の
フォトセンサＨＳがある。先端チップ２のノズル２ａの
中心線（図１上において、中心軸Ｌｏに対して角度θの
一点鎖線）と、遮光円板ＨＤの、半径方向に延びるスリ
ットの中心線（半径方向に延びる）とは同一面上にあ
り、ノズル２ａの外開口（ノズル２ａの中心線）が、中
心線Ｌｏを含むｘ，ｚ平面上にあって、プラズマを紙面
の表側に噴射するｘ方向前向きのとき、遮光円板ＨＤが
フォトセンサＨＳの位置にあって、フォトセンサＨＳが
スリットを検知する。これが先端チップ２の回転の基点
位置である。図１上ではノズル２ａは、この基点位置よ
り、ト−チＴからワ−クＷｎ，Ｗｋを見る方向で時計廻
りで、９０度だけ回転した位置にある。

【００２４】図１に示す状態よりノズル２ａが更に９０
度時計廻りに回転すると、ノズル２ａは、プラズマを紙
面の裏側に噴射するｘ方向後向き（先端チップ２は、前
記基点位置より１８０度回転した位置）となる。

【００２５】モ−タＭの回転軸にはロ−タリエンコ−ダ
ＲＥが結合されており、このロ−タリエンコ−ダＲＥ
が、先端チップ２の１°の回転につき１パルスの電気パ
ルスを発生する。フォトセンサＨＳが遮光円板ＨＤのス
リットを検知したときにカウンタをクリアしてそのカウ
ントデ−タを０に初期化し、それからロ−タリエンコ−
ダＲＥが発生する電気パルスをカウントアップすると、
カウント値は、先端チップ２の、前記基点位置からの回
転角度を示すものとなる。

【００２６】基体Ｂの回転水路金具２０ｂに連通する水
路にはパイロット電源４２の正極が接続されており、電
極台８に連通する水路にはパイロット電源４２の負極が
高周波結合用のトランスを介して接続されている。ま
た、電極台８には主電源４３の負極が接続されており、
主電源４３の正極は厚板Ｗｋに接続されている。パイロ
ット電源４２によりパイロット電圧が印加されている状
態で高周波電源４１により高周波電圧が加えられると、
タングステン棒１と先端チップ２間にパイロットアーク
が発生する。パイロットアークの発生後、高周波電圧は
停止する。さらに、パイロットアークが発生した状態に
おいて主電源４３により主電圧を印加すると、タングス
テン棒１と主電源４３の正極が接続された厚板Ｗｋとの
間に主アークが発生する。主アークの発生と同時に、又
はその前後に、モータＭが実線矢印ｍｒで示す方向に回
転駆動され、先端チップ２が時計方向に回転する。

【００２７】図２に、先端チップ２（ノズル２ａ）の回
転角度に応じて、主電源４３に高電流指令と低電流指令
を選択的に与える電気回路を示す。この電気回路は、溶
接電流設定盤４４にある。モ−タＭ（先端チップ２）が
回転している間、回転速度に比例する周波数の指速パル
ス（１°の回転につき１パルス）をロ−タリエンコ−ダ
ＲＥが発生し、この指速パルスの発生数を２つのカウン
タＣｏ１，Ｃｏ２がカウントする。

【００２８】先端チップ２が前記基点位置になったとき
フォトセンサＨＳが、スリット検知信号（低レベルＬ）
すなわち基点検出信号を発生する。これにより２つのプ
リセットカウンタＣｏ１，Ｃｏ２がクリア（リセット）
され、この低レベルＬが消えると（基点を過ぎ基点検出
信号が高レベルＨに戻ると）、カウンタＣｏ１，Ｃｏ２
が、指速パルスをカウントアップする。

【００２９】カウンタＣｏ１，Ｃｏ２は、プリセット値
を設定するデジタルスイッチを有するプリセットカウン
タであり、カウント値がプリセット値に合致すると、出
力端を高レベルＨとする。今、カウンタＣｏ１に１０°
相当値を、カウンタＣｏ２に１７０°相当値を、各プリ
セット値（ＳＥＴ１，ＳＥＴ２）として設定していたと
する。

【００３０】先端チップ２の回転角が１０°になったと
きにカウンタＣｏ１の出力端がＨとなって、フォトリレ
−Ｒ１の発光素子が通電されて、リレ−接片相当の、自
己保持スイッチＨo1をオン(接)に、同様なフォトリレ−
Ｒ２に接続したリセットスイッチＲs2をオフ(開)に、更
に、開閉スイッチＳhp，Ｓhsをオフにして高電流指定用
の可変抵抗器ＶＲhを主電源４３から遮断して代りに、
開閉スイッチＳLp，ＳLsをオンにして低電流指定用の可
変抵抗器ＶＲＬを、主電源４３に接続する。主電源４３
は、低電流指定用の可変抵抗器ＶＲＬの設定電圧（低電
流指令値）に対応する電流を電極１に通電する。自己保
持スイッチＨo1，リセットスイッチＲs2および開閉スイ
ッチＳhp，Ｓhs，ＳLp，ＳLsは、それぞれ、フォトリレ
−Ｒ１の発光素子の光を受ける受光素子を含むＣＭＯＳ
トランジスタスイッチング回路である。

【００３１】先端チップ２の回転角が１７０°になった
ときにカウンタＣｏ２の出力端がＨとなって、フォトリ
レ−Ｒ２の発光素子が通電されて、リレ−接片相当の、
自己保持スイッチＨo2をオン(接)に、前述のフォトリレ
−Ｒ１に接続したリセットスイッチＲs1をオフ(開)にす
る。これにより、開閉スイッチＳLp，ＳLsがオフに、Ｓ
hp，Ｓhsがオンになり、低電流指定用の可変抵抗器ＶＲ
Lが主電源４３から遮断され、高電流指定用の可変抵抗
器ＶＲｈが、主電源４３に接続される。主電源４３は、
高電流指定用の可変抵抗器ＶＲｈの設定電圧（高電流指
令値）に対応する電流を電極１に通電する。自己保持ス
イッチＨo2およびリセットスイッチＲs1もそれぞれ、フ
ォトリレ−Ｒ１の発光素子の光を受ける受光素子を含む
ＣＭＯＳトランジスタスイッチング回路である。

【００３２】先端チップ２の回転角が３６０°になった
ときにフォトセンサＨＳが円板ＨＤのスリットを検知し
て低レベルＬを発生し、これによりカウンタＣｏ１，Ｃ
ｏ２がリセットされてそれらのカウント値が０に初期化
され、フォトセンサＨＳの信号が高レベルＨに戻るとま
た、ロ−タリエンコ−ダＲＥが発生する電気パルスのカ
ウントアップを行なう。

【００３３】以上のカウンタＣｏ１，Ｃｏ２とフォトリ
レ−Ｒ１，Ｒ２の動作により、先端ノズル２が回転して
いる間、その回転角が１０°〜１７０°の間は電極１に
低電流が、１７０°から３６０（０）°を越え１０°の
間は電極１に高電流が流れる。

【００３４】すでに説明したように、モ−タＭを回転駆
動しているときには、ノズル２ａから吹出すプラズマア
ーク炎は、先端チップ２の回転によりノズル２ａが描く
円錐面と同様な円錐面を描くように回転している。上述
の電流値の低，高の切換わりにより、円錐面を描くよう
に回転しているプラズマアーク炎は、先端ノズル２の回
転角が１０°〜１７０°の間は弱く、１７０°から３６
０（０）°を越え１０°の間は強い。

【００３５】図３に、上述の動作を行なっているとき
の、図２に示す回路各部の電気信号の推移を示す。図４
には、ｚ方向の上方から下方を見降ろした形で、先端ノ
ズル２のノズル２ａの回転軌跡と、先端ノズル２の回転
角との関係を示す。この例では、プラズマト−チはｘ方
向の矢印の向きに駆動され、先端ノズル２が連続回転し
ている。ト−チ（放電電極１）の中心線Ｌｏは、厚板Ｗ
ｋと薄板Ｗｎの間の、ｘ方向に延びる溶接線よりも、ｙ
方向で少し厚板Ｗｋ側にあり、ト−チはその進行方向
（ｘ方向の矢印の向き）よりやや後方に傾斜している。
すなわち厚板Ｗｋの表面に垂直な線（ｚ）に対して、進
行方向の後側に３°傾斜させている。すなわちプラズマ
ト−チの前進角が３°の場合である。先端チップ２の回
転角が１０°のとき、溶接方向（ｘ）の前方において、
ノズル２ａから吹出すプラズマアーク炎の中心が溶接線
（厚板Ｗｋと薄板Ｗｎの境界）を、厚板Ｗｋ側から薄板
Ｗｎ側に横切る。先端チップ２の回転角が１７０°のと
き、溶接方向（ｘ）の後方において、ノズル２ａから吹
出すプラズマアーク炎の中心が溶接線を、薄板Ｗｎ側か
ら厚板Ｗｋ側に横切る。

【００３６】

【実施例】−第１実施例− 上述した、図１および図２に示すプラズマ溶接装置を用
いて、厚板Ｗｋの端面と薄板Ｗｎの端面との突合せ部を
溶接した。溶接条件は次の通りである： ＊プラズマト−チＴ ノズル２ａ：直径２．０ｍｍ，θ＝１５°， 外開口中心の、中心線Ｌｏからの距離（ノズル穴シフト量） α＝０．８ｍｍ 回転数１５ｒｐｓ（１５回／秒） パイロットガス流量：０．１５リットル／分（Ａｒ１００％） シ−ルドガス流量 ：７リットル／分（Ａｒ＋Ｈ₂７％） ＳＥＴ１： １０° ＳＥＴ２：１７０° 低電流：２０Ａ（薄板Ｗｎ側） 高電流：４５Ａ（厚板Ｗｋ側） ＊溶接対象材 薄板Ｗｎ：ＳＵＳ ３０４， 板厚０．４ｍｍ 厚板Ｗｋ：ＳＵＳ ３０４， 板厚５ｍｍ ＊ト−チ高さ（チップ先端面／Ｗｎ，Ｗｋ表面間距離）：１．５ｍｍ ＊溶接速度（ｘ方向）：４０ｃｍ／分。

【００３７】なお、シ−ルドガスにＨ₂を加えるのは、
ア−クの指向性を高くし、プラズマア−クの円錐回転を
正確に実現するためである。プラズマア−ク炎は高温溶
融点（陽極点）に対して指向性が高く、ア−クの指向性
が低いと、回転角ＳＥＴ１＝１０°で高電流ア−クを当
てる厚板から低電流ア−クを当てる薄板へのア−クの遷
移が遅れ、回転角ＳＥＴ２＝１７０°で低電流ア−クを
当てる薄板から高電流ア−クを当てる厚板へのア−クの
遷移が進み、円錐回転速度むらを生ずる可能性が見込ま
れるので、これを避けるために、Ｈ₂を添加した。

【００３８】ト−チＴの中心線Ｌｏは、溶接線からｙ方
向所定距離分厚板Ｗｋ側に入った位置とし、これによ
り、ノズル２ａから吹出すプラズマア−クの中心が、溶
接線を、厚板Ｗｋから薄板Ｗｎに横切るときの角度１０
°を、ＳＥＴ１としてカウンタＣｏ１にプリセットし、
また、ノズル２ａから吹出すプラズマア−クの中心が、
溶接線を、薄板Ｗｎから厚板Ｗｋに横切るときの角度１
７０°を、ＳＥＴ２としてカウンタＣｏ２にプリセット
した。溶接は図３および図４に示す態様で実現した。そ
の結果、溶合不良および薄板の溶け落ちもない突合せ溶
接が得られた。

【００３９】−第２実施例− 図５の（ａ）に示すように、金属ワイヤ織のチュ−ブを
被覆した薄板厚の蛇腹管Ｗｎの切断端に厚板厚のエンド
リングを、溶接ワイヤ送給によって溶加材を加えて図５
の（ｂ）に示すように内フラング付のエンドリングとし
てこの溶接により、金属ワイヤ織のチュ−ブ，蛇腹管Ｗ
ｎおよびエンドリングを管端で一体に溶接した。溶接条
件は次の通りである： ＊プラズマト−チＴ ノズル２ａ：直径２．４ｍｍ，θ＝２０°， ノズル穴シフト量α＝１．０ｍｍ 回転数１５ｒｐｓ（１５回／秒） パイロットガス流量：０．２５リットル／分（Ａｒ＋Ｈ₂７％） シ−ルドガス流量 ：１０リットル／分（Ａｒ１００％） ＳＥＴ１：１８０° ＳＥＴ２：３６０° 低電流：３０Ａ（薄板Ｗｎ側） 高電流：６０Ａ（厚板Ｗｋ側） ＊溶接対象材 蛇腹管（薄板）Ｗｎ：ＳＵＳ ３０４， 板厚０．４ｍｍ エンドリング（厚板）Ｗｋ：ＳＵＳ ３０４， 板厚２ｍｍ ＊ト−チ高さ（チップ先端面／Ｗｎ，Ｗｋ表面間距離）：５ｍｍ ＊溶接ワイヤ：ＪＩＳ Ｚ３３２１ Ｙ３０８ 送給速度 １．４ｍ／分 ＊溶接速度（ｘ方向）：１０ｃｍ／分。

【００４０】なお、パイロットガスにＨ₂を加えるの
は、ア−ク電圧を高くして入熱を大きくするためであ
る。この第２実施例では、溶加材（溶接ワイヤ）が溶接
線に加えられるので、溶接線に溶融プ−ルができ、ア−
クが揺動してもその指向性が高い。したがってシ−ルド
ガスにはＨ₂を加える必要はない。

【００４１】ト−チＴの中心線Ｌｏは、エンドリングＷ
ｋの内周面に合わせ、薄板である金属ワイヤ織のチュ−
ブおよび蛇腹管の側で、溶融金属が垂れない低電流とし
て入熱を押えた。ノズル２ａから吹出すプラズマア−ク
の中心が、エンドリングＷｋの内周面を、エンドリング
Ｗｋから金属ワイヤ織のチュ−ブに横切るときの角度３
６０（０）°を、ＳＥＴ１としてカウンタＣｏ１にプリ
セットし、また、ノズル２ａから吹出すプラズマア−ク
の中心が、エンドリングＷｋの内周面を、金属ワイヤ織
のチュ−ブからエンドリングＷｋに横切るときの角度１
８０°を、ＳＥＴ２としてカウンタＣｏ２にプリセット
した。溶接は、蛇腹管Ｗｎの中心軸を中心にプラズマト
−チＴを旋回させる形で行なった。その結果、エンドリ
ングＷｋ，金属ワイヤ織のチュ−ブおよび蛇腹管Ｗｎの
いずれにも溶合不良はなく、金属ワイヤ織のチュ−ブお
よび蛇腹管Ｗｎのいずれにも溶け落ちがなく、エンドリ
ングＷｋと蛇腹管Ｗｎの管端での気密固着が完壁であっ
た。

【００４２】２例を示したが、本発明は他の態様の、肉
厚差が大きく薄板が薄い厚板／薄板間の溶接に同様に実
施しうる。例えば、図６に示すように、厚板Ｗｋの表面
に薄板Ｗｎを載せてそのへりの端面部Ｗｏで薄板Ｗｎを
厚板Ｗｋの表面に溶接するときには、第１実施例と同様
な態様で溶接を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施態様で用いるプラズマト−チ
Ｔの縦断面図である。

【図２】 図１に示すプラズマト−チＴのプラズマア−
ク電流を高，低に切換える電流切換指令を発生する電気
回路を示すブロック図である。

【図３】 図２に示す電気回路が発生する電気信号の変
化を示すタイムチャ−トである。

【図４】 図１に示すプラズマト−チＴのノズル２ａの
旋回軌跡を示す平面図である。

【図５】 （ａ）は溶接対象材である蛇腹管Ｗｎの拡大
縦断面図であり、（ｂ）は溶接ワイヤ送給により管端を
溶接した後の拡大縦断面図である。

【図６】 他のもう１つの溶接対象材の正面図である。

【符号の説明】

１：タングステン棒（放電電極） ２：先端チップ（ノ
ズル部材） ２ａ：ノズル ３：ノズル台 ４：センタリングストーン ５：ねじリング ５ａ：シールドガス噴射口 ６：シールドキャッ
プ ７：絶縁スペーサ ８：電極台 ９：チャック １０：案内リング ２０ａ：絶縁水路 ２０Ｂ：回転水路金
具 ３０ａ：案内溝 ３０，３１：支持部
材 ３２，３７：プーリー ３３：タイミングベ
ルト ３４：ベアリング ３５：ボルト ３６：スライダ Ｂ：基体 ｂ２，ｂ１：ベアリング ｂ３：止めリング Ｃ：カバー Ｌｏ：基準線 Ｍ：モータ ｍａ：回転軸 Ｏ：接触点（狙い位置） Ｔ：溶接トーチ Ｕａ：支持部材 ＨＤ：遮光円板 ＨＳ：フォトセンサ ＲＥ：ロ−タリエン
コ−ダ Ｗｋ：厚板 Ｗｎ：薄板 Ｓｂ：支持板 ４１：高周波電源 ４２：パイロット電源 ４３：主電源 Ｃo1,Ｃｏ2：プリセットカウンタ Ｒ１，Ｒ２：フォト
リレ− ＶＲｈ：高電流指示用可変抵抗器 ＶＲＬ：低電流指示
用可変抵抗器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 10/00 502

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚板に対する薄板の板厚比が１／３以下で
   薄板厚が０．８ｍｍ以下の、該厚板と薄板との境を横切
   る方向にプラズマア−クを揺動しながら、該厚板および
   薄板とプラズマト−チの一方を他方に対して相対的に該
   境に沿って駆動し、プラズマア−クが厚板側にあるとき
   高電流に、薄板側にあるときに薄板の溶け落ちを生じな
   い低電流に切換える、薄板のプラズマ溶接方法。
2. 【請求項２】プラズマト−チの、放電電極のワ−ク指向
   線に対して外開口が偏位したノズルを有するノズル部材
   の、ワ−ク指向線を中心とする回転駆動によりプラズマ
   ア−クを揺動する、請求項１記載の薄板のプラズマ溶接
   方法。
3. 【請求項３】厚板と薄板との境より厚板側所定距離にワ
   −ク指向線を置く、請求項２記載の薄板のプラズマ溶接
   方法。
4. 【請求項４】シールドガスには、アークの指向性を高く
   するＨ _２ を添加する、請求項１乃至３のいずれかに記載
   のプラズマ溶接方法。
5. 【請求項５】放電電極，そのワ−ク指向線に対して外開
   口が偏位したノズルを有するノズル部材，その内空間に
   プラズマ用ガスを供給するガス流路，ノズル部材の外空
   間にシ−ルド用ガスを供給するガス流路，ノズル部材を
   ワ−ク指向線を実質上中心にして回転駆動する駆動手
   段、および、ノズル部材の回転位置を検出する位置検出
   手段、を備える揺動式プラズマト−チ； 前記位置検出手段が検出した回転位置が薄板側に定めた
   第１設定範囲にあるときに薄板用低電流指示を、厚板側
   に定めた第２設定範囲にあるときに厚板用高電流指示を
   発生する電流指示手段；および、 高電流指示に応答して高電流を、低電流指示に応答して
   薄板の溶け落ちを生じない低電流を放電電極に通電する
   溶接電源回路；を備える、厚板に対する薄板のプラズマ
   溶接装置。
6. 【請求項６】前記位置検出手段は、ノズル部材の回転位
   置が基点位置にあることを表わす基点検出信号を発生す
   る手段、および、前記ノズル部材の所定角度の回転につ
   き１パルスの電気パルスを発生する手段、を含み； 前記電流指示手段は、前記基点検出信号が発生してか
   ら、前記電気パルスのカウントを開始して第１設定範囲
   と第２設定範囲の一方の始点までカウントすると該一方
   の電流指示を起動し他方の電流指示を消去する第１のプ
   リセットカウンタ、および、前記基点検出信号が発生し
   てから、前記電気パルスのカウントを開始して該他方の
   始点までカウントすると該他方の電流指示を起動し該一
   方の電流指示を消去する第２のプリセットカウンタ、を
   含む；請求項５に記載のプラズマ溶接装置。