JP3606178B2

JP3606178B2 - Plasma welding torch

Info

Publication number: JP3606178B2
Application number: JP2000236002A
Authority: JP
Inventors: 一浩野間
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP2002045971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマアークを噴出させるノズルの外周面が導電性の外筒体とその外筒体の先端に接続された導電性の先筒体とによって囲われてそのノズルの周囲にシールドガス通路が形成され、溶接時に前記先筒体の先端がワークに接触する構造のプラズマ溶接トーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ溶接機に使用される一般的なプラズマ溶接トーチを図７に示す。プラズマ溶接トーチ５０は、プラズマアークを噴出させるノズル５２を備えている。ノズル５２は金属製であり、そのノズル５２の中央に絶縁ガイド５２ｒを介して電極５１が収納されている。なお、電極５１とノズル５２との間にはプラズマガス通路５２ｔが形成されている。
ノズル５２の外周面は金属製の外筒体５４によって囲われており、その外筒体５４とノズル５２の外周面との間にシールドガス通路５４ｔが形成される。また、外筒体５４とノズル５２の外周面との間には例えばセラミック製の絶縁リング５３がセットされ、外筒体５４に対してノズル５２が同軸に位置決めされるとともに、そのノズル５２と外筒体５４との間が電気的に絶縁される。
【０００３】
外筒体５４の先端には金属製の先筒体５６が同軸に取付けられる。先筒体５６は、外筒体５４と共にノズル５２の周囲にシールドガス通路５４ｔを形成する筒状部材であり、溶接時に板状のワークＷの表面に接触させられる。このため、先筒体５６及び外筒体５４はワークＷと電気的に接続されて同電位に保持される。プラズマ溶接では、先筒体５６がワークＷに接触している状態で、先ずノズル５２と電極５１間でパイロットアークを発生させ、次にこのパイロットアークをワークＷと電極５１間のメインアークに移行させてワークＷの溶接を行う。このため、ノズル５２と電極５１間、ワークＷ（先筒体５６及び外筒体５４）と電極５１間及びノズル５２とワークＷ（先筒体５６及び外筒体５４）間を電気的に絶縁する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したプラズマ溶接トーチでは、絶縁リング５３でノズル５２と外筒体５４、先筒体５６及びワークＷ間を電気的に絶縁している。しかし、溶接により発生したスパッタＫがシールドガス通路５４ｔに入り込むと、スパッタＫがシールドガス通路５４ｔを跨いで配置された絶縁リング５３の位置に溜まって外筒体５４とノズル５２との間を短絡させることがある。特に、ワークＷの縦壁部分に対して横方向から溶接を行う場合、スパッタＫがシールドガス通路５４ｔの奥に入り込み易いため、絶縁リング５３の位置に多量のスパッタＫが溜まり、外筒体５４とノズル５２間で短絡が発生し易い。外筒体５４とノズル５２との間が短絡されると、メインアーク電流の一部がスパッタＫを通じてワークＷに流れて溶接不良が発生する。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、シールドガス通路を構成するノズルと外筒体間等で短絡が生じないようにして、溶接不良の発生を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、プラズマアークを噴出させるノズルの外周面が導電性の外筒体とその外筒体の先端に接続された導電性の先筒体とによって囲われてそのノズルの周囲にシールドガス通路が形成され、溶接時に前記先筒体の先端がワークに接触する構造のプラズマ溶接トーチであって、前記ノズルと前記外筒体とは電気的に接続されており、前記外筒体と前記先筒体との間には両者を電気的に絶縁する絶縁部材が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によると、ノズルと外筒体とは電気的に接続されているため、シールドガス通路に入り込んだスパッタがノズルと外筒体との間に溜まっても、従来のような溶接不良の問題は生じない。また、外筒体と先筒体との間には絶縁部材が設けられているため、外筒体に接続されたノズルと先筒体に接触するワークとの間が電気的に絶縁される。さらに、絶縁部材は、シールドガス通路を遮る位置には配置されていないため、その絶縁部材の位置にスパッタが溜まり難く、外筒体と先筒体との間で短絡が発生しない。
【０００８】
ここで、請求項２の発明に示すように、ノズルに対する外筒体の位置決めに使用されるノズルの嵌合部と外筒体の被嵌合部とを嵌合させることで、外筒体とノズルとを電気的に接続させても良い。
また、請求項３記載の発明のように、絶縁部材をシールドガス通路に面しない位置に配置すれば、スパッタの付着を考慮する必要がなくなり、絶縁部材の材質の選定範囲が広くなる。例えば、絶縁部材の材料として、請求項４に示すように、樹脂等を使用することができる。これによって、絶縁部材の加工が容易になる。
また、請求項５の発明のように、絶縁部材を外筒体の先端部にネジ止めできるようにすれば、絶縁部材の交換が容易になる。
また、請求項５の発明のように、先筒体の内側に絶縁筒を設ければ、外筒体と先筒体との間でさらに短絡が発生し難くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図６に基づいて本発明の一の実施の形態に係るプラズマ溶接トーチの説明を行う。ここで、図１はプラズマ溶接トーチの先端部分の縦断面図、図２は先筒体を分離した状態におけるプラズマ溶接トーチの先端部分の縦断面図、図３はプラズマ溶接トーチを有するプラズマ溶接機の側面図、図４〜図６はプラズマ溶接機の動作原理を表す模式図である。なお、プラズマ溶接トーチの軸方向をＺ軸方向、前記軸に直交する面の縦方向、横方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向として以下の説明を行う。
【００１０】
プラズマ溶接機１はアーク放電を利用して高温プラズマ流（プラズマアーク）を発生させ、その熱で例えば車両のボディにおける接合部（以下、ワークＷという）を溶接するための溶接機であり、溶接ロボット（図示されていない）のハンドに装着される。プラズマ溶接機１は、図３に示すように、装置架台３を備えており、その装置架台３にプラズマ溶接トーチ２及びその付属ユニット４２，４４が支持されている。装置架台３には基準面３ｓが形成されており、その基準面３ｓの中央にトーチ逃がしシリンダ４と加圧シリンダ５とがＺ軸方向に直列に配置されている。
【００１１】
トーチ逃がしシリンダ４のピストンロッド４ｐにはトーチ架台４ｋが取付けられており、そのトーチ架台４ｋにプラズマ溶接トーチ２のトーチ本体１０が装着されている。また、加圧シリンダ５のピストンロッド５ｐには加圧架台５ｋが取付けられており、その加圧架台５ｋに同じくプラズマ溶接トーチ２の先筒体２０がトーチ本体１０と同軸に固定されている。
加圧シリンダ５がピストンロッド５ｐを延出する方向に作動すると、加圧架台５ｋがＺ軸方向に前進してプラズマ溶接トーチ２の先筒体２０の先端面２２がワークＷの表面に押付けられる。
【００１２】
トーチ逃がしシリンダ４がピストンロッド４ｐを収納する方向に作動すると、トーチ架台４ｋがＺ軸方向に前進してプラズマ溶接トーチ２のトーチ本体１０が先筒体２０と嵌合する（図１参照）。ここで、トーチ逃がしシリンダ４の駆動力は加圧シリンダ５の駆動力よりも十分小さく設定されているため、トーチ本体１０が前進して先筒体２０と嵌合しても、その先筒体２０が変位することはない。また、トーチ逃がしシリンダ４はトーチ本体１０が先筒体２０に接続された状態でストロークに余裕があるため、先筒体２０が加圧シリンダ５の力で前進しても、トーチ本体１０はその先筒体２０に追従して前進できる。
トーチ逃がしシリンダ４がピストンロッド４ｐを延出する方向に作動すると、トーチ架台４ｋが後退してそのトーチ本体１０が先筒体２０から分離される（図２参照）。
【００１３】
プラズマ溶接トーチ２は、プラズマ溶接機１において実際にプラズマアークを発生させる部分であり、前述のように、トーチ本体１０と先筒体２０とから構成されている。
トーチ本体１０は、図２に示すように、プラズマアークを噴出させるノズル１２を備えている。ノズル１２は金属製であり、そのノズル１２の中央に絶縁ガイド１２ｒを介して電極１１が収納されている。電極１１とノズル１２との間にはプラズマガス通路１２ｔが形成されており、そのノズル１２の先端に高温プラズマ流とプラズマガスとを放出させる開口１２ｋが形成されている。
【００１４】
ノズル１２の外周面１２ｓは先細状の外筒体１４によって囲われており、その外筒体１４とノズル１２の外周面１２ｓとの間にシールドガス通路１４ｔが形成されている。外筒体１４は金属製であり、その外筒体１４の内壁面にリング状の凸段差１４ｄがその外筒体１４の円周方向に形成されている。また、ノズル１２の外周面１２ｓには、外筒体１４の凸段差１４ｄが嵌合するリング状の凹段差１２ｄが円周方向に形成されている。そして、ノズル１２の凹段差１２ｄと外筒体１４の凸段差１４ｄとが嵌合することで、そのノズル１２と外筒体１４とが同軸に保持されるとともに、両者１２，１４が電気的に接続される。即ち、凸段差１４ｄ及び凹段差１２ｄが本発明の嵌合部及び被嵌合部に相当する。
なお、凸段差１４ｄと凹段差１２ｄとの嵌合部分には円周方向に間隔をおいて複数のシールドガス通路１４ｔ（点線参照）が形成されている。
【００１５】
外筒体１４の先端部外側には後記する絶縁部材１６が嵌め込まれるリング状の凹部１４ａが形成されている。凹部１４ａには、外筒体１４が段階的に先細となるように二個所にリング状段差１４ｃ，１４ｅが形成されており、それらのリング状段差１４ｃ，１４ｅの間に中径円柱面１４ｂが形成されている。中径円柱面１４ｂの中央には周方向にリング状溝１４ｍが形成されており、そのリング状溝１４ｍに耐熱ゴム製のＯリング１５が嵌め込まれている。また、凹部１４ａには、先端寄りのリング状段差１４ｅと外筒体１４の先端面１４ｆとの間に小径円柱面１４ｈが形成されており、その小径円柱面１４ｈに雄ネジが形成されている。
【００１６】
絶縁部材１６は外筒体１４と後記する先筒体２０との間を電気的に絶縁するリング状部材であり、例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））樹脂により形成される。絶縁部材１６は、外筒体１４の凹部１４ａの形状にほぼ等しい内周面形状を有しており、その凹部１４ａに嵌め込まれることで、外筒体１４の先端部外側に装着される。即ち、絶縁部材１６の内周壁面には、外筒体１４の中径円柱面１４ｂを覆う大径円筒面１６ｔと、外筒体１４の小径円柱面１４ｈを覆う小径円筒面１６ｈとが形成されており、大径円筒面１６ｔと小径円筒面１６ｈとの間に外筒体１４のリング状段差１４ｅに当接するリング状の受け段差１６ｄが形成されている。
【００１７】
また、絶縁部材１６の小径円筒面１６ｈには、外筒体１４の小径円柱面１４ｈに設けられた雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。このため、絶縁部材１６の雌ネジが外筒体１４の雄ネジに螺合されると、その螺合作用により絶縁部材１６と外筒体１４とが軸方向に相対移動してその外筒体１４の中径円柱面１４ｂ、小径円柱面１４ｈはそれぞれ絶縁部材１６の大径円筒面１６ｔ、小径円筒面１６ｈに収納される。
【００１８】
そして、絶縁部材１６の受け段差１６ｄが外筒体１４のリング状段差１４ｅに当接し、絶縁部材１６の後端面１６ｕが外筒体１４のリング状段差１４ａに当接した段階で外筒体１４に対する絶縁部材１６の取付けが完了し、この段階で絶縁部材１６の先端面１６ｆは外筒体１４の先端面１４ｆとほぼ連続する位置に保持される。
【００１９】
外筒体１４のリング状溝１４ｍにセットされたＯリング１５は絶縁部材１６によって半径方向外側から押圧力を受けて変形する。このため、そのＯリング１５の弾性力で絶縁部材１６の雌ネジと外筒体１４の雄ネジとの緩みが抑えられる。なお、絶縁部材１６の外周面には、絶縁部材１６の雌ネジを外筒体１４の雄ネジに螺合させる際の作業性を考慮してローレット加工が施されている。
【００２０】
プラズマ溶接トーチ２の先筒体２０は、溶接時にワークＷの表面を押圧する機能と、外筒体１４と共にシールドガス通路１４ｔを形成する機能を有する筒状部材であり、前述のように、Ｚ軸方向に進退する加圧架台５ｋの先端側面に取付けられている。先筒体２０は、金属製の筒本体２１とその筒本体２１の内壁面に固定される絶縁筒２４とから構成されている。筒本体２１は、衝撃に強い例えばＳ４５Ｃ焼入れ材等により形成されており、その筒本体２１の先端面２２がワークＷの溶接点の周囲に当接する。また、筒本体２１の軸方向の長さ寸法は、図１に示すように、溶接時にノズル１２の先端面１２ｆとワークＷとの間の寸法を一定値Ｍに保持できる値に設定されている。
また、筒本体２１の先端には、筒本体２１で囲まれた内側空間と外部とを連通させる開口部２１ａが、円周方向に沿って複数設けられており、上記シールドガスがこの開口部２１ａから外部に流出するようになっている。
【００２１】
絶縁筒２４は、筒本体２１と外筒体１４間及び筒本体２１とノズル１２間を電気的に絶縁する部材であり、筒本体２１の内径にほぼ等しい外径を備えている。絶縁筒２４はセラミック製の筒体であり、その絶縁筒２４の後端に鍔状のフランジ部２４ｆが形成されている。また、絶縁筒２４の長さは筒本体２１の長さのほぼ１／２に設定されている。
【００２２】
筒本体２１の後端面２１ｂにはその中央に外筒体１４の絶縁部材１６が嵌合するリング状凹部２１ｅが形成されている。さらに、そのリング状凹部２１ｅの半径方向内側には絶縁筒２４のフランジ部２４ｆが嵌め込まれるリング状段差２１ｄが形成されている。ここで、絶縁筒２４のフランジ部２４ｆの厚みはリング状段差２１ｄの深さにほぼ等しく設定されている。
このため、絶縁筒２４が筒本体２１の内壁面に固定されて、その絶縁筒２４のフランジ部２４ｆが筒本体２１のリング状段差２１ｄに嵌め込まれると、絶縁筒２４のフランジ部２４ｆの表面（後面）は筒本体２１のリング状凹部２１ｅの底面と連続するようになる。
【００２３】
トーチ逃がしシリンダ４の働きでトーチ本体１０がＺ軸方向に前進すると、図１に示すように、そのトーチ本体１０の外筒体１４の先端部が先筒体２０のリング状凹部２１ｅと嵌合し、ノズル１２の先端部分がその先筒体２０の内部に収納される。これによって、ノズル１２の外周面１２ｓは外筒体１４と先筒体２０とによって被われて、そのノズル１２の周囲にはシールドガス通路１４ｔが形成される。ここで、絶縁部材１６は外筒体１４の先端部外側に装着されるため、その絶縁部材１６がシールドガス通路１４ｔに面することはない。
【００２４】
また、外筒体１４の先端部が先筒体２０のリング状凹部２１ｅと嵌合した状態で、外筒体１４の先端面１４ｆは先筒体２０の絶縁筒２４に当接し、外筒体１４の絶縁部材１６の先端面１６ｆは先筒体２０の絶縁筒２４及び筒本体２１のリング状凹部２１ｅに当接する。このため、外筒体１４と筒本体２１との間が絶縁部材１６及び絶縁筒２４によって電気的に絶縁される。
また、先筒体２０の筒本体２１には、絶縁筒２４よりも先端寄りの位置に溶接ワイヤーＴを導くワイヤーガイド４４ｗが接続されている。
【００２５】
次に、上記した構造を有するプラズマ溶接機１を使用してワークＷを溶接する手順を説明する。
先ず、トーチ逃がしシリンダ４が動作してトーチ架台４ｋが前進し、プラズマ溶接トーチ２のトーチ本体１０の外筒体１４が先筒体２０に接続される（図１参照）。前述のように、トーチ逃がしシリンダ４はトーチ本体１０が先筒体２０に接続された状態でストロークに余裕があるため、先筒体２０が加圧シリンダ５の力で前進しても、トーチ本体１０はその先筒体２０に追従して前進できる。
【００２６】
このようにして、プラズマ溶接トーチ２が組み立てられると、プラズマ溶接トーチ２が図示されていないロボットによりワークＷの溶接点近傍に位置決めされる。次に、加圧シリンダ５が動作してプラズマ溶接トーチ２の先筒体２０がＺ軸方向に前進し、図１に示すように、ワークＷの溶接点の周囲を加圧する。これによって、重ねられた板状のワークＷの隙間はプラズマ溶接が可能な値にまで狭められる。
【００２７】
次に、実際にワークＷの溶接が行われるまでの手順を図４から図６に基づいて簡単に説明する。
先ず、プラズマ溶接トーチ２のプラズマガス通路１２ｔとシールドガス通路１４ｔにそれぞれプラズマガスとシールドガスとが供給される。さらに、プラズマ電源３０によって電極１１とノズル１２との間に直流電圧が印加される（図４参照）。次に、高周波発生回路３２が作動して電極１１とノズル１２との間に高周波高電圧が印加され、電極１１とノズル１２との間にスパークが発生する。
【００２８】
電極１１とノズル１２との間にスパークが発生すると、それを火種にして電極１１とノズル１２との間にパイロットアークが形成される（図５参照）。そして、パイロットアークによって発生した高温のプラズマがノズル１２から噴出して、ワークＷに達すると、ワークＷとノズル１２との間に電圧が発生し、図６に示すように、パイロットアークからメインアークに移行が起こる。そして、メインアークに移行後、スイッチ３３によりパイロットラインが遮断され、この状態で溶接が行われる。
【００２９】
ここで、プラズマ溶接トーチ２のノズル１２と外筒体１４とは、凹段差１２ｄ及び凸段差１４ｄの位置で互いに嵌合して電気的に接続されている。このため、シールドガス通路１４ｔに入り込んだスパッタがノズル１２と外筒体１４との間に溜まっても、溶接不良等の問題が発生しない。また、外筒体１４と先筒体２０との間には絶縁部材１６が設けられているため、外筒体１４に接続されたノズル１２と先筒体２０に接触するワークＷとの間が電気的に絶縁される。さらに、絶縁部材１６は、シールドガス通路１４ｔを遮る位置には配置されていないため、その絶縁部材１６の位置にスパッタが溜らず、外筒体１４と先筒体２０との間で短絡が発生しない。
【００３０】
また、絶縁部材１６はシールドガス通路１４ｔに面しない位置に配置されるため、スパッタの付着を考慮する必要がなく、絶縁部材１６の材質の選定範囲が広くなる。本実施形態のように絶縁部材１６の材料として樹脂を使用すれば、絶縁部材１６の加工が容易になり、絶縁部材１６の製作コストを低減させることができる。また、絶縁部材１６を外筒体１４の先端部にネジ止めできるため、絶縁部材１６の交換が容易になる。
【００３１】
なお、本実施形態では、絶縁部材１６としてテフロン樹脂を使用する例を示したが、テフロン以外の樹脂を使用することも当然可能である。また、樹脂以外にも例えばセラミック等を使用することも可能である。
また、絶縁部材１６をシールドガス通路１４ｔに面しない位置に配置する例を示したが、絶縁部材１６の材質に例えばセラミック等を使用すればシールドガス通路１４ｔに面する位置に配置することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によると、シールドガス通路に入り込んだスパッタがノズルと外筒体との間に溜まったとしても、ノズルと外筒体との間で短絡が発生しないため、スパッタによる溶接不良の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一の実施形態に係るプラズマ溶接トーチの先端部分の縦断面図である。
【図２】先筒体を分離した状態におけるプラズマ溶接トーチの先端部分の縦断面図である。
【図３】前記プラズマ溶接トーチを備えるプラズマ溶接機の側面図である。
【図４】プラズマ溶接機の動作原理を表す模式図である。
【図５】プラズマ溶接機の動作原理を表す模式図である。
【図６】プラズマ溶接機の動作原理を表す模式図である。
【図７】従来のプラズマ溶接トーチの先端部分の縦断面図である。
【符号の説明】
Ｗワーク
２プラズマ溶接トーチ
１１電極
１２ノズル
１２ｄ凹段差（嵌合部）
１４外筒体
１４ｄ凸段差（被嵌合部）
１６絶縁部材
２０先筒体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, the outer peripheral surface of a nozzle for ejecting a plasma arc is surrounded by a conductive outer cylinder and a conductive front cylinder connected to the tip of the outer cylinder, and a shield gas passage is provided around the nozzle. Is formed, and the plasma welding torch has a structure in which the tip of the front tube contacts the workpiece during welding.
[0002]
[Prior art]
A typical plasma welding torch used in a plasma welding machine is shown in FIG. The plasma welding torch 50 includes a nozzle 52 that ejects a plasma arc. The nozzle 52 is made of metal, and the electrode 51 is accommodated in the center of the nozzle 52 via an insulating guide 52r. A plasma gas passage 52 t is formed between the electrode 51 and the nozzle 52.
The outer peripheral surface of the nozzle 52 is surrounded by a metal outer cylinder 54, and a shield gas passage 54 t is formed between the outer cylinder 54 and the outer peripheral surface of the nozzle 52. Further, an insulating ring 53 made of ceramic, for example, is set between the outer cylinder 54 and the outer peripheral surface of the nozzle 52, and the nozzle 52 is positioned coaxially with respect to the outer cylinder 54, and The tube 54 is electrically insulated.
[0003]
A metal tip cylinder 56 is coaxially attached to the tip of the outer cylinder 54. The front cylinder 56 is a cylindrical member that forms a shield gas passage 54t around the nozzle 52 together with the outer cylinder 54, and is brought into contact with the surface of the plate-like workpiece W during welding. For this reason, the front cylinder 56 and the outer cylinder 54 are electrically connected to the workpiece W and are held at the same potential. In plasma welding, a pilot arc is first generated between the nozzle 52 and the electrode 51 while the leading end body 56 is in contact with the workpiece W, and then this pilot arc is transferred to the main arc between the workpiece W and the electrode 51. Then, the workpiece W is welded. Therefore, electrical insulation is provided between the nozzle 52 and the electrode 51, between the workpiece W (the front cylinder 56 and the outer cylinder 54) and the electrode 51, and between the nozzle 52 and the work W (the front cylinder 56 and the outer cylinder 54). There is a need to.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the plasma welding torch described above, the insulating ring 53 electrically insulates the nozzle 52 from the outer cylindrical body 54, the front cylindrical body 56, and the workpiece W. However, when spatter K generated by welding enters the shield gas passage 54t, the spatter K accumulates at the position of the insulating ring 53 disposed across the shield gas passage 54t and short-circuits between the outer cylinder 54 and the nozzle 52. There are things to do. In particular, when welding is performed on the vertical wall portion of the workpiece W from the lateral direction, since the spatter K easily enters the shield gas passage 54t, a large amount of spatter K accumulates at the position of the insulating ring 53, and the outer cylinder 54 A short circuit is likely to occur between the nozzle 52 and the nozzle 52. When the outer cylinder 54 and the nozzle 52 are short-circuited, a part of the main arc current flows to the workpiece W through the sputter K, and welding failure occurs.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent the occurrence of poor welding by preventing a short circuit between the nozzle constituting the shield gas passage and the outer cylinder. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problems are solved by the inventions of the claims.
According to the first aspect of the present invention, the outer peripheral surface of the nozzle for ejecting the plasma arc is surrounded by the conductive outer cylinder and the conductive front cylinder connected to the tip of the outer cylinder, and around the nozzle. A plasma welding torch having a structure in which a shield gas passage is formed and a tip of the leading cylinder comes into contact with a workpiece during welding, wherein the nozzle and the outer cylinder are electrically connected, and the outer cylinder An insulating member that electrically insulates the two is provided between the first cylinder and the front cylinder.
[0007]
According to the present invention, since the nozzle and the outer cylinder are electrically connected, even if spatter that has entered the shield gas passage accumulates between the nozzle and the outer cylinder, there is a problem of poor welding as in the prior art. Does not occur. In addition, since an insulating member is provided between the outer cylinder and the front cylinder, the nozzle connected to the outer cylinder and the work contacting the front cylinder are electrically insulated. Furthermore, since the insulating member is not disposed at a position that blocks the shield gas passage, spatter hardly accumulates at the position of the insulating member, and a short circuit does not occur between the outer cylinder body and the front cylinder body.
[0008]
Here, as shown in the invention of claim 2, by fitting the fitting portion of the nozzle and the fitted portion of the outer cylinder used for positioning the outer cylinder with respect to the nozzle, The nozzle may be electrically connected.
Further, if the insulating member is arranged at a position not facing the shield gas passage as in the third aspect of the invention, it is not necessary to consider the adhesion of spatter, and the selection range of the material of the insulating member is widened. For example, as shown in claim 4, a resin or the like can be used as the material of the insulating member. This facilitates processing of the insulating member.
Moreover, if the insulating member can be screwed to the distal end portion of the outer cylindrical body as in the fifth aspect of the invention, the insulating member can be easily replaced.
Further, as in the fifth aspect of the present invention, if an insulating cylinder is provided inside the front cylinder, a short circuit is less likely to occur between the outer cylinder and the front cylinder.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plasma welding torch according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the front end portion of the plasma welding torch, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the front end portion of the plasma welding torch in a state where the front tube is separated, and FIG. 3 is a plasma welding machine having a plasma welding torch. FIG. 4 to FIG. 6 are schematic views showing the operation principle of the plasma welding machine. In the following description, the axial direction of the plasma welding torch is the Z-axis direction, the vertical direction and the horizontal direction of the surface orthogonal to the axis are the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively.
[0010]
The plasma welding machine 1 is a welding machine that generates a high-temperature plasma flow (plasma arc) using arc discharge and welds, for example, a joint (hereinafter referred to as a workpiece W) in a vehicle body with the heat. It is attached to the hand of a robot (not shown). As shown in FIG. 3, the plasma welding machine 1 includes an apparatus base 3 on which the plasma welding torch 2 and its accessory units 42 and 44 are supported. A reference surface 3s is formed on the apparatus base 3, and a torch escape cylinder 4 and a pressure cylinder 5 are arranged in series in the Z-axis direction at the center of the reference surface 3s.
[0011]
A torch mount 4k is attached to the piston rod 4p of the torch escape cylinder 4, and the torch body 10 of the plasma welding torch 2 is mounted on the torch mount 4k. Further, a pressure mount 5k is attached to the piston rod 5p of the pressure cylinder 5, and the tip cylinder 20 of the plasma welding torch 2 is fixed coaxially with the torch main body 10 on the pressure mount 5k.
When the pressurizing cylinder 5 is operated in the direction extending the piston rod 5p, the pressurization mount 5k is advanced in the Z-axis direction, and the tip surface 22 of the front cylinder 20 of the plasma welding torch 2 is pressed against the surface of the workpiece W. .
[0012]
When the torch escape cylinder 4 operates in the direction in which the piston rod 4p is accommodated, the torch mount 4k moves forward in the Z-axis direction, and the torch body 10 of the plasma welding torch 2 is fitted with the front cylinder 20 (see FIG. 1). Here, since the driving force of the torch escape cylinder 4 is set to be sufficiently smaller than the driving force of the pressurizing cylinder 5, even if the torch body 10 moves forward and engages with the front cylinder 20, the front cylinder 20 will not be displaced. Further, since the torch escape cylinder 4 has a sufficient stroke in the state where the torch body 10 is connected to the front cylinder body 20, even if the front cylinder body 20 moves forward by the force of the pressurizing cylinder 5, It can move forward following the front tube 20.
When the torch escape cylinder 4 operates in the direction in which the piston rod 4p extends, the torch mount 4k moves backward and the torch body 10 is separated from the front cylinder 20 (see FIG. 2).
[0013]
The plasma welding torch 2 is a part that actually generates a plasma arc in the plasma welding machine 1 and is composed of the torch main body 10 and the front cylindrical body 20 as described above.
As shown in FIG. 2, the torch body 10 includes a nozzle 12 that ejects a plasma arc. The nozzle 12 is made of metal, and the electrode 11 is accommodated in the center of the nozzle 12 via an insulating guide 12r. A plasma gas passage 12 t is formed between the electrode 11 and the nozzle 12, and an opening 12 k for discharging a high-temperature plasma flow and plasma gas is formed at the tip of the nozzle 12.
[0014]
An outer peripheral surface 12 s of the nozzle 12 is surrounded by a tapered outer cylindrical body 14, and a shield gas passage 14 t is formed between the outer cylindrical body 14 and the outer peripheral surface 12 s of the nozzle 12. The outer cylindrical body 14 is made of metal, and a ring-shaped convex step 14 d is formed on the inner wall surface of the outer cylindrical body 14 in the circumferential direction of the outer cylindrical body 14. Further, on the outer peripheral surface 12s of the nozzle 12, a ring-shaped concave step 12d into which the convex step 14d of the outer cylindrical body 14 is fitted is formed in the circumferential direction. The concave step 12d of the nozzle 12 and the convex step 14d of the outer cylindrical body 14 are fitted together, so that the nozzle 12 and the outer cylindrical body 14 are held coaxially, and the both 12, 14 are electrically connected. Connected. That is, the convex step 14d and the concave step 12d correspond to the fitting portion and the fitted portion of the present invention.
Note that a plurality of shield gas passages 14t (see dotted lines) are formed at intervals in the circumferential direction at a fitting portion between the convex step 14d and the concave step 12d.
[0015]
A ring-shaped recess 14 a into which an insulating member 16 to be described later is fitted is formed on the outer side of the distal end portion of the outer cylindrical body 14. Ring-shaped steps 14c and 14e are formed in the recess 14a so that the outer cylindrical body 14 is tapered stepwise, and a medium-diameter cylindrical surface 14b is formed between the ring-shaped steps 14c and 14e. Is formed. A ring-shaped groove 14m is formed in the center of the medium-diameter cylindrical surface 14b in the circumferential direction, and an O-ring 15 made of heat-resistant rubber is fitted into the ring-shaped groove 14m. Further, in the concave portion 14a, a small diameter cylindrical surface 14h is formed between the ring-shaped step 14e near the tip and the tip surface 14f of the outer cylinder 14, and a male screw is formed on the small diameter cylindrical surface 14h. .
[0016]
The insulating member 16 is a ring-shaped member that electrically insulates between the outer cylindrical body 14 and the front cylindrical body 20 described later, and is formed of, for example, polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark)) resin. The insulating member 16 has an inner peripheral surface shape substantially equal to the shape of the concave portion 14 a of the outer cylindrical body 14, and is fitted to the outer side of the distal end portion of the outer cylindrical body 14 by being fitted into the concave portion 14 a. That is, on the inner peripheral wall surface of the insulating member 16, a large-diameter cylindrical surface 16t that covers the medium-diameter cylindrical surface 14b of the outer cylindrical body 14 and a small-diameter cylindrical surface 16h that covers the small-diameter cylindrical surface 14h of the outer cylindrical body 14 are formed. A ring-shaped receiving step 16d is formed between the large-diameter cylindrical surface 16t and the small-diameter cylindrical surface 16h. The ring-shaped receiving step 16d contacts the ring-shaped step 14e of the outer cylindrical body 14.
[0017]
In addition, on the small diameter cylindrical surface 16 h of the insulating member 16, a female screw that is screwed with a male screw provided on the small diameter cylindrical surface 14 h of the outer cylinder 14 is formed. For this reason, when the female screw of the insulating member 16 is screwed into the male screw of the outer cylindrical body 14, the insulating member 16 and the outer cylindrical body 14 are relatively moved in the axial direction by the screwing action, and the outer cylindrical body is moved. 14 are accommodated in the large-diameter cylindrical surface 16t and the small-diameter cylindrical surface 16h of the insulating member 16, respectively.
[0018]
Then, when the receiving step 16d of the insulating member 16 abuts on the ring-shaped step 14e of the outer cylindrical body 14, and the rear end surface 16u of the insulating member 16 contacts the ring-shaped step 14a of the outer cylindrical body 14, the outer cylindrical body 14 At this stage, the front end surface 16f of the insulating member 16 is held at a position substantially continuous with the front end surface 14f of the outer cylindrical body 14.
[0019]
The O-ring 15 set in the ring-shaped groove 14m of the outer cylindrical body 14 is deformed by receiving a pressing force from the outside in the radial direction by the insulating member 16. For this reason, the elastic force of the O-ring 15 suppresses loosening of the female screw of the insulating member 16 and the male screw of the outer cylinder body 14. The outer peripheral surface of the insulating member 16 is knurled in consideration of workability when the female screw of the insulating member 16 is screwed into the male screw of the outer cylindrical body 14.
[0020]
The front cylinder 20 of the plasma welding torch 2 is a cylindrical member having a function of pressing the surface of the workpiece W during welding and a function of forming a shield gas passage 14t together with the outer cylinder 14, and as described above, Z It is attached to the tip side surface of the pressure mount 5k that advances and retreats in the axial direction. The front cylinder 20 includes a metal cylinder main body 21 and an insulating cylinder 24 fixed to the inner wall surface of the cylinder main body 21. The cylinder main body 21 is formed of, for example, an S45C quenching material that is resistant to impact, and the distal end surface 22 of the cylinder main body 21 abuts around the weld point of the workpiece W. Further, as shown in FIG. 1, the length dimension in the axial direction of the cylinder body 21 is set to a value that can maintain the dimension between the tip end surface 12 f of the nozzle 12 and the workpiece W at a constant value M during welding. .
In addition, a plurality of openings 21a are provided along the circumferential direction at the tip of the cylinder body 21 to communicate the inner space surrounded by the cylinder body 21 with the outside, and the shielding gas is provided in the opening 21a. From the outside to the outside.
[0021]
The insulating cylinder 24 is a member that electrically insulates between the cylinder body 21 and the outer cylinder body 14 and between the cylinder body 21 and the nozzle 12, and has an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the cylinder body 21. The insulating cylinder 24 is a ceramic cylinder, and a flange-shaped flange portion 24 f is formed at the rear end of the insulating cylinder 24. Further, the length of the insulating cylinder 24 is set to be approximately ½ of the length of the cylinder main body 21.
[0022]
A ring-shaped recess 21e into which the insulating member 16 of the outer cylinder 14 is fitted is formed at the center of the rear end surface 21b of the cylinder body 21. Furthermore, a ring-shaped step 21d into which the flange portion 24f of the insulating cylinder 24 is fitted is formed on the inner side in the radial direction of the ring-shaped recess 21e. Here, the thickness of the flange portion 24f of the insulating cylinder 24 is set substantially equal to the depth of the ring-shaped step 21d.
For this reason, when the insulating cylinder 24 is fixed to the inner wall surface of the cylinder main body 21 and the flange portion 24f of the insulating cylinder 24 is fitted into the ring-shaped step 21d of the cylinder main body 21, the surface of the flange portion 24f of the insulating cylinder 24 ( The rear surface is continuous with the bottom surface of the ring-shaped recess 21e of the tube body 21.
[0023]
When the torch body 10 advances in the Z-axis direction by the action of the torch escape cylinder 4, the tip of the outer cylinder 14 of the torch body 10 is fitted with the ring-shaped recess 21e of the front cylinder 20 as shown in FIG. Then, the tip end portion of the nozzle 12 is accommodated in the tip cylinder 20. As a result, the outer peripheral surface 12 s of the nozzle 12 is covered by the outer cylindrical body 14 and the front cylindrical body 20, and a shield gas passage 14 t is formed around the nozzle 12. Here, since the insulating member 16 is mounted on the outer side of the distal end portion of the outer cylindrical body 14, the insulating member 16 does not face the shield gas passage 14t.
[0024]
In addition, in a state where the distal end portion of the outer cylindrical body 14 is fitted to the ring-shaped recess 21e of the front cylindrical body 20, the front end surface 14f of the outer cylindrical body 14 abuts on the insulating cylinder 24 of the front cylindrical body 20, and The front end surface 16 f of the fourteen insulating members 16 abuts against the insulating cylinder 24 of the front cylinder 20 and the ring-shaped recess 21 e of the cylinder body 21. For this reason, the outer cylinder 14 and the cylinder main body 21 are electrically insulated by the insulating member 16 and the insulating cylinder 24.
A wire guide 44 w that guides the welding wire T to a position closer to the tip than the insulating cylinder 24 is connected to the cylinder body 21 of the front cylinder 20.
[0025]
Next, a procedure for welding the workpiece W using the plasma welding machine 1 having the above-described structure will be described.
First, the torch escape cylinder 4 operates to advance the torch mount 4k, and the outer cylinder 14 of the torch body 10 of the plasma welding torch 2 is connected to the front cylinder 20 (see FIG. 1). As described above, since the torch escape cylinder 4 has a sufficient stroke in the state in which the torch body 10 is connected to the front cylinder body 20, even if the front cylinder body 20 moves forward by the force of the pressure cylinder 5, 10 can move forward following the tip cylinder 20.
[0026]
When the plasma welding torch 2 is assembled in this way, the plasma welding torch 2 is positioned near the welding point of the workpiece W by a robot not shown. Next, the pressurizing cylinder 5 is operated to advance the front cylinder 20 of the plasma welding torch 2 in the Z-axis direction, and pressurizes around the welding point of the workpiece W as shown in FIG. As a result, the gap between the stacked plate-like workpieces W is narrowed to a value that enables plasma welding.
[0027]
Next, a procedure until the workpiece W is actually welded will be briefly described with reference to FIGS.
First, plasma gas and shield gas are supplied to the plasma gas passage 12t and the shield gas passage 14t of the plasma welding torch 2, respectively. Further, a DC voltage is applied between the electrode 11 and the nozzle 12 by the plasma power source 30 (see FIG. 4). Next, the high frequency generation circuit 32 is activated to apply a high frequency high voltage between the electrode 11 and the nozzle 12, and a spark is generated between the electrode 11 and the nozzle 12.
[0028]
When a spark is generated between the electrode 11 and the nozzle 12, a pilot arc is formed between the electrode 11 and the nozzle 12 by using it as a fire type (see FIG. 5). When the high-temperature plasma generated by the pilot arc is ejected from the nozzle 12 and reaches the workpiece W, a voltage is generated between the workpiece W and the nozzle 12, and as shown in FIG. Transition takes place. Then, after shifting to the main arc, the pilot line is cut off by the switch 33, and welding is performed in this state.
[0029]
Here, the nozzle 12 and the outer cylindrical body 14 of the plasma welding torch 2 are fitted and electrically connected to each other at the positions of the concave step 12d and the convex step 14d. For this reason, even if the spatter that has entered the shield gas passage 14t accumulates between the nozzle 12 and the outer cylindrical body 14, problems such as poor welding do not occur. Further, since the insulating member 16 is provided between the outer cylindrical body 14 and the front cylindrical body 20, the gap between the nozzle 12 connected to the outer cylindrical body 14 and the workpiece W contacting the front cylindrical body 20 is between. Electrically insulated. Furthermore, since the insulating member 16 is not arranged at a position that blocks the shield gas passage 14t, no spatter accumulates at the position of the insulating member 16, and a short circuit occurs between the outer cylinder body 14 and the front cylinder body 20. do not do.
[0030]
Further, since the insulating member 16 is disposed at a position not facing the shield gas passage 14t, it is not necessary to consider the adhesion of spatter, and the selection range of the material of the insulating member 16 is widened. If resin is used as the material of the insulating member 16 as in the present embodiment, the processing of the insulating member 16 is facilitated, and the manufacturing cost of the insulating member 16 can be reduced. Further, since the insulating member 16 can be screwed to the distal end portion of the outer cylindrical body 14, the insulating member 16 can be easily replaced.
[0031]
In the present embodiment, an example in which a Teflon resin is used as the insulating member 16 is shown, but it is naturally possible to use a resin other than Teflon. In addition to the resin, for example, ceramic or the like can be used.
Moreover, although the example which arrange | positions the insulating member 16 in the position which does not face the shield gas channel | path 14t was shown, if ceramic etc. are used for the material of the insulating member 16, it can also arrange | position in the position which faces the shield gas channel | path 14t. It is.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, even if spatter that has entered the shield gas passage accumulates between the nozzle and the outer cylinder, a short circuit does not occur between the nozzle and the outer cylinder, thus preventing the occurrence of poor welding due to spatter. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a tip portion of a plasma welding torch according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a tip portion of a plasma welding torch in a state in which a tip cylinder is separated.
FIG. 3 is a side view of a plasma welding machine including the plasma welding torch.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the operating principle of a plasma welding machine.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the operating principle of a plasma welding machine.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the operating principle of a plasma welding machine.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a tip portion of a conventional plasma welding torch.
[Explanation of symbols]
W Work 2 Plasma welding torch 11 Electrode 12 Nozzle 12d Concave step (fitting part)
14 Outer cylinder 14d Convex step (fitting part)
16 Insulating member 20 Lead tube

Claims

The outer peripheral surface of the nozzle that ejects the plasma arc is surrounded by the conductive outer cylinder and the conductive front cylinder connected to the tip of the outer cylinder, and a shield gas passage is formed around the nozzle, A plasma welding torch having a structure in which the tip of the front tube contacts the workpiece during welding,
The nozzle and the outer cylinder are electrically connected, and an insulating member is provided between the outer cylinder and the front cylinder to electrically insulate them. Plasma welding torch.

The plasma welding torch according to claim 1,
When the fitting portion formed on the outer peripheral surface of the nozzle and the fitted portion formed on the inner wall surface of the outer cylinder are fitted, the outer cylinder is positioned with respect to the nozzle, and the outer A plasma welding torch in which a cylindrical body and the nozzle are electrically connected.

The plasma welding torch according to claim 1 or 2,
The insulating member is formed in a cylindrical shape, and is sandwiched from the axial direction by a step formed on the outer cylinder and a step formed on the front cylinder, and the tip of the outer cylinder is further insulated The plasma welding torch according to claim 1, wherein the insulating member is disposed at a position not facing the shield gas passage by being disposed inside the member.

A plasma welding torch according to claim 3,
The plasma welding torch, wherein the insulating member is made of resin.

A plasma welding torch according to claim 3,
A female screw is formed on the inner wall surface of the insulating member, and the female screw is screwed with a male screw formed on the outer peripheral surface of the distal end portion of the outer cylindrical body. A plasma welding torch which is attached to a tip portion.

The plasma welding torch according to any one of claims 1 to 5,
A plasma welding torch, characterized in that an insulating cylinder is provided inside the tip cylinder.