JP5419858B2 - Magnetic field strength adjustment method for arc welding - Google Patents
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Description
本発明は、アーク溶接の磁場強度調整方法に関する。詳しくは、プラズマアーク溶接の磁場強度調整方法に関する。 The present invention relates to a magnetic field strength adjustment method for arc welding. In detail, it is related with the magnetic field intensity adjustment method of plasma arc welding.
従来より、アーク溶接が知られている。アーク溶接では、アークトーチの送り速度が速くなると、アークトーチの進行方向後方にアークが流れ、ワークに熱が入らない現象が生じる。この場合には、ワークが十分に予熱されないまま溶接が行われ、溶接不具合の原因となる。 Conventionally, arc welding is known. In arc welding, when the feed speed of the arc torch increases, a phenomenon occurs in which the arc flows behind the arc torch in the traveling direction and heat does not enter the workpiece. In this case, welding is performed without sufficiently preheating the workpiece, which causes a welding failure.
上記の現象を回避するため、例えば図14及び図15に示すように、アークトーチ100のノズルの先端からワークWに延びるアークAに対して、接合方向に直交する方向の磁場(図15にBで示す)を作用させることで生ずるローレンツ力F(図15にFで示す)を用いて、アークAをアークトーチ100の進行方向前方に振らせる技術が提案されている(特許文献1参照)。
In order to avoid the above phenomenon, for example, as shown in FIGS. 14 and 15, a magnetic field (B in FIG. 15) in a direction perpendicular to the joining direction with respect to an arc A extending from the tip of the nozzle of the
ところで、進行方向前方に振られるアークAの量は、アークトーチ100の送り速度に応じて変化する。このため、ワークWを十分に予熱するためには、アークトーチ100の送り速度に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。例えばアークトーチ100の送り速度を速くした場合には、進行方向前方に振るアークAの量が減少するため、溶接部の磁場強度を上げる必要がある。
By the way, the amount of the arc A swung forward in the traveling direction changes in accordance with the feed speed of the
また、板厚の異なるワーク同士を突き合わせ溶接する際には、その板厚差に応じて、ワークWの突き合わせ部の表面に漏れる磁束が変化し、進行方向前方に振られるアークAの量が変化する。このため、板厚差に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。例えば板厚差を小さくした場合には、突き合わせ部の表面に漏れる磁束が減少するため、溶接部の磁場強度を上げる必要がある。 When workpieces with different plate thicknesses are butt welded, the magnetic flux leaking to the surface of the butt portion of the workpiece W changes depending on the plate thickness difference, and the amount of arc A swung forward in the traveling direction changes. To do. For this reason, it is necessary to adjust the magnetic field intensity of a welded part according to a plate | board thickness difference. For example, when the plate thickness difference is reduced, the magnetic flux leaking to the surface of the butt portion is reduced, so that it is necessary to increase the magnetic field strength of the welded portion.
また、ワークWの板厚に応じて、溶融に必要な溶接電流は異なり、溶接電流の大きさによって進行方向前方に振られるアークAの量が変化する。このため、ワークWの板厚に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。例えばワークWの板厚を厚くした場合には、溶接電流を大きくするため、溶接部の磁場強度を上げる必要がある。 Further, the welding current required for melting differs depending on the thickness of the workpiece W, and the amount of arc A swung forward in the traveling direction varies depending on the magnitude of the welding current. For this reason, it is necessary to adjust the magnetic field strength of the welded portion in accordance with the thickness of the workpiece W. For example, when the thickness of the workpiece W is increased, it is necessary to increase the magnetic field strength of the welded portion in order to increase the welding current.
磁場強度を調整する方法としては、電磁石、電源及びコントローラ等を設け、励磁電流を調整する方法が一般的である。しかしながら、この方法では、コストが増加するうえ、装置が大型化するという問題があった。特に、これらをアークトーチに付随させた場合には、加工部が大型化して小回りが利かなくなるという問題があった。 As a method of adjusting the magnetic field strength, a method of adjusting an exciting current by providing an electromagnet, a power source, a controller, and the like is common. However, this method has a problem that the cost increases and the apparatus becomes large. In particular, when these are attached to the arc torch, there is a problem in that the processing portion becomes large and the small turn becomes difficult.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁場を利用したアーク溶接において、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、溶接部の磁場強度の調整が可能な技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a technique capable of adjusting the magnetic field strength of a welding portion while avoiding an increase in cost and an increase in size of an apparatus in arc welding using a magnetic field. It is to provide.
上記目的を達成するため本発明では、突き合わせたワーク(例えば、後述のワークW)をアークトーチ(例えば、後述のプラズマトーチ10,40)により溶接するアーク溶接(例えば、後述のプラズマアーク溶接装置1,2によるプラズマアーク溶接)において、前記アークトーチが進行する接合方向に対して直交する方向の磁場(例えば、後述の磁場B)を前記ワークの内部に生成し、前記アークトーチと前記ワークとの間に流れる電流(例えば、後述の電流I)と、前記磁場とに起因したローレンツ力(例えば、後述のローレンツ力F)により、アーク(例えば、後述のアークA)の先端側を前記アークトーチの進行方向前方に曲げてアーク溶接する際に、溶接部の磁場強度を調整する方法を提供する。本発明に係るアーク溶接の磁場強度調整方法は、前記アークトーチと前記ワークの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、前記溶接部の磁場強度を調整することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention, arc welding (for example, plasma
本発明では、磁場を利用したアーク溶接において、アークトーチとワークの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、溶接部の磁場強度を調整する。すなわち、元磁束の調整は行わないため、電磁石、電源及びコントローラを設ける必要がなく、これらの代わりに小さくて安価な永久磁石を用いることができる。従って、本発明によれば、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、アークトーチとワークの突き合わせ部との相対位置を変更するのみで、容易にアーク溶接部の磁場強度を調整できる。
また、アークトーチとワークの突き合わせ部との相対位置を変更するのみであるため、ワークの板厚や板組み、溶接速度等に応じて、溶接部の磁場強度を容易に調整でき、良好な溶接が可能となる。
また、本発明に係る磁場強度調整方法は、ビード幅が広く板幅方向におけるアークトーチの狙い位置に裕度があるプラズマアーク溶接に対して、特に好ましく適用される。
In the present invention, in arc welding using a magnetic field, the magnetic field strength of the welded portion is adjusted by changing the relative position between the arc torch and the butt portion of the workpiece. That is, since the original magnetic flux is not adjusted, there is no need to provide an electromagnet, a power source and a controller, and a small and inexpensive permanent magnet can be used instead. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily adjust the magnetic field strength of the arc welded portion only by changing the relative position between the arc torch and the abutting portion of the workpiece while avoiding an increase in cost and an increase in the size of the apparatus.
In addition, since only the relative position between the arc torch and the abutting part of the work is changed, the magnetic field strength of the welded part can be easily adjusted according to the work thickness, plate assembly, welding speed, etc. Is possible.
The magnetic field strength adjusting method according to the present invention is particularly preferably applied to plasma arc welding with a wide bead width and a tolerance at the target position of the arc torch in the plate width direction.
本発明によれば、磁場を利用したアーク溶接において、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、溶接部の磁場強度の調整が可能な技術を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the arc welding using a magnetic field, the technique which can adjust the magnetic field intensity of a welding part can be provided, avoiding the increase in cost and the enlargement of an apparatus.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明の磁場強度調整方法を適用した第1実施形態に係るプラズマアーク溶接装置1の斜視図である。
プラズマアーク溶接装置1は、ワークWを突き合わせ溶接することで、テーラードブランク材を形成する。図1では、板厚が比較的薄いワークW(1)と、ワークW(1)よりも板厚が厚いワークW(2)との突き合わせ溶接を示している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a plasma
The plasma
図1に示すように、プラズマアーク溶接装置1は、アークトーチとしてのプラズマトーチ10と、磁場を生成する永久磁石20S,20Nと、支持フレーム30と、を備える。
As shown in FIG. 1, the plasma
図2は、プラズマアーク溶接装置1を概略的に示す正面図である。
図2に示すように、プラズマトーチ10は、棒状の電極11と、この電極11を囲んで設けられてプラズマガスを噴出する円筒形状の第1ノズル12と、この第1ノズル12を囲んで設けられてシールドガスを噴出する円筒形状の第2ノズル14と、を備える。
FIG. 2 is a front view schematically showing the plasma
As shown in FIG. 2, the
第1ノズル12の先端には、円形状の第1噴出口13が形成されており、この第1噴出口13を通して、プラズマガスが噴出する。
第2ノズル14の先端には、円環形状の第2噴出口15が形成されており、この第2噴出口15を通して、シールドガスが噴出する。
第2ノズル14の第2噴出口15は、第1ノズル12の第1噴出口13よりも、電極11の軸方向の先端側に位置している。
A circular
An annular
The
図1に戻って、永久磁石20S,20Nは、アークAの先端側をプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げる磁場Bを、ワークWの内部に生成する。
永久磁石20S,20NによってワークWの内部に生成する磁場Bは、プラズマトーチ10の進行方向(接合方向)に対して直交する方向の磁場である。プラズマアーク溶接装置1の右側面図である図3に示すように、磁場Bと、プラズマトーチ10とワークWとの間に流れる電流Iとに起因したローレンツ力Fにより、アークAの先端側はプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げられる。
Returning to FIG. 1, the
The magnetic field B generated inside the workpiece W by the
図1に戻って、永久磁石20S,20Nは、溶接部の上方に位置するプラズマトーチ10を中心として、プラズマトーチ10を囲むように、平面視で前後、左右に配置される。
すなわち、プラズマトーチ10の進行方向(接合方向)前方に向かって突き合わせ部の一方側(例えば左側)には、N極の永久磁石20Nが接合方向の前後に2つ配置される。
プラズマトーチ10の進行方向(接合方向)に向かって突き合わせ部の他方側(例えば右側)には、S極の永久磁石20Sが接合方向の前後に2つ配置される。
Returning to FIG. 1, the
That is, two N-pole
On the other side (for example, the right side) of the butted portion toward the traveling direction (bonding direction) of the
接合方向前方の永久磁石20Nと永久磁石20Sは、突き合わせ部の延びる方向(接合線)と直交する平面内で互いに対向して配置される。そのため、接合方向前方の永久磁石20Nから永久磁石20Sへ向かう磁場Bの方向は、突き合わせ部の延びる方向(接合線)と直交する。
同様に、接合方向後方の永久磁石20Nと永久磁石20Sは、突き合わせ部の延びる方向(接合線)と直交する平面内で互いに対向して配置される。そのため、接合方向後方の永久磁石20Nから永久磁石20Sへ向かう磁場Bの方向は、突き合わせ部の延びる方向(接合線)と直交する。
The
Similarly, the
支持フレーム30は、ワークWの上面を保持する一対のクランプ31を備える。一対のクランプ31はそれぞれ、突き合わせ部側に、接合方向に沿って延設された貫通溝33を備える。貫通溝33は、円柱状の永久磁石20S,20Nの径よりも大きい幅で形成されている。
支持フレーム30は、永久磁石20S,20N及びこれらの中心に位置するプラズマトーチ10を支持する。
The
The
プラズマトーチ10は、その下端から延びるアークAが、ワークWの突き合わせ部を溶接可能な所定の高さに位置するように、支持フレーム30に支持される。
永久磁石20S,20Nはそれぞれ、貫通溝33を通って、それらの下端面とワークWの上面との間に微小な間隙が形成されるように、支持フレーム30に支持される。
The
Each of the
永久磁石20S,20Nとプラズマトーチ10との距離、及び永久磁石20S,20NとワークWとの間隔は、アークAの基端側にまで磁場Bが作用してアークAが基端から進行方向前方に曲がるのを回避しつつ、ワークWを十分に磁化して突き合わせ部の表面に大きな漏れ磁場が生成するように、それぞれ設定される。
The distance between the
なお、支持フレーム30は、プラズマトーチ10を上昇又は下降させる図示しない第1昇降機構と、プラズマトーチ10を水平移動させる図示しない第1移動機構と、を備える。
また、支持フレーム30は、永久磁石20S,20Nを上昇又は下降させる図示しない第2昇降機構と、永久磁石20S,20Nを水平移動させる図示しない第2移動機構と、を備える。
The
The
ここで、プラズマアーク溶接装置1によるプラズマアーク溶接において、溶接部の磁場強度を調整する方法について、図4〜図6を参照しながら説明する。なお、本明細書において溶接部の磁場強度とは、プラズマトーチ10の真下でアークAに対向する部分の磁場強度を意味する。
Here, a method for adjusting the magnetic field strength of the welded part in plasma arc welding by the plasma
図4は、薄板のワークW(1)と厚板のワークW(2)とを突き合わせたワークWにおいて、接合方向に対して直交する方向の磁場BをワークWの内部に生成させたときの、接合方向に直交する板幅方向と接合方向の磁束密度(ワークの上面から2mmの高さ位置における磁束密度)を示す図である。
なお、図4では、突き合わせ部を板幅方向の基準点(0)とし、厚板側における基準点からの距離をプラスで表し、薄板側における基準点からの距離をマイナスで表している。また、接合方向の中央部を接合方向の基準点(0)とし、始端側における基準点からの距離をプラスで表し、終端側における基準点からの距離をマイナスで表している。
FIG. 4 shows a case where a magnetic field B in a direction perpendicular to the joining direction is generated inside the work W in the work W obtained by abutting the thin work W (1) and the thick work W (2). It is a figure which shows the magnetic flux density (magnetic flux density in the height position of 2 mm from the upper surface of a workpiece | work) in the board width direction orthogonal to a joining direction and a joining direction.
In FIG. 4, the butt portion is a reference point (0) in the plate width direction, the distance from the reference point on the thick plate side is represented by plus, and the distance from the reference point on the thin plate side is represented by minus. Further, the center part in the joining direction is defined as a reference point (0) in the joining direction, the distance from the reference point on the start side is represented by plus, and the distance from the reference point on the end side is represented by minus.
図4に示すように、板幅方向では、突き合わせ部が最も磁束密度が高く、突き合わせ部から離れるに従って磁束密度が低下する。これは、板厚差によって、厚板側の突き合わせ面から大きな漏れ磁場が生じているためである。これに対して、接合方向では、磁束密度はほぼ一定である。
また、図5は、接合方向の中央部における板幅方向の磁束密度を示す図である。この図5からも明らかなように、突き合わせ部が最も磁束密度が高く、突き合わせ部から離れるに従って磁束密度が低下する。
As shown in FIG. 4, in the plate width direction, the butt portion has the highest magnetic flux density, and the magnetic flux density decreases as the distance from the butt portion increases. This is because a large leakage magnetic field is generated from the abutting surface on the thick plate side due to the plate thickness difference. On the other hand, the magnetic flux density is substantially constant in the joining direction.
FIG. 5 is a diagram showing the magnetic flux density in the plate width direction at the center in the joining direction. As is apparent from FIG. 5, the butt portion has the highest magnetic flux density, and the magnetic flux density decreases as the distance from the butt portion increases.
このように、薄板のワークW(1)と厚板のワークW(2)とを突き合わせたワークWでは、接合方向に対して直交する方向の磁場BをワークWの内部に生成させた場合に、板幅方向で磁束密度に差が生じる特性がある。この特性は、板厚差の無い突き合わせワークにおいても同様に確認されるが、板厚差のある突き合わせワークの方がより顕著である。
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法は、この特性を利用して、必要な磁束密度に応じて板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を調整する。すなわち、プラズマトーチ10とワークWの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、溶接部の磁場強度を調整する。
In this way, in the workpiece W in which the thin workpiece W (1) and the thick workpiece W (2) are abutted, a magnetic field B in a direction orthogonal to the joining direction is generated inside the workpiece W. There is a characteristic that a difference in magnetic flux density occurs in the plate width direction. This characteristic is also confirmed in the case of a butt workpiece having no difference in thickness, but is more remarkable in a butt workpiece having a thickness difference.
Therefore, the magnetic field intensity adjustment method of the present embodiment uses this characteristic to adjust the target position of the
本実施形態の磁場強度調整方法について、具体例を挙げて詳しく説明する。
例えば、プラズマトーチ10の送り速度(溶接速度)に応じて、進行方向前方に振られるアークAの量は変化する。このため、ワークWを十分に予熱するためには、プラズマトーチ10の送り速度に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。
The magnetic field strength adjustment method of this embodiment will be described in detail with a specific example.
For example, the amount of arc A swayed forward in the traveling direction changes according to the feed speed (welding speed) of the
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法では、プラズマトーチ10の送り速度を速くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を、突き合わせ部により近く磁束密度の高い位置に変更する。例えば図6に示すように、通常、板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置は、突き合わせ部から厚板側に0.5mm離れた位置(図6のP2)であるところ、送り速度を20%速くした場合には、最も磁束密度の高い突き合わせ部(図6のP1)に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が上がるため、プラズマトーチ10の送り速度を速くすることによって進行方向前方に振られるアークAの量が減少するのを抑制できる。
Therefore, in the magnetic field intensity adjustment method of the present embodiment, when the feed speed of the
一方、プラズマトーチ10の送り速度を遅くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を、突き合わせ部からより離れた磁束密度の低い位置に変更する。例えば図6に示すように、送り速度を10%遅くした場合には、通常の位置(図6のP2)よりも厚板側に0.5mm離れた位置(図6のP3)に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が下がるため、プラズマトーチ10の送り速度を遅くすることによって進行方向前方に振られるアークAの量が過剰となるのを抑制できる。
On the other hand, when the feeding speed of the
また、例えば板厚の異なるワーク同士を突き合わせ溶接する際には、その板厚差に応じて、ワークWの表面に漏れる磁束が変化し、進行方向前方に振られるアークAの量は変化する。このため、板厚差に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。 For example, when the workpieces having different plate thicknesses are butt-welded, the magnetic flux leaking to the surface of the workpiece W changes according to the plate thickness difference, and the amount of the arc A shaken forward in the traveling direction changes. For this reason, it is necessary to adjust the magnetic field intensity of a welded part according to a plate | board thickness difference.
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法では、板厚差を小さくした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を、突き合わせ部により近く磁束密度の高い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が上がるため、板厚差を小さくしたことによって進行方向前方に振られるアークAの量が減少するのを抑制できる。
Therefore, in the magnetic field strength adjustment method of the present embodiment, when the plate thickness difference is reduced, the target position of the
一方、板厚差を大きくした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を、突き合わせ部からより離れた磁束密度の低い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が下がるため、板厚差を大きくしたことによって進行方向前方に振られるアークAの量が過剰となるのを抑制できる。
On the other hand, when the plate thickness difference is increased, the target position of the
また、例えばワークWの板厚に応じて、溶融に必要な溶接電流は異なり、溶接電流の大きさによって進行方向前方に振られるアークAの量は変化する。このため、ワークWの板厚に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。 Further, for example, the welding current required for melting differs depending on the plate thickness of the workpiece W, and the amount of arc A shaken forward in the traveling direction varies depending on the magnitude of the welding current. For this reason, it is necessary to adjust the magnetic field strength of the welded portion in accordance with the thickness of the workpiece W.
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法では、ワークWの板厚を厚くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を、突き合わせ部により近く磁束密度の高い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が上がるため、板厚を厚くしたことによって溶接電流が大きくなり進行方向前方に振られるアークAの量が減少するのを抑制できる。
Therefore, in the magnetic field strength adjustment method of the present embodiment, when the thickness of the workpiece W is increased, the target position of the
一方、ワークWの板厚を薄くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を、突き合わせ部からより離れた磁束密度の低い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が下がるため、板厚が薄いことによって溶接電流が小さくなり進行方向前方に振られるアークAの量が過剰となるのを抑制できる。
On the other hand, when the plate thickness of the workpiece W is reduced, the target position of the
本実施形態の磁場強度調整方法を適用したプラズマアーク溶接装置1の動作について、図1〜図3を参照しながら説明する。
Operation | movement of the plasma
先ず、本実施形態の磁場強度調整方法に従って、ワークWの板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置を、ワークWの板厚、板厚差、及び溶接速度等に応じて決定する。決定後、支持フレーム30に支持されたプラズマトーチ10の真下に、決定した狙い位置が配置されるように、ワークWを一対のクランプ31でクランプする。
First, according to the magnetic field strength adjustment method of the present embodiment, the target position of the
次いで、第2移動機構及び第2昇降機構により、永久磁石20S,20Nを溶接始端に対応した位置に配置する。このとき、永久磁石20S,20Nは、貫通溝33を通って、それらの下端面とワークWの上面との間に微小な間隙が形成されるようにして配置される。これにより、N極の永久磁石20Nから、ワークWを通ってS極の永久磁石20Sへ向かう磁場Bが形成されるとともに、溶接部の磁場強度が所望の強度に設定される。
Next, the
次いで、第1移動機構及び第1昇降機構により、溶接始端上の所定の高さ位置に、プラズマトーチ10を配置する。
Next, the
次いで、第1ノズル12の第1噴出口13からプラズマガスを噴出させつつ、電極11とワークWとの間に電圧を印加して、アークAを発生させる。また、第2ノズル14の第2噴出口15から、アークAの周囲を囲むようにシールドガスを噴出させる。
Subsequently, an arc A is generated by applying a voltage between the
すると、アークAを流れる電流Iの方向(図1参照)と、ワークWの突き合わせ部から漏れる磁場Bとに起因したローレンツ力Fにより、アークAの先端側がプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げられる。
Then, the tip side of the arc A is bent forward in the direction of travel of the
この状態で、第1移動機構により、プラズマトーチ10を接合方向に水平移動させる。また、第2移動機構により、永久磁石20S,20Nを貫通溝33に沿って接合方向に水平移動させる。これにより、十分な溶け込み深さが確保された溶融池Pが形成されて、良好な溶接が行われる。
In this state, the
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
(1)ワークWの内部に磁場Bを生成することにより、磁場Bが最も強い箇所はワークWの内部であり、ワークWから離れるに従って磁場Bは弱くなる。従って、アークAを曲げるローレンツ力Fは、ワークWに近いほど強く、プラズマトーチ10に近いほど弱くなる。このため、アークAの先端側のみをプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げることができる。
According to this embodiment, the following effects are produced.
(1) By generating the magnetic field B inside the work W, the place where the magnetic field B is the strongest is inside the work W, and the magnetic field B becomes weaker as the distance from the work W increases. Accordingly, the Lorentz force F that bends the arc A is stronger as it is closer to the workpiece W, and is weaker as it is closer to the
(2)アークAの先端側のみをプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げることができるため、例えばアークAが基端から曲がってワークWから浮いてしまうことがなく、深い入熱領域が得られる。このため、十分な溶け込み深さを確保することができる。
(2) Since only the front end side of the arc A can be bent forward in the traveling direction of the
(3)アークAの先端側のみをプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げて、しかも十分な溶け込み深さを確保することができるため、進行方向前方に十分な入熱量を確保することができる。このため、溶接速度を向上させることができる。
(3) Since only the front end side of the arc A can be bent forward in the traveling direction of the
(4)アークAの先端側のみをプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げることができるため、例えばアークAが基端から曲がって、曲がったアークAがノズル自体を焼いてしまうことがなく、ノズルにダメージを及ぼさない。このため、ノズル先端部の消耗を低減することができる。
(4) Since only the front end side of the arc A can be bent forward in the traveling direction of the
(5)プラズマトーチ10とワークWの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、溶接部の磁場強度を調整できる。すなわち、元磁束の調整は行わないため、電磁石、電源及びコントローラを設ける必要がなく、小さくて安価な永久磁石20S,20Nを用いることができる。従って、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、プラズマトーチ10とワークWの突き合わせ部との相対位置を変更するのみで、容易に溶接部の磁場強度を調整できる。
(5) By changing the relative position between the
(6)また、プラズマトーチ10とワークWの突き合わせ部との相対位置を変更するのみであるため、ワークWの板厚や板組み、溶接速度等に応じて、溶接部の磁場強度を容易に調整でき、良好な溶接が可能となる。
(6) In addition, since only the relative position between the
(7)また、プラズマアーク溶接装置1によるプラズマアーク溶接では、ビード幅が広く、ワークWの板幅方向におけるプラズマトーチ10の狙い位置に裕度があるため、本実施形態に係る磁場強度調整方法が特に好ましく適用される。
(7) In the plasma arc welding by the plasma
<第2実施形態>
図7は、本発明の磁場強度調整方法を適用した第2実施形態に係るプラズマアーク溶接装置2の斜視図である。以下の説明において、第1実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Second Embodiment
FIG. 7 is a perspective view of the plasma
図7に示すように、プラズマアーク溶接装置2は、プラズマトーチ40の構成が第1実施形態のプラズマトーチ10と異なる以外は、同様の構成である。
As shown in FIG. 7, the plasma
図8は、プラズマトーチ40の断面図である。
図8に示すように、プラズマトーチ40は、棒状の電極41と、この電極41を囲んで設けられてプラズマガスを噴出する円筒形状の第1ノズル42と、この第1ノズル42を囲んで設けられてシールドガスを噴出する円筒形状の第2ノズル47と、を備える。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 8, the
第1ノズル42の先端には、円形状の第1噴出口43が形成されており、この第1噴出口43を通して、プラズマガスが噴出する。
この第1ノズル42は、筒状の内筒部44と、この内筒部44を囲んで設けられた外筒部45と、を備える。
A circular
The
図9は、第1ノズル42の外筒部45の斜視図である。
外筒部45の先端部分は、先端に向かうに従って細くなる略円錐形状であり、この外筒部45の先端部分の外周面には、電極41の軸方向に対して傾斜した複数の溝部46が形成されている。この溝部46は、外筒部45の先端まで延びている。
FIG. 9 is a perspective view of the
The distal end portion of the outer
図8に戻って、第2ノズル47の先端には、円環形状の第2噴出口48が形成されており、この第2噴出口48を通して、シールドガスが噴出する。
第2ノズル47の第2噴出口48は、電極41から離れる方向に向いている。また、第2ノズル47の第2噴出口48は、第1ノズル42の第1噴出口43よりも、電極41の軸方向の基端側に位置している。
また、上述の第1ノズル42の溝部46は、第2ノズル47の第2噴出口48まで延びている。
Returning to FIG. 8, an annular
The
Further, the
プラズマアーク溶接装置2によるプラズマアーク溶接では、第1実施形態と同様に、上述した磁場強度調整方法が適用される。
In the plasma arc welding by the plasma
上述した磁場強度調整方法を適用したプラズマアーク溶接装置1の動作について、図10〜図13を参照しながら説明する。
The operation of the plasma
先ず、上述した磁場強度調整方法に従って、ワークWの板幅方向におけるプラズマトーチ40の狙い位置を、ワークWの板厚、板厚差、及び溶接速度等に応じて決定する。決定後、支持フレーム30に支持されたプラズマトーチ40の真下に、決定した狙い位置が配置されるように、ワークWを一対のクランプ31でクランプする。
First, according to the magnetic field strength adjusting method described above, the target position of the
次いで、第2移動機構及び第2昇降機構により、永久磁石20S,20Nを溶接始端に対応した位置に配置する。このとき、永久磁石20S,20Nは、貫通溝33を通って、それらの下端面とワークWの上面との間に微小な間隙が形成されるようにして配置される。これにより、N極の永久磁石20Nから、ワークWを通ってS極の永久磁石20Sへ向かう磁場Bが形成されるとともに(図12参照)、溶接部の磁場強度が所望の強度に設定される。
Next, the
次いで、第1移動機構及び第1昇降機構により、溶接始端上の所定の高さ位置に、プラズマトーチ40を配置する。
Next, the
次いで、第1ノズル42の第1噴出口43からプラズマガスを噴出させつつ、電極41とワークWとの間に電圧を印加して、アークAを発生させる。また、第2ノズル47の第2噴出口48から、アークAの周囲を囲むようにシールドガスを噴出させる。
Next, a voltage is applied between the
すると、シールドガスは、複数の溝部46に沿って図10中白抜き矢印の方向に流れて、第2噴出口48から噴出する。この噴出したシールドガスは、アークAから離れる方向に拡がりながら、アークAの表面に沿って螺旋状に流れて、溶融池Pの表面に対して、アークAを回転中心として回転する方向すなわち図10中黒矢印方向に、吹き付けられる。
具体的には、図11に示すように、ワークW(1)及びワークW(2)の8箇所にシールドガスが吹き付けられ、各箇所でのシールドガスの流れる方向は、図11中黒矢印で示すようになる。
Then, the shield gas flows in the direction of the white arrow in FIG. 10 along the plurality of
Specifically, as shown in FIG. 11, shield gas is sprayed on 8 locations of the workpiece W (1) and the workpiece W (2), and the flow direction of the shield gas at each location is indicated by a black arrow in FIG. 11. As shown.
また、アークAを流れる電流Iの方向(図7参照)と、ワークWの突き合わせ部から漏れる磁場Bとに起因したローレンツ力Fにより、アークAの先端側がプラズマトーチ10の進行方向前方へ曲げられる。
Further, the tip side of the arc A is bent forward in the traveling direction of the
この状態で、第1移動機構により、プラズマトーチ40を接合方向に水平移動させる。また、第2移動機構により、永久磁石20S,20Nを貫通溝33に沿って接合方向に水平移動させる。すると、十分な溶け込み深さが確保された溶融池Pが、図11に示すように、平面視でアークAの前方及び後方に向かって延びるように形成される。
In this state, the
また、吹き付けるシールドガスにより、アークAの進行方向後方側の図11中破線で囲まれた領域の溶融金属が、厚板のワークW(2)から薄板のワークW(1)に向かって押されて移動する。これにより、この移動した溶融金属によって薄板のワークW(1)の母材の凹んだ部分が埋められながら、良好な溶接が行われる。 Further, the molten metal in the region surrounded by the broken line in FIG. 11 on the rear side in the traveling direction of the arc A is pushed from the thick plate workpiece W (2) toward the thin plate workpiece W (1) by the sprayed shielding gas. Move. Thereby, favorable welding is performed while the recessed part of the base material of the thin workpiece | work W (1) is filled with this moved molten metal.
本実施形態によれば、第1実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
(8)板厚差のあるワークW(1)とワークW(2)を溶接する場合に、螺旋状に流れるシールドガスを溶融池Pの表面に吹き付けて、アークAの進行方向後側の溶融金属を、薄板のワークW(1)に向かって移動させることができる。これにより、この移動した溶融金属により薄板のワークW(1)の母材の凹んだ部分を埋めることができる。その結果、薄板のワークW(1)の板厚がアンダカットにより薄くなるのを抑制して、溶接後のワークWの強度を確保できる。
According to this embodiment, in addition to the effect of 1st Embodiment, the following effects are show | played.
(8) When welding the workpiece W (1) and the workpiece W (2) having a difference in plate thickness, a shield gas flowing spirally is sprayed on the surface of the molten pool P to melt the rear side of the arc A in the traveling direction. The metal can be moved toward the thin workpiece W (1). Thereby, the recessed part of the base material of the thin-plate workpiece | work W (1) can be filled with this moved molten metal. As a result, it is possible to suppress the thickness of the thin workpiece W (1) from being reduced by undercut, and to secure the strength of the workpiece W after welding.
(9)第2ノズル47の第2噴出口48を電極41から離れる方向に向けたので、この第2ノズル47からシールドガスを噴出させると、噴射されたシールドガスは、アークAから離れる方向に拡がっていく。よって、シールドガスがアークAに直接当たらないため、アークAが乱れるのを防止でき、溶接が安定する。
(9) Since the
(10)溝部46を第2ノズル47の第2噴出口48まで延ばしたので、シールドガスの流量を少なくしても、プラズマガスを安定させつつ、溶融金属を確実に移動させることができる。
(10) Since the
(11)第2ノズル47の第2噴出口48を、第1ノズル42の第1噴出口43よりも、電極41の軸方向の基端側に位置させたので、シールドガスが直接アークAに当たるのを防いで、アークAが乱れるのを防止できる。
(11) Since the
(12)本実施形態によれば、第2ノズル47の第2噴出口48から噴出して螺旋状に流れるシールドガスによって、さらにビード幅が広くなり、板幅方向におけるプラズマトーチ40の狙い位置にさらに裕度があるため、上述した磁場強度調整方法がさらに好ましく適用される。
(12) According to the present embodiment, the bead width is further widened by the shield gas that flows from the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば上記実施形態では、ワークWのクランプ位置をずらすことにより、溶接部の磁場強度を調整したがこれに限定されない。第1移動機構によって、クランプしたワークWに対してプラズマトーチ10,40の位置を板幅方向にずらすことにより、溶接部の磁場強度を調整してもよい。
また上記実施形態では、本発明の磁場強度調整方法をプラズマアーク溶接に適用したが、これに限定されない。例えば、TIGアーク溶接に適用してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the above embodiment, the magnetic field strength of the weld is adjusted by shifting the clamp position of the workpiece W, but the present invention is not limited to this. The magnetic field strength of the welded portion may be adjusted by shifting the positions of the plasma torches 10 and 40 in the plate width direction with respect to the clamped workpiece W by the first moving mechanism.
Moreover, in the said embodiment, although the magnetic field strength adjustment method of this invention was applied to plasma arc welding, it is not limited to this. For example, it may be applied to TIG arc welding.
1,2…プラズマアーク溶接装置
10,40…プラズマトーチ(アークトーチ)
20S,20N…永久磁石
A…アーク
B…磁場
I…電流
F…ローレンツ力
W…ワーク
1, 2 ... Plasma
20S, 20N ... Permanent magnet A ... Arc B ... Magnetic field I ... Current F ... Lorentz force W ... Workpiece
Claims (1)
前記アークトーチと前記ワークとの間に流れる電流と、前記磁場とに起因したローレンツ力により、アークの先端側を前記アークトーチの進行方向前方に曲げてアーク溶接する際に、溶接部の磁場強度を調整するアーク溶接の磁場強度調整方法であって、
前記アークトーチと前記ワークの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、前記溶接部の磁場強度を調整することを特徴とするアーク溶接の磁場強度調整方法。 In arc welding in which the butted workpieces are welded by an arc torch, a magnetic field in a direction perpendicular to the joining direction in which the arc torch proceeds is generated inside the workpiece,
Magnetic field strength of the weld when bending the front end side of the arc forward in the direction of travel of the arc torch by the Lorentz force caused by the current flowing between the arc torch and the workpiece and the magnetic field. A magnetic field strength adjustment method of arc welding for adjusting
A magnetic field strength adjustment method for arc welding, wherein the magnetic field strength of the welded portion is adjusted by changing a relative position between the arc torch and the butted portion of the workpiece.
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