JP5791109B2 - 2電極プラズマトーチによる溶接方法 - Google Patents
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Description
イ)アンダーカットが発生し、
ロ)なめ付け溶接では、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。
(1)各電極の一方を、溶接線の延びる方向で先行する電極すなわち先行極として溶接対象材を予熱するプラズマアーク発生に設定し、他方を、後行する電極すなわち後行極として裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該後行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、前記先行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に走行駆動を開始し、先行極および後行極のプラズマアークは、各極が溶接対象材の後端以降にあるときに停止する、2電極プラズマトーチによる溶接方法,および、
(2)各電極の一方を、溶接線の延びる方向で先行する電極すなわち先行極として裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、他方を、後行する電極すなわち後行極として溶接線をなめ付けするプラズマアークに設定し、先行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、後行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に走行駆動を開始し、先行極および後行極のプラズマアークは、各極が溶接対象材の後端以降にあるときに停止する、2電極プラズマトーチによる溶接方法、を提示した(特許文献4)。
前記溶接対象材(31a,31b)の溶接方向の後端に、プラズマフレーム直下となる位置にスリット又は凹溝がある水冷銅タブでなる後端タブ(39a,39b)を設けて、溶接線の延びる方向で先行する非消耗電極すなわち先行極で予熱プラズマアークを後行する非消耗電極すなわち後行極でキーホールプラズマアークを発生し、又は、先行極でキーホールプラズマアークを後行極でなめ付けプラズマアークを発生し、後行極が前記後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、先行極のプラズマアークを継続する、ことを特徴とする2電極プラズマトーチによる溶接方法(図7,図9,図11,図14,図16)。
裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該後行極によるキーホール溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図7,図9,図16)。
キーホール溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該先行極によるキーホール溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図11,図14)。
前記先行極がプラズマアークを起動した位置に前記後行極が到達すると、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極が該後端に達すると前記走行駆動の速度を下げ、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極によるクレータ処理期間後に、先行極および後行極のプラズマアークを停止する、上記(5)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図7,表1)。
前記後行極によりキーホールが形成されるときに、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換える、上記(5)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図9,図10,表2)。
前記後行極が溶接対象材の先端に達すると前記走行駆動を高速に、かつ先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ前記走行駆動を低速に切換えて後端で先行極および後行極のプラズマアークを停止する、上記(6)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図11,図12,表3)。
キーホール溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該先行極によるキーホール溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(10)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図14,図15,表4)。
裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該後行極によるキーホール成溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(10)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図16,図17)。
インサートチップ1のチップ基体の先端の中心軸位置には先端突起1cがあり、溶接方向となるy方向で該先端突起1cの両側に、ノズル部材20a,20bの笠21a,21bの裏面をうける先端平面1d,1eがある。各先端平面1d,1eの中央位置に、ノズル部材挿入穴18a,18b(図5の(b))がある。ノズル部材挿入穴18a,18bに挿入されたノズル部材20a,20bの笠部21a,21bの、円弧の一部を直線状に削除した切欠面26a,26bが、先端突起1cの側面である係止面にぴったり接触する。すなわち係合する。これによりインサートチップ1のチップ基体に対するノズル部材20a,20bの、中心軸を中心とする回転が阻止される。この係合は、ノズル部材20a,20bをインサートチップ1のチップ基体に挿入してナット25a,25bでねじ締め付けして固定するときのノズル部材20a,20bの廻り止め、および、ノズル部材20a,20bをインサートチップ1のチップ基体から取り外すためにナット25a,25bを緩め廻しするときのノズル部材20a,20bの廻り止め、として機能する。この係合は更に、ノズル軸がインサートチップ1のチップ基体中心軸(z)に対して傾斜したノズル部材20c,20d(図6)の該ノズル軸の傾斜方向を溶接方向(y)に固定(設定)する機能もある。
(1)図2,図5に示す態様,
(2)図2に示すノズル部材20aをノズル部材20cに置換し、ノズル部材20cを溶接方向(y)で先行ノズルとする態様,
(3)図2に示すノズル部材20bをノズル部材20cに置換し、ノズル部材20cを後行ノズルとする態様,
(4)図2に示すノズル部材20a,20bを共にノズル部材20cの形態とする態様,
(5)図2に示すノズル部材20aをノズル部材20dに置換し、ノズル部材20dを先行ノズルとする態様,
(6)図2に示すノズル部材20bをノズル部材20dに置換し、ノズル部材20dを後行ノズルとする態様,
(7)図2に示すノズル部材20a,20bを共にノズル部材20dの形態とする態様,
(8)図2に示すノズル部材20a,20bをノズル部材20c,20dに置換し、ノズル部材20cを先行ノズルとする態様、および、
(9)図2に示すノズル部材20a,20bをノズル部材20c,20dに置換し、ノズル部材20dを先行ノズルとする態様、
がある。溶接対象板厚ならびに所望の溶接電流,溶接速度および溶接品質(例えば所望ビード形状)に対応して、上記(1)〜(9)の態様のいずれかを選択することができる。図20〜図22には、図2に示すノズル部材20aを図6の(c1),(c2)に示すノズル部材20dに置換し、図2に示すノズル部材20bを図6の(b1),(b2)に示すノズル部材20cに置換した態様を示す。なお、以下の実施例のいずれも、図20〜図22に示す態様と同様に、図2に示すノズル部材20aを図6の(c1),(c2)に示すノズル部材20dに置換し、図2に示すノズル部材20bを図6の(b1),(b2)に示すノズル部材20cに置換した、前進角ノズルを用いる態様である。次に、2電極プラズマトーチを用いる本発明の溶接方法の実施例を示す。
1.後行キーホールモード(先行極,後行極同時着火)−図7,図8,表1−
第1実施例は、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、溶接対象材31a,31bの後端に後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該2電極プラズマトーチ30を溶接対象材31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
2.後行キーホールモード(先行極先行着火)−図9,図10,表2−
第2実施例も、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、溶接対象材31a,31bの後端に後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該2電極プラズマトーチ30を溶接対象材31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
3.先行キーホールモード(先行極先行着火)−図11,図12−
第3実施例も、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、溶接対象材31a,31bの後端に後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該2電極プラズマトーチ30を溶接対象材31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
4.先行キーホールモード(タブ材使用;先行極,後行極同時着火)
第4実施例は、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、図13に示すように溶接対象材31a,31bの先端および後端に、先端タブ38a,38bおよび後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該2電極プラズマトーチ30を溶接対象材31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
5.後行キーホールモード(タブ材使用;先行極,後行極同時着火)
第5実施例も、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、図13に示すように溶接対象材31a,31bの先端および後端に、先端タブ38a,38bおよび後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該2電極プラズマトーチ30を溶接対象材31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
2電極プラズマトーチ30を用いる溶接では、先行極/後行極間距離が短いので、溶接条件によっては、図18の(a)に示すように、先行のキーホール溶接で生成した溶融プールの溶融金属が後行のなめ付けプラズマアーク直下に吸い込まれて、キーホール溶接部となめ付け溶接部との間Aで先行極側から後行極側への溶融金属の流動があり、溶接線の後端部では減肉状態で溶接が終わることがある。これは厚板であるほどまた粘性が低い金属ほど顕著になる。これを回避するために、溶接対象材31a,31bを先端よりも後端が低くなる姿勢に傾けて、2電極プラズマトーチ30を溶接対象材31a,31bの表面に対して垂直姿勢としてその走行駆動を溶接線と平行な方向とする。このように、溶接対象材を傾けると、重力によりプールの溶融金属に溶接方向に向かう力が加わって上記吸い込みが抑制され、後端部ビードの減肉が低減し後端部のビード表面が平坦になる。2電極プラズマトーチ30が溶接対象材31a,31bの表面に対して垂直姿勢であるので、先行極のキーホール溶接条件および後行極のなめ付け溶接条件の設定又は調整が容易である。
1a,1b:傾斜面
1c:先端突起
1d,1e:先端平面
1f,1g:水循環穴
1h:水受穴
1i:水出穴
1j,1k,1l:横通水穴
2a〜2d:電極配置空間
3a〜3d:ノズル
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
18a,18b:ノズル部材挿入穴
19a,19b:プラズマアーク
20a〜20d:ノズル部材
21a〜21d:笠部
22a〜22d:幹部
23a〜23d:Oリング
24a〜24d:雄ねじ部
25a,25b:ナット
26a〜26d:切欠面
30:トーチ
31a,31b:溶接片
31p:プール
32a,32b:溶接電力・ガス供給装置
33a,33b:プラズマアーク電源
34a,34b:パイロット電源
35:並行運転制御盤
36:トーチ走行モータ
37:ワーク走行モータ
38a,38b:先端タブ
39a,39b:後端タブ
Claims (13)
- 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個のノズルとを有するインサートチップを備えた2電極プラズマトーチを用いて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該2電極プラズマトーチと溶接対象材の少なくとも一方を溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各非消耗電極でプラズマアークを発生して溶接線を溶接する、2電極プラズマトーチによる溶接方法において、
前記溶接対象材の溶接方向の後端に、プラズマフレーム直下となる位置にスリット又は凹溝がある水冷銅タブでなる後端タブを設けて、溶接線の延びる方向で先行する非消耗電極すなわち先行極で予熱プラズマアークを後行する非消耗電極すなわち後行極でキーホールプラズマアークを発生し、又は、先行極でキーホールプラズマアークを後行極でなめ付けプラズマアークを発生し、後行極が前記後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、先行極のプラズマアークを継続する、ことを特徴とする2電極プラズマトーチによる溶接方法。 - 前記後行極による前記後端の溶接を終了したとき、前記先行極および後行極のプラズマアークを停止し、その後に前記走行駆動を停止する、請求項1に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。
- 前記溶接対象材および後端タブを、溶接対象材の先端よりも後端が低くなる姿勢に傾けて、前記走行駆動を溶接線と平行な方向とする、請求項1に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。
- 前記2電極プラズマトーチは、溶接対象材の表面に対して垂直姿勢である、請求項3に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。
- 前記先行極を溶接対象材を予熱するプラズマアーク発生に設定し、前記後行極をキーホール溶接のプラズマアークに設定し、
キーホール溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該後行極によるキーホール溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 - 前記先行極をキーホール溶接のプラズマアークに設定し、前記後行極を溶接線をなめ付けするプラズマアークに設定し、
キーホール溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該先行極によるキーホール溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 - 前記後行極が溶接対象材の先端にあるときに、前記先行極および後行極のプラズマアークを同時に起動し、この起動と同時に前記走行駆動を低速で開始し、
前記先行極がプラズマアークを起動した位置に前記後行極が到達すると、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極が該後端に達すると前記走行駆動の速度を下げ、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極によるクレータ処理期間後に、先行極および後行極のプラズマアークを停止する、請求項5に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 - 前記先行極が溶接対象材の先端にあるときに、先行極のプラズマアークを起動すると同時に前記走行駆動を低速で開始し、前記後行極が溶接対象材の先端に達すると後行極のプラズマアークを起動し、
前記後行極によりキーホールが形成されるときに、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換える、請求項5に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 - 前記先行極が溶接対象材の先端にあるときに、先行極のプラズマアークを起動すると同時に前記走行駆動を低速で開始し、前記後行極が溶接対象材の先端に達すると後行極のプラズマアークを起動し、
前記後行極が溶接対象材の先端に達すると前記走行駆動を高速に、かつ先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ前記走行駆動を低速に切換えて後端で先行極および後行極のプラズマアークを停止する、請求項6に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 - 前記溶接対象材の溶接方向の先端に先端タブを設けて、前記先行極および後行極が前記溶接対象材の先端以前にあるときに両極に同時にプラズマアークを起動する、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法
- 両極に同時にプラズマアークを起動すると前記走行駆動を開始する、請求項4に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。
- 前記先行極をキーホール溶接のプラズマアークに設定し、前記後行極を溶接線をなめ付けするプラズマアークに設定し、
キーホール溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該先行極によるキーホール溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項10に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 - 前記先行極を溶接対象材を予熱するプラズマアーク発生に設定し、前記後行極をキーホール溶接のプラズマアークに設定し、
裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該後行極によるキーホール溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、キーホール溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項10に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。
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