JP5904541B2 - Insert tip, plasma torch and plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマトーチのインサートチップ,該インサートチップを用いるプラズマトーチ、および、該プラズマトーチを用いるプラズマ加工装置、に関する。 The present invention relates to an insert tip of a plasma torch, a plasma torch using the insert tip, and a plasma processing apparatus using the plasma torch.
プラズマトーチには、溶接,肉盛り,切断などの高熱加工の種類に応じて各種形態がある。特許文献1に記載のプラズマ加工装置は、該高熱加工のプラズマエネルギを大きくして加工能率を高くするために、インサートチップの中央に溶加材(溶接ワイヤ,粉体),キーホールガス,切断ガス等の加工作用手段を通す中央孔(通し穴)を開けるとともに、該中央孔の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチで複数の電極配置空間を設けて、各電極配置空間に各ノズルを連通にして、各ノズルから噴射するプラズマアークを、中央孔から出て加工対象材に当てる。
There are various types of plasma torches depending on the type of high heat processing such as welding, overlaying and cutting. The plasma processing apparatus described in
しかし1個のインサートチップで2以上のプラズマアークを噴射するのでインサートチップの熱負荷が大きくなる。よってインサートチップの冷却能力の向上を図っているが、インサートチップのノズル部分が高熱により変形あるいは溶損しやすい。ノズル部分が変形あるいは溶損すると、インサートチップを交換するのでメンテナンスコストが高くつく。 However, since two or more plasma arcs are injected by one insert tip, the thermal load of the insert tip increases. Therefore, although the cooling capacity of the insert tip is improved, the nozzle portion of the insert tip is easily deformed or melted by high heat. When the nozzle portion is deformed or melted, the insert tip is replaced, which increases the maintenance cost.
本発明は、インサートチップのメンテナンスコストを下げること、すなわちプラズマ加工コストの上昇を抑制すること、を目的とする。 An object of the present invention is to reduce the maintenance cost of an insert chip, that is, to suppress an increase in plasma processing cost.
(1)加工対象材に供給する加工作用手段を通す穴である中央孔(5),該中央孔(5)の周りに分布する複数のノズル部材挿入穴(18a,18b)、および、各ノズル部材挿入穴(18a,18b)に挿入された各ノズル部材の外周を冷却する冷媒が通流する複数の冷媒流路(1f,1g)、があるチップ基体(1);
電極配置空間(1a,1b),該電極配置空間(1a,1b)に連通するノズル(4a,4b),該ノズル(4a,4b)が開いた笠部(21a,21b)および該笠部に連続する幹部(22a,22b)があって、内部に前記電極配置空間(2a,2b)がある、それぞれの前記幹部が各ノズル部材挿入穴(18a,18b)に挿入され前記笠部が前記ノズル部材挿入穴の下開口を塞ぐ、前記チップ基体(1)とは別体の、複数のノズル部材(20a,20b);
前記幹部(22a,22b)の、前記笠部(21a,21b)がある先端部とは反対側の後端部にある雄ねじ(24a,24b)、および、前記ノズル部材挿入穴(18a,18b)に挿通したノズル部材の前記雄ねじ(24a,24b)に螺合してノズル部材と協働してチップ基体を挟んで締め付けてノズル部材を前記チップ基体(1)に一体に固定するナット(25a,25b)、を含む結合手段(24a,25a、24b,25b);および
前記チップ基体(1)に対して前記ノズル部材(20a,20b)の、中心軸を中心とする回転を阻止する係合手段(26a,26b,1c);
を備えるインサートチップ(図2)。
(1) A central hole (5) which is a hole through which the processing means to be supplied to the material to be processed passes, a plurality of nozzle member insertion holes (18a, 18b) distributed around the central hole (5), and each nozzle A chip base (1) having a plurality of refrigerant flow paths (1f, 1g) through which a refrigerant for cooling the outer periphery of each nozzle member inserted in the member insertion holes (18a, 18b) flows;
An electrode arrangement space (1a, 1b), a nozzle (4a, 4b) communicating with the electrode arrangement space (1a, 1b), a cap portion (21a, 21b) in which the nozzle (4a, 4b) is opened, and the cap portion There are continuous stems (22a, 22b), and the electrode arrangement space (2a, 2b) is inside, each of the stems is inserted into each nozzle member insertion hole (18a, 18b), and the cap is the nozzle A plurality of nozzle members (20a, 20b) which are separate from the chip base (1) and block the lower opening of the member insertion hole ;
A male screw (24a, 24b) at a rear end portion of the trunk portion (22a, 22b) opposite to a tip portion having the cap portion (21a, 21b), and the nozzle member insertion hole (18a, 18b) The nut (25a, 24a, 24b) of the nozzle member inserted through the nut (25a, 24b) is fixed to the tip base (1) integrally by tightening the tip base by clamping the tip base in cooperation with the nozzle member. 25b), a coupling means comprising (24a, 25a, 24b, 25b); and
Engaging means (26a, 26b, 1c) for preventing the nozzle member (20a, 20b) from rotating about the central axis with respect to the chip base (1);
Insert chip comprising (FIG. 2) .
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素の記号もしくは対応事項を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。 In addition, in order to facilitate understanding, in parentheses, the correspondence of the examples shown in the drawings and described later, or the symbols or corresponding matters of corresponding elements are added for reference. The same applies to the following.
各ノズル部材の外周を冷却する冷媒が通流する複数の冷媒流路(1f,1g)があるので、チップ基体(1)のみならず各ノズル部材(20a,20b)の冷却能力が高い。高熱によりノズル部材のノズル部分が変形又は溶損したときは、前記ナット(25a,25b)を緩めて前記雄ねじ(24a,24b)から外し、ノズル部材(20a,20b)を前記ノズル部材挿入穴(18a,18b)から引き抜き、そして新たなノズル部材をノズル部材挿入穴に雄ねじ部から挿入して該雄ねじ部にナットをねじ合わせして締め付ける。これによって傷んだノズル部材の交換ができる。チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。 Since there are a plurality of coolant channels (1f, 1g) through which the coolant that cools the outer periphery of each nozzle member flows, the cooling capacity of each nozzle member (20a, 20b) as well as the chip base (1) is high. When the nozzle portion of the nozzle member is deformed or melted due to high heat, the nuts (25a, 25b) are loosened and removed from the male screws (24a, 24b), and the nozzle members (20a, 20b) are inserted into the nozzle member insertion holes ( 18a and 18b), and a new nozzle member is inserted into the nozzle member insertion hole from the male screw portion, and a nut is screwed onto the male screw portion and tightened. As a result, the damaged nozzle member can be replaced. The chip base can be used as it is, and the maintenance cost can be reduced.
このノズル部材の交換のとき、ノズル部材に対してナットを緩め,締め廻しするが、係合手段(26a,26b,1c)がチップ基体に対するノズル部材の回転を阻止するので、緩め,締め廻しが簡易にできノズル部材の交換作業が容易である。また、例えば図2に示すようにノズル形態が異なる複数のノズル部材を併設する場合、どのノズル部材をチップ基体のどの位置に配置するかを規制することができる。When this nozzle member is replaced, the nut is loosened and tightened with respect to the nozzle member, but the engaging means (26a, 26b, 1c) prevent the nozzle member from rotating with respect to the chip base, so that the loosening and tightening are not performed. The nozzle member can be easily exchanged. Further, for example, when a plurality of nozzle members having different nozzle forms are provided as shown in FIG. 2, it is possible to regulate which nozzle member is disposed at which position of the chip base.
(2)前記係合手段は、前記ノズル部材(20a,20b)の前記笠部(21a,21b)の側面を一部削除した切欠面(26a,26b)、および、前記チップ基体(1)の、隣り合うノズル部材挿入穴(18a,18b)の間にあって前記切欠面(26a,26b)が当接する係止面がある先端突起(1c)、でなる;上記(1)に記載のインサートチップ(図3,図4)。 ( 2 ) The engaging means includes notch surfaces (26a, 26b) in which side surfaces of the cap portions (21a, 21b) of the nozzle member (20a, 20b) are partially deleted, and the tip base (1). The tip insert (1c) between the adjacent nozzle member insertion holes (18a, 18b) and having a locking surface with which the notch surfaces (26a, 26b) come into contact; the insert tip according to ( 1 ) above 3 and 4).
(3)各ノズル部材(20a,20b)には、前記切欠面(26a,26b)とは別の、前記笠部(21a,21b)の側面を一部切除した追加の切欠面(27a,27b)があり;前記チップ基体には、該追加の切欠面(27a,27b)が当接する追加の対向突起(1m,1n)がある;上記(2)に記載のインサートチップ(図4,図5)。 ( 3 ) Each nozzle member (20a, 20b) has an additional cut-out surface (27a, 27b) partially cut away from the side surface of the cap portion (21a, 21b) separate from the cut-out surface (26a, 26b). The chip base has an additional opposing protrusion (1m, 1n) against which the additional cut surface (27a, 27b) abuts; the insert chip according to ( 2 ) above (FIGS. 4 and 5) ).
(4)前記切欠面(26a,26b)と追加の切欠面(27a,27b)の笠部円周方向の分布は、チップ基体へのノズル部材の装着位置エラーを防止するために、ノズル部材間で異なったパターンである;上記(3)に記載のインサートチップ(図4,図5)。 ( 4 ) The distribution of the notched surfaces (26a, 26b) and the additional notched surfaces (27a, 27b) in the circumferential direction of the cap portion is determined between the nozzle members in order to prevent an error in the mounting position of the nozzle members on the chip base. The insert chip according to ( 3 ) above (FIGS. 4 and 5).
(5)前記冷媒流路(1f,1g)の下端は前記笠部がチップ基体の先端平面(1d,1e)に当接することにより閉じられ、前記チップ基体には、冷媒受穴(1h),冷媒出穴(1i),前記複数の冷媒流路(1f,1g)をつなぐ冷媒還流路(1j),前記冷媒流路の一つ(1f)を前記冷媒受穴につなぐ冷媒通し穴(1k)、および、前記冷媒流路の他の一つ(1g)を前記冷媒出穴につなぐ冷媒通し穴(1l)、がある;上記(1)に記載のインサートチップ(図2)。 ( 5 ) The lower end of the coolant channel (1f, 1g) is closed by the cap portion coming into contact with the tip flat surface (1d, 1e) of the chip base, and the chip base has a coolant receiving hole (1h), Refrigerant outlet hole (1i), refrigerant recirculation path (1j) connecting the plurality of refrigerant flow paths (1f, 1g), refrigerant through hole (1k) connecting one of the refrigerant flow paths (1f) to the refrigerant receiving hole And a refrigerant through hole (1l) that connects the other one (1g) of the refrigerant flow path to the refrigerant outlet hole; the insert chip according to ( 1 ) above (FIG. 2).
これによれば、チップ基体(1)の冷媒流路(1f,1g)において各ノズル部材(20a,20b)の幹部(22a,22b)の外周面の周りを冷媒(冷却水)が流れるので、各ノズル部材(20a,20b)の冷却能力が高い。また、チップ基体(1)において、冷媒受穴(1h),それに冷媒流路の一つ(1f)をつなぐ冷媒通し穴(1k),隣り合う冷媒流路をつなぐ冷媒通し穴(1j),他の冷媒流路(1g)を冷媒出穴(1i)につなぐ冷媒通し穴(1l)を冷媒が流れるので、チップ基体(1)の冷却能力も高い。よって、溶接電力を大きくしてより高速に溶接を行うことができる。仮に高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したときは、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。 According to this, refrigerant (cooling water) flows around the outer peripheral surface of the trunk portion (22a, 22b) of each nozzle member (20a, 20b) in the refrigerant flow path (1f, 1g) of the chip base (1). The cooling capacity of each nozzle member (20a, 20b) is high. In addition, in the chip base (1), a refrigerant receiving hole (1h), a refrigerant through hole (1k) connecting one of the refrigerant flow paths (1f), a refrigerant through hole (1j) connecting adjacent refrigerant flow paths, etc. Since the refrigerant flows through the refrigerant passage hole (1l) connecting the refrigerant flow path (1g) to the refrigerant outlet hole (1i), the cooling capacity of the chip substrate (1) is also high. Therefore, welding can be performed at higher speed by increasing the welding power. If the nozzle portion at the lower end of the nozzle member is deformed or damaged due to high heat, the nozzle member can be replaced with a new one, and the chip base can be used as it is, thereby reducing the maintenance cost.
(6)上記(1)に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)にワイヤ(15)を案内するワイヤガイド(13,6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマトーチ(図1)。 ( 6 ) The insert tip (1) described in (1) above, the wire guide (13, 6) for guiding the wire (15) to the central hole (5) of the insert tip (1), and the insert tip A plasma torch (FIG. 1) comprising a plurality of electrodes (2a, 2b) having tip portions inserted into the electrode arrangement spaces (1a, 1b) of (1).
(7)上記(6)に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、を備えるプラズマ溶接装置(図1)。 ( 7 ) A power source for passing a plasma arc current between the plasma torch described in ( 6 ) above and the plurality of electrodes (2a, 2b) and the workpiece (16) with a negative electrode side and a positive workpiece arc side. (17, 18) and a plasma welding apparatus (FIG. 1).
(8)更に、前記ワイヤ(15)と加工対象材(16)との間に、ワイヤ側が負で加工対象材側が正の電流を流すホットワイヤ電源(21)を備える、上記(7)に記載の、ホットワイヤ形態のプラズマ溶接装置(図6)。 (8) Further, between the wire (15) and the processing target member (16) comprises a hot wire power wire side processing target material side is negative shed a positive current (21), according to the above (7) The plasma welding apparatus of a hot wire form (FIG. 6).
(9)上記(6)に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が正で加工対象材側が負のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、前記ワイヤ(15)と加工対象材(16)との間に、ワイヤ側が正で加工対象材側が負の電流を流すMIG溶接電源(22)を備える、プラズマMIG溶接装置(図7)。 ( 9 ) A power source for passing a plasma arc current between the plasma torch described in ( 6 ) above and the plurality of electrodes (2a, 2b) and the workpiece (16) with a positive electrode side and a negative workpiece arc side. A plasma MIG welding apparatus comprising a MIG welding power source (22) between the wires (17, 18) and the wire (15) and the material to be processed (16) for flowing a positive current on the wire side and a negative current on the material to be processed side (FIG. 7).
(10)上記(6)に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、前記ワイヤ(15)と各電極(2a,2b)との間に、ワイヤ側が正で電極側が負の電流を流すホットワイヤ電源(28,29)を備える、プラズマワイヤ肉盛装置(図8)。 ( 10 ) A power source for supplying a plasma arc current between the plasma torch according to ( 6 ) above and the plurality of electrodes (2a, 2b) and the workpiece (16) with a negative electrode side and a positive workpiece arc side. (17, 18), and a hot wire power source (28, 29) between the wire (15) and each electrode (2a, 2b), and a hot wire power source (28, 29) for passing a positive current on the wire side and a negative current on the electrode side. Assembling device (FIG. 8).
(11)上記(1)に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)に粉体(23)を案内する粉体ガイド(6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマ粉体肉盛トーチ(図9)。 ( 11 ) The insert tip (1) described in (1) above, the powder guide (6) for guiding the powder (23) to the central hole (5) of the insert tip (1), and the insert tip A plasma powder build-up torch comprising a plurality of electrodes (2a, 2b) having tip portions inserted into the electrode arrangement spaces (1a, 1b) of (1) (FIG. 9).
(12)上記(11)に記載のプラズマ粉体肉盛トーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、前記粉体ガイド(6)に粉体を送給する手段(24,25)と、を備えるプラズマ粉体肉盛装置(図9)。 ( 12 ) Between the plasma powder build-up torch according to ( 11 ) above and the plurality of electrodes (2a, 2b) and the workpiece (16), a plasma arc in which the electrode side is negative and the workpiece side is positive A plasma powder overlaying apparatus (FIG. 9) comprising a power source (17, 18) for supplying an electric current and means (24, 25) for feeding powder to the powder guide (6).
(13)上記(1)に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)にキーホールガス(26)を案内するガスガイド(6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマキーホール溶接トーチ(図10)。 ( 13 ) The insert tip (1) according to (1), a gas guide (6) for guiding a keyhole gas (26) to the central hole (5) of the insert tip (1), and the insert tip A plasma keyhole welding torch comprising a plurality of electrodes (2a, 2b) having tip portions inserted into the electrode arrangement spaces (1a, 1b) of (1) (FIG. 10).
(14)上記(13)に記載のプラズマキーホール溶接トーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、を備えるプラズマキーホール溶接装置(図10)。 ( 14 ) Between the plasma keyhole welding torch according to the above ( 13 ) and the plurality of electrodes (2a, 2b) and the workpiece (16), the plasma arc current is negative on the electrode side and positive on the workpiece side And a plasma keyhole welding device (FIG. 10).
(15)上記(1)に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)に切断ガス(27)を案内するガスガイド(6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマ切断トーチ(図11)。 ( 15 ) The insert tip (1) according to the above (1), a gas guide (6) for guiding a cutting gas (27) to the central hole (5) of the insert tip (1), and the insert tip ( A plasma cutting torch (FIG. 11) comprising a plurality of electrodes (2a, 2b) having tips inserted into the electrode arrangement spaces (1a, 1b) of 1).
(16)上記(15)に記載のプラズマ切断トーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、を備えるプラズマ切断装置(図11)。 ( 16 ) Between the plasma cutting torch described in ( 15 ) above and the plurality of electrodes (2a, 2b) and the workpiece material (16), a negative plasma arc current and a positive plasma arc current flow on the workpiece side And a plasma cutting device (FIG. 11).
上記(2)〜(16)のいずれの態様においても、上記(1)の効果、すなわち上記「発明の効果」が得られる。 In any of the above aspects (2) to ( 16 ), the effect (1), that is, the “effect of the invention” can be obtained.
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。 Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
−第1実施例−
図1に、第1実施例であるプラズマ溶接装置を示し、図2には第1実施例のプラズマ溶接トーチであって図1に示されるプラズマトーチのインサートチップを示し、図3には該インサートチップを構成するチップ基体のみを示す。第1実施例のプラズマ溶接トーチは、プラズマ溶接を行う形態のものである。インサートチップ1は、インサートキャップ7を絶縁台9にねじ締めすることにより、絶縁台9に固定されている。シールドキャップ8は、ねじ締めにより絶縁台9に固定されている。2つ割でx方向に分離した第1電極台11と第2電極台12は、絶縁体の外ケース30の内部にある。第1電極台11と第2電極台12との間の空間を、絶縁本体14の中空円筒状のステムが通って、該ステムの先端部の、図示を省略した雄ねじが、絶縁台9の中心の、図示を省略した雌ねじ穴にねじこまれ、これにより、電極台11,12が縦方向に圧縮するように締め付けられて、絶縁台9,電極台11,12および絶縁本体14が一体に結合している。
-1st Example-
FIG. 1 shows a plasma welding apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 shows a plasma welding torch according to the first embodiment and an insert tip of the plasma torch shown in FIG. 1, and FIG. Only the chip base constituting the chip is shown. The plasma welding torch according to the first embodiment is configured to perform plasma welding. The
インサートチップ1の軸心に中央孔5があり、絶縁台9および絶縁本体14の軸心には、中央孔5と同軸のガイド穴(本実施例ではワイヤガイド穴)がある。インサートチップ1の中央孔5にはワイヤガイド6が挿入されており、絶縁本体14の軸心のガイド穴にもワイヤガイド13が挿入されている。絶縁本体14の頭部に挿入された溶接ワイヤ15は、ワイヤガイド13および6を通してインサートチップ1に送り込まれる。
There is a
インサートチップ1には、中央孔5の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチである180度で分布し中央孔5と平行に位置する2個のノズル部材20a,20b(図2)があり、各ノズル部材20a,20bに、絶縁台9を貫通し各電極台11,12にねじ10a,10bで固定された第1電極2a,第2電極2bの先端部が挿入されて、各電極配置空間の軸心位置に、センタリングストーン3で位置決めされている(図1)。インサートチップ1の、溶接対象材16に対向する先端面には、ノズル部材20a,20bのノズル4a,4bが開いている(図2)。
The
各ノズル部材20a,20bには、中央にノズル4a,4bが開いた笠部21a,21b,該笠部に連続する幹部22a,22bおよび該幹部に連続する雄ねじ部24a,24bがあって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材であるOリング23a,23bがあり、内部に前記ノズル4a,4bに連通する電極配置空間1a,1bがある(図2,図3)。この実施例では、図2の(a)に示すように、ノズル部材20a,20bの雄ねじ部24a,24bにナット25a,25bをねじ結合してチップ基体1に締め付けることにより、ノズル部材20a,20bをチップ基体1に結合している。
Each
チップ基体1には、各ノズル部材の前記雄ねじ部から幹部までが挿通する各ノズル部材挿入穴18a,18b,各ノズル部材挿入穴に挿通した各ノズル部材の笠部が先端平面1d,1eに当接することにより閉じられる、ノズル部材挿入穴の一部をなし幹部との間に冷媒通流空間を形成する冷媒流路1f,1g,冷媒受穴1h,冷媒出穴1i,冷媒流路1f,1gをつなぐ冷媒還流路1j,前記冷媒流路の一つ1fを前記冷媒受穴1hにつなぐ冷媒通し穴1k、および、前記冷媒流路の他の一つ1gを前記冷媒出穴につなぐ冷媒通し穴1l、がある(図2)。
In the
図2の(a)を参照すると、ノズル部材20a,20bは、中央孔5の中心軸(z)と直交する同一直径線(y)に分布し、該中心軸から等距離にあって中心軸(z)に平行に延びる。ノズル部材20a,20bの、電極配置空間1a,1bに連続するノズル4a,4bは、この実施例では、電極配置空間2a,2bの中心軸に対して中央孔5の中心軸(図1の溶接ワイヤ15)に向かう方向に傾斜しており、ノズル4a,4bの中心軸は、中央孔5の中心軸上の同一点(同一z位置)で交わる。これらのノズル4a,4bも、本実施例では、中央孔5の中心軸(z)と直交する同一直径線(y)上に分布し、該中心軸から等距離にある。
Referring to FIG. 2A, the
チップ基体1の先端の中央部には、y方向に延びる先端突起1cがあり、この先端突起1cのチップ中心位置を、中央孔5がz方向に貫通している。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。先端平面1d,1eは、x方向でチップ基体1の外周の手前で途切れ(図2の(b))、これによりチップ基体1から対向突起1m,1nが下方に突出している(図2の(a))。
A
ノズル部材挿入穴18aに挿入されたノズル部材20aの笠部21aの、円弧の一部を直線状に削除した切欠面26a(図3の(d))が、先端突起1cの右側面である係止面にぴったり係合し、また、笠部21aの円周面が対向突起1mの左側面である阻止面にぴったり係合する。これによりチップ基体1に対する先行ノズル部材20aの、中心軸を中心とする回転が阻止される。これらの係合は、先行ノズル部材20aをチップ基体1に挿入してナット25aでねじ締め付けして固定するときのノズル部材20aの廻り止め、および、ノズル部材20aをチップ基体1から取り外すためにナット25aを緩め廻しするときのノズル部材20aの廻り止め、として機能する。これらの係合は更に、ノズル軸がチップ基体中心軸(z)に対して傾斜したノズル部材20aの該ノズル軸の傾斜方向をx方向に固定(設定)する機能もある。
The
ノズル部材20aをチップ基体1に挿入してナット25aでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体1に対して切欠面26aの一端を支点(中心)に回動させようとする振り力がノズル部材20aに作用するが、対向突起1mがこの回動を阻止する。このように、係合手段である切欠面26a,先端突起1cによりノズル部材20aの回転を阻止し、しかも軸振れ防止手段である対向突起1mによってノズル部材20aの軸振れを防止するので、ノズル4aから出るプラズマアークの指向方向がずれることがなくなる。
When the
この実施例では、ノズル部材20bは、ノズル部材20aと同一仕様であり、ノズル部材20aと同様な結合態様でチップ基体に装着されている(図2)。
In this embodiment, the
図2の(c)に示すチップ基体1の、冷媒受穴1hはトーチ本体の冷媒供給管(図示略)に、冷媒出穴1iはトーチ本体の冷媒排出管(図示略)に連通している。冷媒供給管に注入された冷却水は、電極台11および絶縁台9の冷媒流路を通ってチップ基体1の冷媒受穴1hに入って穴底に至り、そこから冷媒通し穴1kを通って、冷媒流路1fに入り、冷媒還流穴1jを通って、冷媒流路1gに入り、つぎに冷媒通し穴1lを通って冷媒出穴1iに入りそしてトーチ本体の冷媒排出管(図示略)に流れ、そしてトーチ外部に流出する。
In the
冷却水が、上記冷媒受け穴1hから冷媒出穴1iに至る流路ならびに該受け穴ihおよび出穴1iを流れている間に、チップ基体1が冷却されかつ、ノズル部材20a,20bの幹部22a,22bの外周面が冷媒流路1f,1gに流れる冷却水で効果的に冷却されるので、インサートチップの冷却能力が高い。溶接時にはノズル部材20a,20bが最も加熱されるが、その外周面が直接に冷却水に触れて冷却されるので、ノズル部材20a,20bの使用寿命が長い。
While the coolant flows through the flow path from the
図1を再度参照すると、パイロットガスは、トーチ本体のパイロットガス管(図示略)および電極挿入空間(図示略)を通ってノズル部材20a,20bの電極配置空間1a,1bに入り、電極2a,2bの先端部でプラズマとなってノズル4a,4bを通ってトーチの先端面から噴出する。シールドガスは、トーチ本体のシールドガス管(図示略)を通って、インサートキャップ7とシールドキャップ8との間の円筒状の空間に入り、そしてトーチの先端から溶接対象材16に向けて噴出する。
Referring to FIG. 1 again, the pilot gas passes through the pilot gas pipe (not shown) and the electrode insertion space (not shown) of the torch body and enters the
電極2a,2b(電極台11,12)と溶接対象材16の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源17,18により、電極2a,2bにアークを発生すると、プラズマアーク電流が各電極2a,2bと溶接対象材16の間に流れる。プラズマアーク19にワイヤ15が送給され、ワイヤ15に対して各電極2a,2bおよびノズル4(4a,4b)が対称に位置するので、ワイヤ15に対してプラズマが安定する。すなわち、電極配置空間1a,1bに挿入された各電極2a,2bと溶接対象材16との間を、各ノズル4a,4bを通って流れる各アーク電流には、それぞれが誘起する磁束Ma,Mbとの間に、フレミングの左手の法則で表される上向き(又は下向き:z)の力が作用し、同一方向であり、しかもノズル4a,4bの、中央孔5の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチの分布により、各力が同じく中央孔5の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチで分布するので、磁気的にバランスがとれ、プラズマの安定性が高い。つまり、磁気吹きによるアークのふらつきを生じない。溶接対象材16の近傍では、各アーク電流が同一方向の加算となり合成磁束Mcを誘起するので、アークを絞る磁気的ピンチ力が強く、溶接対象材16に対する熱収束効果(エネルギー密度)が高く、しかも作用位置がふらつくことが無い。尚かつ、ワイヤ15は、プラズマアーク19の上端部より入り、溶融プール20に至る迄の間アークより熱を受けることになり、有効な予熱効果として働き、ワイヤの溶着効率がアップし、高速溶接や高能率溶接ができる。従来の、側方からのワイヤ送給の場合は、ワイヤはプラズマアークに対してほぼ直角に入るため、プラズマアークに入った僅かな距離で溶融プールに熔け落ちるようにしなければならず、ほとんどワイヤの予熱効果は無い。このため溶着効率は低く、溶接速度も遅い。
An arc is generated between the
また第1実施例によれば、ワイヤ15が中央より挿入されるため、ワイヤの挿入方向性が無く、曲線溶接でもトーチを回転させる制御が不要である。従来は、ワイヤはトーチ進行方向より挿入することから、曲線溶接時には、トーチ又はワイヤを曲線に相対して回転制御する装置が必要であった。
Further, according to the first embodiment, since the
図6〜図11に示すプラズマトーチも、上述の、図1〜図3に示した第1実施例のインサートチップを用いるものであるが、それに代替して用いることができる第2実施例のインサートチップを、図4および図5に示す。 The plasma torch shown in FIGS. 6 to 11 also uses the insert tip of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 as described above, but the insert of the second embodiment that can be used instead. The chip is shown in FIGS.
図4の(a)は、第2実施例のインサートチップの先端を下方から見上げた底面図、図4の(b)はそのチップ基体のみを下方から見上げた底面図、図5の(a)はノズル部材20a,20bの縦断面図、図5の(b)はノズル部材20a,20bの笠部21a,21bを下方から見上げた底面図である。第2実施例のインサートチップでは、ノズル部材20a,20bの笠部21a,21bには、切欠面26a,26bの他に、追加の切欠面27a,27b(図5の(b))がある。先行ノズル部材20aの追加の切欠面27aは、ノズル部材20aの中心軸の位置にあってもとからある切欠面26aに平行な断面で笠部21aを左右に2分割すると、右半分の領域にある(切欠面26aは左半分の領域にある)。しかし、もう1つの追加の切欠面27bは、左半分の領域にある。すなわち、ノズル部材20aの切欠面26aと追加の切欠面27aの、笠部21aにおける分布パターンと、ノズル部材20bの切欠面26bと追加の切欠面27bの、笠部21bにおける分布パターンとは、異なっている。例えば図5の(b)において、ノズル部材20bをその中心軸廻りに180度回転させてそのノズル4bをノズル部材20aのノズル4aに重ねると、切欠面26bは切欠面26aに重なるが、追加の切欠面27aは、追加の切欠面27aには重ならずx軸に関して追加の切欠面27aと対称な位置となって、追加の切欠面27aの円周部の下面が対向突起1mの角1mpに当たるので、ノズル部材20bをノズル部材20aを装着する位置には装着できず、装着位置エラーが防止される。
4A is a bottom view of the tip of the insert chip of the second embodiment as viewed from below, FIG. 4B is a bottom view of only the chip base as viewed from below, and FIG. 5A. FIG. 5B is a bottom view of the
図4の(b)を参照すると、対向突起1mの左端面には、笠部21aの追加の切欠面27aに当接する角1mpと円周部を受け入れる弧状面1maがある、変形コの字型の彫込みがあり、また、対向突起1nの左端面には、笠部21bの追加の切欠面27bに当接する角1npと円周部を受け入れる弧状面1naがある、変形コの字型の彫込みがある。これらの彫込みが、ノズル部材20aをノズル部材20bの取り付け予定位置に誤装着するのを防止し、ノズル部材20bをノズル部材20aの取り付け予定位置に誤装着するのを防止する。更に、ノズル部材20a,20bの軸ずれ,軸ぶれを防止するために、中央突起1cの右端面と左端面に、笠部21a,21bの切欠面26a,26bに当接する平面部および円周部を受け入れる弧状面がある、略コの字型の彫込み1ca,1cbがある。
Referring to FIG. 4B, the left end face of the opposing
ノズル部材20a,20bをチップ基体1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、チップ基体1に対して切欠面26a,26bの一端を支点(中心)に回動させようとする振り力がノズル部材20a,20bに作用するが、追加の切欠面27a,27bの回動を、対向突起1m,1nの角1mp,1npが阻止する。すなわち、ノズル部材20a,20bの軸振れを防止する。第2実施例のインサートチップのその他の構造および機能は、第1実施例のものと同様であり、第2実施例のインサートチップも、図1および図6〜図11に示すプラズマトーチに、第1実施例のインサートチップと置き替えて装備することができる。
When the
−第2実施例−
図6に、第2実施例のプラズマ加工装置である、ホットワイヤ形態のプラズマ溶接装置を示す。図6上のプラズマトーチは、第1実施例(図1)のものと同様な構造の、ホットワイヤ形態のプラズマ溶接トーチであり、インサートチップ1は、図2,図3に示す第1実施例のものと同一構成である。本実施例では図6に示すように、電極2a,2bと溶接対象材16の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源17,18を備える。この点は第1実施例(図1)と同様であるが、更には、ワイヤ15と溶接対象材16との間に、ワイヤ側が負で溶接対象材側が正の電流を流すホットワイヤ電源21を備える。ホットワイヤ電源21からの電流は、トーチ内ガイド13を通り、ガイド13先端部近傍よりワイヤに通電し、絶縁ガイド6内ではワイヤをジュール熱で加熱し、プラズマ19で、電極2a,2bよりのプラズマアークと合流し、溶接対象材16に流入する。このとき、ホットワイヤ電流のジュール熱がプラズマ領域内で最大になる(集中する)ので、溶接入熱量が多く、高溶着量,高能率溶接となり、高速溶接が可能である。しかも、ホットワイヤ電流と電極2a,2bよりのプラズマアーク電流とは対称および同軸であることから、磁気的バランスがとれ、磁気吹きによるアークのふらつきが発生しない。その他の機能および作用効果は、第1実施例と同様である。
-Second Example-
FIG. 6 shows a plasma welding apparatus in the form of a hot wire, which is the plasma processing apparatus of the second embodiment. The plasma torch on FIG. 6 is a hot wire type plasma welding torch having the same structure as that of the first embodiment (FIG. 1), and the
−第3実施例−
図7に、第3実施例のプラズマ加工装置である、プラズマMIG溶接装置を示す。プラズマトーチは、第1実施例のものと同様な構造のプラズマMIG溶接トーチであり、インサートチップ1も、図2,図3に示す第1実施例のものと同一構成である。本実施例では図7に示すように、電極2a,2bと溶接対象材16の間に、第1実施例の場合とは逆に、電極側が正で溶接対象材側が負のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源17,18を備える。更には、ワイヤ15と溶接対象材16との間に、ワイヤ側が正で溶接対象材側が負の溶接電流を流すMIG溶接電源(定電圧溶接電源)22を備える。シールドガスは、Ar又はAr+CO2又はCO2又はAr+H2である。このプラズマMIG溶接装置は、MIGの特徴である高能率,深溶込みの特性を持ち尚かつ、スパッタ無し溶接が可能である。さらにAr雰囲気で溶接が可能で、溶接金属中の酸化物の生成も極めて少なく、高重量高張力材に適する。また、アルミ溶接でのスタート部の溶着不良防止又は溶着不良の修復が可能である。その他の機能および作用効果は、第1実施例と同様である。
-Third Example-
FIG. 7 shows a plasma MIG welding apparatus which is the plasma processing apparatus of the third embodiment. The plasma torch is a plasma MIG welding torch having the same structure as that of the first embodiment, and the
−第4実施例−
図8に、第4実施例のプラズマ加工装置である、プラズマワイヤ肉盛装置を示す。プラズマトーチは、第1実施例のものと同様な構造のプラズマワイヤ肉盛りトーチであり、インサートチップ1も、図2,図3に示す第1実施例のものと同一構成である。本実施例では図8に示すように、電極2a,2bと溶接対象材16の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源17,18と、ワイヤ15と各電極2a,2bとの間に、ワイヤ側が正で電極側が負の電流を流すホットワイヤ電源28,29を備える。ワイヤ15はホットワイヤ電源28,29からの電流のジュール熱で加熱されるが、溶接対象材16にはワイヤ電流が流れないので、溶接対象材16が溶ける量が少なく、低希釈の肉盛溶接ができる。溶接対象材16に垂直にワイヤ15が送り込まれるので、オシレート運動しながらの肉盛溶接でも方向性なく肉盛量が安定する。また、垂直面あるいは傾斜面に対する肉盛溶接も可能である。太径ワイヤを用いる高溶着を安定した肉盛量で行うこともできる。ホットワイヤ電流は、電極2a,2bよりノズル4a,4bを通り、ワイヤ15に流入するので、プラズマ電流と同様、トーチ軸心に対して対称となり、磁気的にバランスすることから、アークのふらつきや磁気吹き現象が発生しない安定した肉盛り溶接ができる。その他の機能および作用効果は、第1実施例と同様である。
-Fourth embodiment-
FIG. 8 shows a plasma wire overlaying apparatus that is the plasma processing apparatus of the fourth embodiment. The plasma torch is a plasma wire build-up torch having the same structure as that of the first embodiment, and the
−第5実施例−
図9に、第5実施例のプラズマ加工装置である、プラズマ粉体肉盛装置を示す。プラズマトーチは、ワイヤガイドに代えて粉体ガイド6を装備したプラズマ粉体肉盛トーチである。その他の構造は、第1実施例のものと同様であり、インサートチップ1も、図2,図3に示す第1実施例のものと同様な構成である。粉体ガイド6には、粉体送給機25が、粉体槽24にある粉体を定速度で送り込む。プラズマ電源17,18が、電極2a,2bと溶接対象材16の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流す。溶接対象材に対して粉体流を垂直に送給するので、側方からプラズマアークに粉体を送給する従来例よりも、粉体の歩留まりがよく、粉体がノズルに付着しにくく、また、トーチ内の粉体通路を太くでき、直線であることから、送給性の悪い切裁粉を使用することも出来る。溶接対象材16の真上で対称なプラズマアークが合流し衝突し合う為、溶接対象材16への下向きプラズマ流が弱くなるので、低希釈の粉体肉盛が可能である。その他の機能および作用効果は、第1実施例と同様である。
-Fifth embodiment-
FIG. 9 shows a plasma powder overlaying apparatus that is the plasma processing apparatus of the fifth embodiment. The plasma torch is a plasma powder build-up torch equipped with a
−第6実施例−
図10に、第6実施例のプラズマ加工装置である、プラズマキーホール溶接装置を示す。プラズマトーチは、ワイヤガイドに代えてキーホールガスガイド6を装備したプラズマキーホール溶接トーチである。その他の構造は、第1実施例のものと同様であり、インサートチップ1も、図2,図3に示す第1実施例のものと同様な構成である。第1実施例の場合と同様に、プラズマ電源17,18が、電極2a,2bと溶接対象材16の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流す。キーホールガスは、Ar又はHe又はAr+H2又はAr+O2又はAr+Heである。キーホールガスガイド6により、キーホール用小径高速ガス流を噴射することにより、厚板のキーホール溶接や低入熱深溶込み溶接をすることができる。キーホール用ガスは、電極2a,2bを通るパイロットガス(プラズマガス)とは別ルートの為、電極を酸化消耗させることがないので、キーホール用ガスに酸化性ガスを用いることができる。又、キーホール用ガス噴射孔は、プラズマ電流の大小に関係なく小径にできることから、キーホール穴も小さくでき、厚板溶接ができる。その他の機能および作用効果は、第1実施例と同様である。
-Sixth Example-
FIG. 10 shows a plasma keyhole welding apparatus which is the plasma processing apparatus of the sixth embodiment. The plasma torch is a plasma keyhole welding torch equipped with a
−第7実施例−
図11に、第7実施例のプラズマ加工装置であるプラズマ切断装置を示す。プラズマトーチは、ワイヤガイドに代えて切断ガスガイド6を装備したプラズマ切断トーチである。その他の構造は、第1実施例のものと同様であり、インサートチップ1も、図2,図3に示す第1実施例のものと同様な構成である。第1実施例の場合と同様に、プラズマ電源17,18が、電極2a,2bと溶接対象材16の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流す。切断ガスは、Ar又はO2又はN2又はAr+H2である。切断ガスガイド6により、切断小径高速ガス流を噴射することにより、細幅切断をすることができる。電極2a,2bをタングステン電極とすれば、高価なハフニュウム電極を用いずとも、O2を切断ガスとする強力なプラズマ切断をすることができる。その他の機能および作用効果は、第1実施例と同様である。
-Seventh Example-
FIG. 11 shows a plasma cutting apparatus which is a plasma processing apparatus according to the seventh embodiment. The plasma torch is a plasma cutting torch equipped with a cutting
1:インサートチップ
1a,1b:電極配置空間
1c:中央突起
1d,1e:先端平面
1m,1n:対向突起
1mp,1np:角
1ma,1na:弧状面
1ca,1cb:彫込み
2(2a,2b):電極
2a:第1電極
2b:第2電極
3:センタリングストーン
4(4a,4b):ノズル
5:中央孔
6:ガイド
7:インサートキャップ
8:シールドキャップ
9:絶縁台
10(10a,10b):電極固定ねじ
11:第1電極台
12:第2電極台
13:ガイド
14:絶縁本体
15:ワイヤ
16:溶接対象材
17,18:電源
19:プラズマ
20:プール
21:ホットワイヤ電源
22:MIG溶接電源
24:粉体槽
25:粉体送給機
26:キーホールガス
27:切断ガス
28,29:ホットワイヤ電源
30:外ケース
1:
Claims (16)
電極配置空間,該電極配置空間に連通するノズル,該ノズルが開いた笠部および該笠部に連続する幹部があって、内部に前記電極配置空間がある、それぞれの前記幹部が各ノズル部材挿入穴に挿入され前記笠部が前記ノズル部材挿入穴の下開口を塞ぐ、前記チップ基体とは別体の、複数のノズル部材;
前記幹部の、前記笠部がある先端部とは反対側の後端部にある雄ねじ、および、前記ノズル部材挿入穴に挿通したノズル部材の前記雄ねじに螺合してノズル部材と協働してチップ基体を挟んで締め付けてノズル部材を前記チップ基体に一体に固定するナット、を含む結合手段;および
前記チップ基体に対して前記ノズル部材の、中心軸を中心とする回転を阻止する係合手段;
を備えるインサートチップ。 Cools the outer periphery of each nozzle member inserted into each nozzle member insertion hole and a central hole that is a hole through which the processing means to be supplied to the workpiece is passed, a plurality of nozzle member insertion holes distributed around the central hole A chip substrate having a plurality of refrigerant flow paths through which refrigerant to flow;
There are an electrode arrangement space, a nozzle communicating with the electrode arrangement space, a cap portion where the nozzle is open, and a trunk portion continuous to the cap portion, and the electrode arrangement space is inside, and each of the stem portions is inserted into each nozzle member A plurality of nozzle members separate from the chip base, wherein the cap portion is inserted into a hole and closes a lower opening of the nozzle member insertion hole ;
In cooperation with the nozzle member by screwing into the male screw at the rear end portion of the trunk portion opposite to the tip portion where the cap portion is located, and the male screw of the nozzle member inserted through the nozzle member insertion hole A coupling means comprising: a nut that clamps and clamps the tip base to integrally fix the nozzle member to the tip base ;
Engagement means for preventing rotation of the nozzle member around the central axis with respect to the chip base;
Insert chip comprising.
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