JPH01162578A - 粉体プラズマ肉盛溶接用トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉体プラズマ肉盛溶接用トーチの改良に関す
る。

〔従来の技術〕

粉体プラズマ肉盛溶接用トーチは、母材に向けて噴出す
るプラズマアークに、粉体溶射材を連続供給するととも
に、溶融プールをシールドガスによってシールドし、母
材表面にウィービングを伴いながら、肉盛溶接をなすも
のである。

従来の粉体プラズマ肉盛溶接用トーチは、第３図に示す
ように、軸心の電極（ｂ）を中心にして外周側に向けて
、作動ガス供給路（ｃ）、ノズル（ｄ）、シールドガス
供給路（ｅ）、シールドノズル（ｆ）がこの記載順に配
置形成されたトーチ先端部（ａ）を有し、前記ノズル（
ｆ）内には、粉体溶射材供給路（ｇ）が作動ガス供給路
側に配置形成され、該ノズル（ｆ）の冷却をなす冷却水
通路（ｈ）が粉体溶射材供給路（ｇ）の外側に配置形成
されている。

このような構成のトーチは、使用に際しては当然の如く
最適な肉盛溶接を可能とするｉｔ速度が設定されている
。

しかし、その重量速度は、プラズマアークの入熱量を上
げ、このプラズマアークに供給する粉体溶射材の供給量
を増加させ増大させることは理論的に可能であるが、実
際には以下に述べる問題があり、重量速度を増大させる
のがむずかしい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

プラズマアークの入熱量を上げると、粉体溶射材供給路
（ｇ）が過度の加熱を受けることによって、プラズマア
ークに供給される粉体溶射材の一部が、過度に加熱した
供給路出口に付着して、供給路（ｇ）の目づまりを生じ
、供給される粉体溶射材の歩留が悪くなる。

また、粉体溶射材供給路（ｇ）から出た粉体溶射材は、
プラズマアークの先端つまり母材側に形成される溶融プ
ールに集中供給されるが、供給量が多いと溶は込みが悪
くなる。

さらに、重量速度の増加に伴って、大型化する溶融プー
ルに対するシールドガスによるシールド機能が低下し良
好な溶接を達成することができない。

本発明は上記問題点を解決するための粉体プラズマ肉盛
溶接用トーチを提供するものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
軸心の電極と、この電極を包囲し且つノズル冷却用の冷
却水通路および粉体溶射材供給路を有するノズルとの間
に作動ガス供給路が形成され、ノズルとこのノズルを包
囲するシールドノズルとの間にシールドガス供給路が形
成されたトーチ先端部を有し、ノズル先端のアーク拘束
孔から噴出するプラズマアークに、粉体溶射材を供給し
、シールドガス雰囲気中で母材に対しての肉盛溶接が可
能な粉体プラズマ肉盛溶接用トーチにおいて、ノズルの
冷却水通路が作動ガス供給路に沿う近傍位置に形成され
、前記粉体溶射材供給路が冷却水通路の外側に、電極の
軸線に対して３０゜〜５０″の角度で形成され、該電極
の軸線と粉体溶射材供給路の軸線との交点までの距離Ｘ
がＬ／２〜Ｌ／４（但しＬは電極先端から母材までの距
離）であり、またトーチ胴部には、トーチ先端部を包囲
収容する下面開口のシールド部材が取付けられており、
このシールド部材のウィービング方向に沿う開口幅Ｙが
Ｙ−２Ｗ≧２０（但しＷはウィービング幅）となってい
ることを特徴とするものである。

本発明の溶接用トーチは、ノズルの冷却水通路が、作動
ガス供給路側に設けられ、この冷却水通路の外側に粉体
溶射材供給路が形成されているので、過度の熱が粉体溶
接材供給路に加わらないようになっている。

また、粉体溶射材供給路は、噴出するプラズマアークに
対して、３０°〜５０°の傾斜角度をもって形成されて
いるので、その角度で粉体溶射材をプラズマアーク内に
スムーズに供給することができる。しかも、その角度で
供給された粉体溶射材のプラズマアークに対する突入位
置は、電極先端から母材までの距ＭＬを基準にして、Ｌ
／２〜Ｌ／４と言った、プラズマアークの中間位置から
アーク拘束孔に近づきすぎない上方位置の間であるので
、供給された溶射材が溶融プールに至るまでに能率よく
確実に溶融され、その結果、粉体溶射材の供給量を増加
させても十分に対処することができる。

さらに、トーチ胴部には、トーチのウィービングに対し
ても、母材側のビード全幅を包囲するシールド部材が取
付けられているので、溶融プールは常時シールドガス雰
囲気中にあり、良好な肉盛溶接が可能である。

ここで、電極と母材との距ｇＩＬは良好なプラズマアー
ク形態を得る距離を意味する。

プラズマアークに対する粉体溶射材の取り込み位置Ｘを
、電極先端からＬ／２〜Ｌ／４としたのは、Ｌ／２より
大きいと、プラズマアーク内に取り込まれた粉体溶射材
が溶融プールに到達するまでに十分溶融しないことと、
プラズマアーク内にスムーズに取り込まれないことがあ
り、Ｌ／４より小さいと、ノズル出口近傍で半溶融した
粉体溶射材が、ノズル出口およびその付近に付着し、プ
ラズマアークの乱れを生じるからである。

電極の軸線に対して粉体溶射材供給路を３０’〜５０°
の傾斜をもたせであるのは、３０″より小さいと、プラ
ズマアークに供給される粉体溶射材の飛散が多くなり、
歩留り低下を生じ、５０’より大きいと、プラズマアー
ク内に粉体溶射材がスムーズに取り込まれず該溶射材の
飛散が多くなることと、粉体溶射材が粉体溶射材供路か
らスムーズに流出しないことによる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はプラズマ肉盛溶接用トーチを示す。

この実施例のプラズマ肉盛溶接用トーチ（以下トーチと
も言う）は、本発明を適用してプラズマアークの大熱量
が、１６０Ｊ／ｍｍ”以上、重量速度が５ｋｇ／ｈｒ〜
２０ｋｇ／ｈｒとなったものである。ここで、図示しな
いがトーチ（１）は、該トーチ（１）をウィービングさ
せるためのウィービング動作装置に取付けられており、
また、同じく図示鞍ないがトーチ（１）は、公知である
粉体溶射材供給装置、作動ガス供給装置、シールドガス
供給装置、プラズマアーク電源、冷却水供給装置等とつ
ながっている。

トーチ（１）の先端部（２）には、該トーチ（１）の軸
線に沿って先端先細状のタングステン電極（１０）、こ
の電極（ｌＯ）先端部を包囲するノズル（２０）、この
ノズル（２０）を包囲するシールドノズル（３ｏ）が配
備されている。また、トーチ（１）の胴部（３）には、
トーチ先端部（２）を包囲するシールド部材（４ｏ）が
配備されている。

トーチ（１）は、タングステン電極（１ｏ）の先端部を
除く部分と、この部分を包囲するトーチ本体（５）との
間に、作動ガス供給装置と連通ずるトーチ側作動ガス供
給路（５０）が形成され、トーチ本体（１５）内に、冷
却水供給装置と連通ずるトーチ側冷却水通路（６０）が
内側に空洞形成されているとともに、粉体溶射材供給装
置と連通ずるトーチ側粉体溶射材供給路（７０）が外側
に貫通形成されている。

ノズル（２０）は、前記トーチ側作動ガス供給路（５０
）と連続し且つ電極（１０）先端部をその先端形状に対
応した先細り状に包囲し、電極（１０）を包囲しない下
端がアーク拘束孔（２１）となった内周面を有する。こ
のノズル（２０）内には、前記トーチ側冷却水通路（６
０）と連通ずる冷却水通路（６０″）がアーク拘束孔（
２１）に沿う内側部に空洞形成され、この冷却水通路（
６０’）の外側に、前記トーチ側粉体溶射材供給通路（
７０）と連通し且つ電極（１０）の任意の軸線延長上に
向けて傾斜する複数の粉体溶射材供給路（７０’）が、
放射状配置を以て貫通形成されている。

粉体溶射材供給路（７０’）の基端は、ノズル（２０）
の基端に形成した溝状の連絡路（７１）と連通しており
、トーチ側粉体溶射材供給路（７０）から供給された粉
体溶射材がその連絡路（７１）を通して、各粉体溶射材
供給路（７０°）に分配される。ノズル（２０）の粉体
溶射材供給路（７０’）の傾斜角は、電極（１０）の軸
線に対して３０＠〜５０″となっている。また、電極（
１０）先端から、電極（１０）の軸線とノズル（２０）
の粉体溶射材供給路（７０’）の軸線との交点までの距
離Ｘは、電極（１０）先端から溶接母材（１００）まで
の距ｉｇＬに対してＬ／２〜Ｌ／４に設定されている。

ここで、粉体溶射材供給路（７０”）の内径は、１．３
〜１．７ｍｍ程度が好適である。

トーチ本体（５）に対してノズル（２０）は、たとえば
トーチ側作動ガス供給路（５０）の内面に形成された雄
ねじ（５１）に、該ノズル（２０）の基端外周に形成さ
れた雄ねじ（２２）を螺合して連結固定され取付は取り
はずしが容易に行なえるようになっている。

また、トーチ（１）とノズル（２０）との対向面には、
冷却水通路（６０’）の内外、粉体溶射材供給路（７０
”）の内外にＯリング（８１）　（８２）　（８３）が
介設され、トーチ本体（１５）からノズル（２０）に供
給される冷却水および粉体溶射材の送給ガスが外部に漏
れないようになっている。

シールドノズル（３０）は、トーチ本体（５）の先端縁
外周に固着したシールドノズル基部（３１）と、このシ
ールドノズル基部（３１）内周の胴部から先端にかけて
形成された雌ねじ（３２）と螺合する雄ねじ（３３）を
外周に形成したシールドノズル先端部（３４）とからな
る。

シールド部材（４０）は、下面に方形状の開口を形成し
た筐体であり、天面の適宜の個所に、トーチ胴部（３）
の外径と対応する内径を有する円筒体（４１）が一体に
形成されている。トーチ本体（５）に対してシールド部
材（４０）は、円筒体（４１）にトーチ先端部（２）を
挿入し、該円筒体（４１）とトーチ胴部（３）とをボト
ル等の止め金具（図示せず）によって連結固定され取付
は取りはずし可能になっている。

シールド部材（４０）において、トーチ（１）のウィー
ビングに沿う方向の開口幅Ｙは、トーチ（１）のウィー
ビング全幅にわたってカバーするＹ−２Ｗ≧２０に設定
されている。すなわち、第２図二点鎖線に示すように、
母材（１００）のビード一端（Ａ゛）に電極（１０）が
ウィービングによって指向し、溶接しているときにも、
ビード他端（Ａ”）がシールド部材（４０）の内側に位
置し、同図三点鎖線に示すように、ビード他端（Ａ”°
）に電極（１０）が指向し、溶接しているともにも、ビ
ード他端（Ａ゛）がシールド部材（４０）の内側に位置
し、常にビード全幅がシールド部材（４０）内に位置す
る。

このような構成であれば、トーチ本体（５）に対して、
ノズル（２０）　、シールドノズル（３０）のシールド
ノズル先端部（３４）、シールド部材（４０）が取付は
取りはずしか可能である。

したがって、３０°〜５０°の間の各種の傾斜角を有す
るノズル（２０）、および、プラズマアークに対する粉
体溶射材の取り込み位置を異にしたノズル（２０）を用
意しておけば、溶接対象、粉体溶射材の種別に応じて最
適なノズル（２０）を選定して、肉盛溶接が可能である
。

また、シールドノズル（３０）においても、ラッパ状、
胴長さの異なる各種形態のちとと交換が可能である。

さらに、シールド部材（４０）においても、各種ウィー
ビング幅Ｗに対応したものと容易に交換できる。

そのため、肉盛溶接対象に最適なノズル（２０）、シー
ルドノズル（３０）のシールドノズル先端部（３４）、
シールド部材（４０）を選び、トーチ本体（５）に取り
つけることによって、良好な肉盛溶接が可能である。

〔発明の効果］ 本発明のプラズマ肉盛溶接用トーチによれば、従来のト
ーチの基本構成を変えず坪、従来のトーチ構成では、得
られない重量速度の肉盛溶接が可能となる。しかも、そ
の肉盛溶接は、プラズマアークに粉体溶射材を効率よく
溶は込ますことができるとともに、供給された粉体溶射
材の歩留りもよく、さらには、溶接品質も良好である。

そのため、本発明のプラズマ肉盛溶接用トーチを用いる
ことによって、生産性の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示し、第１図は
トーチ先端部の構造を示す断面図、第２図はシールド部
材と肉盛溶接との関係を示す説明図、第３図は従来のト
ーチの先端部構造牽切欠して示す模式断面図である。 １：トーチ、２：トーチ先端部、３：トーチ胴部、５：
トーチ本体、１０：電極、２０：ノズル、３０：シール
ドノズル、４０：シールド部材、５０：作動ガス供給路
、６０°：ノズルの冷却水通路、７０”：ノズルの粉体
溶射材供給路、１００：母材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸心の電極と、この電極を包囲し且つノズル冷却
   用の冷却水通路および粉体溶射材供給路を有するノズル
   との間に作動ガス供給路が形成され、ノズルとこのノズ
   ルを包囲するシールドノズルとの間にシールドガス供給
   路が形成されたトーチ先端部を有し、ノズル先端のアー
   ク拘束孔から噴出するプラズマアークに、粉体溶射材を
   供給し、シールドガス雰囲気中で母材に対しての肉盛溶
   接が可能な粉体プラズマ肉盛溶接用トーチにおいて、ノ
   ズルの冷却水通路が作動ガス供給路に沿う近傍位置に形
   成され、前記粉体溶射材供給路が冷却水路の外側に、電
   極の軸線に対して３０°〜５０°の角度で形成され、該
   電極の軸線と粉体溶射材供給路の軸線との交点までの距
   離ＸがＬ／２〜Ｌ／４（但しＬは電極先端から母材まで
   の距離）であり、またトーチ胴部には、トーチ先端部を
   包囲収容する下面開口のシールド部材が取付けられてお
   り、このシールド部材のウィービング方向に沿う開口幅
   ＹがＹ−２Ｗ≧２０（但しＷはウィービング幅）となっ
   ていることを特徴とする粉体プラズマ肉盛溶接用トーチ
   。