JPH01218772A - プラズマ粉体肉盛トーチ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、粉体を用いて肉盛溶接を行なうプラズマ粉体
肉盛トーチに関する６ ［従来の技術］ 金属表面の改善（耐摩耗、耐熱、耐蝕等）に、従来より
肉盛溶接が行なわれている。即ち、肉盛溶接処理は、粉
体金属をプラズマアーク柱中に供給してそれを溶かしな
がらプラズマアークと共に溶融面に噴射し・その溶融金
属によって金属表面に肉盛りを行なう。

この種の代表的な肉感溶接装置のトーチ部分は、第６ａ
図又は第７ａ図に示すような構造になっている。各回に
おいて、５１がタングステン電極、５２がプラズマガス
、５３が粉体、５４がパウダキャリアガス、５５が冷却
水、５６がシールドガス、５７がプラズマアーク柱、５
８が溶着金属、５９が母材、６０がノズル部材である。

第６ａ図に示すトーチにおいては、ノズル部材６０に、
プラズマ噴射孔とその周囲に形成された複数の粉体供給
孔６０ａが備わっており、粉体５３はキャリアガス５４
と共に粉体供給孔６０ａからプラズマアーク柱５７内に
供給される。第７ａ図に示すトーチにおいては、同心状
に、２つのノズル６１．６２が設けられており、内側の
ノズル６１でプラズマアークを絞って噴射し、２つのノ
ズルの隙間から、キャリアガス５４と共に粉体５３をプ
ラズマ□アーク柱５７内に供給する。

この種のトーチの関連技術としては、例えば、特開昭６
０−２４４４７４号公報及び特開昭６０−２４３２２１
号公報の技術が知られている。　　　　　　　　　。

［発明が解決しようとする問題点コ ところで、第６ａ図に示すトーチにおいては、粉体供給
孔６０ａから放出した粉体５３の一部が、粉体供給孔６
０ａの出口に付着し、それがプラズマアークの熱によっ
て溶着する。ノズル６０に付着した溶融金属は、次第に
大きくなり、第６ｂ図に示すように溶滴を形成し下最後
には溶融プールに落下する。第７ａ図に示すトーチの場
合にも、同様な溶滴が第７ｂ図に示すようにノズルの周
囲に形成される。

この種の現象は、次のような不都合を引き起こす。

ａ）肉盛量が一定にならない。

ｂ）キャリアガスの通過経路及び噴射方向に乱れが生じ
てプラズマアークに不均一な偏向が生じ、肉盛ビード面
が荒れる。

Ｃ）溶滴となった溶融金属がノズル部分で固まり、ノズ
ルの開口部が閉塞される。

本発明は、粉体又は該該粉体の溶融した溶融金属がトー
チに付着するのを防止することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては、主電極、
該主電極と母材との間に生じるプラズマアークの通るア
ーク孔が中央部に形成されたノズル部材、及び前記プラ
ズマアーク中に粉体を供給する粉体供給手段を備えるプ
ラズマ粉体肉盛トーチにおいて：前記ノズル部材に、前
記粉体を通す少なくとも１つの粉体孔を前記アーク孔の
向きに対して傾けて形成するとともに、該ノズル部材の
母材と対向する面に、前記粉体孔の出口開口部の形状を
該粉体孔の軸方向に対して実質上直角な面に合わせる凹
部を形成する。

［作用］ 例えば第６ａ図に示すトーチの場合、第２ｂ図に示すよ
うに、ノズル部材Ａに形成された粉体通路Ｂの出口部分
で、パウダキャリアガスに比較的大きなうす流が生じる
。この種のうす流が生じると、パウダキャリアガスの流
速が低下するので、粉体の一部がノズル近傍に付着し易
い。ノズルに付着した粉体は、プラズマアークの熱によ
って溶融し、前述のような不都合を引き起こす。また、
溶融金属が僅かでもノズルに付着すると、その後はその
付着量が急速に増大し溶滴を形成する傾向がある。

本発明によれば、ノズル部材の母材と対向する面に形成
された凹部によって、粉体孔の出口開口部の形状が該粉
体孔の軸方向に対して実質上直角になるので、該出口開
口部におけるパウダキャリアガスの流速が均一になり、
例えば第２ａ図に示すように、うす流は生じにくくなる
。うす流が生じなければ、パウダキャリアガスの流速が
低下せず、粉体は全てプラズマアーク中に供給されるの
で、ノズル周辺への粉体の付着は生じない。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の、図面を参照した
実施例説明により明らかになろう。

［実施例］ 第１図に、本発明を実施する一形式の粉体肉盛溶接用の
プラズマトーチ先端部の構造を示す。第１図を参照する
。トーチの中央部に、タングステンで構成される棒状の
電極１が配置されており、この電極１は、チャック２に
よってトーチに固定されている。電極１の先端部１ａは
尖鋭な形状になっており、該先端部・１ａはノズル部材
１０の中央部に形成されたアーク孔１７の中央に配置さ
れている。２０が、電極ｌをノズル部材１０の中央に位
置決めするためのセンタリングストーンである。

プラズマガスは、電極１とチャック２との間の空間を通
って外部から供給され、支持部材８に形成した孔８ａを
通り、電極１とセンタリングストーン２０との間の空間
を通り、センタリングストーン２０に形成された孔２１
を通って、ノズル部材１０のアーク孔１７に導かれる。

このプラズマガスは、電極１と母材４１との間のアーク
放電によってイオン化し、高温のプラズマアーク流４３
を形成する。

粉体とそれを搬送するパウダキャリアガスは、トーチ外
部から供給され、パウダ管７を通り、ノズル台３０に形
成された孔３１を通り、ノズル部材１０に形成された複
数の孔１２を通ってプラズマアーク流４３に向かって噴
射されその中に注入される。粉体は、プラズマアーク流
４３の熱によって溶融し、溶融金属４２となって母材４
１上の溶接面を覆う。

シールドガス４４は、ノズルキャップ５とケーシング３
との間の空間６を通ってプラズマアーク流４３の周囲を
覆うように噴射され、溶接面を外気から遮断する。また
、ノズル部材１０の過熱を防止するため、冷却水が、ト
ーチの外部から孔３２を通ってノズル部材°１０に形成
された溝部１１に供給される。

第３ａ図にノズル部材１０の近傍を拡大して示す。また
、第３ｂ図にノズル部材１０の底面を示す。第３ａ図及
び第３ｂ図を参照して説明する。

この例では、ノズル部材１０には、粉体及びパウダキャ
リアガスを通す孔１２が４つ互いに対向する位置に形成
されている。これら４つの孔１２は、アーク孔１７の軸
方向、即ちプラズマアークの噴射方向ＡＲＩに対して約
４５度それぞれ傾けた矢印ＡＲ２及びＡＲ３方向の軸に
沿って形成されている。

一方、ノズル部材１０の母材４１と対向する面１５には
、その中央部に凹部１３を形成しである。

この凹部１３は、縦断面形状が台形になっており、その
斜面１４の部分に孔１２の一端１２ａが開口している。

斜面１４は、面１５に対して約４５度傾いている。従っ
て、孔１２の斜面１４側の開口部１２ａは、孔１２の軸
方向（ＡＲ２又はＡＲ３）に対して直角になっている。

このため、孔１２の開口部１２ａにおいては、粉体及び
パウダキャリアガスの流速が均一になり、第２ａ図に示
すように、その部分に生じるうす流も小さいので、流速
の低下が小さく、従って粉体がノズル近傍に付着する可
能性が小さい。

第４ａ図及び第４ｂ図に、１つの変形実施例におけるノ
ズル部材１０Ｂの構造を示し、第５ａ図及び第５ｂ図に
もう１つの変形実施例におけるノズル部材１０Ｃの構造
を示す。　　　□まず、第４ａ図及び第４ｂ図に示す実
滋例を説明　・する。この実施例では、ノズル部材１０
’Ｂの端面１５Ｂに形成した凹部１（Ｂの形状は第３ａ
図の実施例と同一であるが、孔１２Ｂの開口位置が異□ なっている。即ち、この例では、孔１２Ｂの開口　　゛
部１２Ｂａの一部は、凹部１３Ｂの頂部１６Ｂに面して
いる。但し、開口部１２Ｂａの大部分は、第３ａ図の場
合と同様に、孔１２Ｂの軸方向と直角な斜面１４Ｂに面
している。

第５ａ図及び第５ｂ図を参照して説明する。この実施例
においては、凹部１５Ｃ”ａは、孔１．２Ｇの開。部１
２　Ｃａ　Ｉｃ面す６位置（７，□。形成１され、おり
、その部分の縦断面形状は各々三角形になっている。ま
た、開口部１２Ｃａが面する斜面１４Ｃａの向きは孔１
２Ｃの軸方向と直角になっておリ、斜面１４Ｃｂの向き
は孔１２Ｃの軸方向と一致している。

なお、第５ａ図及び第５ｂ図に示す実施例では、凹部１
５Ｃａを開口部１．２０　ａの近傍のみに形成したが、
例えば、アーク孔１７Ｃを囲むように、開口部１２Ｃａ
の面する位置を通る１つの環状の溝をその部分に瘤成し
てもよい。

［効果］ 以上のとおり、本発明によれば、粉体及びパウダキャリ
アガスの流速が均一になり噴出口の近傍で生じるうす流
が小さくなるので、粉体がノズルの近傍に付着しにくい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する一形式の粉体肉盛プラズマ
トーチの一部の構造を示す縦断面図である。 第２ａ図及び第２ｂ図は、それぞれ、−実施例及び従来
例におけるノズル近傍の粉体の流れを示す縦断面図であ
る。 第３ａ図及び第３ｂ図は、それぞれ、第１図に示すノズ
ル部材１０の拡大正面図及び底面図である。 第４ａ図及び第４ｂ図は、それぞれ、１つの変形実施例
におけるノズル部材の縦断面図及び底面図である。 第５ａ図及び第５ｂ図は、それぞれ、もう１つの変形実
施例におけるノズル部材の縦断面図及び底面図である。 第６ａ・図及び第７ａ図は、各々、従来のトーチの構造
を示す縦断面図、第６ｂ図及び第７ｂ図は、それぞれ、
第６ａ図及び第７ａ図に示すトーチに付着する溶融金属
を示す縦断面図である。 １：電極（主電極）　　２：チャック ５：ノズルキャップ　　７：パウダ管 ８：支持部材 １０、ＩＯＢ、ＩＯＣ：ノズル部材 ｌｌ：冷却水流路 １２．１２Ｂ、１２Ｃ：孔（粉体孔） １２ａ、１２Ｂａ、１２Ｃａ：開口部（出口開口部）１
３．１３Ｂ、１５Ｃａ　：凹部（凹部）１４：斜面　　
　　　　１７：アーク孔２０：センタリングストーン ２１：孔　　　　　　　３０：ノズル台３１：粉体通路 ３２：冷却水通路　　　４１：母材 ４２：溶融金属 ４３：プラズマアーク流 ４４：シールドガス 声３ａ図 ＡＰＩ 声３ｂ図 声４ａ図 一＋ｂｋ３１３Ｂ 東５８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主電極，該主電極と母材との間に生じるプラズマアーク
   の通るアーク孔が中央部に形成されたノズル部材，及び
   前記プラズマアーク中に粉体を供給する粉体供給手段を
   備えるプラズマ粉体肉盛トーチにおいて： 前記ノズル部材に、前記粉体を通す少なくとも１つの粉
   体孔を前記アーク孔の向きに対して傾けて形成するとと
   もに、該ノズル部材の母材と対向する面に、前記粉体孔
   の出口開口部の形状を、該粉体孔の軸方向に対して実質
   上直角な面に合わせる凹部を形成したことを特徴とする
   、プラズマ粉体肉盛トーチ。