JPH04228270A - 手動キーホールプラズマアーク溶接システム - Google Patents
手動キーホールプラズマアーク溶接システムInfo
- Publication number
- JPH04228270A JPH04228270A JP3134267A JP13426791A JPH04228270A JP H04228270 A JPH04228270 A JP H04228270A JP 3134267 A JP3134267 A JP 3134267A JP 13426791 A JP13426791 A JP 13426791A JP H04228270 A JPH04228270 A JP H04228270A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- welding system
- shield
- gas
- welding
- plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 45
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3405—Arrangements for stabilising or constricting the arc, e.g. by an additional gas flow
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
- B23K10/02—Plasma welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/32—Accessories
- B23K9/328—Cleaning of weld torches, i.e. removing weld-spatter; Preventing weld-spatter, e.g. applying anti-adhesives
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3457—Nozzle protection devices
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3421—Transferred arc or pilot arc mode
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3494—Means for controlling discharge parameters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【発明の背景】［１．発明の分野］この発明は高電力の
密度溶接に関するものであり、さらに特定的には溶接可
能な材料における欠陥を除去するための手動キーホール
溶接法に関するものである。 ［２．関連技術の説明］典型的に、大きなアルミニウム
および他の溶接可能な構造物を製造するとき、自動溶接
技術が基本的構造を形成するのに利用される。手動溶接
技術は自動化された溶接工程の間に発生した望ましくな
い欠陥を補修するためその後使用され。欠陥は通常Ｘ線
技術または視覚による検査により検出され、かつ研磨ま
たは機械加工のような機械的手段により除去される。構
造物はさらにガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）
またはプラズマアーク溶接技術を利用して再溶融される
または補修溶接される。
密度溶接に関するものであり、さらに特定的には溶接可
能な材料における欠陥を除去するための手動キーホール
溶接法に関するものである。 ［２．関連技術の説明］典型的に、大きなアルミニウム
および他の溶接可能な構造物を製造するとき、自動溶接
技術が基本的構造を形成するのに利用される。手動溶接
技術は自動化された溶接工程の間に発生した望ましくな
い欠陥を補修するためその後使用され。欠陥は通常Ｘ線
技術または視覚による検査により検出され、かつ研磨ま
たは機械加工のような機械的手段により除去される。構
造物はさらにガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）
またはプラズマアーク溶接技術を利用して再溶融される
または補修溶接される。
【０００２】ＧＴＡＷは不活性ガス雰囲気において、非
溶極と加工部材との間にアークを発生する。ガス放電は
ガスのイオン化の結果として形成される。ＧＴＡＷは通
常加工部材の溶融を与えるため約５ｘ１０６ Ｗ／ｍｍ
２ と５ｘ１０８ Ｗ／ｍｍ２ の電力密度範囲におい
て行なわれる。プラズマアーク溶接技術は、コリメート
され、高速度、高温放電を生じる圧縮されたオリフィス
を通じて放電されるガスを含む。プラズマアーク溶接は
通常５ｘ１０８ Ｗ／ｍｍ２ と３ｘ１０１ ０ Ｗ／
ｍｍ２ の電力密度範囲において行なわれる。
溶極と加工部材との間にアークを発生する。ガス放電は
ガスのイオン化の結果として形成される。ＧＴＡＷは通
常加工部材の溶融を与えるため約５ｘ１０６ Ｗ／ｍｍ
２ と５ｘ１０８ Ｗ／ｍｍ２ の電力密度範囲におい
て行なわれる。プラズマアーク溶接技術は、コリメート
され、高速度、高温放電を生じる圧縮されたオリフィス
を通じて放電されるガスを含む。プラズマアーク溶接は
通常５ｘ１０８ Ｗ／ｍｍ２ と３ｘ１０１ ０ Ｗ／
ｍｍ２ の電力密度範囲において行なわれる。
【０００３】約１ｘ１０１ ０ Ｗ／ｍｍ２ より大き
なレベルでは、電力密度はプラズマアーク溶接の間、単
に溶融するだけでなくホールまたは一般に呼ばれるよう
な、「キーホール」を形成するため構造物を完全に溶込
みするのに十分に高い。この技術は「溶接の物理学（Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ ｏｆＷｅｌｄｉｎｇ）」という名称の
本の第８章、高電力密度溶接内に記述される。キーホー
ル溶接はＧＴＡＷ法と比較して深く、幅狭の溶込みを提
供する。
なレベルでは、電力密度はプラズマアーク溶接の間、単
に溶融するだけでなくホールまたは一般に呼ばれるよう
な、「キーホール」を形成するため構造物を完全に溶込
みするのに十分に高い。この技術は「溶接の物理学（Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ ｏｆＷｅｌｄｉｎｇ）」という名称の
本の第８章、高電力密度溶接内に記述される。キーホー
ル溶接はＧＴＡＷ法と比較して深く、幅狭の溶込みを提
供する。
【０００４】Ｗ．Ｒ．ディンプシ（Ｗ．Ｒ．Ｄｅｍｐｓ
ｅｙ）他に発行された、「アーク溶接トーチ（Ａｒｃ
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｏｒｃｈ）」という名称の、米
国特許第４，６２８，１７７号には二乗時間軸（ｓｑｕ
ａｒｅ ｔｉｍｅ−ｂａｓｅｄ）制御波形を有する電
力源を使用するシールレスプラズマアーク溶接トーチが
開示される。ディンプシはヘリウムであってもよいシー
ルドガスを使用していた。
ｅｙ）他に発行された、「アーク溶接トーチ（Ａｒｃ
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｏｒｃｈ）」という名称の、米
国特許第４，６２８，１７７号には二乗時間軸（ｓｑｕ
ａｒｅ ｔｉｍｅ−ｂａｓｅｄ）制御波形を有する電
力源を使用するシールレスプラズマアーク溶接トーチが
開示される。ディンプシはヘリウムであってもよいシー
ルドガスを使用していた。
【０００５】
【発明の目的および概要】それゆえ、この発明の主な目
的は自動溶接工程の間に発生した望ましくない欠陥を補
正するため現在要求される研磨または機械加工を削除す
ることである。
的は自動溶接工程の間に発生した望ましくない欠陥を補
正するため現在要求される研磨または機械加工を削除す
ることである。
【０００６】もう１つの目的はキーホールアーク溶接シ
ステムを改良することである。この発明は手動キーホー
ルプラズマアーク溶接システムである。その最も広い局
面において、それは （ａ）電力源と、 （ｂ）（ｉ）中空シールドカップ、 （ｉｉ）シールドカップ内に同心的に配置されたオリフ
ィスサブアセンブリ、および （ｉｉｉ）オリフィスサブアセンブリ内に同心的に配置
された電極を含む、手動アーク溶接トーチアセンブリと
、 （ｃ）シールドガス源と、さらに （ｄ）プラズマガス源とを含む。
ステムを改良することである。この発明は手動キーホー
ルプラズマアーク溶接システムである。その最も広い局
面において、それは （ａ）電力源と、 （ｂ）（ｉ）中空シールドカップ、 （ｉｉ）シールドカップ内に同心的に配置されたオリフ
ィスサブアセンブリ、および （ｉｉｉ）オリフィスサブアセンブリ内に同心的に配置
された電極を含む、手動アーク溶接トーチアセンブリと
、 （ｃ）シールドガス源と、さらに （ｄ）プラズマガス源とを含む。
【０００７】シールドガス放電環はシールドカップの終
端縁とオリフィスサブアセンブリの終端との間に形成さ
れる。シールドカップの終端縁は放電環を介して薄層シ
ールドガス放電流を発生するようにオリフィスサブアセ
ンブリの終端を越えて延在され、オリフィスサブアセン
ブリの冷却を与える。プラズマガス放電環はオリフィス
サブアセンブリの終端と電極の端子との間に形成される
。電源の第１の端子は電極に接続され、かつ電極の第２
の端子は加工部材に接続される。電源は正弦波交流を与
える。伝達されたアークは電極と加工部材との間に形成
される。電力密度はキーホール溶接を与えるのに十分で
あり、正弦波極性の逆転は同時キーホール溶込みおよび
陰極クリーニングを与え、実質的な加工部材表面準備お
よび／または内部加工部材欠陥の除去の必要性を解消す
る。シールドガスおよびプラズマガスの両方とも不活性
ガスである。シールドガスは好ましくはヘリウムがよい
。
端縁とオリフィスサブアセンブリの終端との間に形成さ
れる。シールドカップの終端縁は放電環を介して薄層シ
ールドガス放電流を発生するようにオリフィスサブアセ
ンブリの終端を越えて延在され、オリフィスサブアセン
ブリの冷却を与える。プラズマガス放電環はオリフィス
サブアセンブリの終端と電極の端子との間に形成される
。電源の第１の端子は電極に接続され、かつ電極の第２
の端子は加工部材に接続される。電源は正弦波交流を与
える。伝達されたアークは電極と加工部材との間に形成
される。電力密度はキーホール溶接を与えるのに十分で
あり、正弦波極性の逆転は同時キーホール溶込みおよび
陰極クリーニングを与え、実質的な加工部材表面準備お
よび／または内部加工部材欠陥の除去の必要性を解消す
る。シールドガスおよびプラズマガスの両方とも不活性
ガスである。シールドガスは好ましくはヘリウムがよい
。
【０００８】この発明の他の目的、利点および新しい特
徴は、添付の図面と合わせて考慮されるとき発明の以下
の詳細な説明から明らかになるであろう。
徴は、添付の図面と合わせて考慮されるとき発明の以下
の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００９】
図面およびそこに印付けされた参照数字を参照して、図
１は包括的に１０によって示される、この発明の好まし
い実施例を例示する。 以下に詳細に記述される、手動プラズマアーク溶接トー
チアセンブリ１２は加工部材１４のキーホールプラズマ
アーク溶接のために設けられる。好ましくは４４０ボル
ト単一位相ＡＣを伴う、垂下（ｄｒｏｏｐｉｎｇ）また
は定電流特性電源１６が設けられる。電源１６の開路電
圧は公称では８０ボルトＡＣである。点線１８によって
示され、好ましくは火花間隙タイプの、高周波数発振器
はトーチアセンブリ１２の電極２０が加工部材１４の加
工表面に接触するという必要なしにアーク開始のために
設けられる。発振器１８は電極２０から加工部材まで伝
達されるアークのために必要な振幅および必要な時間期
間を与える。加えて、発振器１８は順および逆極性の間
アーク再発火を与えアーク供給停止を妨げる。４４０ボ
ルト電圧はこの図において示されるように、公称２，０
００ボルトＡＣまで昇圧される。
１は包括的に１０によって示される、この発明の好まし
い実施例を例示する。 以下に詳細に記述される、手動プラズマアーク溶接トー
チアセンブリ１２は加工部材１４のキーホールプラズマ
アーク溶接のために設けられる。好ましくは４４０ボル
ト単一位相ＡＣを伴う、垂下（ｄｒｏｏｐｉｎｇ）また
は定電流特性電源１６が設けられる。電源１６の開路電
圧は公称では８０ボルトＡＣである。点線１８によって
示され、好ましくは火花間隙タイプの、高周波数発振器
はトーチアセンブリ１２の電極２０が加工部材１４の加
工表面に接触するという必要なしにアーク開始のために
設けられる。発振器１８は電極２０から加工部材まで伝
達されるアークのために必要な振幅および必要な時間期
間を与える。加えて、発振器１８は順および逆極性の間
アーク再発火を与えアーク供給停止を妨げる。４４０ボ
ルト電圧はこの図において示されるように、公称２，０
００ボルトＡＣまで昇圧される。
【００１０】電源１６からの電圧は変成器Ｔを介して降
圧され、平衡ポテンショメータ２４およびインダクタ２
６を介して、２つのダイオード２２に印加される。ポテ
ンショメータ２４は正弦波電流波形の平衡制御を与える
。平衡効果は溶接クリーニング作用に比較される溶接溶
込みの制御をもたらす。８０ボルトは高周波数発振器１
８を介して電極２０および加工部材１４に印加される。 点線２８で示される、可飽和リアクトルは電源１６の電
流を制御するために設けられる。パイロットアーク抵抗
器３０は電極２０とトーチアセンブリ１２のオリフィス
サブアセンブリ３２との間に高周波数経路を形成し、こ
のようにアーク開始のための高周波数ガス放電が行なわ
れる。
圧され、平衡ポテンショメータ２４およびインダクタ２
６を介して、２つのダイオード２２に印加される。ポテ
ンショメータ２４は正弦波電流波形の平衡制御を与える
。平衡効果は溶接クリーニング作用に比較される溶接溶
込みの制御をもたらす。８０ボルトは高周波数発振器１
８を介して電極２０および加工部材１４に印加される。 点線２８で示される、可飽和リアクトルは電源１６の電
流を制御するために設けられる。パイロットアーク抵抗
器３０は電極２０とトーチアセンブリ１２のオリフィス
サブアセンブリ３２との間に高周波数経路を形成し、こ
のようにアーク開始のための高周波数ガス放電が行なわ
れる。
【００１１】４４０ボルトは２４ボルトにまで降圧され
かつブリッジ整流器３４によりＤＣに変換される。ブリ
ッジ整流器３４のＤＣ出力電圧は足踏みスイッチポテン
ショメータアセンブリ３８の溶接電流制御ポテンショメ
ータ３６を横切り、パルス振幅制御４０を介して可飽和
リアクトル２８の制御巻線内に印加される。（パルス振
幅制御４０は溶接電流の振幅および時間期間を変動する
ことにより位置ずれ溶接を許容する。この制御は溶接パ
ドルの沈下または流出を妨げることにより重力効果を無
効にする。）オペレータが足踏みスイッチを変動すると
、可飽和リアクトル２８の接続巻線を介して電流は溶接
機の出力電流を変化する。溶接動作は溶接接触器４４を
介してオン／オフスイッチ４２を使用することによって
開始され得る。
かつブリッジ整流器３４によりＤＣに変換される。ブリ
ッジ整流器３４のＤＣ出力電圧は足踏みスイッチポテン
ショメータアセンブリ３８の溶接電流制御ポテンショメ
ータ３６を横切り、パルス振幅制御４０を介して可飽和
リアクトル２８の制御巻線内に印加される。（パルス振
幅制御４０は溶接電流の振幅および時間期間を変動する
ことにより位置ずれ溶接を許容する。この制御は溶接パ
ドルの沈下または流出を妨げることにより重力効果を無
効にする。）オペレータが足踏みスイッチを変動すると
、可飽和リアクトル２８の接続巻線を介して電流は溶接
機の出力電流を変化する。溶接動作は溶接接触器４４を
介してオン／オフスイッチ４２を使用することによって
開始され得る。
【００１２】図２を参照すると、プラズマアーク溶接ト
ーチアセンブリ１２の拡大図が与えられる。アセンブリ
１２は中空シールドカップ４６、シールドカップ４６内
に同心的に配置されたオリフィスサブアセンブリ３２、
およびオリフィスサブアセンブリ３２内に同心的に配置
された電極２０（好ましくはトリウム入りタングステン
によって形成されたもの）とを含む。シールドガス源４
８（図１参照）はシールドカップ４６の終端縁５２とオ
リフィスサブアセンブリ３２の終端５４との間に形成さ
れたシールドガス放電環を介してシールドガス５０の流
れを供給する。シールドカップ４６の終端縁５２は中空
オリフィスサブアセンブリ３２の終端５４を越えて延在
されかつ放電環を介して薄膜シールドガス放電流を発生
するのに十分な（矢印５６によって示される）くぼみ距
離を伴って構成され、オリフィスサブアセンブリ３２の
冷却を与える。シールドガス５０は不活性ガスであり、
好ましくはヘリウムまたはヘリウムおよび他の不活性ガ
スとのガス混合物である。
ーチアセンブリ１２の拡大図が与えられる。アセンブリ
１２は中空シールドカップ４６、シールドカップ４６内
に同心的に配置されたオリフィスサブアセンブリ３２、
およびオリフィスサブアセンブリ３２内に同心的に配置
された電極２０（好ましくはトリウム入りタングステン
によって形成されたもの）とを含む。シールドガス源４
８（図１参照）はシールドカップ４６の終端縁５２とオ
リフィスサブアセンブリ３２の終端５４との間に形成さ
れたシールドガス放電環を介してシールドガス５０の流
れを供給する。シールドカップ４６の終端縁５２は中空
オリフィスサブアセンブリ３２の終端５４を越えて延在
されかつ放電環を介して薄膜シールドガス放電流を発生
するのに十分な（矢印５６によって示される）くぼみ距
離を伴って構成され、オリフィスサブアセンブリ３２の
冷却を与える。シールドガス５０は不活性ガスであり、
好ましくはヘリウムまたはヘリウムおよび他の不活性ガ
スとのガス混合物である。
【００１３】（図１において５７で示される）プラズマ
ガス源は電極２０とオリフィスサブアセンブリ３２の終
端５４との間に形成されるプラズマガス放電環を介して
不活性プラズマガスの流れ５８を与える。プラズマガス
は不活性ガスであり、好ましくはアルゴンである。水冷
却は、周知の技術として、オリフィスサブアセンブリ３
２を冷却するために与えられる。冷却剤再循環器は図１
において６０として概略的に例示される。
ガス源は電極２０とオリフィスサブアセンブリ３２の終
端５４との間に形成されるプラズマガス放電環を介して
不活性プラズマガスの流れ５８を与える。プラズマガス
は不活性ガスであり、好ましくはアルゴンである。水冷
却は、周知の技術として、オリフィスサブアセンブリ３
２を冷却するために与えられる。冷却剤再循環器は図１
において６０として概略的に例示される。
【００１４】手中のトーチで、動作の間、溶接機は足踏
みスイッチアセンブリ３８を起動する。プラズマガス、
シールドガス、およびトーチ冷却水が流動している。高
周波数パイロットアークは開始され、かつオペレータは
溶接されるべき表面に接近する。パイロットアークはガ
スイオン化により確立される。高周波数アークは加工表
面に伝達される。パイロットアークは自動的に消滅され
る。溶接アークは確立されかつ溶接電流が発生される。 オペレータはキーホールが形成されるまで姿勢を保持す
る。トーチは溶接されるべき表面上方に移動され、連続
的溶接を形成する。ＡＣ溶接では、加工物の溶込みはお
もに順極性（棒マイナス）により維持される。サイクル
の逆極性部分（棒プラス）の間、重イオンはキーホール
表面の全体部分に衝突する。これは完全なキーホール領
域を陰極的にクリーニングしかつすべての好ましくない
欠陥はガス圧により一掃され、欠陥はキーホールの滴下
通過（ｄｒｏｐ−ｔｈｒｏｕｇｈ）側面を介して取り除
かれる。
みスイッチアセンブリ３８を起動する。プラズマガス、
シールドガス、およびトーチ冷却水が流動している。高
周波数パイロットアークは開始され、かつオペレータは
溶接されるべき表面に接近する。パイロットアークはガ
スイオン化により確立される。高周波数アークは加工表
面に伝達される。パイロットアークは自動的に消滅され
る。溶接アークは確立されかつ溶接電流が発生される。 オペレータはキーホールが形成されるまで姿勢を保持す
る。トーチは溶接されるべき表面上方に移動され、連続
的溶接を形成する。ＡＣ溶接では、加工物の溶込みはお
もに順極性（棒マイナス）により維持される。サイクル
の逆極性部分（棒プラス）の間、重イオンはキーホール
表面の全体部分に衝突する。これは完全なキーホール領
域を陰極的にクリーニングしかつすべての好ましくない
欠陥はガス圧により一掃され、欠陥はキーホールの滴下
通過（ｄｒｏｐ−ｔｈｒｏｕｇｈ）側面を介して取り除
かれる。
【００１５】図２において、棒マイナス条件（いわゆる
、順極性）が例示される。（トーチセンブリ１２は矢印
６２の方向に移動されており、溶加ワイヤ６４はトーチ
アセンブリ１２の前方に位置づけられる。）電極は負の
条件にありかつ加工部材は正の条件にある。電子は加工
表面に引きつけられ、高温度条件を発生する。正イオン
は電極に引きつけられる。（例示されていない）逆極性
においては、電子は電極に引きつけられ、かつ正の重イ
オンはキーホールに衝突し、前述のクリーニングを与え
、結果的に欠陥のない溶接を生じる。図１において、金
属６６はキーホールの後方での凝固化が示される。キー
ホールプラズマアーク溶接を与えるため、電力密度は１
ｘ１０１ ０ Ｗ／ｍｍ２ またはそれ以上であるべき
である。
、順極性）が例示される。（トーチセンブリ１２は矢印
６２の方向に移動されており、溶加ワイヤ６４はトーチ
アセンブリ１２の前方に位置づけられる。）電極は負の
条件にありかつ加工部材は正の条件にある。電子は加工
表面に引きつけられ、高温度条件を発生する。正イオン
は電極に引きつけられる。（例示されていない）逆極性
においては、電子は電極に引きつけられ、かつ正の重イ
オンはキーホールに衝突し、前述のクリーニングを与え
、結果的に欠陥のない溶接を生じる。図１において、金
属６６はキーホールの後方での凝固化が示される。キー
ホールプラズマアーク溶接を与えるため、電力密度は１
ｘ１０１ ０ Ｗ／ｍｍ２ またはそれ以上であるべき
である。
【００１６】薄層シールドガス流はシールドカップ４６
の終端縁５２に関してオリフィスサブアセンブリ３２の
終端５４をくぼませることにより保証される。構成され
た一実施例において、シールドカップ４６の本体の外径
は約３／４インチでありその終端縁５２の直径は約３／
８インチである。オリフィスサブアセンブリ３２は約１
／２インチの本体の外径を有し、それは終端５４におい
て約１／４インチまで先細にされる。終端縁５２と終端
５４との間の、くぼみ距離５６は約０．１５インチであ
る。この設計の小型化はこの発明の手動による使用を考
慮するものである。
の終端縁５２に関してオリフィスサブアセンブリ３２の
終端５４をくぼませることにより保証される。構成され
た一実施例において、シールドカップ４６の本体の外径
は約３／４インチでありその終端縁５２の直径は約３／
８インチである。オリフィスサブアセンブリ３２は約１
／２インチの本体の外径を有し、それは終端５４におい
て約１／４インチまで先細にされる。終端縁５２と終端
５４との間の、くぼみ距離５６は約０．１５インチであ
る。この設計の小型化はこの発明の手動による使用を考
慮するものである。
【００１７】この発明は、溶接しなおす前に欠陥を取除
くために通常要求される、研磨または機械加工のいずれ
の要求をも不要とする。さらに、欠陥のないｘ線品質溶
接にとって通常必須のものである表面酸化物の除去が不
要とされる。この発明はアルミニウムを必要とする溶接
応用において非常に有用である。
くために通常要求される、研磨または機械加工のいずれ
の要求をも不要とする。さらに、欠陥のないｘ線品質溶
接にとって通常必須のものである表面酸化物の除去が不
要とされる。この発明はアルミニウムを必要とする溶接
応用において非常に有用である。
【００１８】明らかに、この発明の多くの修正および変
形が上記の教示に照らして可能である。それゆえ、前掲
の請求の範囲内で、発明が特定的に記述される以外に、
他のやり方で実施されてもよいことが理解されるべきで
ある。たとえば、この発明は補修における使用に関して
論じられているが、主要な溶接道具として使用されても
よい。
形が上記の教示に照らして可能である。それゆえ、前掲
の請求の範囲内で、発明が特定的に記述される以外に、
他のやり方で実施されてもよいことが理解されるべきで
ある。たとえば、この発明は補修における使用に関して
論じられているが、主要な溶接道具として使用されても
よい。
【図１】この発明のＡＣプラズマアーク手動キーホール
溶接技術の概略図である。
溶接技術の概略図である。
【図２】図１において示される手動プラズマアーク溶接
トーチアセンブリの拡大概略図解である。図面の図を通
じて同一の構成要素または部品は同一の参照数字により
明示される。
トーチアセンブリの拡大概略図解である。図面の図を通
じて同一の構成要素または部品は同一の参照数字により
明示される。
１４ 加工部材
１６ 電源
２０ 電極
２８ 可飽和リアクトル
３２ オリフィスサブアセンブリ
３４ ブリッジ整流路
３８ 足踏みスウィッチアセンブリ
４０ パルス振幅制御
４４ 溶接接触器
４６ シールドカップ
４８ シールドガス
５７ プラズマ源
６０ 冷却剤再循環器
Ｔ 変成器
Claims (9)
- 【請求項１】 （ａ）正弦波交流を与えるための電源
と、 （ｂ）（ｉ）中心に配置される縦の軸を有する終端縁を
有するシールドカップと、 （ｉｉ）前記シールドカップ内に同心的に配置されるオ
リフィスサブアセンブリとを含み、前記オリフィスサブ
アセンブリは終端を有し、シールドガス放電環はシール
ドカップの終端縁と中空オリフィスサブアセンブリの終
端との間に形成され、さらに （ｉｉｉ）前記電源の第１の端子に接続される電極を含
み、前記電極は前記オリフィスサブアセンブリ内に同心
的に配置され、プラズマガス放電環は中空オリフィスサ
ブアセンブリの終端と前記電極の端子との間に形成され
、前記シールドカップの終端縁はオリフィスサブアセン
ブリの終端を越えて延在され、かつ前記放電環を介して
薄層シールドガス放電流を発生し、オリフィスサブアセ
ンブリの冷却を与えるように構成される、手動プラズマ
アーク溶接トーチアセンブリと、 （ｃ）前記シールドガス放電環に流体的に連通し、前記
加工部材まで前記シールドガス放電環を介して不活性シ
ールドガスの流れを与えるための、シールドガス源と、
（ｄ）前記プラズマガス放電環に流体的に連通し、前記
プラズマガス放電環を介して不活性プラズマガスの流れ
を与えるための、プラズマガス源とを備え、前記流れは
実質的にコリメートされ、前記電源の第２の端子は伝達
されるアークを前記電源と前記加工部材との間に与える
ように加工部材に接続され、電力密度はキーホール溶接
を与えるのに十分であり、正弦波極性の逆転は同時キー
ホール溶込みおよび陰極クリーニングを与え、実質的な
加工部材表面準備および／または内部加工部材欠陥の除
去の必要性を解消する、手動キーホールプラズマアーク
溶接システム。 - 【請求項２】 前記シールドガスはヘリウムである、
請求項１の溶接システム。 - 【請求項３】 前記シールドガスはヘリウムを含むガ
ス混合物を含む、請求項１の溶接システム。 - 【請求項４】 前記プラズマガスはアルゴンである、
請求項１の溶接システム。 - 【請求項５】 前記電源は相対的溶込みおよびクーニ
ング制御を与えるための制御手段を含む、請求項１の溶
接システム。 - 【請求項６】 前記電力密度は１ｘ１０１ ０ Ｗ／
ｍ２ より大きいまたは等しい、請求項１の溶接システ
ム。 - 【請求項７】 前記加工部材はアルミニウムから形成
される、請求項１の溶接システム。 - 【請求項８】 前記正弦波交流は平衡である、請求項
１の溶接システム。 - 【請求項９】 前記正弦波交流は不平衡である、請求
項１の溶接システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/534,572 US5045667A (en) | 1990-06-06 | 1990-06-06 | Manual keyhole plasma arc welding system |
| US534572 | 1990-06-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04228270A true JPH04228270A (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=24130631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3134267A Withdrawn JPH04228270A (ja) | 1990-06-06 | 1991-06-05 | 手動キーホールプラズマアーク溶接システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5045667A (ja) |
| JP (1) | JPH04228270A (ja) |
| DE (1) | DE4118618A1 (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008034735A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Shinkawa Ltd | ボンディング装置 |
| JP2009524527A (ja) * | 2006-01-27 | 2009-07-02 | ハイパーサーム インコーポレイテッド | プラズマアークトーチの切断品質を改善する方法および装置 |
| JP2013252540A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-12-19 | Daihen Corp | プラズマ溶接トーチおよびプラズマ溶接装置 |
| JP2017510934A (ja) * | 2014-01-31 | 2017-04-13 | モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド | プラズマトーチ設計 |
| JP2019051542A (ja) * | 2017-09-15 | 2019-04-04 | 日鐵住金溶接工業株式会社 | プラズマキーホール溶接方法 |
| US10370539B2 (en) | 2014-01-30 | 2019-08-06 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US10618026B2 (en) | 2015-02-03 | 2020-04-14 | Monolith Materials, Inc. | Regenerative cooling method and apparatus |
| US10808097B2 (en) | 2015-09-14 | 2020-10-20 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black from natural gas |
| US11149148B2 (en) | 2016-04-29 | 2021-10-19 | Monolith Materials, Inc. | Secondary heat addition to particle production process and apparatus |
| US11203692B2 (en) | 2014-01-30 | 2021-12-21 | Monolith Materials, Inc. | Plasma gas throat assembly and method |
| US11453784B2 (en) | 2017-10-24 | 2022-09-27 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene |
| US11492496B2 (en) | 2016-04-29 | 2022-11-08 | Monolith Materials, Inc. | Torch stinger method and apparatus |
| US11665808B2 (en) | 2015-07-29 | 2023-05-30 | Monolith Materials, Inc. | DC plasma torch electrical power design method and apparatus |
| US11760884B2 (en) | 2017-04-20 | 2023-09-19 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having high purities and methods for making same |
| US11926743B2 (en) | 2017-03-08 | 2024-03-12 | Monolith Materials, Inc. | Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas |
| US11939477B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-03-26 | Monolith Materials, Inc. | High temperature heat integration method of making carbon black |
| US11987712B2 (en) | 2015-02-03 | 2024-05-21 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black generating system |
| US11998886B2 (en) | 2021-12-30 | 2024-06-04 | Monolith Materials, Inc. | Regenerative cooling method and apparatus |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5225654A (en) * | 1992-07-15 | 1993-07-06 | The Babcock & Wilcox Company | Method for defect free keyhole plasma arc welding |
| US5705785A (en) * | 1994-12-30 | 1998-01-06 | Plasma-Laser Technologies Ltd | Combined laser and plasma arc welding torch |
| DE19626941A1 (de) * | 1996-07-04 | 1998-01-08 | Castolin Sa | Verfahren zum Beschichten oder Schweißen leicht oxidierbarer Werkstoffe sowie Plasmabrenner dafür |
| US5831237A (en) * | 1997-03-13 | 1998-11-03 | The Lincoln Electric Company | Plasma arc power system and method of operating same |
| FR2772297B1 (fr) * | 1997-12-11 | 2000-01-14 | Soudure Autogene Francaise | Procede et dispositif de soudage a l'arc plasma a polarite variable |
| US5990446A (en) * | 1998-03-27 | 1999-11-23 | University Of Kentucky Research Founadtion | Method of arc welding using dual serial opposed torches |
| US6054669A (en) * | 1998-05-20 | 2000-04-25 | The Esab Group, Inc. | Plasma marking torch and method of operating same |
| US20080181155A1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-07-31 | Texas Instruments Incorporated | Apparatus for and method of detecting wireless local area network signals using a low power receiver |
| WO2009092234A1 (zh) * | 2007-12-27 | 2009-07-30 | Beijing Guangyao Electricity Equipment Co., Ltd | 交流等离子发射枪及其供电方法和煤粉燃烧器 |
| DE102008047888B4 (de) * | 2008-09-18 | 2010-09-30 | Rittal Gmbh & Co. Kg | Schweißverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| DE102008044203A1 (de) * | 2008-11-28 | 2010-06-02 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Plasma-Stichlochschweißen |
| FR2987295B1 (fr) * | 2012-02-29 | 2014-12-05 | Orbital | Torche de soudage induisant un soudage par fusion de matiere |
| US9527155B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-12-27 | Lincoln Global, Inc. | Welding diffuser with debris removal |
| US9308599B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-04-12 | Lincoln Global, Inc. | Welding gun with debris removal and motor cooling |
| US10100200B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-10-16 | Monolith Materials, Inc. | Use of feedstock in carbon black plasma process |
| WO2016018610A1 (en) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Clearsign Combustion Corporation | Asymmetrical unipolar flame ionizer using a step-up transformer |
| FR3107159B1 (fr) * | 2020-02-10 | 2022-12-02 | Akryvia | Torche plasma à amorcage direct et tuyère à barrière diélectrique correspondante |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3250893A (en) * | 1963-10-01 | 1966-05-10 | Union Carbide Corp | Method for providing a source of heat |
| US3278720A (en) * | 1964-02-12 | 1966-10-11 | Reynolds Metals Co | Method and apparatus for welding metal members |
| US3832513A (en) * | 1973-04-09 | 1974-08-27 | G Klasson | Starting and stabilizing apparatus for a gas-tungsten arc welding system |
| US4833294A (en) * | 1986-08-29 | 1989-05-23 | Research Corporation | Inductively coupled helium plasma torch |
-
1990
- 1990-06-06 US US07/534,572 patent/US5045667A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-06-05 JP JP3134267A patent/JPH04228270A/ja not_active Withdrawn
- 1991-06-06 DE DE4118618A patent/DE4118618A1/de not_active Withdrawn
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009524527A (ja) * | 2006-01-27 | 2009-07-02 | ハイパーサーム インコーポレイテッド | プラズマアークトーチの切断品質を改善する方法および装置 |
| JP2008034735A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Shinkawa Ltd | ボンディング装置 |
| JP2013252540A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-12-19 | Daihen Corp | プラズマ溶接トーチおよびプラズマ溶接装置 |
| US11203692B2 (en) | 2014-01-30 | 2021-12-21 | Monolith Materials, Inc. | Plasma gas throat assembly and method |
| US11591477B2 (en) | 2014-01-30 | 2023-02-28 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US10370539B2 (en) | 2014-01-30 | 2019-08-06 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US11866589B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-01-09 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US11939477B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-03-26 | Monolith Materials, Inc. | High temperature heat integration method of making carbon black |
| JP2020205279A (ja) * | 2014-01-31 | 2020-12-24 | モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド | プラズマトーチ設計 |
| JP2017510934A (ja) * | 2014-01-31 | 2017-04-13 | モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド | プラズマトーチ設計 |
| US11304288B2 (en) | 2014-01-31 | 2022-04-12 | Monolith Materials, Inc. | Plasma torch design |
| US10618026B2 (en) | 2015-02-03 | 2020-04-14 | Monolith Materials, Inc. | Regenerative cooling method and apparatus |
| US11987712B2 (en) | 2015-02-03 | 2024-05-21 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black generating system |
| US11665808B2 (en) | 2015-07-29 | 2023-05-30 | Monolith Materials, Inc. | DC plasma torch electrical power design method and apparatus |
| US10808097B2 (en) | 2015-09-14 | 2020-10-20 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black from natural gas |
| US11492496B2 (en) | 2016-04-29 | 2022-11-08 | Monolith Materials, Inc. | Torch stinger method and apparatus |
| US11149148B2 (en) | 2016-04-29 | 2021-10-19 | Monolith Materials, Inc. | Secondary heat addition to particle production process and apparatus |
| US11926743B2 (en) | 2017-03-08 | 2024-03-12 | Monolith Materials, Inc. | Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas |
| US11760884B2 (en) | 2017-04-20 | 2023-09-19 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having high purities and methods for making same |
| JP2019051542A (ja) * | 2017-09-15 | 2019-04-04 | 日鐵住金溶接工業株式会社 | プラズマキーホール溶接方法 |
| US11453784B2 (en) | 2017-10-24 | 2022-09-27 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene |
| US11998886B2 (en) | 2021-12-30 | 2024-06-04 | Monolith Materials, Inc. | Regenerative cooling method and apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5045667A (en) | 1991-09-03 |
| DE4118618A1 (de) | 1991-12-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH04228270A (ja) | 手動キーホールプラズマアーク溶接システム | |
| US3825712A (en) | Welding process | |
| Jeyaprakash et al. | The parameters and equipments used in TIG welding: A review | |
| US3007033A (en) | Inert gas shielded metal arc welding | |
| US4058698A (en) | Method and apparatus for DC reverse polarity plasma-arc working of electrically conductive materials | |
| US4551603A (en) | Device and method for surfacing a workpiece | |
| AU557617B2 (en) | Cathodic cleaning of aluminum tube | |
| CA1254955A (en) | Cored tubular electrode and method for the electric- arc cutting of metals | |
| Ikpe et al. | Effects of arc voltage and welding current on the arc length of tungsten inert gas welding (TIG) | |
| CN114226911A (zh) | 一种等离子-电弧复合焊接方法 | |
| Grinyuk et al. | Main tendencies in development of plasma-arc welding of aluminium alloys | |
| US3350539A (en) | Method for eliminating weld puddle cracking | |
| US5466905A (en) | Low electric D.C., low time rate polarity reversing arc welding method | |
| US5464958A (en) | Arc welding apparatus with variable polarity reversing device and control | |
| Ken-Hicken | Gas-tungsten arc welding | |
| US3538301A (en) | Gas shield,non-consumable-electrode pulse arc welding | |
| JPS6028588B2 (ja) | 抵抗溶接装置および方法 | |
| US2666122A (en) | Inert gas shielded magnetic field controlled electric arc metal working process and apparatus | |
| JP2711965B2 (ja) | プラズマアーク溶接機 | |
| GB1401845A (en) | Method and apparatus for arc welding | |
| JPH07256463A (ja) | 亜鉛めっき鋼板の溶接方法およびその装置 | |
| JP2836112B2 (ja) | アルミニウム合金の非消耗電極アーク溶接方法 | |
| Wemah | Equipment for aluminium welding | |
| Anderson et al. | Arc Welding of Aluminum Alloys | |
| DePauw | Arc Welding of Aluminum Alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980903 |