JPH0444314Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、粉体肉盛溶接用プラズマトーチにお
けるシールド構造の改善に関する。

（従来の技術） 溶接母材上に金属粉体を供給し、これをプラズ
マアークによつて融着させ肉盛金属層を一体に形
成させる粉体肉盛溶接用プラズマトーチはいうま
でもなく既知のものであり、その典型的な従来例
を第３図によつて説示する。同図においてはトー
チ要部のみを示しているが、トーチ中心位置には
プラズマアーク用の電極棒１を有する中心ノズル
１２が設けられるとともに、中心ノズル１２を包
囲して金属粉体５、同粉末５を圧送するキヤリヤ
ガス４との供給路を有する供給ノズル８が設けら
れるとともに、供給ノズル８の外周を包囲して環
筒状のシールドキヤツプ１３が取付けられ、同キ
ヤツプ１３の内面と供給ノズル８の外面との間に
シールドガス噴出ノズル１４が形成され、同ノズ
ル１４には供給ノズル８側に形成されたシールド
ガス供給孔１５によつてシールドガス６が供給さ
れるようになつている。各ノズル１，８，１４の
各ノズル開口は何れも同一レベルとされるととも
に、供給ノズル８およびシールドガス噴出ノズル
１４の各ノズル開口は電極棒１によるプラズマア
ーク３側に向つて斜交状に傾斜されており、従つ
て電極棒１と溶接母材２との間にプラズマアーク
３を発生させるとともに、同アーク３中にキヤリ
ヤガス４によつて圧送される金属粉体５を供給
し、同粉体５をシールドガス６による外界遮断を
介して溶融し、母材２の目的表面に肉盛溶接金属
７を層状に形成一体化するのであり、シールドガ
ス６によつて外界と遮断するのは、溶接金属の酸
化を防止するためである。

（考案が解決しようとする問題点） 上記した従来のプラズマトーチにおいては、そ
のガスシールド構造において、シールドキヤツプ
１３の内面に形成されるシールドガス噴出ノズル
１４によるシールドガス流のみであり、かつその
ノズル開口が供給ノズル８のノズル開口と平行し
てプラズマアーク３側に指向されているため、シ
ールド領域が狭くかつ薄いため、トーチ操作に当
つてそのウイービング幅が広いとブローが発生し
易く、多層肉盛を行なう場合はスケール発生のた
め良好な肉盛が得られにくいという問題を生じる
のである。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、上記の問題点を解決するために、か
かるプラズマトーチにおけるシールド構造を改善
することにより、シールド効果の強化を図るとと
もに、ブローやスケールの発生を防ぐことができ
るようにしたものであり、具体的には、プラズマ
アーク用電極棒を有する中心ノズルを包囲して肉
盛用粉体並びに同粉体のキヤリヤガス供給路を有
する供給ノズルを設け、該供給ノズルを包囲して
シールドガスノズルを有するシールドキヤツプを
設けた粉体肉盛溶接用プラズマトーチにおいて、
前記シールドキヤツプ内に同キヤツプ内の環筒状
空間を上下方向に亘り内外二重に仕切る隔壁を介
し、前記プラズマアーク及び供給粉体の周りに隣
接して流れる内側シールドガス流を噴出するため
の内側シールドガスノズルと、前記内側シールド
ガス流を包囲すると共にトーチの軸心方向とほぼ
平行に流れる外側シールドガス流を噴出するため
の外側シールドガスノズルの両者を並設すること
にあり、更には前記外側シールドガスノズルのガ
ス噴出口が内側シールドガスノズルのガス噴出口
よりも狭くされ、かつその噴出口幅ｔがシールド
キヤツプのシールド径Ｄに対しｔ／Ｄ＝３／100
以下とされる点にある。

（作用） 本考案の前記した技術的手段によれば、第１図
に示すように、プラズマアーク用電極棒１を有す
る中心ノズル１２を包囲して肉盛用粉体５並びに
同粉体５のキヤリヤガス４の供給路を有する供給
ノズル８を設けるとともに、該ノズル８の外周を
包囲して同ノズル８に取付けられるシールドキヤ
ツプ１３において、同キヤツプ１３の内面と供給
ノズル８のこれと対応する先端外周面との間に形
成される環筒状空間を、その上下方向に亘つて内
外二重に仕切る隔壁１３ａを設け、この隔壁１３
ａと供給ノズル８の先端外周面との間に、電極棒
１によるプラズマアーク３並びにノズル８からの
供給粉体５の外周に隣接して包囲する内側シール
ドガス流を噴出する内側シールドガスノズル１１
を形成し、隔壁１３ａとシールドキヤツプ１３の
内周面との間に、前記内側シールドガス流を包囲
すると共にトーチの軸心方向とほぼ平行に流れる
外側シールドガス流を噴出する外側シールドガス
ノズル１０を設け、両ノズル１１，１０にそれぞ
れ供給ノズル８側に設けたシールドガス供給孔９
ａ，９ｂを連通させることにより、溶接施工時に
両ノズル１１，１０からシールドガス流を二重に
噴出させ、シールド効果の増強が確実に得られる
ことになる。即ち内側シールドガスノズル１１よ
りの内側シールドガス流によつて直接溶接ポイン
ト要部をシールドするとともに、更にその外側に
外側シールドガスノズル１０よりの外側シールド
ガス流が存在することにより、二重の内外シール
ドが得られるとともにシールド領域を拡張するこ
とが可能となり、これによりトーチにおけるウイ
ービング幅をより広くし、また高温状態での酸化
スケールの発生を抑えることが可能となり、下層
への溶着性が改善されるため、従来に比べてより
多層の肉盛を連続して容易に行える。

（実施例） 本考案トーチの適切な実施例を、第１，２図に
ついて説示する。第１図においてトーチノズルの
主体となる中心ノズル１２および供給ノズル８は
従来のこの種粉体肉盛溶接用プラズマトーチにお
けるそれと同様であり、円筒状の中心ノズル１２
にはプラズマアーク用の電極棒１が中心に配置さ
れ、電極棒１を囲むノズル空間はシールドガス
（エヤ）の供給路とされ、ノズル開口はテーパ筒
状とされる。中心ノズル１２を包囲する供給ノズ
ル８はノズル１と同心の円筒状であり、ノズル１
２をめぐる筒状空間が肉盛用金属粉体５および同
粉体５を圧送噴出させるキヤリヤガス４の供給路
とされるのであり、供給ノズル８におけるノズル
開口は、中心ノズル１のノズル開口と平行状のテ
ーパ筒状のものとされ、また両ノズル１２，８の
ノズル開口端は同レベルとされる。本考案に係る
シールドキヤツプ１３は直円筒状であり、供給ノ
ズル８におけるノズル本体外周側にその上端が取
付けられるが、同キヤツプ１３の内面には供給ノ
ズル８のノズル本体側よりノズル頭部側に移行す
る段部に接触する張出壁１３ｂを介して（第２図
参照）、キヤツプ１３と平行し同じく直円筒状の
隔壁１３ａを上下方向に亘つて形成することによ
り、同隔壁１３ａによりキヤツプ１３と供給ノズ
ル８におけるノズル頭部側の内外面間に形成され
る環筒状空間を内外二重に仕切り、隔壁１３ａと
ノズル頭部側を内側シールドガスノズル１１と
し、また隔壁１３ａとキヤツプ１３の内面側とを
外側シールドガスノズル１０とするのである。

このさい両ノズル１１，１０の各ノズル開口を
形成するため、隔壁１３ａの下端は図例では略３
角断面形状のフランジ１３ｃが形成され、これに
よつて両ノズル１１，１０の各環状スリツトとし
てめぐるノズル開口１１ａ，１０ａを形成するの
である。このさい内側シールドガスノズル１１に
おけるノズル開口１１ａは供給ノズル１２におけ
るノズル開口１２ａと平行状とされ、これに対し
外側シールドガスノズル１０のノズル開口１０ａ
は略鉛直方向に外側シールドガス流が噴出される
ようにするとともに、ノズル開口１０ａの開口幅
（スリツト幅員）は、ノズル開口１１ａの開口幅
よりも狭くされ、これによれば内側シールドガス
ノズル１１よりの内側シールドガス流はより厚い
ガス層流として溶接ポイント要部側を確実に遮断
し、これに対し外側シールドガスノズル１０より
の外側シールドガス流は、内側シールドガス流よ
りは薄い層流ではあるが、その到達距離はノズル
１１側よりも長く、かつ拡散率も小さいので、バ
ツクアツプシールドとしてノズル１１側のシール
ドを有効に補完しかつ強化することができる。こ
のさい外側シールドガスノズル１０におけるノズ
ル開口１０ａの開口幅ｔは、実試の結果ではシー
ルドキヤツプ１３のシールド径Ｄに対し、ｔ／Ｄ
＝３／100以下とすることが、最も効率のよいこ
とが確認された。第２図において１２ａは中心ノ
ズル１２のノズル開口、８ａは供給ノズル８のノ
ズル開口を示し、第１，２図に示した実施例によ
るトーチ各部の寸法を参考までに示せば、トーチ
径（供給ノズル８の本体側外径）φ55、先端ノズ
ル径（前記ノズル８のノズル頭部側径）φ30、バ
ツクシールド径（シールドキヤツプ１３の径）
φ60、バツクシールド噴出口クリアランス（外側
シールドガスノズル開口幅ｔ）0.5mmである。尚、
トーチは既知のように水冷構造を具備している
が、シールドキヤツプ１３は高温状態にさらされ
るため、耐熱性のあるエンジニアリングセラミツ
クス等の耐熱材で形成することが有利である（実
施例ではボロンナイトライドを用いた。） 上記した実施例トーチを用いて、粉体肉盛溶接
を行なつた処、そのウイービング幅において、従
来のものでは第３図に示したシールドキヤツプ１
３におけるシールドノズル径の0.5倍程度しかと
れなかつたものが、本考案のものでは先に示した
バツクシールド径の0.5倍程度までウイービング
幅を広めることが可能であり、かつ外側シールド
ガスノズル１０から噴出された外側シールドガス
流により広い領域でのシールドが可能となり、肉
盛溶接金属の凝固時のみならず、凝固後の高温状
態における肉盛溶接金属の表面を大気からシール
ドすることができるため、該金属の表面酸化を抑
制し、下層の溶着性を改善することができ、従来
は３層程度の肉盛が限度であつたものが、４層以
上の肉盛溶接でも良好な肉盛部が得られることが
確認された。

（考案の効果） 本考案によれば、シールドキヤツプ内に、内側
シールドガスノズルと、外側シールドガスノズル
の両者を並設したので、内側シールドガス流と外
側シールドガス流の二重のシールドガス流により
シールド効果が増強される。更に、前記外側シー
ルドガスノズルから噴出される外側シールドガス
流はトーチの軸心方向とほぼ平行に流れるため、
広い領域でのシールドが可能となる。このため、
ウイービング幅を広くしても、肉盛溶接時にビー
ドの一部がシールド外に出るおそれがなく、溶融
状態の肉盛溶接金属が大気に触れることによつて
生じるブローホールの発生を有効に防止すること
ができる。また、肉盛溶接金属の凝固時のみなら
ず、凝固後の高温状態においても、肉盛溶接金属
の表面を大気からシールドすることができるた
め、該金属の表面酸化を抑制することができ、下
層の上に上層の肉盛溶接層を重合して形成する
際、下層の溶着性を改善することができ、多層肉
盛を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案トーチ実施例の要部縦断正面
図、第２図は同要部におけるシールドキヤツプ要
部の拡大断面図、第３図は従来トーチ側の要部縦
断正面図である。 １……電極棒、２……溶接母材、３……プラズ
マアーク、４……キヤリヤガス、５……粉体、６
……シールドガス、８……供給ノズル、１０……
外側シールドガスノズル、１１……内側シールド
ガスノズル、１０ａ，１１ａ……ノズル開口、１
２……中心ノズル、１３……シールドキヤツプ、
１３ａ……隔壁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) プラズマアーク用電極棒を有する中心ノズル
   を包囲して肉盛用粉体並びに同粉体のキヤリヤ
   ガス供給路を有する供給ノズルを設け、該供給
   ノズルを包囲してシールドガスノズルを有する
   シールドキヤツプを設けた粉体肉盛溶接用プラ
   ズマトーチにおいて、 前記シールドキヤツプ内に同キヤツプ内の環
   筒状空間を上下方向に亘り内外二重に仕切る隔
   壁を介し、前記プラズマアーク及び供給粉体の
   周りに隣接して流れる内側シールドガス流を噴
   出するための内側シールドガスノズルと、前記
   内側シールドガス流を包囲すると共にトーチの
   軸心方向とほぼ平行に流れる外側シールドガス
   流を噴出するための外側シールドガスノズルの
   両者を並設することを特徴とする粉体肉盛溶接
   用プラズマトーチ。 (2) 外側シールドガスノズルのガス噴出口が内側
   シールドガスノズルのガス噴出口よりも狭くさ
   れ、かつその噴出口幅ｔがシールドキヤツプの
   シールド径Ｄに対しｔ／Ｄ＝３／100以下とさ
   れる実用新案登録請求の範囲第１項記載の粉体
   肉盛溶接用プラズマトーチ。