JPH05300Y2 - - Google Patents

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JPH05300Y2
JPH05300Y2 JP8127987U JP8127987U JPH05300Y2 JP H05300 Y2 JPH05300 Y2 JP H05300Y2 JP 8127987 U JP8127987 U JP 8127987U JP 8127987 U JP8127987 U JP 8127987U JP H05300 Y2 JPH05300 Y2 JP H05300Y2
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【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

〔産業上の利用分野〕 本考案は、炭酸ガスやアルゴンガスなどをシー
ルドガスとして用いるアーク溶接用の溶接ノズル
に関する。 〔従来の技術〕 金属を接合する場合、現在アーク溶接が広く行
なわれており、ブローホールなどの溶接不良を防
ぐため溶融金属部分に不活性ガスや炭酸ガスを供
給して溶接を行なう、ガスシールドアーク溶接法
が広く普及している。なかでも、炭酸ガスをシー
ルドガスとして使用する炭酸ガスアーク溶接法
は、シールドガスが安価であり、高溶着速度を得
ることができるところから、ガスシールド溶接法
の主流となつていて、全溶接材料の30%に使用さ
れている。例えば、炭酸ガスアーク溶接に用いる
シールドガスの価格は、炭酸ガスとアルゴンガス
との混合ガスをシールドガスとして用いるMAG
溶接の約1/10である。しかし、炭酸ガスアーク溶
接は、MAG溶接に比較してスパツタ量が3〜5
倍多いという欠点を有している。このスパツタ
は、溶接中に飛散するスラグ及ぶ溶融金属のこと
であつて、溶融金属がその80%を占め、鉄が主成
分である。 炭酸ガスアーク溶接におけるスパツタの発生
は、主に次の4つの原因による。 溶接開始時または再アーク時に、溶接ワイヤ
の溶滴が冷い被溶接材に衝突し、飛び散ること
により生ずる。 溶融金属内からガスが吹き出し、このガスの
放出に伴いスパツタが発生する。 溶接中にアーク電圧が変動すると、溶接ワイ
ヤの送給量が変化し、溶接ワイヤの溶ける量が
多くなり、これがスパツタの原因となる。 アーク長が延び、ワイヤ端に懸垂した溶滴が
アーク力により横に吹き飛ばされる。 溶接時における溶接箇所は1700〜1800℃になり
溶融金属の温度は、1800〜2300℃にも達する。こ
の溶融金属がスパツタとして飛び散ると、コンタ
クトチツプや溶接ノズルに付着する。スパツタの
チツプやノズルへの付着原因については、治金的
な原因と物理的な原因とがある。 治金的な原因は、チツプやノズルに衝突した溶
融金属が、その熱によりチツプやノズルの表面を
溶かし、その表面に溶着してしまう。したがつ
て、スパツタの温度が高く、チツプやノズルの温
度が高くなるほど合金層が厚くなるため、スパツ
タの付着力が強く、取りにくくなる。また、物理
的な原因は、チツプやノズルの表面の荒さに起因
する機械的な付着である。 一方、前記シールドガスを溶接トーチの先端に
案内するノズルは、溶接トーチ先端近くの溶接箇
所近傍が1700〜1800℃と高温になるため、放熱性
及び冷却性を考慮して従来は熱伝導率の高い銅ま
たは銅合金により形成されていた。この結果ノズ
ルの表面硬度が低くなり、前述したスパツタが付
着し易いという問題があつた。 この問題を解決するための提案としては、スパ
ツタの付着を少なくするため実開昭61−77175号
公報によつて開示されたように電極チツプとトー
チノズルに硬度セラミツクの薄い層で被覆したも
のや、特開昭61−111783号公報によつて開示され
た熱伝導度がよく、かつ低熱膨張係数の悲酸化物
セラミツクスでノズルを作り、溶接作業時に割れ
ないようにしたものが知られている。また、本願
出願人が実開昭63−47074号公報により提案した
ように、鉄系金属で形成されたノズルの表面にセ
ラミツクコーテイングしたものである。 〔考案が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記の銅系合金によるノズルは
熱伝導率が高く冷却性が良いのでスパツタがつき
にくいとされているが、硬度が低く、高温飛散ス
パツタに対して治金的、物理的にスパツタが付着
(固着)し易く、結果的に耐久性に問題がある。 また、銅もしくは銅系合金はその物性上から加
工硬化及び加温軟化が生じる。前者は常温、後者
は200〜300℃程で生じる。加工されて作成された
直後のノズルは硬化しているために硬度は高い
が、熱放射及び熱を持つたスパツタとの接触によ
り、ノズルの温度は上昇し時間が経過するにつれ
軟化が促進されていく。 ノズルの清掃の場合、金ブラシ等を使用する
が、軟化が徐々に進行しているため、傷がつき易
くなる。傷がつくとそこにスパツタが付着し易く
なり、時間経過とともにスパツタが付着し、ノズ
ル口径が小さくなり、結果的にガスを絞りガスシ
ールド不足となりブローホールの発生原因とな
る。 一方、窒化ケイ素セラミツクノズルは治金的、
物理的なスパツタの付着は解消されたが、必然的
に厚肉形状となり、熱伝導率が比較的低くスパツ
タの付着は取り易いが充分とは言えない。 また、実開昭63−47074号公報による提案は、
セラミツクコーテイングされた被膜が比較的薄い
ため、第3図に顕微鏡写真で示すように、溶融飛
散したスパツタによりセラミツクコーテイング層
が破損されるという欠点があつた。 本考案は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、ノズルの耐久性を向上させるとともに、放熱
性をよくしスパツタの付着を少なくしたセラミツ
クコーテイングされた金属製溶接ノズルを提供す
ることを目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成するための本考案は、中心部
に電極または溶接ワイヤが配置された電極チツプ
の周囲に設けられ、電極チツプとの間にガス通路
を形成する金属製溶接ノズルにおいて、前記ノズ
ルは肉厚が1mm乃至1.5mmの極薄肉の鉄系金属で
形成され、その内外周の全面に炭化チタン及び窒
化チタンの2層からなるセラミツク層を複数層形
成したものである。 〔作用〕 上記の構成によると、溶接ノズルを鉄系金属で
形成したので、溶接作業中に加温軟化が起りにく
く、スパツタの付着が防止できる。 一方、鉄系金属は銅、銅系金属に比して熱伝導
率が小さいためスパツタと接触した直後の熱伝導
(放熱)が悪く、また熱の畜積が生じ、ノズル自
体の温度が上昇するが、これに対し本考案は、ノ
ズルの肉厚を2〜3mmある従来の銅製ノズルの約
1/2〜1/3の極薄肉厚とすることによつて温度上昇
を防ぎ、表面にスパツタに反応しにくいセラミツ
ク層を形成することによつてスパツタの付着を防
ぎ、さらにセラミツク層を超硬質の炭化チタンと
窒化チタンの2層として形成し、このセラミツク
層を複数層ノズル表面に形成することによつてコ
ーテイング被膜の破損を防止している。 〔実施例〕 以下、本考案に係るセラミツクコーテイングさ
れた金属製溶接ノズルの一実施例を図面を参照し
て説明する。 第1図に本考案の一実施例を示す。ほぼ円筒状
のノズル1は普通鋼(SS)を約500℃に加熱し油
冷するか、またはダイス鋼(SKD−11)を約200
℃で焼戻しするかして形成されている。このノズ
ル1の内外周全面には化学蒸着(CVD)法によ
り第1層に炭化チタン、第2層に窒化チタンが約
1030℃の温度で蒸着されており、1回の蒸着で約
8μmのセラミツク被膜2が形成されている。そし
てこの蒸着は5回繰返されて膜厚は約22μmに成
長されている。 また、ノズル1の肉厚は第2図に示す従来のノ
ズル3の肉厚の約1/2〜1/3の1〜1.5mmに形成さ
れている。そしてノズル1の基部内径側には従来
のノズル3と同様に取付け用ねじ4が形成されて
いる。 次に本実施例の作用及び効果を説明する。 鉄系金属で形成されたノズル1は銅系金属で形
成された従来のノズル4の肉厚の約1/2〜1/3とな
つているため、熱伝導率は25〜40Kcal/m・
hr・℃となり、従来のノズル4の熱伝導率とほぼ
等しくなるので温度上昇に対応できる。 また、スパツタ付着量を現業ラインについて実
験した結果を下記の第1表に示す。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a welding nozzle for arc welding using carbon dioxide gas, argon gas, or the like as a shielding gas. [Prior art] Arc welding is currently widely used when joining metals, and gas shielding is used to weld by supplying inert gas or carbon dioxide gas to the molten metal to prevent welding defects such as blowholes. Arc welding is widely used. Among these, carbon dioxide arc welding, which uses carbon dioxide as a shielding gas, has become the mainstream gas shield welding method because the shielding gas is inexpensive and it is possible to obtain a high welding rate. Used in 30%. For example, the price of the shielding gas used for carbon dioxide arc welding is the price of MAG, which uses a mixture of carbon dioxide and argon gas as the shielding gas.
It is about 1/10 of welding. However, carbon dioxide arc welding produces 3 to 5 spatter compared to MAG welding.
It has the disadvantage of being twice as large. This spatter is slag and molten metal that are scattered during welding, and molten metal accounts for 80% of it, with iron being the main component. The occurrence of spatter in carbon dioxide arc welding is mainly due to the following four causes. This occurs when welding wire droplets collide with the cold material to be welded and scatter when welding is started or when re-arcing. Gas blows out from within the molten metal, and spatter occurs as the gas is released. When the arc voltage fluctuates during welding, the amount of welding wire fed changes, increasing the amount of welding wire that melts, which causes spatter. The arc length increases, and the droplets suspended at the end of the wire are blown sideways by the arc force. During welding, the temperature at the welding point reaches 1,700 to 1,800 degrees Celsius, and the temperature of the molten metal reaches 1,800 to 2,300 degrees Celsius. When this molten metal spatters, it adheres to the contact tip and welding nozzle. The causes of spatter adhering to tips and nozzles include metallurgical and physical causes. The metallurgical cause is that the molten metal that collides with the chip or nozzle melts the surface of the chip or nozzle due to its heat, and welds to the surface. Therefore, the higher the temperature of the spatter and the higher the temperature of the chip or nozzle, the thicker the alloy layer becomes, which makes the adhesion of the spatter stronger and harder to remove. The physical cause is mechanical adhesion caused by the roughness of the chip or nozzle surface. On the other hand, the nozzle that guides the shielding gas to the tip of the welding torch has a high temperature of 1700 to 1800 degrees Celsius near the welding point near the tip of the welding torch. It was made of high-grade copper or copper alloy. As a result, the surface hardness of the nozzle becomes low, resulting in the problem that the spatter mentioned above tends to adhere. Proposals to solve this problem include coating the electrode tip and torch nozzle with a thin layer of hard ceramic, as disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 61-77175, in order to reduce spatter adhesion; Japanese Patent Laid-Open No. 61-111783 discloses a nozzle made of a tragic oxide ceramic having good thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion to prevent it from cracking during welding work. Further, as proposed by the applicant of the present application in Japanese Utility Model Application Publication No. 63-47074, the surface of a nozzle made of iron-based metal is coated with ceramic. [Problem that the invention aims to solve] However, the nozzle made of the above-mentioned copper alloy has high thermal conductivity and good cooling performance, so it is said that spatter does not easily form. Metallurgically and physically, spatter easily adheres (fixes), resulting in problems with durability. Further, due to its physical properties, copper or copper-based alloys undergo work hardening and heating softening. The former occurs at room temperature, and the latter at around 200-300°C. Immediately after being processed and created, the nozzle is hardened and therefore has high hardness, but due to heat radiation and contact with hot spatter, the temperature of the nozzle rises and softens as time passes. go. When cleaning the nozzle, a gold brush or the like is used, but as the nozzle gradually softens, it becomes easily scratched. When scratches occur, spatter tends to adhere there, and as time passes, spatter adheres to the nozzle, reducing the nozzle diameter, resulting in gas restriction and insufficient gas shielding, which causes blowholes to occur. On the other hand, silicon nitride ceramic nozzles are metallurgical,
Although the physical adhesion of spatter has been eliminated, it inevitably becomes a thick-walled shape and has a relatively low thermal conductivity, making it easy to remove spatter, but it cannot be said to be sufficient. In addition, the proposal by Utility Model Application Publication No. 63-47074 is
Since the ceramic coating layer is relatively thin, there was a drawback that the ceramic coating layer was damaged by melted spatter, as shown in the micrograph of FIG. The present invention was developed in view of the above circumstances, and aims to provide a ceramic-coated metal welding nozzle that improves the durability of the nozzle, improves heat dissipation, and reduces spatter adhesion. . [Means for Solving the Problems] The present invention for achieving the above-mentioned object is provided around an electrode chip in which an electrode or welding wire is arranged in the center, and a gas passage is provided between the electrode chip and the electrode chip. In the metal welding nozzle to be formed, the nozzle is formed of an extremely thin iron-based metal with a wall thickness of 1 mm to 1.5 mm, and is coated with multiple ceramic layers consisting of two layers of titanium carbide and titanium nitride on the entire inner and outer periphery. It was formed. [Function] According to the above structure, since the welding nozzle is made of iron-based metal, softening due to heating is less likely to occur during welding work, and the adhesion of spatter can be prevented. On the other hand, iron-based metals have lower thermal conductivity than copper and copper-based metals, so heat conduction (heat radiation) is poor immediately after contact with spatter, and heat buildup occurs, causing the temperature of the nozzle itself to rise. However, the present invention prevents temperature rise by making the nozzle's wall thickness extremely thin, about 1/2 to 1/3 of the conventional copper nozzle, which is 2 to 3 mm, and prevents spatter on the surface. By forming a non-reactive ceramic layer, spatter adhesion is prevented.In addition, the ceramic layer is formed as two layers of ultra-hard titanium carbide and titanium nitride, and this ceramic layer is formed on the surface of a multi-layer nozzle. This prevents damage to the coating film. [Embodiment] Hereinafter, an embodiment of a ceramic-coated metal welding nozzle according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The almost cylindrical nozzle 1 is made by heating common steel (SS) to about 500℃ and cooling it with oil, or by heating die steel (SKD-11) to about 200℃.
It is formed by tempering at ℃. The entire inner and outer periphery of this nozzle 1 is coated with titanium carbide in the first layer and titanium nitride in the second layer by chemical vapor deposition (CVD).
It is deposited at a temperature of 1030℃, and one deposition process produces approximately
A ceramic coating 2 of 8 μm is formed. This vapor deposition was repeated five times to grow the film to a thickness of about 22 μm. Further, the wall thickness of the nozzle 1 is formed to be 1 to 1.5 mm, which is about 1/2 to 1/3 of the thickness of the conventional nozzle 3 shown in FIG. A mounting screw 4 is formed on the inner diameter side of the base of the nozzle 1, similar to the conventional nozzle 3. Next, the operation and effect of this embodiment will be explained. The wall thickness of the nozzle 1 made of iron-based metal is about 1/2 to 1/3 that of the conventional nozzle 4 made of copper-based metal, so the thermal conductivity is 25 to 40 Kcal/m・
hr·°C, which is almost the same as the thermal conductivity of the conventional nozzle 4, so it can cope with temperature increases. Table 1 below shows the results of an experiment on the amount of spatter deposited on a production line.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

上述したように本考案によれば、溶接ノズルを
肉厚が1mm乃至1.5mmの極薄肉の鉄系金属で形成
し、表面に炭化チタン及び窒化チタンの2層から
なるセラミツク層を複数層形成したので、溶接時
の温度上昇を防ぎスパツタ付着量を低減し、スパ
ツタによるセラミツク層の破損を防止して、ノズ
ルの耐久性を大幅に向上し溶接装置の稼働率を向
上させることができる。
As described above, according to the present invention, the welding nozzle is made of an extremely thin iron-based metal with a wall thickness of 1 mm to 1.5 mm, and multiple ceramic layers made of two layers of titanium carbide and titanium nitride are formed on the surface. Therefore, it is possible to prevent temperature rise during welding, reduce the amount of spatter deposited, prevent damage to the ceramic layer due to spatter, greatly improve the durability of the nozzle, and improve the operating rate of the welding equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案に係るセラミツクコーテイング
された金属製溶接ノズルの一実施例を示す一部断
面正面図、第2図は従来の銅系金属製溶接ノズル
を示す一部断面正面図である。 1……鉄系金属製ノズル、2……セラミツクコ
ーテイング被膜、3……銅系金属製ノズル。
FIG. 1 is a partially sectional front view showing an embodiment of a ceramic coated metal welding nozzle according to the present invention, and FIG. 2 is a partially sectional front view showing a conventional copper metal welding nozzle. 1... Iron-based metal nozzle, 2... Ceramic coating film, 3... Copper-based metal nozzle.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 中心部に電極または溶接ワイヤが配置された
電極チツプの周囲に設けられ、電極チツプとの
間にガス通路を形成する金属製溶接ノズルにお
いて、前記ノズルは肉厚が1mm乃至1.5mmの極
薄肉の鉄系金属で形成され、その内外周の全面
に炭化チタン及び窒化チタンの2層からなるセ
ラミツク層を複数層形成したことを特徴とする
セラミツクコーテイングされた金属製溶接ノズ
ル。 (2) 鉄系金属として普通鋼あるいはダイス鋼を用
いることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
第1項記載のセラミツクコーテイングされた金
属製溶接ノズル。
[Claims for Utility Model Registration] (1) A metal welding nozzle that is provided around an electrode chip in which an electrode or a welding wire is arranged in the center and forms a gas passage between the nozzle and the electrode chip. It is made of ultra-thin iron-based metal with a wall thickness of 1 mm to 1.5 mm, and is coated with ceramic, characterized by having multiple ceramic layers made of two layers of titanium carbide and titanium nitride formed on the entire inner and outer periphery. Metal welding nozzle. (2) The ceramic-coated metal welding nozzle according to claim 1, which is characterized in that ordinary steel or die steel is used as the ferrous metal.
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