JPH05318126A - アーク溶接・切断トーチ用冷却水 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電蝕及び錆の発生が起こりにくく、水冷ア
ークトーチの寿命を長くするアーク溶接・切断トーチ用
冷却水を提供する。 【構成】 アーク溶接・切断トーチに連結された冷却
水循環装置に使用するアーク溶接・切断トーチ用冷却水
において、エチレングリコール，低電気伝導性腐食抑制
剤及び純水より成り、ｐＨが７乃至１０であるアーク溶
接・切断トーチ用冷却水。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接・切断トー
チに連結された冷却水循環装置に使用するアーク溶接・
切断トーチ用冷却水に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アーク溶接・切断トーチは、ト
ーチが高温になるのを防止するために冷却水循環装置に
よって循環される冷却水によってトーチを冷却しつつ使
用される。図１は、水冷トーチを使用するアーク溶接・
切断装置の構成図である。図１において、１はアーク溶
接トーチまたはプラズマアーク切断トーチ、２は電源装
置、３は冷却水循環装置、４ａ，４ｂは送水ホース、５
ａ，５ｂは復水ホースである。冷却水循環装置３は、図
示しない冷却水タンク，ポンプ及びラジエータにより構
成されている。冷却水タンクに収容された冷却水は、ポ
ンプによって送水ホース４ａを通って電源装置２に送ら
れ、電源装置２の内部に配設された図示しない電磁弁を
経て、送水ホース４ｂを通ってアーク溶接トーチまたは
プラズマアーク切断トーチ１に到達する。冷却水はトー
チ１の内部に配設された冷却水通路を通過するときに、
加熱されたトーチ１から熱を吸収し、復水ホース５ｂ，
５ａを通り、冷却水循環装置３に戻る。冷却水循環装置
３に戻った冷却水は、その内部に配設されたラジエータ
によって冷却され、冷却水タンクに戻る。図２は、プラ
ズマアーク切断トーチの要部断面図である。図２におい
て、６は電極、７は電極６を支持する電極支持導体、８
は電極支持導体７の外部に設けられた絶縁筒、９は絶縁
筒８の外部に設けられたチップ支持導体である。１１は
チップ支持導体９の先端に支持された中空のチップで、
先端中央部にプラズマ噴出孔１１１が穿設されている。
１２は送水管、１３はパワー金具、１４は送水アダプ
タ、１５はカップ、１６はトーチボディである。送水ホ
ース４ｂより流入された冷却水は電極６を直接冷却した
後、矢印の通路を経て復水ホース５ｂよりトーチの外部
に流出される。前記の部品のうち、絶縁筒８、送水アダ
プタ１４、カップ１５及びトーチボディ１６は電気絶縁
材料より形成されている。また、電極６及びチップ１１
は銅、電極支持導体７、チップ支持導体９及びパワー金
具１３は真鍮により夫々形成されている。上記ト−チに
おいて、電極６とチップ１１との間に電圧を印加するた
めに、チップ支持導体９とパワー金具１３とが夫々電源
装置２に連結されると共に、空気、酸素、窒素等の適宜
のプラズマアーク形成用流体Ｇをチップ１１のプラズマ
噴出孔１１１より噴射させてプラズマジェットを発生さ
せ、このプラズマジェットにより被加工物の加工を行っ
ている。なお、トーチの外径は実用上小さい方が望まし
いので、上記の部品には肉厚及び冷却水通路が１乃至２
mm程度のものが多く使用されている。上記のプラズマア
ーク切断トーチにおいて、冷却水は１乃至２mm程度の冷
却水通路を流れるため、寒冷時には凍結が起こりやす
い。これを防止するために、入手が容易な自動車エンジ
ン用の凍結防止液を、アークトーチの冷却水として流用
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年上記図
２に示されるプラズマアーク切断トーチを工業用ロボッ
トに搭載して高使用率で用いた場合、プラズマアーク切
断トーチが短期間の使用で冷却水漏れを起こすという事
故が多発してきた。冷却水漏れの原因を調査するため、
事故を起こしたプラズマアーク切断トーチを分解したと
ころ、真鍮製のチップ支持導体９に貫通孔があいている
ことがわかった。さらに、貫通孔があいた原因を追究し
たところ、下記のことが判明した。電気絶縁材料より成
る送水アダプタ１４の一方の端部には、真鍮から成るチ
ップ支持導体９が嵌合されており、他の一方の端部には
真鍮から成るパワー金具１３が嵌合されている。パワー
金具１３，送水アダプタ１４及びチップ支持導体９の内
部に設けられた冷却水通路には冷却水が満たされてい
る。ところで、自動車エンジン用の凍結防止液から成る
冷却水は、エチレングリコール，亜硝酸塩系腐食抑制剤
及び水道水から成っている。上記の構成において、チッ
プ１１と電極６との間に電圧を印加するために、電源装
置２の陽極とチップ支持導体９、電源装置２の陰極とパ
ワー金具１３とを連結すると、冷却水を介してチップ支
持導体９とパワー金具１３との間に電圧がかかる。冷却
水に添加されている亜硝酸塩系腐食抑制剤は電気伝導性
が高いので、電気分解が盛んに起こり、陽極側であるチ
ップ支持導体９は電蝕により徐々に浸食される。ところ
で、前記したごとく、トーチの各部、特にチップ支持導
体９の肉厚は１乃至２mm程度に形成されているため、電
蝕が盛んに起こると短期間の使用で貫通孔があいて水漏
れが発生する。

【０００４】上記の現象は、アーク溶接トーチにおいて
も同様に起こる。図３は、アーク溶接トーチの要部断面
図である。図３において、２１は金属ノズル、２２はカ
ップ、２３はコレットボディ、２４はコレット、２５は
電極、２６はガスケット、２７はアダプタ、Ｗは被溶接
物である。金属ノズル２１は銅、カップ２２は真鍮であ
り外面はプラスチックでモールドされている。コレット
ボディ２３は真鍮、コレット２４は銅、電極２５は酸化
トリウム入りタングステン、ガスケット２６及びアダプ
タ２７は電気絶縁材料より成っている。カップ２２とコ
レットボディ２３とによって形成された空間２８は冷却
水通路である。アーク溶接トーチにおいては、例えば、
電源装置２の陽極と被溶接物Ｗ、電源装置２の陰極と電
極２５につながるコレットボディ２３とが連結されてい
る。従って、通常の溶接作業中には、カップ２２とコレ
ットボディ２３との間に電圧がかかることはないが、未
熟練作業者が溶接を行う場合や、狭隘な個所の溶接を行
う場合には、金属ノズル２１が被溶接物Ｗに接触するこ
とがある。金属ノズル２１が被溶接物Ｗに接触すると、
金属ノズル２１とカップ２２とは電気的に連通している
ので、カップ２２は金属ノズル２１及び被溶接物Ｗを介
して電源装置２の陽極と連通することになる。従って、
冷却水通路２８に満たされた冷却水を介して、カップ２
２とコレットボディ２３との間に電圧がかかる。このた
め、カップ２２を陽極、コレットボディ２３を陰極とし
て、電気分解が盛んに起こり、陽極側であるカップ２２
は電蝕により浸食され、短期間の使用で貫通孔があいて
水漏れが発生する。なお、電圧が印加されていないとき
には、電蝕が発生しないのは勿論であるが、電圧が印加
されていなくても金属部分には徐々にではあるが錆が発
生し、この腐食により、上記金属ノズル２１と被溶接物
Ｗとの接触時の電蝕が助長されていた。勿論、電極２５
と被溶接物Ｗとの極性が上記と異なるアーク溶接トーチ
においても、上記と同様の水漏れ事故が発生していた。

【０００５】そこで、本発明の目的は、電蝕及び錆の発
生が起こりにくく、水冷アークトーチの寿命を長くする
アーク溶接・切断トーチ用冷却水を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の構成は、アーク溶接・切断トーチに連結さ
れた冷却水循環装置に使用するアーク溶接・切断トーチ
用冷却水において、エチレングリコール，低電気伝導性
腐食抑制剤及び純水より成り、ｐＨが７乃至１０である
ことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。本発明の対象とする冷却水循環装置付きのアー
ク溶接・切断装置は、例えば前記した図１に示されると
おりであり、また、水冷アークトーチが前記した図２に
示される構造であるものとする。なお、図１及び図２は
既に詳記したため、ここでは省略する。

【０００８】図１に示される装置において、冷却水循環
装置３に冷却水が収容されるが、本発明に係る冷却水
は、エチレングリコール，低電気伝導性腐食抑制剤及び
純水より成り、ｐＨが７乃至１０である。図４の実線
は、エチレングリコール３０％，低電気伝導性腐食抑制
剤としてチアゾール系腐食抑制剤０．１％，残りが純水
から成り、ｐＨが８．８である本発明に係る冷却水を使
用してプラズマアーク切断を行なう場合に、チップ支持
導体９とパワー金具１３との間の印加電圧と、チップ支
持導体９とパワー金具１３との間に冷却水を通して流れ
る電流との関係を示す図である。なお、図４の一点鎖線
は、エチレングリコール３０％，亜硝酸塩系腐食抑制剤
２％，残りが水道水から成り、ｐＨが８．４である従来
の冷却水を使用したときの印加電圧と冷却水を介して流
れる電流との関係を示す。図４に示されるごとく、プラ
ズマアーク切断トーチで一般的に使用される４０乃至６
０Ｖの電圧の範囲においては、チップ支持導体９とパワ
ー金具１３との間に冷却水を通して流れる電流は、従来
の冷却水ではおよそ２乃至３ｍＡであるが、本発明に係
る冷却水ではおよそ０．０１乃至０．０５ｍＡであり、
従来の場合の約１／２００乃至１／６０になっている。
電蝕による金属の溶解量は、ファラデーの電気分解の法
則によりｍ＝ｋ・Ｉ・ｔで表わされる。この場合、ｍは
金属の溶解量（ｇ），定数ｋは電気化学当量（g/A ・ho
ur），Ｉは電流（Ａ），ｔは時間（hour）である。すな
わち、一定量ｍ（ｇ）の金属が溶解するのに要する時間
ｔ（hour）は電流Ｉ（Ａ）に反比例するので、プラズマ
アーク切断トーチとしての寿命は、本発明に係る冷却水
によれば従来の冷却水を使用した場合のおよそ６０乃至
２００倍になる。チップ支持導体９の内径を２mm，外径
を４mmとして、幅１mmにわたって電蝕がドーナツ形に発
生するとすれば、チップ支持導体９に貫通孔が生ずるま
でに溶解する真鍮の重量は、下式で計算できる。

【数１】 従来の冷却水を使用して、冷却水に２ｍＡの電流が流れ
る場合に、チップ支持導体９に貫通孔が生ずるまでの時
間は、下式で計算できる。

【数２】 従って、１日１０時間、使用率４０％、即ち、１日の実
切断時間４時間で使用したときの耐久日数は４日とな
る。本発明に係る冷却水を使用して、冷却水に０．０１
ｍＡの電流が流れる場合に、チップ支持導体９に貫通孔
が生ずるまでの時間は、

【数３】 となり、耐久日数は約８００日となる。年間稼働日数を
２５０日とすれば寿命は約３年となる。同様にして、本
発明に係る冷却水を使用して、冷却水に０．０５ｍＡの
電流が流れる場合の耐久日数は約１６０日となる。図５
は、本発明に係る冷却水を使用してプラズマアーク切断
を行なった場合に、ファラデーの電気分解の法則により
計算したプラズマアーク切断トーチが電蝕により水漏れ
を起こすまでの耐久日数とチアゾール系腐食抑制剤の添
加量、即ち冷却水のｐＨとの関係を示す図である。耐久
日数は１日１０時間、使用率４０％、即ち、１日の実切
断時間４時間で使用した場合を示している。図５に示さ
れるごとく、冷却水のｐＨが１０の場合、耐久日数は約
１６０日であり、プラズマアーク切断トーチは十分に実
用に耐える。また、ｐＨが１０以下になれば耐久日数は
急激に長くなる。

【０００９】図６は、３０％のエチレングリコール水溶
液に添加する低電気伝導性腐食抑制剤、例えばチアゾー
ル系腐食抑制剤の量を変化させた冷却水の中に真鍮製の
試料を浸したときの、冷却水のｐＨと発錆による腐食速
度との関係を示す図である。腐食速度の単位mdd は mg/
dm² /dayの略、即ちミリグラムで表わした１dm² （＝１
０cm² ）の表面当たりの１日間の腐食量である。図６よ
り、冷却水のｐＨが７乃至１０の範囲内では、腐食速度
は０．５mdd 前後の極めて低い値であるが、冷却水が中
性から酸性になると、即ちｐＨが７未満になると急激に
腐食速度が大きくなることがわかる。また、ｐＨが１０
を越えても腐食速度が大きくなる。従って、発錆による
腐食を抑制するには、冷却水のｐＨを７乃至１０にする
必要がある。以上の説明は、エチレングリコールの水溶
液に低電気伝導性腐食抑制剤としてチアゾール系腐食抑
制剤を添加する場合を示したが、トリアゾール系，ベン
ゾトリアゾール系あるいはベンゾチアゾール系などの低
電気伝導性腐食抑制剤を添加することもできる。なお、
エチレングリコールの濃度が１５％以上であれば、不凍
効果上好ましいが、５０％を越えると粘度が高くなるた
め、冷却に必要な流量を確保するためには１５〜５０％
の濃度が適正である。

【００１０】以上のごとく、本発明に係る冷却水は、エ
チレングリコール，低電気伝導性腐食抑制剤及び純水よ
り成っているため、電圧が印加される銅あるいは銅合金
より成る部分に冷却水が使用されても、冷却水中を流れ
る電流はわずかであり、電蝕による金属の溶解量は少
い。また、冷却水のｐＨが７乃至１０であるので、発錆
による腐食速度が小さい。従って、プラズマアーク切断
トーチの寿命を長くすることができる。

【００１１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る冷却水によれば、冷却水がエチレングリコール，低
電気伝導性腐食抑制剤及び純水より成り、かつｐＨが７
乃至１０であるため、電圧が印加される銅あるいは銅合
金より成る部分に冷却水を介して流れる電流はわずかで
あり、電蝕による金属の溶解量は少い。また、冷却水の
ｐＨが７乃至１０であるので、発錆による腐食速度が小
さい。従って、プラズマアーク切断トーチを高寿命に使
用することができる。アーク溶接トーチでは、冷却水に
電流が流れ電蝕が発生するのは、トーチ先端の金属ノズ
ルが被溶接物に接触している間だけであるが、上記接触
状態が多々生じるため、アーク溶接トーチを冷却する冷
却水循環装置に本発明に係る冷却水を適用すれば、より
高寿命にアーク溶接トーチを使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象とする、冷却水循環装置付きのア
ーク溶接・切断装置の構成図

【図２】本発明の対象とするプラズマアーク切断トーチ
の要部断面図

【図３】本発明の対象とするアーク溶接トーチの要部断
面図

【図４】冷却水循環装置付きのプラズマアーク切断装置
において、本発明に係る冷却水と従来の冷却水とを夫々
使用したときの、プラズマアーク切断トーチへの印加電
圧と冷却水に流れる電流との関係を示す図

【図５】冷却水循環装置付きのプラズマアーク切断装置
において、本発明に係る冷却水を使用したときの、プラ
ズマアーク切断トーチが電蝕により水漏れを起こすまで
の耐久日数と冷却水のｐＨとの関係を示す図

【図６】本発明に係る冷却水のｐＨと発錆による腐食速
度との関係を示す図

【符号の説明】

１ アーク溶接・切断トーチ ２ 電源装置 ３ 冷却水循環装置 ９ チップ支持導体 １３ パワー金具 １４ 送水アダプタ ２２ カップ ２３ コレットボディ ２８ 冷却水通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶接・切断トーチに連結された冷
   却水循環装置に使用するアーク溶接・切断トーチ用冷却
   水において、エチレングリコール，低電気伝導性腐食抑
   制剤及び純水より成り、ｐＨが７乃至１０であるアーク
   溶接・切断トーチ用冷却水。