JPH08267251A - プラズマ肉盛用溶接トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 棒状電極及びチップの長寿命化を図ることが
できるプラズマ肉盛用溶接トーチを提供する。 【構成】 チップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの
上流部５７ｃと棒状電極５６の先端部５６ａの壁面５６
ｃのいずれか一方又は双方に絶縁被覆１７０を施すこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、肉盛溶接に用いられる
プラズマ肉盛用溶接トーチに係わり、特に、プラズマ肉
盛用溶接トーチの長寿命化を図ることができるプラズマ
肉盛用溶接トーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の給気弁や排気弁用のバルブヘ
ッドは、バルブシートに対して高速で当接、離間が繰り
返されるので、高い耐摩耗性を要求される。そのため、
図４に示すように、バルブ１のバルブヘッド２の、バル
ブシートが当接することとなる周縁には、全周にわたっ
て、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃ系合金のような耐摩耗性の高い
溶接用粉体がプラズマ肉盛用溶接トーチ５により肉盛周
溶接される。また、そのようにして形成された溶接ビー
ド３は、研削加工等の機械加工を施されることにより所
望の形状に整えられる。

【０００３】上述のバルブヘッド２への肉盛溶接等の肉
盛溶接に用いられるプラズマ肉盛用溶接トーチ５として
は、以下に示すようなものがある。

【０００４】即ち、プラズマ肉盛用溶接トーチ５は、内
部をプラズマガス６２のプラズマガス供給路５１とした
内筒５２と、この内筒５２の外側に設けられ、該内筒５
２との間を粉体状の溶接用粉体５３を導入する材料通路
５４とする外筒５５と、内筒５２の内部に配設された棒
状電極５６と、外筒５５及び内筒５２の下端に設けら
れ、プラズマガス供給路５１に連通するプラズマアーク
噴射孔５７ａ及び材料通路５４に連通する粉体噴出孔５
７ｂを有するチップ５７とを備えている。チップ５７の
プラズマアーク噴射孔５７ａの上流部５７ｃは下流部５
７ｄ側に向けてテーパー状に形成されており、下流部５
７ｄは略均等径で形成されている。従って、プラズマア
ーク噴射孔５７ａの上流部５７ｃと下流部５７ｄの境界
は角部５７ｅとなっている。また、棒状電極５６の先端
部５６ａは、チップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａ
の上流部５７ｃに挿入されている。

【０００５】粉体噴出孔５７ｂは、噴出される溶接用粉
体５３と、プラズマアーク噴出孔５７ｂから噴出される
プラズマガス６２とが合流するように内方に向けて形成
されており、棒状電極５６とバルブ１との間には、トラ
ンスファードアーク電源により高電圧が印加されるよう
になっており、棒状電極５６の先端部５６ｃの先端５６
ｂと内筒５２下部のチップ５７のプラズマアーク噴射孔
５７ａの角部５７ｅとの間には、パイロットアーク電源
により高電圧が印加されるようになっている。

【０００６】また、図５に示すように、プラズマ肉盛用
溶接トーチ５の上部には、棒状電極５６に電圧を印加す
るターミナルユニット５８が設けられており、ターミナ
ルユニット５８は、その内部に、電極貫通空間Ｓ１を形
成する筒状部５８ａを有している。筒状部５８ａの上端
内周面５８ｂは、下方にテーパー状となっており、筒状
部５８ａの内部には、筒状のコレット５９が上方から挿
入され嵌合されている。また、コレット５９の上端外周
面５９ａは、下方に向けてテーパーしており、その上端
外周面５９ａは、筒状部５８ａの上端内周面５８ｂに接
合している。これにより、コレット５９は、ターミナル
ユニット５８の筒状部５８ａに係止されている。また、
コレット５９の内部には、棒状電極５６が貫通して嵌着
されており、従って、棒状電極５６は、コレット５９と
共に下方への移動を阻止されている。また、ターミナル
ユニット５８の筒状部５８ａの上部には、その上方に突
出した棒状電極５６を内包するキャップ６３が装着され
ており、キャップ６３の内部には、コレット５９の上端
面を押圧する押圧面６３ａが形成されている。これによ
り、コレット５９は、上方への移動をも阻止されるので
固定されることとなる。これと共に棒状電極５６も固定
される。

【０００７】このようなプラズマ肉盛用溶接トーチ５
で、バルブ１のバルブヘッド２への肉盛周溶接を行なう
場合を以下に例示する。その場合には、まず、図４に示
すようにバルブ１のバルブヘッド２を回転台４に設置し
た後、その回転台４を回転させてバルブヘッド２を定回
転させる。次に、プラズマ肉盛用溶接トーチ５の棒状電
極５６の先端５６ｂとチップ５７のプラズマアーク噴射
孔５７ａの角部５７ｅとの間に、パイロットアーク電源
によりパイロットアーク６１を点弧すると共に、プラズ
マガス供給路５１にプラズマガス６２を供給する。そこ
で、棒状電極５６とバルブヘッド２との間にトランスフ
ァードアーク電源によって高電圧を印加する。すると、
プラズマガス６２がパイロットアーク６１を通過してチ
ップ５７のプラズマアーク噴出孔５７ａから噴出され、
棒状電極５６とバルブヘッド２との間にプラズマアーク
６０が発生する。更に、溶接用粉体５３を含む搬送ガス
を材料通路５４に供給して、チップ５７の粉体噴出孔５
７ｂから溶接用粉体５３を噴出する。すると、この溶接
用粉体５３は、プラズマアーク６０により溶融され、バ
ルブヘッド２の周縁に肉盛溶接される。尚、この際、プ
ラズマアーク６０の周辺には、シールドガス（図示せ
ず）が噴出される。

【０００８】これにより、バルブヘッド２の周縁に、溶
接ビード３を、閉じた円環状に形成することが出来る。

【０００９】ところで、この場合、溶接ビード３の肉厚
は、全周にわたって均一に形成されることが好ましい。
というのは、溶接ビード３を、研削加工等の機械加工に
より所望の形状に整える際に、肉厚が不均一であると、
その機械加工が難しくなるからである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなプラズマ肉盛用溶接トーチ５の棒状電極５６は、
長時間使用していると、熱膨張して伸長する。この棒状
電極５６は上部で支持されているので、その際には、棒
状電極５６の先端部５６ａが下方に伸び、先端部５６ａ
の先端５６ｂよりも壁面５６ｃの方がチップ５７のプラ
ズマアーク噴射孔５７ａの角部５７ｅに接近することと
なる。この状態が継続されると、先端部５６ａの壁面５
６ｃとチップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの角部
５７ｅとの間にパイロットアーク６１が生じ、先端部５
６ａの壁面５６ｃのアーク発生部分が焼損して凹み５６
ｄが形成される。すると、棒状電極５６の先端部５６ａ
に沿って流れるプラズマガス６２の流れが、その凹み５
６ｄのために乱れる。そして、そのプラズマガス６２
は、パイロットアーク６１により、プラズマアーク６０
となって、チップ５７のプラズマアーク噴出孔５７ａよ
り噴出される。よって、プラズマアーク６０の噴出方向
が不安定になるという不都合を生じる。

【００１１】また、棒状電極５６の先端５６ｂとチップ
５７のプラズマアーク噴出孔５７ａの角部５７ｅとの間
にパイロットアーク６１が点弧されている場合にも、長
期に使用していると、その角部５７ｅは焼損して角がと
れる。すると、パイロットアーク６１はチップ５７のプ
ラズマアーク噴射孔５７ａの角部５７ｅと棒状電極５６
の先端５６ｂとの間で発生するのではなく、チップ５７
のプラズマアーク噴出孔５７ａの上流部５７ｃと棒状電
極５６の先端部５６ａの壁面５６ｃとの間で発生するよ
うになる。これによっても、プラズマアーク６０の噴出
方向は不安定となる。

【００１２】すると、プラズマアーク６０により溶接さ
れる溶接ビード３は、その溶接位置が定まらないことと
なるので、その溶接ビード３の肉厚を全周にわたって均
一に形成することが難しくなる。従って、従来は、その
時点でプラズマ肉盛用溶接トーチ５の棒状電極５６或い
はチップ５７を交換していた。しかし、この時点では、
棒状電極５６或いはチップ５７は、ごく一部が損傷した
だけであるので、この棒状電極５６或いはチップ５７を
その時点で廃棄することはコスト及び省資源の観点から
問題となっている。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑み、棒状電極及び
チップの長寿命化を図ることができるプラズマ肉盛用溶
接トーチを提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
肉盛用溶接トーチは、内部にプラズマガス供給路が形成
された筒状体と、プラズマガス供給路に連通して設けら
れ、上流部が下流部側に向けてテーパー状に形成され、
上流部と下流部との境に角部が形成されたプラズマアー
ク噴射孔を有するチップと、筒状体のプラズマガス供給
路内に配設され、テーパー状の先端部がチップのプラズ
マアーク噴射孔に挿入され、先端部とプラズマアーク噴
射孔の角部との間にパイロットアークを点弧する棒状電
極とを備え、パイロットアークを通過するプラズマガス
によりプラズマアークを発生させ、プラズマアーク中に
溶接用粉体を供給して溶接用粉体を肉盛溶接するプラズ
マ肉盛用溶接トーチにおいて、チップのプラズマアーク
噴射孔の上流部と棒状電極の先端部の壁面のいずれか一
方又は双方に絶縁被覆が施されていることを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】請求項１記載のプラズマ肉盛用溶接トーチによ
れば、チップのプラズマアーク噴射孔の上流部と棒状電
極の先端部の壁面のいずれか一方又は双方に絶縁被覆が
施されているので、棒状電極の先端とチップのプラズマ
アーク噴射孔の角部とが、絶縁されていない部分として
は最も接近した部分となる。これは、棒状電極が長時間
の使用のため熱膨張してその先端が多少伸びても、ま
た、長期の使用でチップのプラズマアーク噴射孔の角部
が焼損して角がとれても変らない。従って、棒状電極と
チップとの間で点弧されるパイロットアークは、常に棒
状電極の先端とチップのプラズマアーク噴射孔の角部と
の間で生じることとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。尚、図４、図５の従来のプラズマ肉盛用溶接トーチ
と同一部材については同一符号を付し、その説明を省略
する。

【００１７】図１は、本発明のプラズマ肉盛用溶接トー
チの一実施例を示す図であり、このプラズマ肉盛用溶接
トーチ１０１は、従来のプラズマ肉盛用溶接トーチ５と
同様のチップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの上流
部５７ｃの壁面５７ｆに絶縁被覆１７０を施したもので
あり、この絶縁被覆１７０は、チップ５７のプラズマア
ーク噴射孔５７ａの上流部５７ｃの壁面５７ｆにチッカ
ボロン等からなる絶縁材料を吹き付け、乾燥させること
により形成されている。また、この絶縁被覆１７０は、
角部５７ｅを残して、上流部５７ｃの壁面５７ｆの上端
から下端に渡り、且つ、棒状電極５６の先端部５６ｃ周
りに一面に施されている。

【００１８】プラズマ肉盛用溶接トーチ１０１は以上の
ような構成を有するので、その絶縁被覆１７０により、
棒状電極５６の先端部５６ａの壁面５６ｃと、チップ５
７のプラズマアーク噴射孔５７ａの上流部５７ｃの壁面
５７ｆが絶縁された状態となる。よって、棒状電極５６
が長時間の使用のため熱膨張してその先端５６ｂが多少
図中下方に伸びてしまった場合でも、また、長期の使用
でチップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの角部５７
ｅが焼損して角がとれてしまった場合でも、棒状電極５
６の先端部５６ａの先端５６ｂとチップ５７のプラズマ
アーク噴射孔５７ａの角部５７ｅとを、絶縁されていな
い部分としては最も接近した部分とするこができる。従
って、棒状電極５６とチップ５７との間で点弧されるパ
イロットアーク６１を、常に棒状電極５６の先端５６ｂ
とチップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ｄの角部５７
ｅとの間で生じさせることができる。

【００１９】これにより、棒状電極５６が長時間の使用
のため熱膨張してその先端５６ｂが多少図中下方に伸び
てしまっても、先端部５６ａの壁面５６ｃにパイロット
アーク６１が発生して、そのアーク発生部分が焼損し、
凹み５６ｄが形成されるという現象を防止することがで
きる。

【００２０】また、長期の使用でチップ５７のプラズマ
アーク噴射孔５７ａの角部５７ｅが焼損して角がとれて
しまっても、チップ５７のプラズマアーク噴出孔５７ａ
の上流部５７ｃと棒状電極５６の先端部５６ａの壁面５
６ｃとの間でパイロットアーク６１が生じることはな
い。よって、プラズマアーク６０の噴出方向の安定化を
図ることができる。

【００２１】従って、上記実施例のプラズマ肉盛用溶接
トーチ１０１によれば、棒状電極５６の先端部５６ａの
壁面５６ｃのアーク発生部分が焼損して凹み５６ｄが形
成されるという現象を防止することができると共に、チ
ップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの角部５７ｅが
焼損して角がとれてしまった後にも、棒状電極５６及び
チップ５７をしばらく交換する必要はないので、棒状電
極５６及びチップ５７の長寿命化を図ることができる。

【００２２】また、本実施例では、絶縁被覆１７０を、
チップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの上流部５７
ｃの壁面５７ｆにチッカボロン等からなる絶縁材料を吹
き付け、乾燥させることにより形成したので、絶縁被覆
１７０の施工を簡便に行なうことができる。

【００２３】また、上記実施例では、絶縁被覆１７０
を、チップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの上流部
５７ｃの壁面５７ｆにチッカボロン等からなる絶縁材料
を吹き付け、乾燥させることにより形成する構成とした
が、図２に示すプラズマ肉盛用溶接トーチ１０１Ａのよ
うに、チップ５７のプラズマアーク噴出孔５７ａの上流
部５７ｃの上端から下端に渡って、棒状電極５６の先端
部５６ｃ周りに切欠５７ｇを形成し、その切欠５７ｇ
に、チッカボロン等の絶縁材料によりなる、内壁面１７
１ａが下方に向けてテーパー状に形成された円筒状の絶
縁内壁１７１を嵌着させる構成としてもよい。そして、
この絶縁内壁１７１が絶縁被覆となる。

【００２４】また、図３に示すプラズマ肉盛用溶接トー
チ１０１Ｂのように、チップ５７のプラズマアーク噴射
孔５７ａの上流部５７ｃに絶縁被覆１７０或いは絶縁内
壁１７１を設けるのではなく、棒状電極５６の先端部５
６ａの壁面５６ｃに、チッカボロン等の絶縁材料からな
る絶縁被覆１７２を設ける構成としてもよい。この絶縁
被覆１７２は、棒状電極５６の先端５６ｂを残して、先
端部５６ａの壁面５６ｃ一面を被覆するように設けら
れ、その施工は、チッカボロン等の絶縁材料を吹き付
け、乾燥させて行なっても、また、チッカボロン等の絶
縁材料により予め形成されたテーパー筒状の絶縁被覆１
７２を嵌着するようにしてもよい。

【００２５】この構成でも、棒状電極５６の先端部５６
ａの先端５６ｂとチップ５７のプラズマアーク噴射孔５
７ａの角部５７ｅとを、絶縁されていない部分としては
最も接近した部分とするこができるので、上記実施例同
様の効果を発揮することができる。

【００２６】更に、チップ５７のプラズマアーク噴射孔
５７ａの上流部５７ｃに絶縁被覆１７０或いは絶縁内壁
１７１を設け、且つ、棒状電極５６の先端部５６ａの壁
面５６ｃに、チッカボロン等の絶縁材料からなる絶縁被
覆１７２を設ける構成としてもよい。この構成では、上
述の効果に加えて、棒状電極５６の先端部５６ａの壁面
５６ｃとチップ５７のプラズマアーク噴射孔５７ａの上
流部５７ｃの壁面５７ｆとの絶縁効果の向上を図ること
ができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載のプラズマ肉盛用溶接トー
チによれば、長時間の使用に際して棒状電極が伸長した
としても、また、長期の使用でチップのプラズマアーク
噴射孔の角部が焼損して角がとれてしまっても、棒状電
極とチップとの間で点弧されるパイロットアークを、常
に棒状電極の先端とチップのプラズマアーク噴射孔の角
部との間で生じさせることができ、プラズマアークの噴
出方向の安定化を図ることができる。従って、棒状電極
及びチップの長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のプラズマ肉盛用溶接トーチの第一実
施例を示す図である。

【図２】 本発明のプラズマ肉盛用溶接トーチの第二実
施例を示す図である。

【図３】 本発明のプラズマ肉盛用溶接トーチの第三実
施例を示す図である。

【図４】 従来のプラズマ肉盛用溶接トーチによる肉盛
溶接を示す図である。

【図５】 図４のプラズマ肉盛用溶接トーチの全体図で
ある。

【符号の説明】

５１…プラズマガス供給路 ５２…内筒（筒状体） ５３…溶接用粉体 ５６…棒状電極 ５６ａ…先端部 ５６ｃ…壁面 ５７…チップ ５７ａ…プラズマアーク噴射孔 ５７ｃ…上流部 ５７ｄ…下流部 ５７ｅ…角部 ６０…プラズマアーク ６１…パイロットアーク ６２…プラズマガス １７０…絶縁被覆 １７１…絶縁内壁（絶縁被覆） １７２…絶縁被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 良夫 埼玉県桶川市上日出谷1230番地 三菱マテ リアル株式会社桶川製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にプラズマガス供給路が形成された
   筒状体と、前記プラズマガス供給路に連通して設けら
   れ、上流部が下流部側に向けてテーパー状に形成され、
   該上流部と前記下流部との境に角部が形成されたプラズ
   マアーク噴射孔を有するチップと、該筒状体のプラズマ
   ガス供給路内に配設され、テーパー状の先端部が前記チ
   ップのプラズマアーク噴射孔に挿入され、該先端部と前
   記プラズマアーク噴射孔の角部との間にパイロットアー
   クを点弧する棒状電極とを備え、前記パイロットアーク
   を通過するプラズマガスによりプラズマアークを発生さ
   せ、該プラズマアーク中に溶接用粉体を供給して該溶接
   用粉体を肉盛溶接するプラズマ肉盛用溶接トーチにおい
   て、 前記チップのプラズマアーク噴射孔の上流部と前記棒状
   電極の先端部の壁面のいずれか一方又は双方に絶縁被覆
   が施されていることを特徴とするプラズマ肉盛用溶接ト
   ーチ。