JPS61159283A - プラズマト−チ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とする。

（産業上の利用分野）　この発明は被溶接物の表面に種
々の金属を肉盛溶接するようにしたプラズマトーチに関
するものである。

（従来の技術）　従来の肉盛溶接用プラズマトーチにあ
って、通常のプラズマトーチの側方に粉末原料を供給す
る為の供給管を配設し、上記プラスマト−チから噴出す
るプラズマアークを被溶接物に向りて１ｉｔ（躬すると
共にその照射部位に向１て上記供給管から粉末原料を噴
出さ一部、」二記照躬部位においてその原料を上記プラ
ズマアークで溶解させて被溶接物に溶着させるようにし
たものＧＪ、わ）末の飛散が多く溶着歩留が悪いという
問題点があった。又その問題点を解決する為に上記供給
管の孔径を小さくして原＄１　ｉｆｆ速を上げると、原
料の供給量が少なくなってしまって充分な肉盛の厚めが
得られなかったり、或いＬＪ作業速度が著しく遅くなっ
てしまったりする問題点があった。更にまた、−］二記
のようなものは粉末原料がアークに触れる期間が非常に
短い為そのｆｆＡ利を充分に溶解させる為には高エネル
ギーのプラズマアークを用いねばならず、その為のエネ
ルギーが多く必要となったり、或いはそのような高エネ
ルギーのプラズマアークを用いる結果、被溶接物が溶け
すぎて溶着金属の品質を悪くしてしまったりする問題点
もあった。

（発明が解決しようとする問題点）　この発明は上記従
来の問題点を除き、原料を歩留良く被溶接物心こ肉盛す
ることができ、また原料の供給量を非常に多くしても良
好な溶接を行うことができ、更にその上、低いエネルギ
ーのプラズマアークであっても原料を充分に溶解さゼる
ことができて省エネルギーに貢献でき、更に又溶接金属
の品質をも向」ニさせることができるようにした肉盛溶
接用プラズマトーチを提供しようとするものである。

本願発明の構成は次の通りである。

（問題点を解決する為の手段）　本願発明は前記請求の
範囲記載の通りの手段を講したものであってその作用は
次の通りである。

（作用）　電極から発せられたアークは第１ノズルの噴
出孔及び第２ノズルの噴出孔を通って被溶接物に向かう
。その過程において、原料受入空間に供給された原料は
、原料受入空間から上記プラズマアークの中に入り、そ
のプラズマアークと共に第２ノズルの噴出孔を通って被
溶接物に向かう。

上記原料がプラズマアークの中に存在する過程において
その原料は溶解され、被ン容接吻に到達したところでそ
の表面に上記原料が溶着される。

（実施例）　以下本願の実施例を示す図面について説明
する。１はフレーム、２はフレームに取イ」番Ｊた第１
ノズルで、先端部には噴出孔３を有している。４は第１
ノズル２の軸心位置に配設された電極（陰極）で、絶縁
材５を介してフレーム１に取イ」けである。６は第１ノ
ズル２と電極４との間に形成されたプラズマ用ガスの通
過用空間を示す。

７はプラズマガス供給管で、前記通過用空間６に連通し
ている。次に１０は第２ノズルで、絶縁材１１を介して
フレームｌに取付けである。この第２ノズル１０は第１
ノズル２の周囲を取り囲むよう環状に構成されており、
先端部には噴出孔３と対向する噴出孔１２を有している
。１３は第１ノズル２と第２ノズル１０との間に環状に
形成された原料受入空間を示す。Ｉ４はフレーム１に形
成された原料供給路で、前記原料受入空間１３に開口す
る部分が原料供給口１５となっている。１６は供給路１
４に接続した原料供給管を示す。上記原料供給路１４の
方向即ち原料供給］コ１５の原料吹出方向け、第１ノズ
ル２におＬｌるストレー１一部の周側壁２ａに対しαの
角度を持って交差しており、またｌ−−チの軸心即ら電
極４の中心軸と供給［」Ｉ５とを通る平面に幻しβの角
度を持って交差し７ている。上記角度α及びβは人々０
〜６０°の範囲でもって適宜決められる。

１記原料供給「１１５ば２個又は３個以上を１・−チの
軸心（電極４の中心軸）を中心にしてその周囲を等分割
する位置に設４Ｊるのが良い。そのようにすることによ
っ°ζ、後述の如く原料をプラズマアークの中に送り込
む場合、アークの偏心や原料の偏心を起ごずことなく原
Ｆｌを確実にアークの内部に送り込もことができる。次
に２０はフレームＩに取付＋また環状のシール１ガス案
内片で、第２ノズル１０との間に環状のシールドガス吹
出口２１が形成されるようになっている。２２はソール
１゛ガス供給「１．２３＆；ｌシールドガス供給管を夫
々示す。

次に上記プラズマトーチを用いて行う肉盛溶接の操作に
ついて説明する。先ずプラズマガス供給性７を１ｆｆｉ
　シて通過用空間６にプラズマガスを供給し、それをｌ
’ｌｔ出孔３，１２をｊｍシて噴出さ・ける。上記プラ
ズマ用ガスとしてはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス
が用いられる。次に電極４と第１ノスル２との間に着弧
用の高周波電圧を印加し、両者間で高周波放電を行わせ
てパイロットアークを生ぜしめる。次に上記プラスマト
−チを被溶接物２６と対向さ−ｌる。そしてその状態で
電極４と被溶接物２６との間にプラズマアーク用の主電
圧を印加する。これにより上記噴出孔３がら噴出する」
上記のガスはプラズマ化されてプラズマアーク２７とな
り、それが破）合接物２６に照射される状態となる。

尚プラズマアークを符号２７で、そのアーク柱を符号２
８で夫々示す。この状態において、原料供給管１６、原
料供給路１４を通して、原料供給口１５がら原料受入空
間１３に向１ノで粉末の肉盛原料２９をキャリヤガスと
共に送り込む。上記肉盛原料２９としては、この種の分
野で周知の原料が用いられる。又その肉盛原料２９とし
ては単体が用いられたり、或いは混合物が各供給口１５
から夫々供給されたりする外、　　　。

各供給口１５から夫々異なる種類の原料が供給される場
合もある。またギヤリヤガスとしては前記プラズマ用ガ
スと同種のものが用いられる。」１記供給「１１５から
原料受入空間１３に原料２９がキャリヤガスと共に供給
されると、１−記供給口１５の原料吹出力向が角度βを
有している為、原料受入空間１３内においては上記原料
及びキャリヤガスは第５図に矢印へで示されるような旋
回流となって移動する。

その結果、−］二二記料２９として複数種の異種原料の
混合物を用いた場合は、その混合に偏りを生せしめるこ
となくその原料を噴出孔１２に向かわせることができ、
又異種原料を別々の供給口１５から供給した場合は、そ
れらの混合を容易にしかも均一に達成して、その均一な
混合状態の原料を噴出孔１２に向かわゼることができる
。又」−記供給口１５から原料受入空間１３へ送り込ま
れた原料２９は、供給口Ｉ５の原料吹出力向が前記角度
αをもっている為、一旦周側壁２ａに衝突した後、噴出
孔１２に向かう。

この為、原料２９の運動エネルギーは上記衝突の際に適
度に吸収される。従って前記原料２９として比重や粒度
が相互に異なる複数種の原料が同時に用いられても、そ
れらの原料相互の混合が原料受入空間１３内で６育実と
なり、その確実に混合したものが前記噴出孔１２に向か
う。向上記比重や粒度の異なる原料としでは例えば金属
（比重は７〜８、粒径は数１０〜数１００　μｍ）とセ
ラミックス（比重は２〜３、粒径は０．数ｍａ　）があ
る。上記原料受入空間１３に送り込まれた原料２９は、
キャリヤガスと共に上記の如く移動して噴出孔３，１２
相互間のプラズマアーク柱２８の中に入る。そしてその
プラズマアーク２７と共に噴出孔１２を通って被溶接物
２６に向かう。上記のように原料２９がプラズマアーク
柱２８の中に入って被溶接物２６に向かう間において、
」二記原料２９はプラズマアーク２７の高熱により溶解
され、その溶解状態でもって被溶接物２６に到達する。

従って、周知の如く被溶接物２６に対しトーチを相対移
動させることにより、上記被溶接物２６に到達した原料
は被溶接物２６の表面において肉盛金属３０として溶着
固化する。

上記のように肉盛溶接の作業を行う場合、周知の如くシ
ールドガス供給管２３から供給口２２を通して供給した
シールドガス（アルゴン等の不活性ガス）を吹出［］２
１から周知の如くエアーカーテン状に吹き出させ（矢印
３１）、そのシールドガスによって溶接部分の酸化を防
止すると良い。

父上記のように）容接を行う場合、原料２９がプラズマ
アーク柱２８の中に混入した状態でそのプラズマアーク
２７と共に被溶接物２６に到達する為、第２ノズル１０
における噴出孔１２の先端と被溶接物２６との間の距離
は５乃至３０１１程度の範囲で任意に設定することがで
きる。

又上記のように原料受入空間１３内において旋回流が起
こる為、第１ノズル２の外表面や第２ノズルＩＯの内表
面に沿って常にガスの流れが存在し、その結果、それら
の面へ粉末原料２９が付着することを防止できる。

向上記原本、）受入空間１３内の原料がプラズマアーク
柱２８の中に入る場合、噴出孔３を通り更に噴出孔１２
を通るプラズマアークのザクジョン効果により、」ユ記
粉末原料２９が原料受入空間１３からプラズマアーク２
７の中に引き込まれる作用がある。この為上記原料２９
を搬送するギヤリヤガスとしてはその量は少ないもので
足りる。即ち−１−記キャリャカスとしては、最小限、
原料受入空間１３において原１１２９を移動さ一ヒるだ
けの量があれば良い。

又上記原料２９がプラズマアーク柱２８の中に入れられ
る場合、キャリヤガスの量とプラズマ用ガスの量との関
係を適宜に制御することにより、原料をプラズマアーク
柱２８の中心部まで送り込んだり或いはその送り込みを
周辺部に止めたりすることができる。即ち、原料２９を
プラズマアーク柱２８の中心部まで送り込めたい場合に
は、第１ノズル２におｉＪる噴出孔３を通過するプラズ
マガスの流速を例えば１．２〜２４ｍ／秒（その流量は
０．５〜１７！／分）にする一方、第２ノズ月川０にお
し」る噴出孔１２を通るキャリヤガスの流速を５．３〜
］Ｏｒｎ／秒（その流ｉｔ　４Ｊ１４〜７．５１！／分
）にすると良い。一方に記原料２９をアーク柱石）の中
心部まで到達さゼず周辺部に止めたい場合には、上記両
ガスの流速を例えば夫々２．４−５．０　ｒｎ／秒及び
２．７−５．３　ｍ７秒（夫々のガスの流量ＧＪ１〜２
７！／分及び２〜４β／分）にするとよい。

・　更に又上記のようＧこ運転を行う場合、噴出孔３の
直径ｌ〕１　　と噴出孔１２の直径Ｄ２　との比率ａｊ
、Ｄ＋：１）、　＝　ｌ　：　１．１〜１．５程度にし
ておくのが良く、又それらの寸法と噴出孔１２内におけ
るプラズマアーク柱２８の直径り、ｌとの関係は、基本
的にはＤ１≦ｌ）ａ＜ｌ）２、また具体的にはＤ　ａ　
＝０．８〜０．９５１）２　となるように七ノドすると
、第２ノズル１ｏの噴出孔】２付近を焼損することなく
しがも原料の歩留を高くすることができる。又、受入空
間１３がら噴出孔Ｉ２に向Ｌ）て流れるキャリヤガスの
サーマルピンチ効果によりアーク柱２８の周縁が第２ノ
ズル１０の噴出孔】２から離間さ一已られるごとによっ
ても、噴出孔１２の周縁の焼損を防止できる。

次に、」二記の方法による肉盛溶接と従来の方法による
肉盛溶接とを実際に行った結果得られたデータを示せば
第１表の通りである。（面この例は自動車エンジンバル
ブにステライｌ＝　Ｎｏ、　６相当を肉盛した場合の結
果を示すものである。）第１表 （向上記希釈率は、溶着部境界線から溶着金属方向の距
離を０，１としたときの値である。）次に第６図及び第
７図は本願の異なる実施例を示すもので、原料供給口１
５ｅを第２ノズル１０ｅの側壁に設りた例を示すもので
ある。

このような構成のものにあっても、原料供給口１５ｅの
原料吹出方向け前実施例のα、βと同様の角度を持た一
已である為、前実施例の１・−チと同様の作用を行わ−
Ｕることができる。又噴出孔３ｅ　、　１２ｅ　（＝１
近の現象についても前実施例の場合と同様である。

なお、機能上前図のものと同−又は均等構成と考えられ
る部分には、曲間と同一の符号にアルファヘットのｅを
イ１して重複する説明を省略した。

（発明の効果）　以」二のように本発明にあっては、被
溶接吻２６に肉盛溶接する場合、粉末原料を原料受入空
間１３に供給すると、その原料は第１ノズル２の噴出孔
３から噴出されるプラズマアーク柱２８の中に入り、そ
の了−り２７と共に第２ノズル１０の噴出孔１２を１ｌ
ｌ）って被溶接物２６へ到達しそこに溶接されるから、
上記原料を非常に歩留良く被溶接物に肉盛できる効果が
ある。

しかも」−記の如く肉盛溶接を行う場合、上記の如く原
料の歩留が良いその」二に、−Ｊ二記のように原料受入
空間１３に供給された原料は上記のように原料に比較し
てずこふる大きな噴出孔１２を経由させて被溶接物２６
へ到達させるものであるから、上記原料受入空間１３か
ら被溶接物２６への原料の供給量の多少は殆ど影響がな
く良好な溶接を行うことのできる特長がある。このこと
は、上記原料の供給量を少なくして肉盛を薄く行うこと
ができるは無論のこと、」二記供給量を多くして肉盛を
厚く行ったり、或いは肉盛溶接の作業速度を著しく速く
することのできる有用性がある。

更に本発明にあっては、上記のように溶接を行う場合、
少ない原料の供給量で溶接を行うことができるは勿論の
こと、原料供給量を非常に多くして溶接を行うことがで
きるようにしたものであっても、上記原料受入空間１３
に供給された原料は上記の如き経路で、即ち先ずその原
料がアーク柱２８の中に入り、そのアーク柱２８の中に
入ったままアーク２７と共に被溶接物２６へ到達するか
ら、原料がアーク柱２８の中に滞在する時間が長くなる
特長がある。このことば低エネルギーのプラズマアーク
でも上記原料の溶解を確実に行うことができて、省エネ
ルギーに貢献できる効果があり、更にそれのみならず、
上記原料の溶解に必要充分な少ないエネルギーのプラズ
マアークを供給することによって、被溶接物（母材）の
溶りすぎをｎＪｊ止し、母材元素力臂容接金属へン容は
込む割合を少なくできて肉盛金属３００品質を高く保持
できる効果もある。

更に本発明にあって、上記原料受入空間１３への原料供
給口１５の原料吹出方向をプラズマトーチの軸心と該供
給「１１５とを通る平面に対し交差させた場合には、肉
盛原料２９をキャリヤガスと共に原料供給口１５から原
料受入空間１３に供給しその空間１３を通してプラズマ
７−り２７の中に送り込む場合、上記空間１３において
旋回流を生ぜしめ、原料をその旋回流に乗せてプラズマ
アーク２７の中に送り込むことのできる特長がある。こ
のことは、肉盛原料として複数種の原料を混合して用い
る場合に、その混合に偏りを生ぜしめることなくその原
料をアーク２７に送り込むことができて、上記被溶接物
２６の表面における肉盛金属３０を均質化させられる大
きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はプラズマト
ーチの縦断面図（第４図におけるＩ−１線断面図）、第
２図は１・−チ先端部の拡大断面図、第３図はプラズマ
トーチの第１図とは異なる位置での縦断面図（第４図に
おけるＩＶ−ＩＶ線断面図）、第４図は平面図、第５図
はＶ−Ｖ線断面図、第６図は異なる実施例を示す第１図
と同様の図、第７図は第６図におＩＪる■−■線断面図
。 ４・・・電極、２・・・第１ノズル、３・・・噴出孔、
１０・・　第２ノズル、１２・・・噴出孔、１３・・・
原料受入空間、１５・・　原料供給口、２８・・　プラ
ズマアーク柱、２６・・・被溶接物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アーク放出用の電極の周囲には、先端に噴出孔を
   有する第１ノズルを、その内周面と電極の外周面との間
   にプラズマ用ガスの通過用空間が形成されかつ上記アー
   ク噴出孔が上記電極の先端と対向する状態に配設し、上
   記電極から発せられるアークにより上記通過用空間を通
   して上記噴出孔に供給されるガスをプラズマ化し、その
   プラズマアークを噴出孔から被溶接物に向け噴出させる
   と共に、そのプラズマアークにより肉盛原料を溶解させ
   てそれを被溶接物に肉盛溶接するようにしてあるプラズ
   マトーチにおいて、上記第１ノズルの周囲には先端に噴
   出孔を有する環状の第２ノズルを、第１ノズルの外周面
   と第２ノズルの内周面との間に原料の受入空間が形成さ
   れるように配設すると共に、上記第２ノズルの噴出孔の
   位置は、上記受入空間から上記被溶接物に向かわせる肉
   盛原料が、第１ノズルの噴出孔から第２ノズルの噴出孔
   を通って被溶接物に向かうプラズマアークの中の経路を
   通って進行するよう設定し、しかも上記第２ノズルの噴
   出孔は上記プラズマアークを通過させることのできる細
   径に形成してあることを特徴とするプラズマトーチ。
2. （２）アーク放出用の電極の周囲には、先端に噴出孔を
   有する第１ノズルを、その内周面と電極の外周面との間
   にプラズマ用ガスの通過用空間が形成されかつ上記アー
   ク噴出孔が上記電極の先端と対向する状態に配設し、上
   記電極から発せられるアークにより上記通過用空間を通
   して上記噴出孔に供給されるガスをプラズマ化し、その
   プラズマアークを噴出孔から被溶接物に向け噴出させる
   と共に、そのプラズマアークにより肉盛原料を溶解させ
   てそれを被溶接物に肉盛溶接するようにしてあるプラズ
   マトーチにおいて、上記第１ノズルの周囲には先端に噴
   出孔を有する環状の第２ノズルを、第１ノズルの外周向
   と第２ノズルの内周面との間に環状の原料受入空間が形
   成されるように配設すると共に、上記第２ノズルの噴出
   孔の位置は、上記受入空間から上記被溶接物に向かわせ
   る肉盛原料が、第１ノズルの噴出孔から第２ノズルの噴
   出孔を通って被溶接物に向かうプラズマアークの中の経
   路を通って進行するよう設定し、しかも上記第２ノズル
   の噴出孔は上記プラズマアークを通過させることのでき
   る細径に形成し、更に上記原料受入空間の周壁の一部に
   は、肉盛原料を原料受入空間に供給する為の原料供給口
   を設けると共に、該原料供給口の原料吹出方向は、該プ
   ラズマトーチの軸心と原料供給口とを通る平面に対し交
   差させたことを特徴とするプラズマトーチ。