JPS63168283A - プラズマミグ溶接装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、プラズマ溶接装置とミグ溶接装装置とを組
み合せたプラズマミグ溶接装置に関する。

（従来の技術） 一般に、ミグ溶接装Ｅ１は、第３図に示すようにミグワ
イヤ３と母材５との間にミグ電源７から電圧を印加して
、ミグアーク９を発生させるものである。このミグアー
ク９の発生により、ミグワイヤ３は、先端が溶融されて
溶滴となり、母材５へ投射されてこの母材５に付着する
。このとき、母材５は、ミグアーク９による熱、および
投射された高温の溶滴からの熱により溶融され、溶接が
可能となる。

ミグアーク９により溶融された金属は、シールドガス１
１によって酸化から保護される。また、ミグワイヤ３の
先端は、溶融によって母材５からの高さが上昇するため
、送給モータ１３によってミグワイヤ３が送給されて、
ミグアーク９の長さが一定になるように制御される。

また、ミグ溶接装置１では、ワイヤｍＦ！１ｍは、溶接
電流に比例して増加する。この溶接電流と、アーク電圧
との関係は、使用するミグ電源７の特性によって決まり
、２つに大別される。１つは定電圧特性の場合であり、
アーク電圧が設定値になるように制御され、溶接電流が
ワイヤ送給間によって決定されるものである。すなわち
、ワイヤ溶融量とワイヤ送給囲とが、設定されたアーク
電圧の下で釣り合うような溶接電流が流されるのである
。他の１つは定電流特性または垂下特性の場合であり、
溶接電流が設定値になるように制御され、アーク電圧が
ワイヤ送給間によって決定されるものである。すなわち
、ワイヤ送給間と、設定された溶接電流の下でのワイヤ
溶融量とが釣り合うようなアーク電圧が、ミグワイヤ３
の先端に発生するのである。

このようなミグ溶接装置１では、ミグワイヤ３自体から
ミグアーク９が発生しているため、比較的溶着口が多い
利点がある。

他方、移行形の逆極性プラズマ溶接袋ｄ１５は、第４図
に示すように構成される。プラズマ電極１７にプラズマ
電源１８から正の電圧が、チップ１９および母材５にプ
ラズマ電源１８から負の電圧が印加される。まず、スイ
ッチ２１を閉じて、プラズマ電極１７とチップ１９との
間にパイロットアークを発生させる。これは、プラズマ
電極１７と母材５との距離が長く、両者１７，５間に直
接プラズマアーク２３を発生させることが困難なため、
補助として発生させるアークである。

このパイロットアークの助けにより、プラズマ電極１７
と母材５との間にプラズマアーク２３が発生すれば、ス
イッチ２１を切りパイロットアークを消す、、以後、プ
ラズマアーク２３によって母材５を溶融させ、溶融池に
溶加棒２５を供給する。

溶加棒２５は、′ｔ４温のプラズマアーク２３により溶
融される。こうして溶接を行なう。

この溶接においても、プラズマアーク２３により溶融さ
れた金属は、シールドガス２７により酸化から保護され
る。このような逆極性プラズマ溶接装置１５では、母材
５の溶込みが少なく、高品質の溶接が可能である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のようなミグ溶接装置１には、次の
ような欠点がある。

まず、ミグアーク９を長くすると、このミグアーク９が
不安定となる。つまり、ミグアーク９を第５図（Ａ）の
状態から同図（Ｂ）のように過度に長くすると、ミグア
ーク９の影響する範囲が広くなり過ぎ、母材５の単位面
積に対する熱エネルギが減少して、溶融不良を生ずるお
それがある。

次に、ミグ溶接袋Ｈ１では、アーク電圧を大きくすると
、ミグアーク９が不安定となる。したがって、溶接電流
に対する適正なアーク電圧の範囲が狭くなる。

また、ミグ溶接袋Ｂ１では、溶着量が溶接電流によって
決まってしまうため、溶着ｍを適宜制御することができ
ない。したがって、ミグ溶接装置１は、溶込みを少なく
しかつ溶着量を多く必要とする肉盛り溶接等には適さな
い。プラズマ溶接装置１５の場合にも、溶加棒２５を７
２ズマアーク２３の横から供給して溶融しているため、
溶着量を多くできない欠点がある。

さらに、ミグ溶接装置１においては、細いミグワイヤ３
から高電流密度のミグアーク９が発生するため、溜込形
状は第６図に示すように中央付近が局部的に深くなり、
滑らかな溜込形状を形成できない。特に、ミグアーク９
のアーク状態または溶融池の対流状態等によって、溶接
ビード２９の中央の溶込みが常に最も深いとは限らない
ので、狙い位置から少しでも外れると、溶込深さが急激
に変化し、品質上問題が生ずる。

また、ミグアーク９は不規則に変動しているため、ミグ
アーク９が長くなる程この変動によってシールド状態が
乱され易い。したがって、空気巻込みによるブローホー
ル等の欠陥が発生し易くなる。逆に、ミグアーク９が短
くなり過ぎると、スパッタが多く発生するおそれがある
。

この発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、
ミグアークが長くなってもこのミグアークを安定化でき
、溶接条件の範囲や溶着母の制御範囲を拡大すること等
ができるプラズマミグ溶接装置を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この発明は、プラズマ電極を覆うようにしてチップが配
設され、上記プラズマｌｆｆ１およびチップにプラズマ
電源から正負異なった電圧を印加するよう設けられたプ
ラズマ溶接装置と、ミグワイヤをミグ電極内に移動可能
に貫通し、ミグ電源から上記ミグワイヤへ上記ミグ電極
を介して電圧を印加するよう設けられたミグ溶接装置と
を有し、前記プラズマ電極に上記ミグ電極が内包して構
成されたものである。

（作用） したがって、この発明に係るプラズマミグ溶接装置によ
れば、ミグ溶接装置のミグワイヤ先端から発生されたミ
グアークを、プラズマ溶接装置のプラズマｆｆ１ｌから
発生されたプラズマアーク内に包み込むことができ、ミ
グアークが長くなってもこのミグアークを安定化させる
ことができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明に係るプラズマミグ溶接装置の一実施
例を示す断面図である。プラズマミグ溶接袋″！３１は
、プラズマ溶接装置３３とミグ溶接装置３５とが組み合
されて構成される。

このうち、プラズマ溶接装置３３はプラズマ電極３７、
チップ３９およびプラズマ電源４１を有して構成される
。また、ミグ溶接装置３５は、ミグ電極４３、ミグワイ
ヤ４５およびミグ電源４７を有して構成される。

プラズマ溶接装置３３のプラズマ電極３７は中空形状で
あり、内部に内側絶縁筒４９を介してミグ電極４３が同
軸に配設される。この内側絶縁筒４９内にプラズマガス
５１が供給される。また、プラズマ電極３７の外側には
、外側絶縁筒５３を介してチップ３９が配設される。こ
のチップ３９は、プラズマ電極３７全体を覆うようにし
て設けられる。チップ３９の外側は、外筒５５で囲まれ
、この外ｌｌ５５およびチップ３９＠にシールドガス５
７が供給される。

プラズマ電源４１は、プラズマ電極３７に正電圧を印加
し、チップ３９にスイッチ５９を介して負電圧を印加し
、母材６０にも負電圧を印加する。

チップ３９に負電圧を印加するのは、作動当初プラズマ
電極３７およびチップ３９ｒＮにパイロットアークを発
生させるためである。このパイロットアークの助けによ
り、プラズマ電極３７と母材６０との間にプラズマアー
ク６１が容易に発生可能とされる。前記シールドガス５
７は、このプラズマアーク６１の外側に存在する。

ミグ溶接装置３５のミグ電極４３は、中空円筒形状のプ
ラズマ電［３７の内部に同軸に配設されるが、このミグ
電極４３にミグワイヤ４５が貫通される。ミグワイヤ４
５は、ミグ電極４３の軸線に沿い移動可能に設けられる
。このミグワイヤ４５の移動（送給）は、送給モータ６
３によってなされる。プラズマ電極３７の下端を通過し
たミグワイヤ４５は、プラズマ電極３７の中空部内を通
り、その先端が母材６０から所定距離だけ離れた位置ま
で送られる。したがって、ミグワイヤ４５の下端部は、
プラズマアーク６１によって予熱される。

ミグ電源４７は、ミグ電極４３および母材６０に接続さ
れ、ミグ電極４３を介してミグワイヤ４５に正電圧を印
加し、また母材６０に負電圧を印加する。これにより、
ミグワイヤ４５の下端と母材６０との間にミグアーク６
５が発生する。このミグアーク６５は、第２図にも示す
ように、プラズマアーク６１内で発生し、このプラズマ
アーク６１によって包み込まれた状態に維持される。し
たがって、ミグアーク６５が長くなってもプラズマアー
ク６１に抑えられ、外側へ広がることがない。その結果
、母材６０の単位面積に対するエネルギを適正に維持で
き、安定したミグアーク６５が得られる。

ミグアーク６５の長短の制御は、送給モータ６３の回転
数を変動させ、ミグワイヤ６５の送給量を変えることに
よってなされる。

また、前記プラズマ電極３７およびチップ３９には水等
の冷却材が供給される。チップ３９は、プラズマ電極３
７および母材６０間で生じるプラズマアーク６１を絞る
（横断面積を縮小する）機能があるが、この機能は、上
記冷却材の供給量の増減によっても果される。つまり、
冷却材の供給りを増加してプラズマアーク６１の絞りを
強め、また減少させてプラズマアーク６１の絞りを緩め
、このようにしてプラズマアーク６１がミグワイヤ４５
を予熱する予熱量を制御することが可能となる。

次に、作用・効果を説明する。

まず、プラズマ電源４１からプラズマ電極３７、デツプ
３９および母材６０に電圧を印加する。最初スイッチ５
９を閉じ、プラズマ′７ｉ！極３７およびチップ３９間
にパイロットアークを発生させる。

このパイロットアークにより、母材６０へのア−り移行
が容易になる。母材６０にアークが移行して、プラズマ
アーク６１が発生したら、スイッチ５９を切り、パイロ
ットアークを消す。次に、ミグｆｆ１ａｉ４７からミグ
ワイヤ４５．１１５：よび母材６０間に電圧を印加し、
ミグアーク６５を発生させる。

ミグアーク６５がプラズマアーク６１内で発生し、この
プラズマアーク６１に包み込まれることから、ミグアー
ク６５は長くなってもプラズマアーク６１に抑えられ、
このプラズマアーク６１より外側へ広がることがない。

したがって、ミグアーク６５が長くなっても、ミグアー
ク６５の母材６０に対する単位面積当りのエネルギが適
正となり、ミグアーク６５を安定化することができる。

ミグアーク６５が長くても安定することから、アーク電
圧を大きくでき、溶接条件の範囲を拡大できる。つまり
、ミグワイヤ４５の送給量を低減してミグアーク６５を
長くすれば、アーク電圧が大きくなる。アーク電圧が太
き（なると、母材６０に与える熱エネルギも大きくなり
、したがって熱伝導性の良好な銅やアルミニウム等をも
溶接することができる。

また、ミグアーク６５を長くしてもアークが安定である
ことから、ミグワイヤ４５の送給量を低減してミグアー
ク６５を長くし、ミグワイヤ４５の予熱量を減少させて
溶着ｍを減らすことができる。また、ミグワイヤ４５の
送給量を眉大してミグアーク６５を短くし、ミグワイヤ
４５の予熱量を増加させて、溶着量を増やすこともでき
る。このように、溶着量の制御を広範囲に亘って行なう
ことができ、ミグ溶接装置では不可能であった肉盛り溶
接も可能となる。

ミグアーク６５がプラズマアーク６１に包まれることか
ら、ミグアーク６５の局部的なエネルギ分布をプラズマ
アーク６１によって均一化できる。

そのため、落込形状が第６図に示すように局部的に深く
なることがない。したがって、落込形状を滑らかにでき
、品質を向上させることができる。

また、ミグアーク６５がプラズマアーク６１に包み込ま
れていることから、ミグアーク６５の不）ｉＪ則な変動
を低減できる。その結果、ミグアーク６５が長くなって
もシールドガス５７の乱れがなく、ブローホール等の欠
陥が発生することもない。

さらに、ミグアーク６５がプラズマアーク６１に包み込
まれていることから、ミグアーク６５が短くなってもス
パッタの発生を防止できる。

また、ミグワイヤ４５はプラズマアーク６１内を軸方向
に通過するため予熱される。したがって、溶融効率を向
上させることができる。このとき、チップ３９への冷却
材供給〇を増減してミグワイヤ４５の予熱８を調整し、
ｗＪ着聞をさらに制御することもできる。つまり、冷却
材供給ｍを増加してプラズマアーク６１の絞りを強め、
ミグワイヤ４５の予熱量を大として溶着量を増加させた
り、冷却材供給量を減少してプラズマアーク６１の絞り
を緩め、ミグワイヤ４５の予熱量を低減して溶！１ｆｆ
ｉを減らすことができる。

さらに、プラズマ電流に封するミグ電流の比を調整する
ことにより、落込形状に対する自由度を増大させること
ができる。すなわち、プラズマ電流に対するミグ電流の
割合を増加させれば、第６図に示すような局部的な溶込
みが生じ、ミグ溶接装置の特性を生かすことができる。

反対に、プラズマ電流を増加して、プラズマ電流に対す
るミグ電源の比を減少させれば、溶造形状の局部的な溶
込みがなくなる。このように、プラズマ電流およびミグ
電流の値を変化させることにより、溶造形状をＩＩＩ　
ｍすることができる。

さらに、母材６０がプラズマアーク６１により予熱され
、かつクリーニングされることから、ミグ電源の値が低
くても良好な溶接を行なうことができる。

（発明の効果〕 以上のように、この発明に係るプラズマミグ溶接装置に
よれば、プラズマ溶接装置とミグ溶接装置とが組み合さ
れ、プラズマ溶接装置のプラズマ電極に、ミグ溶接装置
のミグ電極が内包して構成されたことから、ミグアーク
をプラズマアーク内に包み込むことができ、ミグアーク
が長くなってもミグアークを安定化させることができる
。その結宋、溶接条件の範囲や溶’ａｍの制御範囲を拡
大すること等ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るプラズマミグ溶接装置の一実施
例を示す断面図、第２図はこの実施例におけるアーク状
態を示す図、第３図は従来のミグ溶接装置を示す概略構
成図、第４図は従来の移行層逆極−性プラズマ溶接装置
を示す概略構成図、第５図（Ａ＞、（Ｂ）は従来のミグ
溶接装置におけるアーク状態をそれぞれ示す図、第６図
は従来のミグ溶接装置において形成された溶造形状を示
す断面図である。 ３１・・・プラズマミグ溶接装置、３３・・・プラズマ
溶接装置、３５・・・ミグ溶接装置、３７・・・プラズ
マ電極、３９・・・チップ、４１・・・プラズマ電源、
４３・・・ミグ電極、４５・・・ミグワイヤ、４７・・
・ミグ電源、６０・・・母材、６１・・・プラズマアー
ク、６５・・・ミグアーク。 ６゜ 段 第２図 第３図　　　第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラズマ電極を覆うようにしてチップが配設され、
   上記プラズマ電極およびチップにプラズマ電源から正負
   異なった電圧を印加するよう設けられたプラズマ溶接装
   置と、ミグワイヤをミグ電極内に移動可能に貫通し、ミ
   グ電源から上記ミグワイヤへ上記ミグ電極を介して電圧
   を印加するよう設けられたミグ溶接装置とを有し、前記
   プラズマ電極に上記ミグ電極が内包して構成されたこと
   を特徴とするプラズマミグ溶接装置。 ２、ミグ電極はプラズマ電極と同軸に配設された特許請
   求の範囲第１項記載のプラズマミグ溶接装置。 ３、ミグ電極を通過したミグワイヤがプラズマ電極内を
   通過するよう配置された特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載のプラズマミグ溶接装置。