JPWO2015141768A1 - 非移行型のプラズマアークシステム、変換用アダプタキット、非移行型のプラズマアーク用トーチ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2014年3月19日に、日本に出願された特願2014−056528号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一般的に、プラズマアーク方式の溶接システム(プラズマアーク方式の溶接機)は、トーチと、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、かつプラス端子が被加工物と電気的に接続された主電源と、配線を介して、電源と電気的に接続されたパイロットアーク電源と、パイロットアーク電源とトーチを構成するインサートチップ(「拘束ノズル」ともいう)とを接続する配線に設けられた切替スイッチと、パイロットアークを発生させる高周波装置と、を有する。
プラズマアーク方式のプラズマ溶接システムを用いる場合、比較的溶け込みの大きい溶接を行うことが可能となる。
プラズマジェット方式では、被加工物に電流が流れないため、溶射の熱源や炉の熱源にも使用されている。
メインアーク電源(主電源)は、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、プラス端子が被加工物と電気的に接続されている。パイロットアーク電源は、メインアーク電源及びインサートチップと電気的に接続されている。
上記構成とされた複合方式のプラズマ溶接システムは、非常に低電流でも安定したプラズマを得ることが可能であるため、TIG溶接法では難しい極薄板の溶接が可能となる。
このように、TIG用電源装置と比較して、プラズマ電源装置が高価であるため、プラズマ溶接システムのコストを高くする要因となっている。
このため、プラズマ溶接システムの溶接性能が良くても、初期投資時のコストが高いというデメリットにより、深い溶け込みを得ることの可能なプラズマ溶接システムを採用しにくいという問題があった。
(1) 陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備える非移行型のプラズマアーク用トーチと、前記プラズマアーク用トーチに電力とガスとを供給する電源装置とを備え、前記プラズマアーク用トーチは、被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるTIG溶接用トーチを流用したものからなり、前記プラズマアーク用トーチは、前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記TIG溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアークシステム。
(2) 前記プラズマアーク用トーチは、前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする前記(1)に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
(3) 前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲む給電ノズルを備え、前記プラズマアーク用トーチは、前記非消耗電極を軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
(4) 前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲んだ状態で、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備え、前記プラズマアーク用トーチは、前記給電ノズルを軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
(5) 前記電源装置は、TIG溶接用電源装置を流用したものからなることを特徴とする前記(1)〜(4)の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
(6) 前記電源装置は、前記プラズマアーク用トーチを使用する場合と、前記TIG溶接用トーチを使用する場合とで、前記電力の供給を切り替える切替機構を備えることを特徴とする前記(1)〜(5)の何れか一項に記載のプラズマアークシステム。
(7)前記プラズマアーク用トーチのみを用いる溶接又はTIG溶接トーチのみを用いる溶接が可能であることを特徴とする(6)のプラズマアークシステム。
(8)前記電源装置はプラズマアーク用トーチ用電源とTIG溶接トーチ用電源の少なくとも2台の電源装置からなることを特徴とする(6)のプラズマアークシステム。その電源装置仕様については、下記本発明のその2である(15)〜(23)に記載されているものも使用することが可能である。
(9) 前記プラズマアーク用トーチに接続されて、前記アタッチメント内を流れる冷却液を循環させる冷却装置を備えることを特徴とする前記(1)〜(8)の何れか一項に記載のプラズマアークシステム。
(10) 被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるTIG溶接用トーチを、陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備える非移行型のプラズマアーク用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記TIG溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
(11) 前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする前記(10)に記載の変換用アダプタキット。
(12) 前記アタッチメントは、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備えることを特徴とする前記(10)又は(11)に記載の変換用アダプタキット。
(13) 被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるTIG溶接用トーチと、前記(10)〜(12)の何れか一項に記載の変換用アダプタキットとを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアーク用トーチ。
(14) TIG溶接用電源装置に接続されて使用されることを特徴とする前記(13)に記載の非移行型のプラズマアーク用トーチ。
また、上記課題を解決するため、本発明のその2は以下の溶接システムおよびプラズマ溶接方法を提供する。
(15)電極、該電極の外周を囲むように配置されたインサートチップ、前記電極と該インサートチップとの間に配置され、センターガスが供給されるセンターガス供給用流路、前記インサートチップの外周を囲むように配置されたシールドキャップ、及び該シールドキャップと前記インサートチップとの間に配置され、アウターガスが供給されるアウターガス供給用流路を有するプラズマ溶接用トーチと、TIG溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子が前記インサートチップと電気的に接続され、かつマイナス端子が前記電極と電気的に接続された第1の溶接電源、及びTIG溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子が被加工物と電気的に接続され、かつマイナス端子が前記電極と接続された第2の溶接電源よりなる電源装置と、を有することを特徴とする溶接システム。
先ず、本発明のその1を適用した非移行型のプラズマアーク用トーチ及び変換用アダプタキットの一例について説明する。
なお、図1Aは、TIG溶接用トーチ100の側面図であり、図1Bは、TIG溶接用トーチ100の要部断面図である。
また、コレット102の先端部には、漸次縮径されたテーパー部102dが設けられている。一方、コレット102の基端部には、その周囲よりも拡径された拡径部102eが設けられている。
なお、図2Aは、プラズマアーク用トーチ1の要部を拡大したものであり、上記TIG溶接用トーチ100に取り付けられた変換用アダプタキット50を示す。図2Bは、上記TIG溶接用トーチ100に対して変換用アダプタキット50が取り外された状態を示す。
図3A〜3Dは、変換用アダプタキット50の構成図であり、3Aは、変換用アダプタキット50をX軸方向の一方側から見た図を示し、3Bは、変換用アダプタキット50をY軸方向の一方側から見た図を示し、3Cは、変換用アダプタキット50をZ軸方向の一方側(基端側)から見た図を示し、3Dは、変換用アダプタキット50をZ軸方向の他方側(先端側)から見た図を示す。
次に、本発明のその1を適用した非移行型のプラズマアークシステムの一例について説明する。
図4は、本発明のその1を適用した非移行型のプラズマアークシステム500の一構成例を示す模式図である。
例えば、図5に示すプラズマアークシステム500Aのように、プラズマアーク用トーチ1を使用する場合と、TIG溶接用トーチ100を使用する場合とで、電力の供給を切り替える切替機構503を備えた構成としてもよい。
図14Dの分解図において、電極センター矯正セラミック151は非消耗電極101を絶縁状態で中心に誘導するガイドである。ノズル153は本体部先端に設置される外側のシールドノズルである。インシュレータ155はシールドガス漏洩を目的に設置される部品である。アタッチメント固定リング157は、本体部52とインシュレーター155を接続するリングである。本体絶縁カバー159は、本体部52を絶縁するカバーであり、カバー161はハンドル109を覆うカバーである。
図15は、本発明のその2の実施の形態に係る溶接システムの概略構成を模式的に示す図である。図15では、説明の便宜上、プラズマ溶接用トーチ212を構成するインサートチップ222及びシールドキャップ224を断面で図示する。また、図15では、溶接システム210の構成要素以外の構成を点線で図示する。
プラズマ溶接用トーチ212は、電極221と、インサートチップ222と、センターガス供給用流路223と、シールドキャップ224と、アウターガス供給用流路225と、を有する。
電極221の材料としては、例えば、タングステンや、タングステンに酸化物(例えば、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム等)を添加した材料を用いることができる。
インサートチップ222は、その内部に冷却水を供給可能な冷却水用流路222Aを有する。冷却水用流路222Aは、冷却水用流路222A内に電極221を冷却する冷却水を供給するとともに、電極221の冷却に寄与した冷却水を回収する冷却水循環部231と接続されている。
インサートチップ222の先端部の形状は、インサートチップ222の基端から先端に向かう方向に対して縮径された形状とされている。
電極221において発生したプラズマアークは、インサートチップ222によってウォール効果及びサーマルピンチ効果を受けるため、絞られてエネルギー密度の高いアークとなり、インサートチップ孔222Bから噴出する。
センターガス供給源232からセンターガス供給用流路223にセンターガスが供給されると、電極221の先端部221Aにセンターガスが供給される。該センターガスとしては、例えば、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。
なお、図15には図示していないが、センターガス供給ライン233には、センターガスの流量を測定する流量計やセンターガスの流量を調整する流量調整用バルブが設けられている。
アウターガス供給源235からアウターガス供給用流路225にアウターガスが供給されると、プラズマ溶接用トーチ212の先端側にアウターガスが供給される。
なお、図15には図示していないが、アウターガス供給ライン36には、アウターガスの流量を測定する流量計やアウターガスの流量を調整する流量調整用バルブが設けられている。
第1の溶接電源214は、高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。第2の溶接電源215は、高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。
この場合、第1及び第2の溶接電源214,215として、同じ種類の溶接電源を用いることが可能となる。これにより、共通の部品を用いることが可能となり、第1及び第2の溶接電源214,215が故障した際の予備電源の管理を容易に行うことができる。
また、第1及び第2の溶接電源214,215として、同じ種類の溶接電源を用いることで、溶接電源の操作方法が同じになるため、第1及び第2の溶接電源214,215の誤操作を抑制することができる。
この場合、第1及び第2の溶接電源214,215として、同じ高周波装置を用いた場合と同様な効果を得ることができる。
一方、従来のプラズマ電源装置を構成する高周波装置は、パイロットアーク発生させるためだけに使用される高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。
つまり、従来のプラズマ溶接電源では、パイロットアーク電源及び高周波装置によって、パイロットアークを発生させ、該パイロットアークに導かれてメインアークが電極と母材と間に移行する。
つまり、本願発明では、第1及び第2の溶接電源214,215に設けられた高周波装置を使用することによって、パイロットアークをメインアークにスムーズに移行させることができる。
第1の溶接電源214としては、例えば、アーク形成用の高周波装置や、アーク形成用の高電圧装置、或いは、直流出力電流、初期電流、クレータ電流、ガスプリフロー時間、ガスアフター時間、電流アップスロープ時間、電流ダウンスロープ時間、パルス周波数、及びパルス幅等の調整可能な溶接電源を用いることができる。
第1の溶接電源214の仕様としては、例えば、直流出力電流が4A〜500A、初期電流が10A〜500A、クレータ電流が10A〜500A、ガスプリフロー時間が0秒〜30秒、ガスアフター時間が0秒〜30秒、アップスロープ時間が0秒〜10秒、電流出力が0秒〜10秒、ダウンスロープ時間が0秒〜10秒、電流出力が0秒〜10秒、パルス周波数が0.1Hz〜500Hz、パルス幅が5%〜95%を用いることができる。
なお、第1の溶接電源214として、例えば、交流と直流との併用が可能な交直両用の溶接電源を用いてもよい。この場合には、交直両用の溶接電源の直流の機能のみを用いる。
マイナス端子214Bは、配線217の一端と接続されている。マイナス端子214Bは、配線217を介して、電極221と電気的に接続されている。
上記構成とされた第1の溶接電源214は、非移行式のプラズマ溶接を行う際の溶接電源として機能する。
第2の溶接電源215としては、先に説明した第1の溶接電源214と同様なもの(具体的には、アーク形成用の高周波装置や、アーク形成用の高電圧装置、或いは、直流出力電流、初期電流、クレータ電流、ガスプリフロー時間、ガスアフター時間、電流アップスロープ時間、電流ダウンスロープ時間、パルス周波数、及びパルス幅等の調整が可能で、かつこれらの範囲が上述した範囲内とされた溶接電源)を用いることができる。
なお、第2の溶接電源215として、例えば、交流と直流との併用が可能な交直両用の溶接電源を用いてもよい。この場合、被加工物211の材料としてステンレスや鉄等を用いる際には、交直両用の溶接電源の直流の機能のみを用いて溶接を行う。また、アルミや銅合金などの溶接は交流の機能を用いる。
マイナス端子215Bは、配線219の一端と接続されている。マイナス端子215Bは、配線219を介して、電極221と電気的に接続されている。
上記構成とされた第2の溶接電源215は、移行式のプラズマ溶接を行う際の溶接電源として機能する。
また、溶接する母材や溶接条件によって、より多くの溶接電流の供給が必要な場合があるが、本発明のその2では、このような場合でも、汎用のTIG溶接電源の自由な組み合わせによって対応することができる。
つまり、本発明のその2では、非移行式と移行式との相乗効果により、必要な溶け込み深さを確保することができる。また、溶接電流を高めに設定することにより、従来のプラズマ溶接よりも深い溶け込みを得ることができ、かつ溶接作業の高速化を実現できる。
つまり、溶接システム210への初期投資を抑制した上で、従来のプラズマ溶接システムと同等以上の溶け込み深さを得ることができる。
本実施の形態の第1のプラズマ溶接方法は、TIG溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子14Bがプラズマ溶接用トーチ212のインサートチップ222と電気的に接続され、マイナス端子214Bがプラズマ溶接用トーチ212の電極221と電気的に接続された第1の溶接電源214から電流を供給することで、電極221とインサートチップ222との間に、非移行式のプラズマジェットアークを発生させるプラズマジェットアーク発生工程と、TIG溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子215Aが被加工物211と電気的に接続され、マイナス端子215Bが電極221と接続された第2の溶接電源215から電流を供給すると共に、被加工物211と電極221との間に、移行式のプラズマアークを発生させることで、被加工物211の溶接を行う溶接工程と、を有する。
センターガスの流量は、目的に応じて適宜選択することが可能であるが、例えば、0.1〜5L/minの範囲内で設定することができる。
このとき、アウターガス供給用流路225には、アウターガスを供給してもよいし、アウターガスを供給しなくてもよい。
このとき、第1の溶接電源214が、電極221とインサートチップ222との間に供給する電流の大きさは、例えば、溶接電源の性能範囲から4A以上500A以下の範囲内で適宜選択することができる。
したがって、第1の溶接電源214が、電極221とインサートチップ222との間に供給する電流の大きさを4A以上500A以下とすることで、溶接電源の導入コストを抑制することができる。
また、第1の溶接電源214が供給する電流は、例えば、20A以上500A以下とすることが好ましい。
このように、第1の溶接電源214が供給する電流を20A以上500A以下とすることで、プラズマジェットアークが安定するとともに、より深い溶け込みを得ることができる。
なお、プラズマジェットアーク発生工程において、アウターガス供給用流路225にアウターガスを供給した場合には、アウターガスの供給を継続させる。アウターガスは、溶融部を大気から遮断する機能を有する。
この場合、アウターガスの供給を維持し、プラズマジェットアークの発生を継続(第1の溶接電源214からの電流の供給を継続)させた状態で、第2の溶接電源215から電極221と被加工物211との間に電流を供給することで、プラズマジェットアーク及びプラズマアークを発生させて被加工物211の溶接を行う。
溶接工程において、第2の溶接電源215が供給する電流は、例えば、4A以上500A以下の範囲内で適宜選択することができる。
この場合、この場合、アウターガスの供給を維持し、第2の溶接電源215から電極221と被加工物211との間に電流を供給してから、プラズマジェットアークの発生を停止(第1の溶接電源214からの電流の供給を停止)させた状態で、プラズマアークのみで被加工物211の溶接を行う。
この溶接工程において、第2の溶接電源215が供給する電流は、例えば、4A以上500A以下の範囲内で適宜選択することができる。
ここでの「クリーニング処理」とは、プラスイオンが衝突することで母材の表面の酸化膜を除去する処理のことをいう。クリーニング処理では、電極側をプラスにすると、電極が消耗するので、第2の溶接電源215として直流電源(電極が正極)を利用することができない。そこで、第2の溶接電源215が供給する電流として、交流のアーク波形を用いることで、電極の消耗を抑制した上で、酸化膜を除去することができる。
また、汎用のTIGトーチ(例えば、特願2014−056528に開示されたトーチ)を用いた構成のプラズマトーチを用いてもよい。
第2の溶接電源215のみを用い、プラズマ溶接用トーチ212のインサートチップ孔222Bを電極221よりも大きくし、その電極221をインサートチップ222Bの先端から突出させることで、TIG溶接用として用いてもよい。また、プラズマ溶接用トーチ212に替えて、TIG溶接用トーチを用いてもよい。
したがって、溶接システム210への初期投資を抑制した上で、従来のプラズマ溶接システムと同等以上の溶け込み深さを得ることができる。
本実施の形態の第2のプラズマ溶接方法は、TIG溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子214Aがプラズマ溶接用トーチ212のインサートチップ222と電気的に接続され、マイナス端子214Bがプラズマ溶接用トーチ212の電極221と電気的に接続された第1の溶接電源214を用いて、電極221とインサートチップ222との間に、非移行式のプラズマジェットアークを発生させるプラズマジェットアーク発生工程と、TIG溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子215Aが被加工物211と電気的に接続され、マイナス端子215Bが電極221と接続された第2の溶接電源215から電流を供給すると共に、第2の溶接電源215を構成する高周波装置による高周波スタート方式、或いは該高周波装置に替えて第2の溶接電源215を構成する高電圧装置による高電圧スタート方式によって、被加工物211と電極221との間に、移行式のプラズマアークを発生させることで、被加工物211の溶接を行う溶接工程と、を有する。
第2のプラズマ溶接方法では、第2の溶接電源215を構成する高周波装置または高電圧装置を利用して、安定したメインアーク移行を行い、第1のプラズマ溶接方法では、メインアーク移行を安定的に行うために第1の溶接電源214から供給される電流(電気エネルギー)を利用している。
実施例1では、実際に上記プラズマアーク用トーチ1を用いて溶接を行った。その溶接条件は以下のとおりである。
被加工物の材質:冷間圧延鋼板(SPCC)、板厚1.6mm、2枚
溶接の種類:重ね継手
プラズマガス:93%Arガスと7%H2ガスの混合ガス、流量10L/min
非消耗電極:タングステン電極棒、直径4mm
給電ノズル:内径5mm
ろう材:リン銅ろう
電流:180A
図9中の囲み部分Qに示すように、溶接部分は、溶接欠陥のない美しい仕上がりとなった。
実施例2−1では、実際に上記プラズマアーク用トーチ1を用いて、鋼板の表面に対してプラズマ処理(表面改質処理)を行った。その処理条件は以下のとおりである。
鋼板の材質:ステンレス鋼(SUS304)、板厚0.7mm
プラズマガス:100%Arガス、流量5L/min
給電ノズル:内径5mm
電流:100A
図9に示すように、プラズマ処理によって鋼板の表面における濡れ性が向上した。
実施例2−2では、実際に上記プラズマアーク用トーチ1を用いて、ガラス板の表面に対してプラズマ処理(表面改質処理)を行った。その処理条件は以下のとおりである。
ガラス板の材質:フロートガラス、板厚2mm
プラズマガス:100%Arガス、流量5L/min
給電ノズル:内径5mm
電流:50A
図11に示すように、プラズマ処理によってガラス板の表面における濡れ性が向上した。
実施例3−1は、本発明のその1の図5に示す本発明のプラズマアダプタを取り付けた装置を用いた実施例です。溶接結果の表ビードと裏ビードを図12A、図12Bに示す。従来の溶接に比較して、良好なビード外観が得られた。また、本発明のその2(TIG溶接機2台)の図15のシステムを本発明その1のプラズマアダプタを取り付けた場合も同様の結果が得られた。その処理条件は以下のとおりである。
鋼板の材質:ステンレス鋼(SUS304)、板厚1mm
パイロットガス(センターガス):100%Arガス、流量1.5L/min
シールドガス(アウターガス):93%Arガスと7%H2ガスの混合ガス、流量7L/min
電極径:Φ2.4
拘束ノズル内径:Φ2
溶接速度:60cm/min
溶接電流:30A
実施例3−2はプラズマ溶射例です。図5のシールドガス(アウターノズル)は無い状態で実施した例です。
溶射母材ブラスト処理材にZn−2%Al粉末、Znワイヤを溶射した。図13Aは実施の用いたプラズマ溶射ノズルを示す。図13B、図13Cは其々、溶射後の母材の外観を示す。図13D、図13Eは其々、溶射断面を示す。其々、溶射後の母材断面を顕微鏡で確認し、健全に溶射されていることを確認した。亜鉛アルミニウム・プラズマ溶射条件は以下のとおりである。
電流電圧:300A 44V(13.2kW)
プラズマガス:93%Arガスと7%H2ガスの混合ガス、流量20L/min
溶射材:(1)Zn−2%Al粉末、粒度:53μm
(2)Znワイヤ、φ1.3mm
溶射距離: 100mm 程度
母材: ブラスト処理材
(発明のその2の実験例)
実験例では、図15に示す溶接システム210を用いて、被加工物211として、SUS304よりなる厚さ3mmの板材に対して、アークを噴出させ、プラズマ溶接用トーチ212を所定の方向に移動させることで、被加工物211の溶接処理を行った。
電源装置213を構成する第1の溶接電源214としては、パナソニック製のTIG用の溶接電源であるYC−300BP4(型番)を用いた。電源装置213を構成する第2の溶接電源215としては、パナソニック製のTIG用の溶接電源であるYC−500BP4(型番)を用いた。
一般的なプラズマ溶接システムで使用する電源装置(出力電流範囲が10〜350Aクラス)を350万円とすると、実験例で使用した電源装置213(第1及び第2の溶接電源214,215よりなる電源装置)は、プラズマ溶接システムで使用する電源装置の1/2程度であった。
電極221としては、外径3.2mmとされたタングステン電極を用いた。電極221の先端は、インサートチップ222の先端から5mm内側に配置した。インサートチップ222のインサートチップ孔222Bの直径は、3.5mmとした。
センターガス供給用流路223に供給するセンターガスとしては、流量が3L/minとされ、7%H2を含むアルゴンガスを用いた。アウターガスとしては、流量が7L/minとされ、7%H2を含むアルゴンガスを用いた。
また、プラズマ溶接用トーチ212の移動速度は、45cm/minとした。溶接処理する区間は、10cmとした。
図16は、実験例、及び実施例3,2の条件でSUS304の板材を溶接したときの板材の表面及び裏面の写真である。
表1では、溶け込み深さがかなり深く、裏ビードが連続して、かつはっきりと表れたものを「++」と評価し、溶け込み深さがやや浅く、裏ビードが一部に表れたものを「+」とし、溶接の途中でアークの維持が困難となったものを「−」と評価した。
実施例3では、上述した実験例で使用した溶接システム210と同じ装置を用いて、第1の溶接電源214から20Aの電流を供給させたまま、第2の溶接電源215から100Aの電流を供給させることで、溶接を行った。実験例1では、第1の溶接電源214のオン状態を継続させたこと以外は、実験例と同じ溶接条件を用いた。
そして、溶接処理後、溶接処理された被加工物211の表面及び裏面の状態を観察した。
この結果を表1に示す。実施例3では、最後まで安定したアークが得られた。
実施例4では、上述した実験例で使用した溶接システム210と同じ装置を用いて、第1の溶接電源214から供給する電流を100Aに変更し、かつ第1の溶接電源214から100Aの電流を供給させたまま、第2の溶接電源215から100Aの電流を供給させることで、溶接を行った。実施例4では、第1の溶接電源214から供給する電流を100Aに変更させたこと以外は、実施例3と同様な処理を行った。
そして、溶接処理後、溶接処理された被加工物211の表面及び裏面の状態を観察した。
この結果を表1に示す。実施例4では、実施例3のときと同様に最後まで安定したアークが得られ、さらに深い溶け込みとなり、非常に良好な結果が得られた。
汎用的なTIG溶接電源を用いた場合、第1の溶接電源214から溶接電流が供給されていない状態で、第2の溶接電源215から溶接電流が供給されている被加工物211の溶接を行う場合において、アークの維持が困難になる場合があることが判った。
そして、第1及び第2の溶接電源214,215をオン状態とし、第1及び第2の溶接電源214,215から供給する電流を高くすることで、さらに深い溶け込みを得ることができることが確認できた。
65a,65b…ガイドスリット 66…圧縮コイルバネ 100…TIG溶接用トーチ 101…非消耗電極 102…コレット 103…コレットボディ 104…トーチボディ 105…トーチノズル 106…前側ガスケット 107…後側ガスケット 108…トーチキャップ 109…ハンドル 110…本体金具 151…電極センター矯正セラミック 153…ノズル 155…インシュレーター 157…アタッチメント固定リング 159…本体絶縁カバー 161…カバー 170…ワイヤ 172…ワイヤガイド 500,500A…プラズマアークシステム 501…電源装置(TIG用電源装置) 502…冷却装置 503…切替機構 PG…プラズマガス SG…シールドガス PA…プラズマアーク W…冷却水(冷却液) S…被加工物 C1…第1のパワーケーブル C2…第2のパワーケーブル CA…集合ケーブル E1,E2…給電ケーブル LH…ライナー GH…ガスホース CH1,CH2,CH3…冷却ホース
Claims (14)
- 非移行型のプラズマアーク用トーチと、
前記プラズマアーク用トーチに電力とガスとを供給する電源装置とを備える非移行型のプラズマアークシステムであって、
前記プラズマアーク用トーチは、陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備え
前記プラズマアーク用トーチは、
前記被加工物との間でアークを発生させる前記非消耗電極と、前記アークによって生じた前記被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるTIG溶接用トーチを流用したものと、
前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記TIG溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントと
を備えることを特徴とする非移行型のプラズマアークシステム。 - 前記プラズマアーク用トーチは、前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする請求項1に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
- 前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲む給電ノズルを備え、
前記プラズマアーク用トーチは、前記非消耗電極を軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする請求項1又は2に記載の非移行型のプラズマアークシステム。 - 前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲んだ状態で、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備え、
前記プラズマアーク用トーチは、前記給電ノズルを軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする請求項1又は2に記載の非移行型のプラズマアークシステム。 - 前記電源装置は、TIG溶接用電源装置を流用したものからなることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
- 前記電源装置は、前記プラズマアーク用トーチを使用する場合と、前記TIG溶接用トーチを使用する場合とで、前記電力の供給を切り替える切替機構を備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
- 前記プラズマアーク用トーチのみを用いる溶接又はTIG溶接トーチのみを用いる溶接が可能であることを特徴とする請求項6のプラズマアークシステム。
- 前記電源装置はプラズマアーク用トーチ用電源とTIG溶接トーチ用電源の少なくとも2台の電源装置からなることを特徴とする請求項6のプラズマアークシステム。
- 前記プラズマアーク用トーチに接続されて、前記アタッチメント内を流れる冷却液を循環させる冷却装置を備えることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
- TIG溶接用トーチを非移行型のプラズマアーク用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、
前記TIG溶接用トーチは、被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた前記被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備え、
前記非移行型のプラズマアーク用トーチは、陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備え、
前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記TIG溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。 - 前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする請求項10に記載の変換用アダプタキット。
- 前記アタッチメントは、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備えることを特徴とする請求項10又は11に記載の変換用アダプタキット。
- TIG溶接用トーチと、
請求項10〜12の何れか一項に記載の変換用アダプタキットとを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアーク用トーチであって、
前記TIG溶接用トーチは、被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアーク用トーチ。 - TIG溶接用電源装置に接続されて使用されることを特徴とする請求項13に記載の非移行型のプラズマアーク用トーチ。
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