(57)【要約】【課題】プラズマガスの流速を過度に高めることなくプラズマアークを緊縮させることが可能なプラズマ溶接トーチを提供すること。【解決手段】棒状の非消耗電極１と、非消耗電極１を同軸状に囲む円筒状のプラズマノズル２と、プラズマノズル２を同軸状に囲む円筒状のシールドノズル３と、を備え、プラズマガス流路４からプラズマガスＰＧを噴出し、シールドガス流路５からシールドガスＳＧを噴出する、プラズマ溶接トーチＡであって、プラズマノズル２には、プラズマガス流路４からシールドガス流路５へとプラズマガスＰＧの一部を導入するバイパス流路２３が設けられている。バイパス流路２３から分流されたプラズマガスＰＧがプラズマアークをさらに緊縮させるとともに、プラズマガスＰＧの流速が不当に速くなることを回避できる。これにより、比較的板厚が厚いＡｌ合金の溶接母材に対して、適切なキーホールを伴った良好な溶接を行うことができる。【選択図】  図１
2010120018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の非消耗電極と、
上記非消耗電極を同軸状に囲む円筒状のプラズマノズルと、
上記プラズマノズルを同軸状に囲む円筒状のシールドノズルと、を備え、
上記非消耗電極および上記プラズマノズルの隙間であるプラズマガス流路からプラズマガスを噴出し、
上記プラズマノズルおよび上記シールドノズルの隙間であるシールドガス流路からシールドガスを噴出する、プラズマ溶接トーチであって、
上記プラズマノズルには、上記プラズマガス流路から上記シールドガス流路へと上記プラズマガスの一部を導入する１以上のバイパス流路が設けられていることを特徴とする、プラズマ溶接トーチ。
【請求項２】
複数の上記バイパス流路が、上記非消耗電極を中心とする同一円上に配置されている、請求項１に記載のプラズマ溶接トーチ。
【請求項３】
上記プラズマノズルは、先端に向かうほど断面寸法が小となるコーン状部を有しており、
上記複数のバイパス流路は、上記非消耗電極が延びる方向に上記コーン状部を貫通している、請求項２に記載のプラズマ溶接トーチ。
【請求項４】
上記プラズマガスは、Ａｒを含み、上記シールドガスは、ＡｒおよびＨｅを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にＡｌ合金の厚板どうしのＩ型突合せ溶接に適したプラズマ溶接トーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アルミニウム板を突き合わせた溶接母材を対象としたプラズマ溶接に用いるプラズマ溶接トーチが提案されている（たとえば特許文献１〜３参照）。図６はそのようなプラズマ溶接トーチの一例を示している。同図に示されたプラズマ溶接トーチＸは、非消耗電極９１、プラズマノズル９２、およびシールドノズル９３を備えている。消耗電極９１とプラズマノズル９２との間には、プラズマガスＰＧが供給され、プラズマノズル９２とシールドノズル９３との間には、シールドガスＳＧが供給される。非消耗電極９１および溶接母材Ｐは、プラズマ電源装置（図示略）に接続されており、プラズマ電圧が印加される。このプラズマ電圧によってプラズマガスＰＧがプラズマ状態となりプラズマアークＰＡが生じる。プラズマアークＰＡによってより厚い溶接母材Ｐを溶接するには、シールドガスＳＧによってプラズマアークＰＡを十分に緊縮させるとともに、プラズマガスＰＧの流速を高めることが望ましい。
【０００３】
しかしながら、プラズマガスＰＧの流速を過度に高めると、プラズマアークＰＡによって溶かされた溶接母材Ｐの一部である溶融金属が吹き飛ばされてしまう。このようなことでは、図７に示すように突合せ線ＷＬに沿った良好なビードが形成されず、溶接を適切に行うことができなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−３２８２５号公報
【特許文献２】特開平１０−０５８１４７号公報
【特許文献３】特開２００４−２４３３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、プラズマガスの流速を過度に高めることなくプラズマアークを緊縮させることが可能なプラズマ溶接トーチを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって提供されるプラズマ溶接トーチは、棒状の非消耗電極と、上記非消耗電極を同軸状に囲む円筒状のプラズマノズルと、上記プラズマノズルを同軸状に囲む円筒状のシールドノズルと、を備え、上記電極および上記プラズマノズルの隙間であるプラズマガス流路からプラズマガスを噴出し、上記プラズマノズルおよび上記シールドノズルの隙間であるシールドガス流路からシールドガスを噴出する、プラズマ溶接トーチであって、上記プラズマノズルには、上記プラズマガス流路から上記シールドガス流路へと上記プラズマガスの一部を導入する１以上のバイパス流路が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
このような構成によれば、上記プラズマガスのうち上記バイパス流路から上記シールドガス流路へと分流したものは、上記プラズマアークが媒体となって発生するプラズマアークを拘束し、さらに緊縮するのに寄与する。また、上記プラズマガスの一部が上記バイパス流路から分流するため、上記プラズマガスのうち上記プラズマガス流路に残ったものの流速が過度に高くなることを回避できる。この結果、十分に緊縮させた上記プラズマアークを溶接母材へと向けることが可能であり、十分な溶け込み深さを得ることができる。さらに、上記プラズマガスの風圧が過度に高くなるおそれが少ないため、溶融金属を不当に吹き飛ばすことを抑制できる。これにより、適切なキーホールをともなった良好な溶接を行うことが可能である。このような溶接によれば、十分な幅および量を有する裏ビードを形成可能であり、溶接母材の溶接強度を高めるのに好ましい。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、複数の上記バイパス流路が、上記非消耗電極を中心とする同一円上に配置されている。このような構成によれば、上記プラズマアークを緊縮するのに好ましい。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記プラズマノズルは、先端に向かうほど断面寸法が小となるコーン状部を有しており、上記複数のバイパス流路は、上記非消耗電極が延びる方向に上記コーン状部を貫通している。このような構成によれば、上記非消耗電極を良好に取り囲みつつ溶接母材へと向かうように、上記プラズマガスを噴出するのに有利である。また、プラズマアークに対して比較的近い位置に向けて、このプラズマアークに沿った方向に流れるように、上記プラズマガスの一部を上記バイパス流路を介して噴出させることができる。これは、プラズマアークを緊縮させるのに好適である。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記プラズマガスは、Ａｒを含み、上記シールドガスは、ＡｒおよびＨｅを含む。このような構成によれば、比較的板厚が厚いＡｌ合金からなる溶接母材を溶接するのに適している。
【００１１】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
図１〜図３は、本発明に係るプラズマ溶接トーチを示している。図示されたプラズマ溶接トーチＡは、非消耗電極１、プラズマノズル２、およびシールドノズル３を備えており、たとえば多関節ロボット（図示略）によって保持されている。プラズマ溶接トーチＡは、図外の溶接電源に接続されており、板厚が１２ｍｍ以上（たとえば１５ｍｍ）のＡｌ−Ｍｇ合金の板が突き合わされた溶接母材Ｐに対して突き合わせ線ＷＬに沿ってプラズマ溶接を行うのに用いられる。
【００１４】
非消耗電極１は、たとえばタングステンからなる金属棒であり、溶接母材Ｐとの間に交流アーク電圧を印加するための電極である。
【００１５】
プラズマノズル２は、たとえば銅などの金属からなる円筒状部材であり、適宜水冷構造を有する。プラズマノズル２は、非消耗電極１を同軸状に囲んでいる。プラズマノズル２と非消耗電極１との隙間は、プラズマガス流路４とされている。プラズマガス流路４には図外のたとえばガスボンベからプラズマガスＰＧが供給される。プラズマガスＰＧは、たとえばＡｒであり、その流量が３Ｌ／分程度である。このプラズマガスＰＧは、非消耗電極１を取り囲むように流れた後に開口２１から噴出する。非消耗電極１と溶接母材Ｐとの間に上記アーク電圧が印加されることにより、プラズマガスＰＧを媒体として非消耗電極１からプラズマアークＰＡが発生する。
【００１６】
シールドノズル３は、たとえば銅などの金属からなる円筒状部材であり、適宜水冷構造を有する。シールドノズル３は、プラズマノズル２および非消耗電極１を同軸状に囲んでいる。シールドノズル３とプラズマガスノズル２との隙間は、シールドガス流路５とされている。シールドガス流路５には、図外のたとえばガスボンベからシールドガスＳＧが供給される。シールドガスＳＧは、たとえば３０％Ａｒ−７０％Ｈｅの混合ガスであり、その流量が１５Ｌ／分程度である。シールドガスＳＧは、シールドノズル３の開口３１から噴出し、プラズマガスＰＧおよびプラズマアークＰＡを緊縮させる機能を果たす。
【００１７】
プラズマノズル２は、コーン状部２２を有している。コーン状部２２は、先端に向かうほど直径が小となっている部分である。このコーン状部２２には、３つのバイパス流路２３が形成されている。バイパス流路２３は、非消耗電極１の軸方向にコーン状部２２を貫通しており、プラズマガス流路４とシールドガス流路５とを繋いでいる。このバイパス流路２３が設けられていることにより、プラズマガスＰＧの一部がシールドガス流路５へと流入し、開口３１から噴出する。図２に示すように、本実施形態においてはさらに、３つのバイパス流路２３が非消耗電極１を中心とする同一円上に配置されている。
【００１８】
図３は、プラズマ溶接トーチＡを用いた溶接の一例を示している。本実施形態においては、鉛直線ＶＬに対する角度θが１５度程度となるようにプラズマ溶接トーチＡおよび溶接母材Ｐを傾けた状態で斜め上方に向けて溶接を行っている。このときの溶接電流は３００Ａ程度であり、溶接速度は１３ｃｍ／分程度である。プラズマアークＰＡによって溶融された溶融金属には、ごく小さな孔であるキーホールＫＨが形成される。この溶融金属が順次凝固することにより、溶接が行われる。
【００１９】
次に、プラズマ溶接トーチＡの作用について説明する。
【００２０】
本実施形態によれば、プラズマガスＰＧのうちバイパス流路２３からシールドガス流路５へと分流したものは、プラズマアークＰＡを拘束し、さらに緊縮するのに寄与する。また、プラズマガスＰＧの一部がバイパス流路２３から分流するため、プラズマガスＰＧのうちプラズマガス流路４に残ったものの流速が過度に高くなることを回避できる。この結果、十分に緊縮させたプラズマアークＰＡを溶接母材Ｐへと向けることが可能であり、比較的板厚が厚いＡｌ合金からなる溶接母材Ｐに対して十分な溶け込み深さを得ることができる。さらに、プラズマガスＰＧの風圧が過度に高くなるおそれが少ないため、溶融金属を不当に吹き飛ばすことを抑制できる。これにより、図４および図５に示すように、適切なキーホールＫＨを形成しつつ、突き合わせ線ＷＬに沿った溶接を良好に行うことが可能である。このような溶接によれば、図５に示すように、十分な幅および量を有する裏ビードＲＢを形成可能であり、溶接母材Ｐの溶接強度を高めるのに好ましい。
【００２１】
非消耗電極１を中心とした同一円上に３つのバイパス流路２３を配置することは、プラズマアークＰＡを緊縮させるのに好ましい。コーン状部２２は、非消耗電極１を良好に取り囲みつつ溶接母材Ｐへと向かうように、プラズマガスＰＧを噴出するのに有利である。コーン状部２２に非消耗電極１の軸方向に延びるバイパス流路２３を設ければ、プラズマアークＰＡに対して比較的近い位置に向けて、プラズマアークＰＡに沿った方向に流れるように、プラズマガスＰＧの一部をバイパス流路２３を介して噴出させることができる。これは、プラズマアークＰＡを緊縮させるのに好適である。鉛直線ＶＬに対する角度θを１５度程度となるようにプラズマ溶接トーチＡおよび溶接母材Ｐを傾けた状態でプラズマ溶接を行えば、溶融金属が不当に落下することを防止することができる。これは、良好な裏ビードＲＢを形成するのに好ましい。
【００２２】
本発明に係るプラズマ溶接トーチは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るプラズマ溶接トーチの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００２３】
バイパス流路２３の個数や配置は上述した実施形態に限定されず、プラズマアークＰＡを緊縮させるとともに、プラズマガスＰＧの不当な高速化を回避可能な構成であればよい。プラズマノズル２の形状は、コーン状部２２を有するものに限定されず、プラズマガスＰＧを適切に噴出可能な形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るプラズマ溶接トーチの一例を示す要部断面図である。
【図２】本発明に係るプラズマ溶接トーチの一例を示す底面図である。
【図３】図１に示すプラズマ溶接トーチを用いたプラズマ溶接の一例を示す要部断面図である。
【図４】図３に示す溶接母材を裏面から見た要部平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】従来のプラズマ溶接トーチを用いたプラズマ溶接の一例を示す要部断面図である。
【図７】図６に示す溶接母材を裏面から見た要部平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ      プラズマ溶接トーチ
ＫＨ    キーホール
Ｐ      溶接母材
ＰＡ    プラズマアーク
ＰＧ    プラズマガス
ＲＢ    裏ビード
ＳＧ    シールドガス
ＶＬ    鉛直線
ＷＬ    突き合わせ線
１      電極
２      プラズマノズル
３      シールドノズル
４      プラズマガス流路
５      シールドガス流路
２１    開口
２２    コーン状部
２３    バイパス流路
３１    開口
【図１】
2010120018.tif 000003
【図２】
2010120018.tif 000004
【図５】
2010120018.tif 000005
【図３】
2010120018.tif 000006
【図４】
2010120018.tif 000007
【図６】
2010120018.tif 000008
【図７】
2010120018.tif 000009