(57)【要約】【課題】美麗な溶接ビードを得ることができるプラズマミグ溶接トーチを提供する。【解決手段】溶接ワイヤが挿通される給電チップと同軸芯にプラズマ電極を設け、プラズマ電極を取り囲むプラズマノズルにプラズマガスが供給され、プラズマノズルを取り囲むシールドノズルにシールドガスが供給されるプラズマミグ溶接トーチである。プラズマ電極が導電性を有する円柱形状で、中空に形成されて、先端面にワイヤ挿通孔が形成され、その先端面と軸芯に直角方向の面とで先端面角度が形成される。この先端面角度が、この先端面角度が、前記プラズマミグ溶接トーチの前進角と略等しい角度に予め決定される。この結果、被溶接物がアルミニウム合金の場合、プラズマアークのクリーニング幅を確保することができ、溶融金属が部分的に過熱されることがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯に形成されたワイヤ挿通孔に溶接ワイヤが挿通されて給電する給電チップと、
この給電チップと同軸芯に設けられたプラズマ電極と、
このプラズマ電極を取り囲み、プラズマガスが供給されるプラズマノズルと、
このプラズマノズルを取り囲み、シールドガスが供給されるシールドノズルとを備えたプラズマミグ溶接トーチのプラズマ電極において、
前記プラズマ電極が導電性を有する円柱形状で、基端部から前記給電チップが挿入されるように中空に形成されて、先端面にワイヤ挿通孔が形成され、その先端面と前記軸芯に直角方向の面とで先端面角度が形成され、
この先端面角度が、前記プラズマミグ溶接トーチの前進角と略等しいことを特徴とするプラズマ電極。
【請求項２】
軸芯に形成されたワイヤ挿通孔に溶接ワイヤが挿通されて給電する給電チップと、
この給電チップと同軸芯に設けられたプラズマ電極と、
このプラズマ電極を取り囲み、プラズマガスが供給されるプラズマノズルと、
このプラズマノズルを取り囲み、シールドガスが供給されるシールドノズルとを備えたプラズマミグ溶接トーチのプラズマ電極において、
前記プラズマ電極が導電性を有する円柱形状で、基端部から前記給電チップが挿入されるように中空に形成されて、先端面にワイヤ挿通孔が形成され、その先端面と前記軸芯に直角方向の面とで先端面角度が形成され、
この先端面角度が（１８０度−前記プラズマミグ溶接トーチの後退角）と略等しいことを特徴とするプラズマ電極。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプラズマ電極を備えたことを特徴とするプラズマミグ溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な溶接ビードを得ることができるプラズマ電極及びプラズマミグ溶接トーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極として溶接ワイヤを送給しながらミグアークを発生させ、かつ、アルゴンガス等をプラズマガスとして用いて上記のミグアークを包含するプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。図７は、従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５の構成図である。同図において、プラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ電極８と被溶接物１６との間にプラズマアーク電流Ｉwp及びプラズマアーク電圧Ｖwpを出力する。トーチ本体２３にねじ止めされたプラズマ電極８はプラズマノズル９に取り囲まれており、このプラズマノズル９内をプラズマガス１２が高速に流れ、被溶接物１６との間にプラズマアーク１４が発生する。プラズマノズル９はプラズマアーク１４と後述するミグアーク１５とを熱的に拘束するためのものであり、直接又は間接水冷された導電性の部材である。
【０００３】
プラズマノズル９はさらにシールドノズル１０に取り囲まれており、このシールドノズル１０内をシールドガス１３が流れる。プラズマ電極８には、水冷銅電極、タングステン電極等が使用され、内部が中空構造になっている。同図では、プラズマアーク１４は電極プラス極性で発生している。プラズマアーク１４が電極マイナス極性でも良い。
【０００４】
ミグ溶接電源ＰＳＭは、ワイヤ送給モータＷＭの回転を制御するワイヤ送給制御信号Ｆｃを出力すると共に、給電チップ７と被溶接物１６との間にミグアーク電流Ｉwm及びミグアーク電圧Ｖwmを出力する。給電チップ７は溶接ワイヤ１７を挿通するための挿通孔が形成されており、プラズマ電極８内に同軸芯に設けられている。また、プラズマ電極８内にセンターガス１１が流れている。
【０００５】
溶接ワイヤ１７は、ワイヤ送給モータＷＭに結合された送給ロール１８によって送給される。溶接ワイヤ１７は、上記の給電チップ７の挿通孔内で、内接触して給電されて送給され、被溶接物１６との間にミグアーク１５が発生する。このミグアーク１５はプラズマアーク１４に内包されて発生する。したがって、溶接ワイヤ１７はプラズマアーク１４、及びミグアーク１５によって加熱されて溶滴移行する。ミグアーク１５は電極プラス極性で発生している。溶接ワイヤ１７の送給速度はＦｗ［ｍ／分］となる。
【０００６】
センターガス１１とプラズマガス１２とが、狭いプラズマノズル９を通過することによって圧力が高められ、プラズマアーク１４とミグアーク１５との熱的拘束を強め、集中性が高められる。
【０００７】
図８は、従来技術のプラズマ電極を示す図であり、同図（Ａ）は断面図であり、同図（Ｂ）は先端側から見た底面図である。同図に示すように、従来のプラズマ電極の先端面８ａと軸芯１とが形成する角度θ１は直角に形成されている。また、プラズマ電極８の基端部には、ねじ部２６が形成されている。
【０００８】
【特許文献１】実開昭６２−１０９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的な継ぎ手溶接の場合、溶接ビードを水平にして、シールド性を向上させるために、図９に示すように、プラズマミグ溶接トーチは前進角を設けて溶接する。この角度は一般的に１０〜１５度である。図９は、従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５を使用して、前進角を設けて溶接を行う状態を示す図であり、図１０は、アークを発生させた状態を示す図である。図９及び図１０において、図７に示した従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５と同機能に同符号を付して説明を省略する。
【００１０】
図９に示すように、プラズマミグ溶接トーチ５に前進角αを設けた場合、プラズマ電極８の先端部と被溶接物との距離を、溶接進行方向側とその反対側とで比較すると、前進角αを設けているために、溶接進行方向側の距離Ｌ１が、その反対側の距離Ｌ２よりも長くなる。この状態でミグアーク１５及びプラズマアーク１４を発生させると、溶接進行方向の反対側のプラズマ電極８の先端部と被溶接物との距離Ｌ２の方が、距離Ｌ１よりも短いために電圧勾配が高くなり、プラズマアーク１４が発生し易くなる。この結果、図１０に示すように、溶接進行方向側とその反対側とで、プラズマ密度が異なったプラズマアーク１４が発生する。
【００１１】
この結果、被溶接物がアルミニウム合金の場合、前進角αを設けたとき、プラズマアーク１４が溶接進行方向の反対側へ集中するために、クリーニング作用が働かず、酸化皮膜を破壊することができない。また、プラズマアーク１４のエネルギーが溶接ビードの一方に集中されるので、溶融金属を過熱してビード外観が白色になり、美観を損ねることになる。また、被溶接物１６が軟鋼やステンレスの鉄系材料の場合、凸ビードやハンピングビードが形成され、溶接ビード表面の滑らかさが失われるという不具合を有する。
【００１２】
本発明は、美麗な溶接ビードを得ることができるプラズマ電極及びプラズマミグ溶接トーチを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、
軸芯に形成されたワイヤ挿通孔に溶接ワイヤが挿通されて給電する給電チップと、
この給電チップと同軸芯に設けられたプラズマ電極と、
このプラズマ電極を取り囲み、プラズマガスが供給されるプラズマノズルと、
このプラズマノズルを取り囲み、シールドガスが供給されるシールドノズルとを備えたプラズマミグ溶接トーチのプラズマ電極において、
前記プラズマ電極が導電性を有する円柱形状で、基端部から前記給電チップが挿入されるように中空に形成されて、先端面にワイヤ挿通孔が形成され、その先端面と前記軸芯に直角方向の面とで先端面角度が形成され、
この先端面角度が、前記プラズマミグ溶接トーチの前進角と略等しいことを特徴とするプラズマ電極である。
【００１４】
第２の発明は、
軸芯に形成されたワイヤ挿通孔に溶接ワイヤが挿通されて給電する給電チップと、
この給電チップと同軸芯に設けられたプラズマ電極と、
このプラズマ電極を取り囲み、プラズマガスが供給されるプラズマノズルと、
このプラズマノズルを取り囲み、シールドガスが供給されるシールドノズルとを備えたプラズマミグ溶接トーチのプラズマ電極において、
前記プラズマ電極が導電性を有する円柱形状で、基端部から前記給電チップが挿入されるように中空に形成されて、先端面にワイヤ挿通孔が形成され、その先端面と前記軸芯に直角方向の面とで先端面角度が形成され、
この先端面角度が（１８０度−前記プラズマミグ溶接トーチの後退角）と略等しいことを特徴とするプラズマ電極である。
【００１５】
第３の発明は、
第１の発明又は第２の発明に記載のプラズマ電極を備えたことを特徴とするプラズマミグ溶接トーチである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプラズマ電極及びプラズマミグ溶接トーチは、プラズマアークが溶接進行方向の反対側へ集中しないので、美麗な溶接ビードを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図１は、本発明のプラズマ電極の６面図を示す図であり、同図（Ａ）は正面図を示し、同図（Ｂ）は背面図を示し、同図（Ｃ）は左側面図を示し、同図（Ｄ）は右側面図を示し、同図（Ｅ）は平面図を示し、同図（Ｆ）は底面図を示している。同図において、プラズマ電極３は、銅合金等からなる導電性を有する円柱形状で、基端部（図１のＸ２方向）から給電チップが挿入されるように中空に形成されて、先端面３ａにワイヤ挿通孔が形成されている。また、図５に示した従来のプラズマ電極と比較して、プラズマ電極の先端面３ａと軸芯１に直角方向の面４とで角度θ２が形成されている。この角度θ２は、後述するように、プラズマミグ溶接トーチ６の前進角又は後退角に対応して予め決定されている。また、プラズマ電極３の基端部の側面には、従来のプラズマ電極８のねじ部２６が形成されておらず、その代わりに二つの突起部２５、２５が形成されていて、この突起部２５、２５が図２で後述するトーチ本体２４に挿入されたときに、トーチ本体２４に引っ掛かりプラズマ電極３が固定される。
【００１８】
プラズマ電極３の基端部の側面にねじ部が形成される代わりに二つの突起部２５、２５が形成されている理由は、本発明のプラズマ電極を、プラズマミグ溶接トーチの後述するトーチ本体に、溶接方向に対して決められた方向に取り付ける必要があるためである。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１のプラズマミグ溶接トーチの断面図及びアークの発生状態を示す図であり、前進角で溶接が行われる場合を示している。同図において、図７に示した従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５と同機能に同符号を付して説明を省略する。一般的な継ぎ手溶接の場合，溶接ビードを水平にして，シールド性を向上させるために、プラズマミグ溶接トーチ６は前進角αを形成して溶接する。一般的に、この前進角αは、１０〜１５度である。例えば先進角αが１０度の場合、図１に示したように、プラズマ電極の先端面３ａの角度θ２を、この前進角１０度と等しい角度になるように形成されている。このように形成すると、プラズマ電極の先端面３ａと被溶接物１６の表面とが平行になり、プラズマ電極の先端面３ａと被溶接物１６との距離が、溶接進行方向側Ｌ３とその反対側Ｌ４とで同じ距離になる。この結果、ミグアーク１５の周りに対称的なプラズマアーク１４を発生させることができ、溶接進行方向側とその反対側とで、プラズマ電極３と被溶接物１６の間の電位勾配が同じになるので、プラズマ密度も同じになる。
【００２０】
この結果、被溶接物１６がアルミニウム合金の場合、プラズマアーク１４が溶接進行方向の反対側へ集中することがなくなるので、プラズマアーク１４のクリーニング幅を確保することができる。また、プラズマアーク１４のエネルギーが溶接ビードの一方に集中することがなく、溶融金属が部分的に過熱される現象も回避することができるので、美麗な溶接ビードを得ることができる。また、被溶接物１６が軟鋼やステンレスの鉄系材料の場合でも、凸ビードやハンピングビードが形成されることのない、表面が滑らかで美麗な溶接ビードを得ることができる。
【００２１】
発明者らの実験では、被溶接物がアルミにウム合金の場合、ミグアーク電流を２８０Ａ、ミグアーク電圧を２８Ｖ、プラズマアーク電流を５０Ａ、プラズマアーク電圧を４００Ｖ、溶接ワイヤの直径を１．２ｍｍ、溶接ワイヤの送給速度を１３ｍ／分とし、プラズマミグ溶接トーチの前進角及びプラズマ電極の先端面の角度を１０度として、プラズマミグ溶接を行った。この結果、美麗な溶接ビードを得ることができた。
【００２２】
また、被溶接物が鉄系材料の場合に、ミグアーク電流を６０Ａ、ミグアーク電圧を２２Ｖ、プラズマアーク電流を１００Ａ、プラズマアーク電圧を３５Ｖ、溶接ワイヤの直径を１．２ｍｍ、溶接ワイヤの送給速度を７ｍ／分とし、プラズマミグ溶接トーチの前進角及びプラズマ電極の先端面の角度を１０度として、プラズマミグ溶接を行った。この結果、美麗な溶接ビードを得ることができた。
【００２３】
さらに、プラズマミグ溶接トーチの前進角αを２０度として、図５（Ｂ）で後述するように、プラズマ電極の先端面２０ａの角度θ２を２０度として、その他の溶接条件を上記と同様にしてプラズマミグ溶接を行った結果、美麗な溶接ビードを得ることができた。
【００２４】
また、さらなる発明者らの実験によると、図３に示すように、プラズマ電極の先端面３ａの角度θ２が１０度の場合（図５（Ａ）に示したプラズマ電極）、前進角αが５度〜１５度までの範囲のプラズマミグ溶接に適用することができた。また、プラズマ電極の先端面２０ａの角度θ２が２０度の場合（図５（Ｂ）に示したプラズマ電極）、前進角αが１５度〜２５度までの範囲のプラズマミグ溶接に適用することができた。図３は、本発明のプラズマ電極の先端面角度が１０度と２０度とのときに、適用できるプラズマミグ溶接トーチの前進角αとの関係を示す図である。同図に示すように、先端面角度θ２が１０度のプラズマ電極一つで、一般的な前進角１０〜１５度のプラズマミグ溶接に適用することができる。さらに、先端面角度θ２が１０度と２０度の二種類のプラズマ電極を用意することによって、前進角５〜２５度の広範囲のプラズマミグ溶接に適用することができる。
【００２５】
図３では、先端面角度が１０度と２０度との２種類のプラズマ電極を用意した場合を示したが、これは１例であって、先端面角度をより細かく決定しても良い。
【００２６】
［実施の形態２］
本発明のプラズマミグ溶接トーチにおいて、プラズマミグ溶接トーチ６が前進角αを設けた場合は述べたが、後退角を設けた場合についても同様に適用することができる。図４は、本発明の実施の形態２のプラズマミグ溶接トーチの断面図及びアークの発生状態を示す図であり、後退角で溶接が行われる場合を示している。同図において、図７に示した従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５と同機能に同符号を付して説明を省略する。一般的に、プラズマミグ溶接トーチの後退角βは、１０〜１５度である。例えば後退角βが１０度の場合、図５（Ｃ）で後述するように、プラズマ電極の先端面２１ａの角度θ２を、（１８０度−後退角１０度）＝１７０度の角度に形成されている。このように形成すると、実施の形態１と同様に、プラズマ電極の先端面２１ａと被溶接物１６の表面とが平行になり、ミグアーク１５の周りに対称的なプラズマアーク１４を発生させることができ、溶接進行方向側とその反対側とで、プラズマ電極３と被溶接物１６の間の電位勾配が同じになるので、プラズマ密度も同じになる。
【００２７】
この結果、被溶接物１６がアルミニウム合金の場合、プラズマアーク１４のクリーニング幅を確保することができる。また、プラズマアーク１４のエネルギーが溶接ビードの一方に集中することがなく、溶融金属が部分的に過熱される現象も回避することができるので、美麗な溶接ビードを得ることができる。また、被溶接物１６が軟鋼やステンレスの鉄系材料の場合でも、表面が滑らかで美麗な溶接ビードを得ることができる。
【００２８】
さらに、プラズマミグ溶接トーチの後退角βを２０度として、図５（Ｄ）で後述するように、プラズマ電極の先端面２２ａの角度θ２を（１８０度−後退角２０度）＝１６０度として、その他の溶接条件を上記と同様にしてプラズマミグ溶接を行った結果、美麗な溶接ビードを得ることができた。図５は、本発明のプラズマ電極を示す図であって、同図（Ａ）は前進角αが１０度の場合に対応して、先端面角度θ２を１０度に形成したものである。同図（Ｂ）は前進角αが２０度の場合に対応して、先端面角度θ２を２０度に形成したものである。同図（Ｃ）は後退角βが１０度の場合に対応して、先端面角度θ２を１７０度に形成したものである。同図（Ｄ）は後退角βが２０度の場合に対応して、先端面角度θ２を１６０度に形成したものである。
【００２９】
また、さらなる発明者らの実験によると、図６に示すように、プラズマ電極の先端面の角度θ２が１７０度の場合（図５（Ｃ）に示したプラズマ電極）、後退角βが５度〜１５度までの範囲のプラズマミグ溶接に適用することができた。また、プラズマ電極の先端面の角度θ２が１６０度の場合（図５（Ｄ）に示したプラズマ電極）、後退角βが１５度〜２５度までの範囲のプラズマミグ溶接に適用することができた。図６は、本発明のプラズマ電極の先端面角度が１７０度と１６０度のときに適用できる、プラズマミグ溶接トーチの後退角βとの関係を示す図である。同図に示すように、先端面角度θ２が１７０度のプラズマ電極一つで、一般的な後退角１０〜１５度のプラズマミグ溶接に適用することができる。さらに、先端面角度θ２が１７０度と１６０度の二種類のプラズマ電極を用意することによって、後退角５〜２５度の広範囲のプラズマミグ溶接に適用することができる。
【００３０】
図６では、先端面角度が１７０度と１６０度との２種類のプラズマ電極を用意した場合を示したが、これは１例であって、先端面角度をより細かく決定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のプラズマ電極の６面図を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１のプラズマミグ溶接トーチの断面図及びアークの発生状態を示す図である。
【図３】本発明のプラズマ電極の先端面角度が１０度と２０度とのときに、適用できるプラズマミグ溶接トーチの前進角αとの関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２のプラズマミグ溶接トーチの断面図及びアークの発生状態を示す図である。
【図５】本発明のプラズマ電極を示す図である。
【図６】本発明のプラズマ電極の先端面角度が１７０度と１６０度とのときに、適用できるプラズマミグ溶接トーチの後退角βとの関係を示す図である。
【図７】従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５の構成図である。
【図８】従来技術のプラズマ電極を示す図である。
【図９】従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５を使用して、前進角を設けて溶接を行う状態を示す図である。
【図１０】従来技術のプラズマミグ溶接トーチ５を使用して、アークを発生させた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１            軸芯
２            プラズマ電極
２ａ            プラズマ電極の先端面
３            プラズマ電極
３ａ            プラズマ電極の先端面
４            軸芯１に直角方向の面
５            プラズマミグ溶接トーチ
６            プラズマミグ溶接トーチ
７            給電チップ
８            プラズマ電極
８ａ            プラズマ電極の先端面
９            プラズマノズル
１０            シールドノズル
１１            センターガス
１２            プラズマガス
１３            シールドガス
１４            プラズマアーク
１５            ミグアーク
１６            被溶接物
１７            溶接ワイヤ
１８            送給ロール
２０            プラズマ電極
２０ａ            プラズマ電極の先端面
２１            プラズマ電極
２１ａ            プラズマ電極の先端面
２２            プラズマ電極
２２ａ            プラズマ電極の先端面
２３            トーチ本体
２４            トーチ本体
２５            突起部
２６            ねじ部
２７            プラズマミグ溶接トーチ
Ｆｃ            ワイヤ送給制御信号
Ｆｗ            溶接ワイヤ１７の送給速度
Ｉwm            ミグアーク電流
Ｉwp            プラズマアーク電流
Ｌ１            溶接進行方向側の距離
Ｌ２            溶接進行方向の反対側の距離
Ｌ３            溶接進行方向側の距離
Ｌ４            溶接進行方向の反対側の距離
ＰＳＭ            ミグ溶接電源
ＰＳＰ            プラズマ溶接電源
Ｖwm            ミグアーク電圧
Ｖwp            プラズマアーク電圧
ＷＭ            ワイヤ送給モータ
α            プラズマミグ溶接トーチの前進角
θ１            プラズマ電極の先端面８ａと軸芯１とが形成する角度
θ２            プラズマ電極の先端面と軸芯１に直角方向の面４とで形成される角度
【図１】
2010104996.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010104996.tif 000005
【図４】
2010104996.tif 000006
【図５】
2010104996.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010104996.tif 000009
【図８】
2010104996.tif 000010
【図９】
2010104996.tif 000011
【図１０】
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