(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
突き合わせたワークをアークトーチにより溶接するアーク溶接において、前記アークトーチが進行する接合方向に対して直交する方向の磁場を前記ワークの内部に生成し、
前記アークトーチと前記ワークとの間に流れる電流と、前記磁場とに起因したローレンツ力により、アークの先端側を前記アークトーチの進行方向前方に曲げてアーク溶接する際に、溶接部の磁場強度を調整するアーク溶接の磁場強度調整方法であって、
前記アークトーチと前記ワークの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、前記溶接部の磁場強度を調整することを特徴とするアーク溶接の磁場強度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接の磁場強度調整方法に関する。詳しくは、プラズマアーク溶接の磁場強度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アーク溶接が知られている。アーク溶接では、アークトーチの送り速度が速くなると、アークトーチの進行方向後方にアークが流れ、ワークに熱が入らない現象が生じる。この場合には、ワークが十分に予熱されないまま溶接が行われ、溶接不具合の原因となる。
【０００３】
上記の現象を回避するため、例えば図１４及び図１５に示すように、アークトーチ１００のノズルの先端からワークＷに延びるアークＡに対して、接合方向に直交する方向の磁場（図１５にＢで示す）を作用させることで生ずるローレンツ力Ｆ（図１５にＦで示す）を用いて、アークＡをアークトーチ１００の進行方向前方に振らせる技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２０６５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、進行方向前方に振られるアークＡの量は、アークトーチ１００の送り速度に応じて変化する。このため、ワークＷを十分に予熱するためには、アークトーチ１００の送り速度に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。例えばアークトーチ１００の送り速度を速くした場合には、進行方向前方に振るアークＡの量が減少するため、溶接部の磁場強度を上げる必要がある。
【０００６】
また、板厚の異なるワーク同士を突き合わせ溶接する際には、その板厚差に応じて、ワークＷの突き合わせ部の表面に漏れる磁束が変化し、進行方向前方に振られるアークＡの量が変化する。このため、板厚差に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。例えば板厚差を小さくした場合には、突き合わせ部の表面に漏れる磁束が減少するため、溶接部の磁場強度を上げる必要がある。
【０００７】
また、ワークＷの板厚に応じて、溶融に必要な溶接電流は異なり、溶接電流の大きさによって進行方向前方に振られるアークＡの量が変化する。このため、ワークＷの板厚に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。例えばワークＷの板厚を厚くした場合には、溶接電流を大きくするため、溶接部の磁場強度を上げる必要がある。
【０００８】
磁場強度を調整する方法としては、電磁石、電源及びコントローラ等を設け、励磁電流を調整する方法が一般的である。しかしながら、この方法では、コストが増加するうえ、装置が大型化するという問題があった。特に、これらをアークトーチに付随させた場合には、加工部が大型化して小回りが利かなくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁場を利用したアーク溶接において、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、溶接部の磁場強度の調整が可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明では、突き合わせたワーク（例えば、後述のワークＷ）をアークトーチ（例えば、後述のプラズマトーチ１０，４０）により溶接するアーク溶接（例えば、後述のプラズマアーク溶接装置１，２によるプラズマアーク溶接）において、前記アークトーチが進行する接合方向に対して直交する方向の磁場（例えば、後述の磁場Ｂ）を前記ワークの内部に生成し、前記アークトーチと前記ワークとの間に流れる電流（例えば、後述の電流Ｉ）と、前記磁場とに起因したローレンツ力（例えば、後述のローレンツ力Ｆ）により、アーク（例えば、後述のアークＡ）の先端側を前記アークトーチの進行方向前方に曲げてアーク溶接する際に、溶接部の磁場強度を調整する方法を提供する。本発明に係るアーク溶接の磁場強度調整方法は、前記アークトーチと前記ワークの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、前記溶接部の磁場強度を調整することを特徴とする。
【００１１】
本発明では、磁場を利用したアーク溶接において、アークトーチとワークの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、溶接部の磁場強度を調整する。すなわち、元磁束の調整は行わないため、電磁石、電源及びコントローラを設ける必要がなく、これらの代わりに小さくて安価な永久磁石を用いることができる。従って、本発明によれば、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、アークトーチとワークの突き合わせ部との相対位置を変更するのみで、容易にアーク溶接部の磁場強度を調整できる。
また、アークトーチとワークの突き合わせ部との相対位置を変更するのみであるため、ワークの板厚や板組み、溶接速度等に応じて、溶接部の磁場強度を容易に調整でき、良好な溶接が可能となる。
また、本発明に係る磁場強度調整方法は、ビード幅が広く板幅方向におけるアークトーチの狙い位置に裕度があるプラズマアーク溶接に対して、特に好ましく適用される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁場を利用したアーク溶接において、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、溶接部の磁場強度の調整が可能な技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るプラズマアーク溶接装置の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るプラズマアーク溶接装置を概略的に示す正面図である。
【図３】図２に示すプラズマアーク溶接装置の右側面図である。
【図４】厚板と薄板とを突き合わせたワークの板幅方向及び接合方向の磁束密度を示す図である。
【図５】厚板と薄板とを突き合わせたワークの接合方向中央部における板幅方向の磁束密度を示す図である。
【図６】板幅方向におけるプラズマトーチの狙い位置を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るプラズマアーク溶接装置の斜視図である。
【図８】第２実施形態に係るプラズマアーク溶接装置におけるプラズマトーチの断面図である。
【図９】第２実施形態に係るプラズマアーク溶接装置におけるプラズマトーチの第１ノズルの斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係るプラズマアーク溶接装置におけるプラズマトーチの動作を説明するための斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係るプラズマアーク溶接装置におけるプラズマトーチの動作を説明するための平面図である。
【図１２】第２実施形態に係るプラズマアーク溶接装置を概略的に示す正面図である。
【図１３】図１２に示すプラズマアーク溶接装置の右側面図である。
【図１４】従来のプラズマアーク溶接装置を概略的に示す正面図である。
【図１５】図１４に示すプラズマアーク溶接装置の右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の磁場強度調整方法を適用した第１実施形態に係るプラズマアーク溶接装置１の斜視図である。
プラズマアーク溶接装置１は、ワークＷを突き合わせ溶接することで、テーラードブランク材を形成する。図１では、板厚が比較的薄いワークＷ（１）と、ワークＷ（１）よりも板厚が厚いワークＷ（２）との突き合わせ溶接を示している。
【００１６】
図１に示すように、プラズマアーク溶接装置１は、アークトーチとしてのプラズマトーチ１０と、磁場を生成する永久磁石２０Ｓ，２０Ｎと、支持フレーム３０と、を備える。
【００１７】
図２は、プラズマアーク溶接装置１を概略的に示す正面図である。
図２に示すように、プラズマトーチ１０は、棒状の電極１１と、この電極１１を囲んで設けられてプラズマガスを噴出する円筒形状の第１ノズル１２と、この第１ノズル１２を囲んで設けられてシールドガスを噴出する円筒形状の第２ノズル１４と、を備える。
【００１８】
第１ノズル１２の先端には、円形状の第１噴出口１３が形成されており、この第１噴出口１３を通して、プラズマガスが噴出する。
第２ノズル１４の先端には、円環形状の第２噴出口１５が形成されており、この第２噴出口１５を通して、シールドガスが噴出する。
第２ノズル１４の第２噴出口１５は、第１ノズル１２の第１噴出口１３よりも、電極１１の軸方向の先端側に位置している。
【００１９】
図１に戻って、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎは、アークＡの先端側をプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げる磁場Ｂを、ワークＷの内部に生成する。
永久磁石２０Ｓ，２０ＮによってワークＷの内部に生成する磁場Ｂは、プラズマトーチ１０の進行方向（接合方向）に対して直交する方向の磁場である。プラズマアーク溶接装置１の右側面図である図３に示すように、磁場Ｂと、プラズマトーチ１０とワークＷとの間に流れる電流Ｉとに起因したローレンツ力Ｆにより、アークＡの先端側はプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げられる。
【００２０】
図１に戻って、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎは、溶接部の上方に位置するプラズマトーチ１０を中心として、プラズマトーチ１０を囲むように、平面視で前後、左右に配置される。
すなわち、プラズマトーチ１０の進行方向（接合方向）前方に向かって突き合わせ部の一方側（例えば左側）には、Ｎ極の永久磁石２０Ｎが接合方向の前後に２つ配置される。
プラズマトーチ１０の進行方向（接合方向）に向かって突き合わせ部の他方側（例えば右側）には、Ｓ極の永久磁石２０Ｓが接合方向の前後に２つ配置される。
【００２１】
接合方向前方の永久磁石２０Ｎと永久磁石２０Ｓは、突き合わせ部の延びる方向（接合線）と直交する平面内で互いに対向して配置される。そのため、接合方向前方の永久磁石２０Ｎから永久磁石２０Ｓへ向かう磁場Ｂの方向は、突き合わせ部の延びる方向（接合線）と直交する。
同様に、接合方向後方の永久磁石２０Ｎと永久磁石２０Ｓは、突き合わせ部の延びる方向（接合線）と直交する平面内で互いに対向して配置される。そのため、接合方向後方の永久磁石２０Ｎから永久磁石２０Ｓへ向かう磁場Ｂの方向は、突き合わせ部の延びる方向（接合線）と直交する。
【００２２】
支持フレーム３０は、ワークＷの上面を保持する一対のクランプ３１を備える。一対のクランプ３１はそれぞれ、突き合わせ部側に、接合方向に沿って延設された貫通溝３３を備える。貫通溝３３は、円柱状の永久磁石２０Ｓ，２０Ｎの径よりも大きい幅で形成されている。
支持フレーム３０は、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎ及びこれらの中心に位置するプラズマトーチ１０を支持する。
【００２３】
プラズマトーチ１０は、その下端から延びるアークＡが、ワークＷの突き合わせ部を溶接可能な所定の高さに位置するように、支持フレーム３０に支持される。
永久磁石２０Ｓ，２０Ｎはそれぞれ、貫通溝３３を通って、それらの下端面とワークＷの上面との間に微小な間隙が形成されるように、支持フレーム３０に支持される。
【００２４】
永久磁石２０Ｓ，２０Ｎとプラズマトーチ１０との距離、及び永久磁石２０Ｓ，２０ＮとワークＷとの間隔は、アークＡの基端側にまで磁場Ｂが作用してアークＡが基端から進行方向前方に曲がるのを回避しつつ、ワークＷを十分に磁化して突き合わせ部の表面に大きな漏れ磁場が生成するように、それぞれ設定される。
【００２５】
なお、支持フレーム３０は、プラズマトーチ１０を上昇又は下降させる図示しない第１昇降機構と、プラズマトーチ１０を水平移動させる図示しない第１移動機構と、を備える。
また、支持フレーム３０は、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎを上昇又は下降させる図示しない第２昇降機構と、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎを水平移動させる図示しない第２移動機構と、を備える。
【００２６】
ここで、プラズマアーク溶接装置１によるプラズマアーク溶接において、溶接部の磁場強度を調整する方法について、図４〜図６を参照しながら説明する。なお、本明細書において溶接部の磁場強度とは、プラズマトーチ１０の真下でアークＡに対向する部分の磁場強度を意味する。
【００２７】
図４は、薄板のワークＷ（１）と厚板のワークＷ（２）とを突き合わせたワークＷにおいて、接合方向に対して直交する方向の磁場ＢをワークＷの内部に生成させたときの、接合方向に直交する板幅方向と接合方向の磁束密度（ワークの上面から２ｍｍの高さ位置における磁束密度）を示す図である。
なお、図４では、突き合わせ部を板幅方向の基準点（０）とし、厚板側における基準点からの距離をプラスで表し、薄板側における基準点からの距離をマイナスで表している。また、接合方向の中央部を接合方向の基準点（０）とし、始端側における基準点からの距離をプラスで表し、終端側における基準点からの距離をマイナスで表している。
【００２８】
図４に示すように、板幅方向では、突き合わせ部が最も磁束密度が高く、突き合わせ部から離れるに従って磁束密度が低下する。これは、板厚差によって、厚板側の突き合わせ面から大きな漏れ磁場が生じているためである。これに対して、接合方向では、磁束密度はほぼ一定である。
また、図５は、接合方向の中央部における板幅方向の磁束密度を示す図である。この図５からも明らかなように、突き合わせ部が最も磁束密度が高く、突き合わせ部から離れるに従って磁束密度が低下する。
【００２９】
このように、薄板のワークＷ（１）と厚板のワークＷ（２）とを突き合わせたワークＷでは、接合方向に対して直交する方向の磁場ＢをワークＷの内部に生成させた場合に、板幅方向で磁束密度に差が生じる特性がある。この特性は、板厚差の無い突き合わせワークにおいても同様に確認されるが、板厚差のある突き合わせワークの方がより顕著である。
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法は、この特性を利用して、必要な磁束密度に応じて板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を調整する。すなわち、プラズマトーチ１０とワークＷの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、溶接部の磁場強度を調整する。
【００３０】
本実施形態の磁場強度調整方法について、具体例を挙げて詳しく説明する。
例えば、プラズマトーチ１０の送り速度（溶接速度）に応じて、進行方向前方に振られるアークＡの量は変化する。このため、ワークＷを十分に予熱するためには、プラズマトーチ１０の送り速度に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。
【００３１】
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法では、プラズマトーチ１０の送り速度を速くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を、突き合わせ部により近く磁束密度の高い位置に変更する。例えば図６に示すように、通常、板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置は、突き合わせ部から厚板側に０．５ｍｍ離れた位置（図６のＰ２）であるところ、送り速度を２０％速くした場合には、最も磁束密度の高い突き合わせ部（図６のＰ１）に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が上がるため、プラズマトーチ１０の送り速度を速くすることによって進行方向前方に振られるアークＡの量が減少するのを抑制できる。
【００３２】
一方、プラズマトーチ１０の送り速度を遅くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を、突き合わせ部からより離れた磁束密度の低い位置に変更する。例えば図６に示すように、送り速度を１０％遅くした場合には、通常の位置（図６のＰ２）よりも厚板側に０．５ｍｍ離れた位置（図６のＰ３）に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が下がるため、プラズマトーチ１０の送り速度を遅くすることによって進行方向前方に振られるアークＡの量が過剰となるのを抑制できる。
【００３３】
また、例えば板厚の異なるワーク同士を突き合わせ溶接する際には、その板厚差に応じて、ワークＷの表面に漏れる磁束が変化し、進行方向前方に振られるアークＡの量は変化する。このため、板厚差に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。
【００３４】
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法では、板厚差を小さくした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を、突き合わせ部により近く磁束密度の高い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が上がるため、板厚差を小さくしたことによって進行方向前方に振られるアークＡの量が減少するのを抑制できる。
【００３５】
一方、板厚差を大きくした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を、突き合わせ部からより離れた磁束密度の低い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が下がるため、板厚差を大きくしたことによって進行方向前方に振られるアークＡの量が過剰となるのを抑制できる。
【００３６】
また、例えばワークＷの板厚に応じて、溶融に必要な溶接電流は異なり、溶接電流の大きさによって進行方向前方に振られるアークＡの量は変化する。このため、ワークＷの板厚に応じて、溶接部の磁場強度を調整する必要がある。
【００３７】
そこで、本実施形態の磁場強度調整方法では、ワークＷの板厚を厚くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を、突き合わせ部により近く磁束密度の高い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が上がるため、板厚を厚くしたことによって溶接電流が大きくなり進行方向前方に振られるアークＡの量が減少するのを抑制できる。
【００３８】
一方、ワークＷの板厚を薄くした場合には、板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を、突き合わせ部からより離れた磁束密度の低い位置に変更する。これにより、溶接部の磁場強度が下がるため、板厚が薄いことによって溶接電流が小さくなり進行方向前方に振られるアークＡの量が過剰となるのを抑制できる。
【００３９】
本実施形態の磁場強度調整方法を適用したプラズマアーク溶接装置１の動作について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００４０】
先ず、本実施形態の磁場強度調整方法に従って、ワークＷの板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置を、ワークＷの板厚、板厚差、及び溶接速度等に応じて決定する。決定後、支持フレーム３０に支持されたプラズマトーチ１０の真下に、決定した狙い位置が配置されるように、ワークＷを一対のクランプ３１でクランプする。
【００４１】
次いで、第２移動機構及び第２昇降機構により、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎを溶接始端に対応した位置に配置する。このとき、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎは、貫通溝３３を通って、それらの下端面とワークＷの上面との間に微小な間隙が形成されるようにして配置される。これにより、Ｎ極の永久磁石２０Ｎから、ワークＷを通ってＳ極の永久磁石２０Ｓへ向かう磁場Ｂが形成されるとともに、溶接部の磁場強度が所望の強度に設定される。
【００４２】
次いで、第１移動機構及び第１昇降機構により、溶接始端上の所定の高さ位置に、プラズマトーチ１０を配置する。
【００４３】
次いで、第１ノズル１２の第１噴出口１３からプラズマガスを噴出させつつ、電極１１とワークＷとの間に電圧を印加して、アークＡを発生させる。また、第２ノズル１４の第２噴出口１５から、アークＡの周囲を囲むようにシールドガスを噴出させる。
【００４４】
すると、アークＡを流れる電流Ｉの方向（図１参照）と、ワークＷの突き合わせ部から漏れる磁場Ｂとに起因したローレンツ力Ｆにより、アークＡの先端側がプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げられる。
【００４５】
この状態で、第１移動機構により、プラズマトーチ１０を接合方向に水平移動させる。また、第２移動機構により、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎを貫通溝３３に沿って接合方向に水平移動させる。これにより、十分な溶け込み深さが確保された溶融池Ｐが形成されて、良好な溶接が行われる。
【００４６】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
（１）ワークＷの内部に磁場Ｂを生成することにより、磁場Ｂが最も強い箇所はワークＷの内部であり、ワークＷから離れるに従って磁場Ｂは弱くなる。従って、アークＡを曲げるローレンツ力Ｆは、ワークＷに近いほど強く、プラズマトーチ１０に近いほど弱くなる。このため、アークＡの先端側のみをプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げることができる。
【００４７】
（２）アークＡの先端側のみをプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げることができるため、例えばアークＡが基端から曲がってワークＷから浮いてしまうことがなく、深い入熱領域が得られる。このため、十分な溶け込み深さを確保することができる。
【００４８】
（３）アークＡの先端側のみをプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げて、しかも十分な溶け込み深さを確保することができるため、進行方向前方に十分な入熱量を確保することができる。このため、溶接速度を向上させることができる。
【００４９】
（４）アークＡの先端側のみをプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げることができるため、例えばアークＡが基端から曲がって、曲がったアークＡがノズル自体を焼いてしまうことがなく、ノズルにダメージを及ぼさない。このため、ノズル先端部の消耗を低減することができる。
【００５０】
（５）プラズマトーチ１０とワークＷの突き合わせ部との相対位置を変更することにより、溶接部の磁場強度を調整できる。すなわち、元磁束の調整は行わないため、電磁石、電源及びコントローラを設ける必要がなく、小さくて安価な永久磁石２０Ｓ，２０Ｎを用いることができる。従って、コストの増加や装置の大型化を回避しつつ、プラズマトーチ１０とワークＷの突き合わせ部との相対位置を変更するのみで、容易に溶接部の磁場強度を調整できる。
【００５１】
（６）また、プラズマトーチ１０とワークＷの突き合わせ部との相対位置を変更するのみであるため、ワークＷの板厚や板組み、溶接速度等に応じて、溶接部の磁場強度を容易に調整でき、良好な溶接が可能となる。
【００５２】
（７）また、プラズマアーク溶接装置１によるプラズマアーク溶接では、ビード幅が広く、ワークＷの板幅方向におけるプラズマトーチ１０の狙い位置に裕度があるため、本実施形態に係る磁場強度調整方法が特に好ましく適用される。
【００５３】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の磁場強度調整方法を適用した第２実施形態に係るプラズマアーク溶接装置２の斜視図である。以下の説明において、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図７に示すように、プラズマアーク溶接装置２は、プラズマトーチ４０の構成が第１実施形態のプラズマトーチ１０と異なる以外は、同様の構成である。
【００５５】
図８は、プラズマトーチ４０の断面図である。
図８に示すように、プラズマトーチ４０は、棒状の電極４１と、この電極４１を囲んで設けられてプラズマガスを噴出する円筒形状の第１ノズル４２と、この第１ノズル４２を囲んで設けられてシールドガスを噴出する円筒形状の第２ノズル４７と、を備える。
【００５６】
第１ノズル４２の先端には、円形状の第１噴出口４３が形成されており、この第１噴出口４３を通して、プラズマガスが噴出する。
この第１ノズル４２は、筒状の内筒部４４と、この内筒部４４を囲んで設けられた外筒部４５と、を備える。
【００５７】
図９は、第１ノズル４２の外筒部４５の斜視図である。
外筒部４５の先端部分は、先端に向かうに従って細くなる略円錐形状であり、この外筒部４５の先端部分の外周面には、電極４１の軸方向に対して傾斜した複数の溝部４６が形成されている。この溝部４６は、外筒部４５の先端まで延びている。
【００５８】
図８に戻って、第２ノズル４７の先端には、円環形状の第２噴出口４８が形成されており、この第２噴出口４８を通して、シールドガスが噴出する。
第２ノズル４７の第２噴出口４８は、電極４１から離れる方向に向いている。また、第２ノズル４７の第２噴出口４８は、第１ノズル４２の第１噴出口４３よりも、電極４１の軸方向の基端側に位置している。
また、上述の第１ノズル４２の溝部４６は、第２ノズル４７の第２噴出口４８まで延びている。
【００５９】
プラズマアーク溶接装置２によるプラズマアーク溶接では、第１実施形態と同様に、上述した磁場強度調整方法が適用される。
【００６０】
上述した磁場強度調整方法を適用したプラズマアーク溶接装置１の動作について、図１０〜図１３を参照しながら説明する。
【００６１】
先ず、上述した磁場強度調整方法に従って、ワークＷの板幅方向におけるプラズマトーチ４０の狙い位置を、ワークＷの板厚、板厚差、及び溶接速度等に応じて決定する。決定後、支持フレーム３０に支持されたプラズマトーチ４０の真下に、決定した狙い位置が配置されるように、ワークＷを一対のクランプ３１でクランプする。
【００６２】
次いで、第２移動機構及び第２昇降機構により、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎを溶接始端に対応した位置に配置する。このとき、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎは、貫通溝３３を通って、それらの下端面とワークＷの上面との間に微小な間隙が形成されるようにして配置される。これにより、Ｎ極の永久磁石２０Ｎから、ワークＷを通ってＳ極の永久磁石２０Ｓへ向かう磁場Ｂが形成されるとともに（図１２参照）、溶接部の磁場強度が所望の強度に設定される。
【００６３】
次いで、第１移動機構及び第１昇降機構により、溶接始端上の所定の高さ位置に、プラズマトーチ４０を配置する。
【００６４】
次いで、第１ノズル４２の第１噴出口４３からプラズマガスを噴出させつつ、電極４１とワークＷとの間に電圧を印加して、アークＡを発生させる。また、第２ノズル４７の第２噴出口４８から、アークＡの周囲を囲むようにシールドガスを噴出させる。
【００６５】
すると、シールドガスは、複数の溝部４６に沿って図１０中白抜き矢印の方向に流れて、第２噴出口４８から噴出する。この噴出したシールドガスは、アークＡから離れる方向に拡がりながら、アークＡの表面に沿って螺旋状に流れて、溶融池Ｐの表面に対して、アークＡを回転中心として回転する方向すなわち図１０中黒矢印方向に、吹き付けられる。
具体的には、図１１に示すように、ワークＷ（１）及びワークＷ（２）の８箇所にシールドガスが吹き付けられ、各箇所でのシールドガスの流れる方向は、図１１中黒矢印で示すようになる。
【００６６】
また、アークＡを流れる電流Ｉの方向（図７参照）と、ワークＷの突き合わせ部から漏れる磁場Ｂとに起因したローレンツ力Ｆにより、アークＡの先端側がプラズマトーチ１０の進行方向前方へ曲げられる。
【００６７】
この状態で、第１移動機構により、プラズマトーチ４０を接合方向に水平移動させる。また、第２移動機構により、永久磁石２０Ｓ，２０Ｎを貫通溝３３に沿って接合方向に水平移動させる。すると、十分な溶け込み深さが確保された溶融池Ｐが、図１１に示すように、平面視でアークＡの前方及び後方に向かって延びるように形成される。
【００６８】
また、吹き付けるシールドガスにより、アークＡの進行方向後方側の図１１中破線で囲まれた領域の溶融金属が、厚板のワークＷ（２）から薄板のワークＷ（１）に向かって押されて移動する。これにより、この移動した溶融金属によって薄板のワークＷ（１）の母材の凹んだ部分が埋められながら、良好な溶接が行われる。
【００６９】
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
（８）板厚差のあるワークＷ（１）とワークＷ（２）を溶接する場合に、螺旋状に流れるシールドガスを溶融池Ｐの表面に吹き付けて、アークＡの進行方向後側の溶融金属を、薄板のワークＷ（１）に向かって移動させることができる。これにより、この移動した溶融金属により薄板のワークＷ（１）の母材の凹んだ部分を埋めることができる。その結果、薄板のワークＷ（１）の板厚がアンダカットにより薄くなるのを抑制して、溶接後のワークＷの強度を確保できる。
【００７０】
（９）第２ノズル４７の第２噴出口４８を電極４１から離れる方向に向けたので、この第２ノズル４７からシールドガスを噴出させると、噴射されたシールドガスは、アークＡから離れる方向に拡がっていく。よって、シールドガスがアークＡに直接当たらないため、アークＡが乱れるのを防止でき、溶接が安定する。
【００７１】
（１０）溝部４６を第２ノズル４７の第２噴出口４８まで延ばしたので、シールドガスの流量を少なくしても、プラズマガスを安定させつつ、溶融金属を確実に移動させることができる。
【００７２】
（１１）第２ノズル４７の第２噴出口４８を、第１ノズル４２の第１噴出口４３よりも、電極４１の軸方向の基端側に位置させたので、シールドガスが直接アークＡに当たるのを防いで、アークＡが乱れるのを防止できる。
【００７３】
（１２）本実施形態によれば、第２ノズル４７の第２噴出口４８から噴出して螺旋状に流れるシールドガスによって、さらにビード幅が広くなり、板幅方向におけるプラズマトーチ４０の狙い位置にさらに裕度があるため、上述した磁場強度調整方法がさらに好ましく適用される。
【００７４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば上記実施形態では、ワークＷのクランプ位置をずらすことにより、溶接部の磁場強度を調整したがこれに限定されない。第１移動機構によって、クランプしたワークＷに対してプラズマトーチ１０，４０の位置を板幅方向にずらすことにより、溶接部の磁場強度を調整してもよい。
また上記実施形態では、本発明の磁場強度調整方法をプラズマアーク溶接に適用したが、これに限定されない。例えば、ＴＩＧアーク溶接に適用してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１，２…プラズマアーク溶接装置
１０，４０…プラズマトーチ（アークトーチ）
２０Ｓ，２０Ｎ…永久磁石
Ａ…アーク
Ｂ…磁場
Ｉ…電流
Ｆ…ローレンツ力
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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