(57)【要約】【課題】溶接品質の調整が極めて簡単で、任意に調整された溶接品質を安定に得ることができ、また、箱型形状の被溶接物の表面側の溶接も簡単に行うことのできるアーク溶接におけるプラズマ制御方法を提供する。【解決手段】溶接トーチ１内に、そのトーチ先端方向に延出する通電路３を配置し、この通電路３に電流Ｉを流して磁界を発生させ、溶接トーチ１の先端側に発生するプラズマ５を軸芯方向に集中させる。このプラズマ５の集中の度合いは通電路３に流す電流Ｉの大小で簡単に調整でき、また、被溶接物の背面側に磁石を置く必要もなく、上記課題を容易に達成させ得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチ内に、該溶接トーチ先端方向に延出する通電路を配置し、この通電路に電流を流して磁界を発生させ、前記溶接トーチの先端側において発生するプラズマをその軸芯方向に集中させることを特徴とするアーク溶接におけるプラズマ制御方法。
【請求項２】
前記電流の大きさが調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接におけるプラズマ制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアーク溶接におけるプラズマ制御方法に用いる溶接トーチであって、
トーチ本体とトーチ先端部分とに着脱自在に分割構成され、
前記通電路は、前記トーチ本体に配置される本体側通電路部と前記トーチ先端部分に配置される先端側通電路部とに接離自在に分割構成され、
これら本体側通電路部と先端側通電路部とが、前記トーチ本体とトーチ先端部分との着脱に伴って接離されるように構成されたことを特徴とする溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接においてプラズマを制御する方法、及びこれに用いる溶接トーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接におけるプラズマ制御方法には、従来、超電導バルク体磁石により発生する磁力をプラズマに作用させるという方法があった（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１１９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来方法では、超電導バルク体磁石（以下、磁石と略記する。）を用いる方法であるため、溶接品質に係わる調整、例えば熱影響部の範囲やプラズマ集中度等の調整を簡単に、特に連続的に簡単に行い得なかった。
また上記従来方法は、磁石を、溶接トーチとは反対側、つまり被溶接物の背面側に配置する方法である。このため、例えば、箱型形状の被溶接物の表面側を溶接するときのように、被溶接物の背面側（箱裏面側）に磁石を入れることができない場合には、この方法自体、適用することができなかった。
更に上記従来方法では、被溶接物の背面側からの磁力によってプラズマ制御をするために強い磁力を必要とする。そこで、大型の磁石を使用することになるが、このような場合には、被溶接物の背面側において大きな磁石配置空間が必要となり、上記従来方法を適用することは益々困難となった。
【０００５】
本発明の課題は、溶接品質に係わる調整を極めて簡単に行い得、また、箱型形状の被溶接物の表面側を溶接するときのように、被溶接物の背面側に磁石を配置できない場合であっても適用でき、任意に調整された溶接品質を安定に得ることができるアーク溶接におけるプラズマ制御方法及び溶接トーチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、アーク溶接におけるプラズマ制御方法及び溶接トーチを下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
【０００７】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、各々対応する。
【０００８】
（１）溶接トーチ内に、該溶接トーチ先端方向に延出する通電路を配置し、この通電路に電流を流して磁界を発生させ、前記溶接トーチの先端側において発生するプラズマをその軸芯方向に集中させることを特徴とするアーク溶接におけるプラズマ制御方法。
通電路は、溶接トーチの先端方向に延出させ、同トーチ先端近傍においてほぼＵ字状に折返す形態が簡単である。通電路の本数は、通電路に電流を流したときに前記プラズマを軸芯方向に集中させることができれば、何本でもよい。
通電路へは直流電源が接続されるが、この直流電源は、溶接電源が直流電源である場合にはこの直流電源を兼用してもよい。溶接電源が交流電源である場合には別途直流電源を用意する。
溶接トーチは、通常、カーボンや鉄等の導電性を有する物質で形成されているため、通電路はその外周が絶縁層で覆われる。
【０００９】
（２）前記電流の大きさが調整可能であることを特徴とする(1)項に記載のアーク溶接におけるプラズマ制御方法。
電流の大きさの調整はどのような方法で行ってもよいが、消費電力が少ない方法がよいことはいうまでもない。
（３）(1)項又は(2)項に記載のアーク溶接におけるプラズマ制御方法に用いる溶接トーチであって、トーチ本体とトーチ先端部分とに着脱自在に分割構成され、前記通電路は、前記トーチ本体に配置される本体側通電路部と前記トーチ先端部分に配置される先端側通電路部とに接離自在に分割構成され、これら本体側通電路部と先端側通電路部とが、前記トーチ本体とトーチ先端部分との着脱に伴って接離されるように構成されたことを特徴とする溶接トーチ。
トーチ本体とトーチ先端部分の着脱に伴って接離される構成としては、例えば填込み式連結具、具体的にはプラグ・ジャックを用いた構成が挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
（１）項に記載のアーク溶接におけるプラズマ制御方法によれば、溶接トーチ内の通電路に流す電流によってプラズマを調整、制御する方法であるので、溶接品質に係わる調整を極めて簡単に行い得る。また、箱型形状の被溶接物の表面側を溶接するときのように、被溶接物の背面側に磁石を配置できない場合であっても適用でき、任意に調整された溶接品質を安定に得ることができる。
【００１１】
（２）項に記載のアーク溶接におけるプラズマ制御方法によれば、被溶接物の変更、溶接条件の変更等に容易に対処でき、例えば、多品種加工に適用して大なる効果がある。
（３）項に記載の溶接トーチによれば、(1)項又は(2)項に記載のアーク溶接におけるプラズマ制御方法において、トーチ先端部分の取替えを簡単、迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は本発明に係るアーク溶接におけるプラズマ制御方法の一実施形態の概略説明図、図２は図１中のＡ−Ａ線断面矢視図である。図１は、本発明をＭＩＧ（ミグ）溶接に適用した場合を示している。
【００１３】
図１に示すように、溶接トーチ１は、図示しないリールから供給される電極ワイヤ２の先端が下方に向くように配置され、その下方には、所定の距離を隔てて被溶接物Ｗ１，Ｗ２が置かれている。
ここで、上記溶接トーチ１内には、同トーチ１の先端方向に延出し、同トーチ１先端近傍においてほぼＵ字状に折返す通電路３が配置されている。
この通電路３は、図２に例示するように、溶接トーチ１の先端中心位置（電極ワイヤ２）を中心として点対称に２本配置されている。そしてこの２本の通電路３，３は、図１に示す直流電源４に接続されるが、通電電流が各々逆方向（隣接して流れる電流の向きが逆方向）になるように、相互に逆極性に接続される。
また、溶接トーチ１は、通常、カーボンあるいは鉄等で形成されいて導電性を有する。このため通電路３は、自身の往路３ａ，復路３ｂ間やもう一方の通電路３との間で短絡が生じないように、その外周が絶縁層で覆われている。ここでは通電路３，３として絶縁被覆電線が用いられている。
【００１４】
以上の構成において、電極ワイヤ２及び被溶接物Ｗ１，Ｗ２間に溶接電源（図示せず）を供給して溶接トーチ１先端からプラズマ５を発生させる。このプラズマ５は、溶接トーチ１内に供給されて溶接トーチ１先端から噴射されるシールドガス（図示せず）で囲まれる。
溶加材を兼ねた上記電極ワイヤ２を先端側から送り出しながら、上記プラズマ５が被溶接物Ｗ１，Ｗ２の被溶接部に噴射されると、その部分が溶融して溶融池６となり、その後に固まってビード７が形成される。
このような溶接動作を、溶接トーチ１又は被溶接物Ｗ１，Ｗ２を溶接方向に移動させつつ続けることにより、溶接方向にビード７が連続的に形成され、被溶接物Ｗ１，Ｗ２間において線状に溶接が行われる。
なお、溶接電源には、通常直流電源が用いられ、＋極を被溶接物Ｗ１，Ｗ２側に、−極を電極ワイヤ２側に接続されるが、これとは逆極性に接続してもよい。また、溶接電源に交流電源を用いてもよい。
【００１５】
ここで、本実施形態においては、上述したように、溶接トーチ１の先端部分に２本の通電路３，３が配置され、相互に逆方向の直流電流が通電される。したがって、通電路３，３からは各々磁界が発生して磁気ミラーが形成され、溶接トーチ１の先端側において発生するプラズマ５を、その溶接トーチ１の先端近傍部分で軸芯方向に集中させる。
【００１６】
以下、これを図３及び図４を併用して説明する。
図３及び図４は、図１及び図２に示す構成における通電路３への通電電流、この電流により発生する磁界（磁気ミラー）及びこの磁界により集束されるプラズマ５の関係を模式的に示す図である。このうち、図３は上記電流及びプラズマ５の関係を溶接トーチ１の概略斜視図上に表した図、図４は上記電流、磁界及びプラズマ５の関係を図３中の通電路折返し部の直前部分から上方側を表した図である。なお、図４中の二点鎖線で示すプラズマ５は、溶接トーチ１の先端側（通電路折返し部よりも下方側）におけるプラズマ５の輪郭を模式的に示したものである。
【００１７】
図３に示すように、通電路３，３に電流Ｉが流されると、各通電路３から磁界が発生し、各通電路３の往路３ａ，復路３ｂ近傍において、プラズマ５に対して各々図４中の矢印に示す方向に作用を及ぼす磁気ミラー３１がフレミングの法則に従って生じる。
したがって、溶接トーチ１の先端側において発生するプラズマ５は、その溶接トーチ１の先端近傍部分で、図４に示すように軸芯方向（電極ワイヤ２方向）に集中される。
上記磁界は、通電路３に流れる電流の大小に応じてその強さが変化するから、通電路３に流れる電流を調整することによって上記磁界の強さ、つまり磁気ミラー３１の作用する力が変化し、プラズマ５の軸芯方向への集中の度合い（以下、プラズマ集中度という。）を調整できる。つまり、上記電流を大きくすれば磁界は強くなり、プラズマ集中度を強め、逆に同上電流を小さくすれば磁界は弱くなり、プラズマ集中度を弱める。
【００１８】
そこで、被溶接物Ｗ１，Ｗ２の溶接に当たって通電路３，３に流れる電流を適宜調整し、プラズマ集中度（図５中、符号５１で示す溶接トーチ１の先端近傍部分におけるプラズマ径）を調整して、被溶接物Ｗ１，Ｗ２の溶接品質の調整が可能である。
プラズマ集中度を、被溶接物Ｗ１，Ｗ２の溶接に最適なものとすれば、被溶接物Ｗ１，Ｗ２の被溶接部を必要最小限の幅でより高温にすることが可能となり、適正なビード幅６１（図６参照）が得られ、また、溶込み深さ７１（図７参照）を深くすることができ、溶接品質は最適かつ安定なものとなる。一方、熱影響部を縮小して溶接変形（溶接歪）を低減できると共に、溶接時のスパッタの発生を低減でき、また、同品質の溶接を得るのに必要な溶接電流を低減でき、省電力が図れる。勿論、本実施形態に係るプラズマ制御方法においては、被溶接物Ｗ１，Ｗ２の背面側に磁石を配置する必要はない。
【００１９】
すなわち、本実施形態に係るプラズマ制御方法によれば、溶接品質に係わる調整を極めて簡単に行い得、また、被溶接物Ｗ１，Ｗ２の背面側に磁石を配置できない場合であっても適用でき、上述した種々の効果が得られる。
なお、図３，図５中の３２は電極ワイヤ２を溶接電源の−極に導通させるための溶接チップである。電極ワイヤ２は、この溶接チップ３２内でこれに摺接しつつ溶接トーチ１先端から被溶接物Ｗ１，Ｗ２側に送り出される。
また、図５に示すように、溶接チップ３２の先端位置は、溶接トーチ１の先端位置や通電路３，３の下端位置（折返し部の位置）よりも下方に突出することはない。
【００２０】
図８は、上記溶接トーチ１の具体的な構成例を示す斜視図である。
図示するように、溶接トーチ１は、トーチ本体１ａとトーチ先端部分１ｂとの２つに分割構成されている。トーチ本体１ａとトーチ先端部分１ｂとは、軸方向（図中、上下方向）におけるワンタッチ填込み・引抜き操作で着脱可能（ワンタッチ着脱自在）に構成されている。
各通電路３は、上記トーチ先端部分１ｂに配置され、先端部でほぼＵ字状に折返し形成された先端側通電路部３ｃと、上記トーチ本体１ａに配置され、後端部で直流電源４（図１参照）に接続される本体側通電路部３ｄとに分割構成されている。先端側通電路部３ｃと本体側通電路部３ｄとは、上記トーチ本体１ａとトーチ先端部分１ｂの着脱に応じて各々接離自在に構成されている。具体的には、填込み式連結具８１、例えば、図９に取り出して示すプラグ９１・ジャック９２を各々用いてワンタッチ着脱自在に構成されている。
なお、図８に示す例では、通電路３，３の折返し部（下辺部分）は、図５等に示す電極ワイヤ２（トーチ先端部分１ｂ）を中心とする仮想円に沿った円弧状に形成されている。
【００２１】
上述実施形態では、本発明をＭＩＧ（ミグ）溶接に適用した場合について述べたが、本発明はＴＩＧ（ティグ）溶接、ＭＡＧ（マグ）溶接にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るプラズマ制御方法の一実施形態の概略説明図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】図１及び図２に示す構成における電流及びプラズマの関係を模式的に示す図である。
【図４】同じく電流、磁界及びプラズマの関係を模式的に示す図である。
【図５】プラズマ集中度及び溶接チップ先端位置の説明図である。
【図６】本発明に係るプラズマ制御方法を適用してアーク溶接された被溶接部におけるビード幅の説明図である。
【図７】同じく溶込み深さの説明図（図６中のＢ−Ｂ線断面矢視図）である。
【図８】本発明に係るプラズマ制御方法に用いられる溶接トーチの具体的な構成例を示す斜視図である。
【図９】同上溶接トーチにおける填込み式連結具の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２３】
１:溶接トーチ、１ａ：トーチ本体、１ｂ：トーチ先端部分、２：電極ワイヤ、３：通電路、３ｃ：先端側通電路部、３ｄ：本体側通電路部、４：直流電源、５：プラズマ、８１：填込み式連結具、９１：プラグ、９２：ジャック、Ｗ１，Ｗ：被溶接物。
【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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