(57)【要約】【課題】  プラズマ溶接におけるノズルの交換に伴う無駄を防止するとともに、無駄を防止するための手段を容易に講じることができるようにする。【解決手段】  プラズマ溶接の動作ガスを流通させるノズル本体２の先端部にノズルチップ３を装着可能とし、このノズルチップ３として、基端側の筒状軸部８と、先端側の傘型部９に分割して構成するとともに、筒状軸部８と傘型部９とを圧入にて一体化する。また、少なくともノズルチップ３の先端側表面に、ニッケルメッキ等のメッキ処理を施す。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ溶接の動作ガスを流通させるノズル本体の先端部にノズルチップが装着可能とされ、このノズルチップは、基端側の筒状軸部と、先端側の傘型部とに分割して構成されるとともに、これら筒状軸部と傘型部とが圧入にて一体化されていることを特徴とするプラズマ溶接用ノズルチップ。
【請求項２】
前記ノズルチップのうち少なくとも傘型部表面には、メッキ処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶接用ノズルチップ。
【請求項３】
前記ノズルチップの先端面は、アール加工されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ溶接用ノズルチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ溶接において動作ガスを流通させるノズルの先端構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ溶接においては、ノズルの内部にタングステン等の電極棒を配設すると同時に、ノズル内にアルゴン等の動作ガスを流通させてプラズマを発生させるような溶接トーチが知られているが、高熱になって蒸発したタングステンが飛散してノズル内部に付着することによりノズルの噴出孔付近の穴径が狭くなり、溶接欠陥となるため、例えば、溶接作業終了時にタングステン電極に通電を継続し、一時的にノズル内に供給する動作ガスの流量を多くして付着物を吹き飛ばすような技術（例えば、特許文献１参照。）や、動作ガスの流路中に酸素吸収剤を配設して動作ガスに含まれる酸素を除去することにより、高純度のガスにして電極棒の消耗量を少なくするようにした技術（例えば、特許文献２参照。）等が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６８５９５２号公報
【特許文献２】特開２００１−１５０１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような技術においても、ノズルのクリーニングには限度があり、ノズルの穴径が狭くなると交換等の処置が必要となり、また、一般的にプラズマ溶接においては、ノズルの噴出孔付近が高熱に晒され、しかも、ノズル先端部の噴出孔付近はスパッタリングの付着等の影響によって、他のノズル部分に較べて損耗が激しい傾向にあるが、その際には、寿命の短い先端部分のみならず、寿命の残っている基端側を含めてノズル全体を交換する必要があるため、例えば、特に寿命の短い先端のノズルチップ部分と寿命の長い基端側のノズル本体部分に分割して構成し、必要に応じてノズルチップ部分のみを交換できるようにすれば無駄が防止されて合理的である。
【０００５】
ところが、ノズル本体部とノズルチップに分けて構成しようとすると、ノズルチップの形状が複雑な場合や、ノズルチップのサイズが小さい場合等には加工が難しくなり製作費が高くなるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、プラズマ溶接におけるノズルの交換に伴う無駄を防止するとともに、無駄を防止するための手段を容易に講じることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、プラズマ溶接の動作ガスを流通させるノズル本体の先端部にノズルチップを装着可能とし、このノズルチップとして、基端側の筒状軸部と、先端側の傘型部に分割して構成するとともに、これら筒状軸部と傘型部とを圧入にて一体化するようにした。
【０００８】
このようにノズル本体の先端部にノズルチップを装着可能とすれば、損耗の激しいノズル先端部分が損耗した場合でも、ノズルチップだけを交換してノズル本体を継続して使用することができるようになり、無駄を防止することができる。
またこの際、ノズルチップを筒状軸部と傘型部に分割して構成することにより、例えば筒状軸部の形状が単純な円筒軸形状で、傘型部が単純な傘型形状であるような場合には、一体に成形することに較べて極めて容易に製作できるようになり、製作費用の削減が図られる。
【０００９】
ここで、圧入方式としては、圧入する軸と穴に同じ角度のテーパ部を形成してテーパ圧入することが好ましく、この際、テーパ角度としては、１／５〜１／１００の範囲、特に１／１０〜１／３０の範囲内にすると、圧入が外れにくくなって好ましい。また、圧入時に軸となる材料を熱膨張率の大きい材料にすれば、使用中に熱がかかった際に軸が膨張して締るようになり、圧入が外れにくくなる。
尚、筒状軸部と傘型部の材質としては、同種金属を組み合わせても良いが、異種金属を組み合わせても良い。
【００１０】
また本発明では、前記ノズルチップのうち少なくとも傘型部表面に、メッキ処理を施すようにした。
ここで、メッキ処理を施す目的は、スパッタリングの付着防止であり、このためのメッキの種類としては、ニッケルメッキや、亜鉛メッキや、ハードクロムメッキが好適である。
そして、ノズルチップのうち少なくとも傘型部表面に、上記のようなメッキ処理を施せば、スパッタリング等の付着が抑制され、ノズルチップの損耗防止に効果的である。尚、筒状軸部を含めてノズルチップ全体にメッキ処理を施すようにしても良い。
【００１１】
尚、メッキの厚みは０．００１〜０．１ｍｍ程度が好ましく、特に０．００３〜０．０４ｍｍの間がメッキコスト面と寿命の点から好ましい。これは、メッキの厚みが厚すぎると、メッキが剥がれ易くなるとともにコストがかかるようになり、０．００３ｍｍ以下にするとメッキ効果が少なく、寿命が短くなるからである。
【００１２】
また本発明では、ノズルチップの先端面をアール加工するようにした。
このようにノズルチップの先端面をアール加工すれば、スパッタリングの付着が一層抑制されるとともに、シールドガスの流れが円滑となり、プラズマ流の緊縮度を高めて高温、高密度のプラズマ流にすることができる。
この際、先端アール部のアール半径は、３〜２００ｍｍ以内が好ましいが、中でも５〜１００ｍｍの範囲がスパッタの付着率が少なく好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
プラズマ溶接に使用されるノズルとして、ノズル本体とノズルチップに分割することにより、ノズル先端部が損耗した場合でも、ノズルチップだけを交換すれば良くなり、無駄がなくなって合理的である。また、ノズルチップとして、筒状軸部と傘型部に分割して構成することで、ノズルチップの製作が容易となり製作費用の削減が図られる。
また、ノズルチップのうち少なくとも傘型部表面に、メッキ処理を施せば、スパッタリング等の付着を抑制することができる。また、ノズルチップの先端面をアール加工すれば、スパッタリングの付着が一層抑制されるとともに、プラズマ流の緊縮度を高めて高温、高密度のプラズマ流にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係るノズルチップが採用されるプラズマ溶接トーチの要部図、図２はノズルチップの説明図、図３は同分解図である。
【００１５】
本発明に係るプラズマ溶接用ノズルチップは、プラズマ溶接におけるノズルの交換に伴う無駄を防止するとともに、無駄を防止するための手段を容易に講じることができるようにされ、プラズマ溶接の動作ガスを流通させるノズル本体の先端部にノズルチップを装着自在とし、このノズルチップとして、基端側の筒状軸部と、先端側の傘型部に分割して別体に構成することを特徴としている。
【００１６】
すなわち、本プラズマ用ノズルチップが採用されるプラズマ溶接トーチ１は、図１に示すように、ノズル本体２の先端の嵌着穴２ｋに装着されるノズルチップ３と、ノズル本体２の筒内に内装されるタングステン電極４と、ノズル本体２やノズルチップ３の外側を囲い込むように配設されるシールドノズル５を備えており、ノズル本体２の筒内がアルゴン等の動作ガスを流通させる動作ガス通路６にされるとともに、シールドノズル５とノズル本体２やノズルチップ３とで挟まれる空間部がシールドガスを流通させるシールドガス通路７とされている。
【００１７】
前記ノズルチップ３は、例えばクロム銅、ベリリウム銅、またはコバルト系やアルミナ系やアルミ系等を含む銅合金、またはステンレス、タングステン、モリブデン等の金属材料から構成され、図２、図３に示すように、ノズル本体２の嵌着穴２ｋに嵌合可能な円筒軸形状の筒状軸部８と、傘型形状の傘型部９を別体に備えており、前記筒状軸部８は、外径が一定の円筒形状にされるとともに、中心部に、動作ガスを流通させるためのガス孔８ｇを備えており、また、先端側中心部には、ガス孔８ｇに連通し且つプラズマ流を噴出させるための小径の噴出孔８ｈが形成されている。
また、筒状軸部８の先端面には、中央部が湾曲しながら突出するようアール加工された湾曲面部ｒが形成されている。そしてこの湾曲面部ｒのアール半径は、５〜１００ｍｍの範囲内にしている。
【００１８】
また、傘型部９は基端側が大径で、先端側が小径の傘型形状にされるとともに、中心部に段付孔９ｄと嵌合孔９ｋを備えており、この嵌合孔９ｋには、先端先細りのテーパ部が形成が形成されるとともに、前記筒状軸部８の先端部にも先端先細りの同じ角度のテーパ部が形成され、両者が圧入されて一体化されている。そして、両者が圧入一体化された状態で、全体としてキノコ型形状となり、また、筒状軸部８に接合する傘型部９の基端面には、筒状軸部８を取り囲むように段付溝９ｄが位置することになり、また、嵌合孔９ｋのテーパ部と筒状軸部８の先端テーパ部のテーパ角は１／１０〜１／３０の範囲内としている。
また、筒状軸部８の先端の湾曲面部ｒが傘型部９の前面に臨むようにされている。
因みに、本実施例では、筒状軸部８先端の湾曲面部ｒを成形するにあたり、先端が平坦面の筒状軸部８を傘型部９に圧入して一体化した後、湾曲面部ｒのアール加工を行うようにしている。
また、傘型部９や筒状軸部８を含んでノズルチップ３全体の表面には、ニッケルメッキ処理を施すようにしている。そして、実施例では、メッキの厚みを０．００３〜０．０４ｍｍの範囲内にしている。
【００１９】
また、ノズル本体２の嵌着穴２ｋの近傍には、図１に示すように、ノズルチップ３を冷却するための冷却溝１０と、シールリングｓを嵌装するための凹部１１が設けられており、前記冷却溝１０には、冷却水を給・排水するための冷却水通路１２が連通している。
そして、前記ノズルチップ３をノズル本体２の嵌着穴２ｋに嵌合するときの状態は、図１に示すように、嵌着穴２ｋの凹部１１にシールリングｓを嵌装するとともに、傘型部９の段付孔９ｄの小径部分にシールリングｓを嵌装した後、筒状軸部８の基端部を嵌着穴２ｋに嵌合させることにより、冷却溝１０の前後をシールし、しかも、冷却溝１０の冷却水の一部が傘型部９の段付溝９ｄの大径部分に入り込むようにして、ノズルチップ３全体が有効に冷却されるようにしている。
尚、このノズルチップ３の冷却は、プラズマの熱的ピンチ効果を得るために重要である。
【００２０】
以上のようなプラズマ溶接トーチ１において、ノズル本体２の筒内の動作ガス通路６を通して動作ガスを送り込み、タングステン電極４と不図示の溶接母体との間にプラズマ流を発生させるとともに、ノズルチップ３を冷却させ、同時に、シールドガス通路７を通してシールドガスを流通させると、高温、高速、高エネルギー密度のプラズマ流によって溶接母材の溶接が行われる。
この際、溶接母材に近いノズルチップ３の先端部は、スパッタリングの付着等の影響を受け易いが、この部分は湾曲面部ｒとされ、しかもニッケルメッキ処理が施されているため、スパッタリング等が付着しにくく、噴出孔８ｈ付近の損耗が抑制されるとともに、ノズルチップ３先端の湾曲面部ｒによりシールドガスの流通がスムーズとなり、プラズマ流の緊縮度を高めて高温、高密度のプラズマ流にすることができる。
【００２１】
そして、このような溶接作業を繰り返すと、タングステン電極４の蒸発物の付着や、スパッタリングの付着等によってノズル先端側のチップノズル３部分の損耗が激しくなるが、このような場合に、ノズルチップ３だけを交換してノズル本体２を継続して使用することができるようになり、無駄が防止される。
また、ノズルチップ３を作製するにあたり、筒状軸部８と傘型部９に分けて作製できるため、図２に示すような複雑形状のノズルチップ３の場合でも、一体に加工することに較べて極めて容易でしかも安価に作製可能である。
【００２２】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば筒状軸部８と傘型部９の具体的形状等は例示であり、また、ノズルチップ３の筒状軸部８と傘型部９の材質を異種材料の組合せにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
ノズル本体の先端部に着脱自在なノズルチップを設けることで、ノズル先端部が損耗した場合でもノズルチップだけを交換すれば良くなり、無駄が無くなって経済的であるとともに、ノズルチップとして、筒状軸部と傘型部に分割して構成することにより、ノズルチップの作製が容易となり安価に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るノズルチップが採用されるプラズマ溶接トーチの要部図
【図２】ノズルチップの説明図
【図３】同分解図
【符号の説明】
【００２５】
２…ノズル本体、２ｋ…嵌着穴、３…ノズルチップ、８…筒状軸部、９…傘型部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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