(57)【要約】【課題】プラズマ溶接においてプラズマトーチにプラズマガスを供給するガスホースが長くなると、プラズマガス流量が少ないためにガスホースへの空気からの水分の浸透によるプラズマガスへの水分混入量が多くなる。この結果、プラズマ電極の寿命が短くなり、かつ、溶接品質が悪くなる。さらに、溶接開始前にプラズマガスホースに浸透した水分を除去するためにガスを放流するガスパージ時間が長くかかり、生産効率が低下する。【解決手段】本発明は、プラズマアークを発生させるためのプラズマガス及びプラズマアーク発生部を空気から遮蔽するためのシールドガスをプラズマトーチに供給するプラズマ溶接用ガスホースにおいて、前記シールドガスを供給するガスホース１２の内側に前記プラズマガスを供給するガス流路１５を設けたプラズマ溶接用ガスホースである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアークを発生させるためのプラズマガス及びプラズマアーク発生部を空気から遮蔽するためのシールドガスをプラズマトーチに供給するプラズマ溶接用ガスホースにおいて、
前記シールドガスを供給するガスホースの内側に前記プラズマガスを供給するガス流路を設けたことを特徴とするプラズマ溶接用ガスホース。
【請求項２】
プラズマガスボンベ及びシールドガスボンベから請求項１記載のプラズマ溶接用ガスホースによって溶接電源にプラズマガス及びシールドガスを供給し、前記溶接電源から請求項１記載のプラズマ溶接用ガスホースによってプラズマトーチに前記プラズマガス及び前記シールドガスを供給することを特徴とするプラズマトーチへのガス供給方法。
【請求項３】
ガスボンベから通常のプラズマ溶接用ガスホースによって溶接電源にガスを供給し、前記溶接電源内部で前記ガスをプラズマガスとシールドガスに分流し、前記溶接電源から請求項１記載のプラズマ溶接用ガスホースによってプラズマトーチに前記プラズマガス及び前記シールドガスを供給することを特徴とするプラズマトーチへのガス供給方法。
【請求項４】
前記プラズマ溶接用ガスホースからの前記シールドガスの取出口と前記プラズマトーチとの接続部分に前記シールドガスの放流を開閉するためのガス電磁弁を設けたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のプラズマトーチへのガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマガスへの水分の混入を抑制してプラズマ溶接の品質を向上させるためのプラズマ溶接用ガスホース及びプラズマトーチへのガス供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来技術におけるプラズマ溶接装置の構成図である。プラズマアーク８は、電極７１と母材との間に発生する。このプラズマアーク８を発生させるために、プラズマノズル７２内にプラズマガス６１を流す。また、プラズマアーク発生部及び母材の溶融部を空気から遮蔽するために、シールドカップ７３内にシールドガス６２を流す。プラズマトーチ７は、主に上記の電極７１、プラズマノズル７２、シールドカップ７３からなる。上記のプラズマガス６１にはアルゴンガスが使用されることが多い。また、上記のシールドガス６２にはアルゴンガス、ヘリウムガス等が使用される。
【０００３】
プラズマガス６１は、プラズマガスボンベ２１からガスホース１１によって溶接電源３に供給される。そして、プラズマガス６１は、電源内配管３１、ガス流量調整器４１及びガス電磁弁５１を経て、溶接電源３からガスホース１１によってプラズマトーチ７に供給される。同様に，シールドガス６２は、シールドガスボンベ２２からガスホース１１によって溶接電源３に供給される。そして、シールドガス６２は、電源内配管３２、ガス流量調整器４２及びガス電磁弁５２を経て、溶接電源３からガスホース１１によってプラズマトーチ７に供給される。上記のガス流量調整器４１、４２は、それぞれのガスの流量を調整する。一般的に、プラズマガス６１の流量は１〜２l/min程度に調整され、シールドガス６２の流量は１５〜２０l/min程度に調整される。上記のガス電磁弁５１、５２は、それぞれのガスの放流の開閉を制御する。
【０００４】
上記のガスホース１１には、天然ゴム製のガスホースが多く使用される。プラズマ溶接では高品質な溶接結果を要求されるので、ガスホース１１にはナイロン、塩化ビニール等の樹脂製ガスホースが使用されることもある。これは、空気中の水分がガスホース１１内に浸透し、ガスホース１１内を流れるガスに水分が混入するのを抑制するためである。天然ゴム製ガスホースに比べて樹脂製ガスホースは、水分の浸透率が低いので、ガスへの水分の混入量（以下，水分混入量という）が少なくなる。一般的に、プラズマガス６１及びシールドガス６２への水分混入量が多くなると、電極７１の寿命が短くなり、溶接品質も悪くなる。したがって、高品質な溶接結果を得るためには、ガスの水分混入量が少なくなるように厳格に施工管理する必要がある。上述した従来技術の例としては、特許文献１〜３等がある。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−１６５１７４号公報
【特許文献２】特開昭６１−２９３６６８号公報
【特許文献３】特開昭６３−４９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プラズマ溶接において、シールドガスの流量は１５l/min程度と多いために、樹脂製ガスホースを使用すればガスホース長さが数十ｍと長くても、水分混入量は溶接品質に悪影響を与えるほど多くなることは少ない。これは、空気からガスホースへの水分の浸透量が同じであっても流量が多いときは単位流量当りの水分混入量が少なくなるからである。これに対して、プラズマガスの流量は１l/min程度とシールドガスに比べて１５倍も少ないために、樹脂製ガスホースを使用してもガスホース長さが１０ｍ以上になると、ガスへの水分混入量が溶接品質に悪影響を与えるレベルよりも多くなる場合が多い。このガスホース長さは、図７においてプラズマガスボンベ２１から溶接電源３までのガスホース１１及び溶接電源３からプラズマトーチ７までのガスホース１１の合計の長さである。したがって、ガスホースの長さを１０ｍ程度未満にすることは、作業範囲を狭くすることになり生産効率が悪くなるという課題があった。
【０００７】
さらに、朝一番の溶接作業開始前に、ガスホース内に浸透した水分を除去するために、溶接せずにガスホース内にガスを長時間放流する作業（以下、ガスパージ作業という）を行う必要がある。これは、溶接停止中の夜の間に多くの水分がガスホース内に浸透するためである。このガスパージ作業の時間は、ガス流量が多いほど短くなる。しかし、プラズマガスの流量は少ないために、ガスパージ作業に長い時間がかかり、生産効率が悪くなるという課題もあった。図８は、プラズマガスにおけるガスパージ時間を測定したものである。横軸はガスパージ時間を示し、縦軸は露点を示す。ガスへの水分混入量と露点とは略比例関係にある。したがって、プラズマガスの露点を露点計で測定することで、プラズマガスへの水分混入量を間接的に測定することができる。測定条件は、ガスホースには２０ｍの樹脂製ガスホースを使用した。溶接終了後一晩放置し、朝一番に１l/minでガスを放流した場合の露点の変化を測定した。
【０００８】
同図に示すように、露点は−１０℃から下降して３０分後には−２８℃まで下降してほぼ収束した。したがって、この場合のガスパージ時間は３０分となる。また収束した露点は−２８℃であるが、一般的に高品質なプラズマ溶接を行うためには露点が−４０℃以下である必要がある。この結果からも、プラズマガス用のガスホースの長さが２０ｍでは高品質な溶接を行うことが難しいことが分かる。
【０００９】
そこで、本発明では、プラズマガスへの水分混入量を少なくし、ガスパージ時間も短くすることができるプラズマ溶接用ガスホース及びプラズマトーチへのガス供給方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、プラズマアークを発生させるためのプラズマガス及びプラズマアーク発生部を空気から遮蔽するためのシールドガスをプラズマトーチに供給するプラズマ溶接用ガスホースにおいて、
前記シールドガスを供給するガスホースの内側に前記プラズマガスを供給するガス流路を設けたことを特徴とするプラズマ溶接用ガスホースである。
【００１１】
また、第２の発明は、プラズマガスボンベ及びシールドガスボンベから第１の発明記載のプラズマ溶接用ガスホースによって溶接電源にプラズマガス及びシールドガスを供給し、前記溶接電源から第１の発明記載のプラズマ溶接用ガスホースによってプラズマトーチに前記プラズマガス及び前記シールドガスを供給することを特徴とするプラズマトーチへのガス供給方法である。
【００１２】
また、第３の発明は、ガスボンベから通常のプラズマ溶接用ガスホースによって溶接電源にガスを供給し、前記溶接電源内部で前記ガスをプラズマガスとシールドガスに分流し、前記溶接電源から第１の発明記載のプラズマ溶接用ガスホースによってプラズマトーチに前記プラズマガス及び前記シールドガスを供給することを特徴とするプラズマトーチへのガス供給方法である。
【００１３】
また、第４の発明は、前記プラズマ溶接用ガスホースからの前記シールドガスの取出口と前記プラズマトーチとの接続部分に前記シールドガスの放流を開閉するためのガス電磁弁を設けたことを特徴とする第２又は第３の発明記載のプラズマトーチへのガス供給方法である。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１の発明のプラズマ溶接用ガスホースによれば、ガスホースが長くなってもプラズマガスへの水分混入量を少なくすることができるので、電極の連続使用可能時間（寿命）が長くなり生産効率が向上すると共に、高品質なプラズマ溶接を行うことができる。さらに、溶接開始前にプラズマガスホースに浸透した水分を除去するためのガスパージ時間が短くなり、生産効率が向上する。
【００１５】
上記第２の発明によれば、プラズマガスとシールドガスとが同種のガス又は異種のガスであっても、第１の発明のプラズマ溶接用ガスホースによってプラズマトーチへガスを供給することができ、上記の効果を奏することができる。
【００１６】
上記第３の発明によれば、プラズマガスとシールドガスとが同種のガスであるときに、通常のガスホース及び第１の発明のプラズマ溶接用ガスホースによってプラズマトーチへガスを供給することができ、上記の効果を奏することができる。
【００１７】
上記第４の発明によれば、溶接停止時に内側ガスホースへの水分の浸透を外側ガスホース及びシールドガスの２重構造によって少なくすることができるので、ガスパージ時間をさらに短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマ溶接用ガスホースの構造を示す図である。シールドガス用のガスホース（外側ガスホース）１２の内部にプラズマガス用の内側ガスホース１４が形成されて内側ガス流路１５が設けられている。以下、このプラズマ溶接用ガスホースを複合ガスホースと呼ぶことにする。この複合ガスホース１２の材質にはナイロン、塩化ビニール等の樹脂を使用する。シールドガスは外側のガス流路１３を流れ、プラズマガスは内側のガス流路１５を流れる。
【００２０】
プラズマガスは、外側のガスホース１２、シールドガス及び内側のガスホース１４の３重構造によって空気から隔離されている。このために、複合ガスホースの長さが２０ｍを超えてもプラズマガスへの水分混入量は非常に少なくなり、高品質なプラズマ溶接を行うことができる。図２は、複合ガスホースを使用したときのガスパージ時間を測定したものである。同図は、上述した図８と同様の条件で測定した結果である。すなわち、複合ガスホースの長さを２０ｍにし、シールドガスの流量を１５l/min、プラズマガスの流量を１l/minに調整した場合である。溶接終了後に一晩放置し、朝一番にガスパージを行ったときのプラズマガスの露点の変化を測定したものである。
【００２１】
同図に示すように、ガスパージを開始すると露点が下降し、２０分後には−４２℃にまで下降して収束した。この収束値が−４０℃以下になっているので、プラズマガスへの水分混入量は少なく高品質な溶接を行うことができる。また、ガスパージ時間も従来の３０分から２０分に短縮される。このようになる理由は、本発明の複合ガスホースでは２重のガスホース構造によって内側のガスホースへの水分の浸透量が少なくなるためである。さらに、ガスパージ時に外側ガスホース内を大流量のシールドガスが流れるために、内側ガスホースへ浸透した水分を効率よく除去することができ、ガスパージ時間を短くすることができるためである。また、収束後の定常アーク状態では、プラズマガスは内側ガスホース、シールドガス及び外側ガスホースの３重構造によって空気から隔離されるために、プラズマガスへの水分混入量は少なくなる。
【００２２】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るプラズマトーチへのガス供給方法を示すプラズマ溶接装置の構成図である。同図において上述した図７と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。プラズマガスボンベ２１及びシールドガスボンベ２２からアダプタ９を介して本発明の複合ガスホース１２によって溶接電源３にプラズマガス６１及びシールドガス６２を供給する。そして、溶接電源３からアダプタ９を介して本発明の複合ガスホース１２によってプラズマトーチ７にプラズマガス６１及びシールドガス６２を供給する。これにより、複合ガスホース１２が長くなってもプラズマガス６１への水分混入量は少なくなる。また、上述したように、ガスパージ時間も短くなる。このために、プラズマ溶接施工の生産効率が向上する。
【００２３】
［実施の形態３］
図４は、本発明の実施の形態３に係るプラズマトーチへのガス供給方法を示すプラズマ溶接装置の構成図である。同図において上述した図７と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図はプラズマガス６１とシールドガス６２とに同種のガス（例えば、アルゴンガス）を使用する場合である。したがってガスボンベ２３も１つになる。ガスボンベ２３から通常のガスホース１１によって溶接電源３にガスを供給し。溶接電源３の内部配管３３でガスをプラズマガス６１とシールドガス６２に分流する。そして、溶接電源３からアダプタ９を介して本発明の複合ガスホース１２によってプラズマトーチ７にプラズマガス６１及びシールドガス６２を供給する。ガスボンベ２３と溶接電源３との間は通常のガスホース１１を使用してもプラズマガス６１＋シールドガス６２の合算値の大流量のガスが流れるので、ガスへの水分混入量は少なくなる。また、複合ガスホース１２が長くなってもプラズマガス６１への水分混入量は少なくなる。さらに、上述したように、ガスパージ時間も短くなる。このために、プラズマ溶接施工の生産効率が向上する。
【００２４】
［実施の形態４］
図５は、本発明の実施の形態４に係るプラズマトーチへのガス供給方法を示すプラズマ溶接装置の構成図である。同図において上述した図３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図は、上述した図３においてシールドガス用のガス電磁弁５２を複合ガスホース１２からのシールドガス６２の取出口とプラズマトーチ７との接続部分に移設したものである。溶接が終了して一晩放置されている間は上記のガス電磁弁５２を閉状態にすることで、複合ガスホース１２の外側流路にはシールドガス６２が充填された状態にある。このために、内側ガスホースは外側ガスホース及びシールドガス６２の２重構造によって空気から隔離されるので、内側ガスホースへの水分の浸透は少なくなる。このために、実施の形態２に比べてさらにガスパージ時間を短くすることができる。上記は、図３で上述した実施の形態２をベースとした場合を示したが、図４で上述した実施の形態３をベースにした場合も同様である。
【００２５】
［効果］
図６は、本発明の効果の一例を示す電極の連続使用可能時間（寿命）を測定した図である。同図は、電極を研磨してプラズマ溶接を開始し、電極先端が消耗して変形しアーク状態が不安定になるまでの時間を連続使用可能時間として測定したものである。主な溶接条件は以下のとおりである。上述した図３の構成において、両複合ガスホース１２の長さを合計で２０ｍとし、プラズマガス及びシールドガスを１００％アルゴンガスとし、プラズマガス流量を１l/min及びシールドガス流量を１５l/minとし、プラズマアーク電流を１００Ａとした場合である。
【００２６】
同図から明らかなように、従来技術では連続使用可能時間は２０分程度であった。これに対して本発明では、連続使用可能時間は約４倍の８０分になった。この原因は、プラズマガスの水分混入量が多いと、水分がアーク熱によって酸素と水素に分解し、この酸素により電極表面が酸化されやすくなり、消耗及び変形が加速されるためである。すなわち、プラズマガスの水分混入量が多いほど連続使用可能時間（寿命）は短くなり、生産効率が悪くなる。
【００２７】
上記はプラズマ溶接について説明したが、プラズマ切断の場合も同様であり、本発明の複合ガスホースを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ溶接用ガスホースの構造図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るプラズマ溶接用ガスホースを使用したときのガスパージ時間と露点の変化を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプラズマトーチへのガス供給方法を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るプラズマトーチへのガス供給方法を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係るプラズマトーチへのガス供給方法を示す構成図である。
【図６】本発明の効果の一例を示す電極の連続使用可能時間の比較図である。
【図７】従来技術におけるプラズマ溶接装置の構成図である。
【図８】従来技術の通常のガスホースを使用したときのガスパージ時間と露点の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
３            溶接電源
７            プラズマトーチ
８            プラズマアーク
９            アダプタ
１１            通常のガスホース
１２            複合ガスホース／外側ガスホース
１３            外側ガス流路
１４            内側ガスホース
１５            内側ガス流路
２１            プラズマガスボンベ
２２            シールドガスボンベ
２３            ガスボンベ
３１〜３３        電源内配管
４１〜４２        ガス流量調整器
５１〜５２        ガス電磁弁
６１            プラズマガス
６２            シールドガス
７１            電極
７２            プラズマノズル
７３            シールドカップ
【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】
2005288461.tif 000009
【図８】
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