(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接面に対して鉛直方向に位置する流体噴射ノズルのアーク溶接等において、圧縮流体導入口を有する環状の流体溜り室を設け、該流体溜り室の下部全周面に流体噴射ノズル中心軸方向に下方傾斜、且つ前記流体噴射ノズルの水平周方向に傾斜したメイン噴射孔列を設け、更に前記メイン噴射孔列の上部に前記流体噴射ノズル中心軸方向に上方傾斜、且つ前記流体噴射ノズル水平周方向に角度傾斜零で前記流体噴射ノズル軸を中心とした放射状方向に流体が流れる段違い２層のサブ噴射孔列を設け、前記圧縮流体導入口から供給された圧縮流体が前記流体溜り室に貫通した前記メイン噴射孔列および前記サブ噴射孔列から同時に高速薄層バリア流体として噴射されることを特徴とする流体噴射ノズル。
【請求項２】
前記流体噴射ノズルの中心領域に、円筒状の空間領域を形成する内筒を設けることを特徴とする請求項１記載の流体噴射ノズル。
【請求項３】
前記流体溜り室の外周上部を囲むように外筒を設け、該外筒内側を経由して前記流体溜り室と前記内筒外周に囲まれた領域に、多量の外気を誘引することを特徴とする請求項２記載の流体噴射ノズル。
【請求項４】
前記サブ噴射孔列の段違いに配列された孔列の不連続部から前記メイン噴射孔列とサブ噴射孔列に挟まれた負圧領域に、外気を誘引して噴射推力を増幅することを特徴とする請求項１記載の流体噴射ノズル。
【請求項５】
前記流体溜り室に貫通するメイン噴射孔およびサブ噴射孔において、噴射流の出口側の孔径が入口側より大径で、且つ平行部がある形状であることを特徴とする請求項１記載の流体噴射ノズル。
【請求項６】
前記請求項１記載のメイン噴射孔列から噴射される高速薄層バリア流体と該高速薄層バリア流体が衝突する溶接母材壁面から囲まれて形成される流体チャンバーにおいて、前記メイン噴射孔列から噴射される高速薄層バリア流体で該高速薄層バリア流体に隣接する雰囲気を連れ回り旋回流とし、内筒内に挿入する溶接トーチから供給されるシールドガス流を層流化すると共に、前記請求項１記載のサブ噴射孔列から噴射される高速薄層バリア流体で前記旋回流が前記流体チャンバー中心空間に向かう流れベクトルを外周部に向かう流れベクトルに変換して強風環境下において外気侵入の流れを阻止することを特徴とする無風空間の形成方法。
【請求項７】
開先溝が有る突合せ継手溶接において、溶接進行方向の前記サブ噴射孔列範囲を溶接進行方向と直角方向のサブ噴射孔列範囲より広範囲にすると共に、溶接線方向のサブ噴射孔径を溶接進行方向に直角方向のサブ噴射孔径より大きくして前記溶接進行方向の噴射推力を大きくすることによって、強風環境下において開先溝に沿って侵入する外気の流れを阻止することを特徴とする請求項６記載の無風空間の形成方法。
【請求項８】
ＧＭＡ溶接において、発生するスパッターを高速噴射する前記高速薄層バリア流体に随伴して、溶接部から離隔した位置に冷却・飛散させることにより溶接ワーク表面への融着を防止することを特徴とする請求項６記載の無風空間の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶接分野等において、強風環境下における無風空間の形成方法及び流体噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にアーク溶接分野において、風がある環境下で風の流れを阻止した空間を得る方法として、衝立や天幕などで遮蔽する方法、専用防風治具で遮蔽する方法、自動溶接装置のヘッド部に防風部材を取り付けて遮蔽する方法などがある。
何れの方法も単なる風の遮蔽機能としても不完全で、且つ溶接雰囲気を層流化して安定することは考慮されていない。
そこで発明者等は、この課題を解決する方法として、特願２００１−１３０５４号（特開２００２−２１９５７２号公報参照）、特願２００２−４７５８５号（特開２００３−２４５７７６号公報参照）、特願２００２−１１７２３１号（特開２００３−３１１４２４号公報参照）を出願して風の侵入を阻止する発明を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記先願発明を改良し、アーク溶接等において、高速で噴射する流体に近接した位置に安定した無風空間の形成方法及び流体噴射ノズルを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明の流体噴射ノズルは、アーク溶接等において、圧縮流体導入口を有する環状の流体溜り室を設け、該流体溜り室の下部全周面に流体噴射ノズル中心軸方向に下方傾斜、且つ前記流体噴射ノズルの水平周方向に傾斜したメイン噴射孔列を設け、更に前記メイン噴射孔列の上部に前記流体噴射ノズル中心軸方向に上方傾斜、且つ前記流体噴射ノズル水平周方向に角度傾斜零で前記流体噴射ノズル軸を中心とした放射状方向に流体が流れる段違い２層のサブ噴射孔列を設け、前記圧縮流体導入口から供給された圧縮流体が前記流体溜り室に貫通した前記メイン噴射孔列および前記サブ噴射孔列から同時に高速薄層バリア流体として噴射されるものである。
また、前記流体噴射ノズルの中心領域に、円筒状の空間領域を形成する内筒を設けるものである。
前記流体溜り室の外周上部を囲むように外筒を設け、該外筒内側を経由して前記流体溜り室と前記内筒外周に囲まれた領域に、多量の外気を誘引するものである。
前記サブ噴射孔列の段違いに配列された孔列の不連続部から前記メイン噴射孔列とサブ噴射孔列に挟まれた領域に、外気を誘引して噴射推力を増幅するものである。
前記流体溜り室に貫通するメイン噴射孔およびサブ噴射孔において、噴射流の出口側の孔径が入口側より大径で、且つ平行部がある形状である。
さらに、本発明の無風空間の形成方法は、メイン噴射孔列から噴射される高速薄層バリア流体と該高速薄層バリア流体が衝突する溶接母材壁面から囲まれて形成される流体チャンバーにおいて、前記メイン噴射孔列から噴射される高速薄層バリア流体で該高速薄層バリア流体に隣接する雰囲気を連れ回り旋回流とし、内筒内に挿入する溶接トーチから供給されるシールドガス流を層流化すると共に、前記サブ噴射孔列から噴射される高速薄層バリア流体で前記旋回流が前記流体チャンバー中心空間に向かう流れベクトルを外周部に向かう流れベクトルに変換して強風環境下において外気侵入の流れを阻止して無風空間を形成するものである。
また、開先溝が有る突合せ継手溶接において、溶接線方向の前記サブ噴射孔列範囲を溶接線方向に直角方向のサブ噴射孔列範囲より広範囲にすると共に、溶接線方向のサブ噴射孔径を溶接線方向に直角方向のサブ噴射孔径より大きくして前記溶接線方向の噴射推力を大きくすることによって、強風環境下において開先溝に沿って侵入する外気の流れを阻止するものである。
ＧＭＡ溶接において、発生するスパッターを高速噴射する前記高速薄層バリア流体に随伴して、溶接部から離隔した位置に冷却・飛散させることにより溶接ワーク表面への融着を防止するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の流体噴射ノズルの一実施例を図面に基づいて、以下説明する。
流体噴射ノズルは、図１に示すように、環状で相対向する方向に圧縮流体導入口１を有する流体溜り室２を主体の構成とし、図２に示すように、前記流体溜り室２の下部全周面にはメイン噴射孔列３が設けられ、図３(a)の流体噴射ノズル中心軸方向に適度な角度で下方傾斜、図３(b)の流体噴射ノズル水平周方向に適度な角度で傾斜したメイン噴射孔４が等間隔で多数個設けられている。
さらに、図２に示すように、前記メイン噴射孔列３の上部には前記流体溜り室２の前記圧縮流体導入口１に囲まれる角度範囲の（中央／削除）外周面には、複数の段違い２層のサブ噴射孔列５、６が設けられ、図４(a)の流体噴射ノズル中心軸方向に適度な角度で上方傾斜、図４(b)の流体噴射ノズル水平周方向に角度傾斜零で該流体噴射ノズル軸を中心とした放射状のサブ噴射孔７が多数個設けられている。
前記流体溜り室２に貫通するメイン噴射孔４およびサブ噴射孔７において、図３及び図４に示すように、噴射流の出口側の孔径が入口側より大径で、且つ平行部がある形状で適度の拡散性と指向性を持たせる。
したがって、前記圧縮流体導入口１から供給された圧縮空気は、前記流体溜り室２で配分され、前記メイン噴射孔４から斜め下方、且つ前記サブ噴射孔７から斜め上方に放射状に真直ぐ噴射される。
なお、図２においてメイン噴射孔列３及びサブ噴射孔列５、６は、正面のみを示したが背面にも同様な構成を備えている。
【０００６】
図５、６に示すように、前記流体噴射ノズルの中心に、円筒状の空間領域を形成する内筒８を設ける。
さらに、前記流体溜り室２の外周上部を囲むように外筒９を設け、当該外筒９内側を経由して前記流体溜り室２と前記内筒８外周に囲まれた領域に、多量の外気を誘引する。
したがって、外気は、前記流体溜り室２の外部から前記外筒９の下方を通り、さらに前記流体溜り室２の内側と前記内筒８の外側との空間を通り、後述の溶接トーチ１３を囲む流体チャンバー１７空間に導入される。
【０００７】
次に、本発明の流体噴射ノズルの動作を図面に基づいて説明する。
図７に示すように、溶接トーチ１３を囲むように配設する流体噴射ノズルは、圧縮流体を圧縮流体導入口１から流体溜り室２内に均一に配分、導入する。
均一に配分された圧縮流体を前記メイン噴射孔列３から斜め下方に噴射して、強風が溶接領域に侵入するのを阻止する第一の円錐状の高速薄層バリア流体１０を形成する。
前記メイン噴射孔列３から円錐状の高速薄層バリア流体１０として噴射することにより、高速薄層バリア流体１０に隣接する内側に旋回流を生じさせる。
該旋回流によって、高速薄層バリア流体１０の周辺領域及び溶接母材１１の周辺領域に発生する乱流１２を抑制する層流化効果が得られる。
【０００８】
前記メイン噴射孔列３から円錐状の高速薄層バリア流体１０が溶接母材１１に衝突して外側方向に排出される時に、第一の高速薄層バリア流体１０の周辺領域及び溶接母材１１の周辺領域が負圧状態になって不連続な乱流１２が発生する。
そこで、外気が流入しないように溶接トーチを挿入時に上部を閉鎖して使用する内筒８を流体噴射ノズルの中心部に設け、且つ流体溜り室２の外周上部を囲むように外筒９を設ける。
前記外筒９の内側空間を経由、更に流体溜り室２と内筒８の外周に囲まれた空間を経由して、多量の外気を円錐状の第一の高速薄層バリア流体１０内面に沿って負圧領域に誘引する。
外気の流入によって不連続な圧力勾配が緩和され、前記内筒８と溶接母材１１壁面に囲まれた流体チャンバー１７無風空間が形成される。
【０００９】
更に、開先溝が有る突合せ継手溶接の場合に、前記メイン噴射孔列３からの噴射流で形成される第一の高速薄層バリア流体１０の流れだけでは、該高速薄層バリア流体１０が前記開先溝に衝突して、該開先溝に沿って生じる分岐流が溶接空間に侵入し易くなると共に外気も侵入して健全な溶接部が保証されない。
そこで、図２に示すように、前記メイン噴射孔列３から上部に適度な距離を離隔した位置に、一部配列を寸断したサブ噴射孔列５を平行配列する。
前記サブ噴射孔列５から上方向に適度な角度で直線・放射状流に噴射される第二の高速薄層バリア流体１４を形成して前記分岐内側流の発生を阻止する手段とする。
更に図２に示すように、上記の一部配列を寸断した領域の上部に前記サブ噴射孔列５から適度な距離を離隔した位置にサブ噴射孔列６を平行配列する。
該サブ噴射孔列６から水平又は上方向に適度な角度で直線・放射状流に噴射される第三の高速薄層バリア流体１５を形成して同様に前記分岐内側流の発生を阻止する手段とする。
前記の第二の高速薄層バリア流体１４及び第三の高速薄層バリア流体１５で、前記メイン噴射孔列３から形成される噴射流で第一の高速薄層バリア流体１０内面に隣接する中心方向に流れようとする流れベクトルを外側に向かう流れベクトルに変換する。
即ち、エジェクタ効果で、第二の高速薄層バリア流体１４と第三の高速薄層バリア流体１５の開口部（孔列の不連続部）１６から周辺外気が第一の高速薄層バリア流体１０と第二の高速薄層バリア流体１４に挟まれた負圧領域に誘引され、該誘引された流れが旋回流を形成する前記第一の高速薄層バリア流体１０を外側に向く流れに変換する。
また、前記第二の高速薄層バリア流体１４及び第三の高速薄層バリア流体１５は、上方からの侵入する強風を阻止して、第一の高速薄層バリア流体１０の働きを補完する。
【００１０】
溶接線方向にある前記サブ噴射孔列５の配列範囲を、溶接線方向に直角方向のサブ噴射孔列５’の配列範囲より広範囲にすると共に、溶接線方向のサブ噴射孔７の径を溶接線方向に直角方向のサブ噴射孔７’の径より大きくすることで溶接線方向の噴射推力を大きくして、強風環境下において開先溝の不連続部に沿って侵入する外気の流れを阻止する。
【００１１】
前記メイン噴射孔４およびサブ噴射孔７において、噴射流の出口側の孔径が入口側より大径で、且つ平行部がある形状で適度の拡散性と指向性を持たせることで噴射推力の減衰を抑制して防風性能を強化する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の流体噴射ノズルにより、強風を遮蔽する高速薄層バリア流体に近接した位置に広い流体チャンバー無風空間を形成することができる。
本発明の流体噴射ノズルは、風速が毎秒１０ｍを超える強風環境下でも外気が侵入しない流体チャンバーによる無風空間を提供するもので、大気から遮断された環境内でシールドガスを充填する必要がある各種溶接方法など多方面に応用できる。
また、ＧＭＡ溶接において、発生するスパッターを高速噴射する前記噴射流に随伴して、溶接部から離隔した位置に冷却・飛散させることにより溶接ワーク表面への融着を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体溜り室を示す平面図である。
【図２】本発明の流体溜り室を示す斜視図である。
【図３】本発明のメイン噴射孔を示す(a)縦断面図、(b)横断面図である。
【図４】本発明のサブ噴射孔を示す(a)縦断面図、(b)横断面図である。
【図５】本発明の流体噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図６】本発明の流体噴射ノズルを示す平面図である。
【図７】本発明の流体噴射ノズルの使用状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  圧力流体導入口
２  流体溜り室
３  メイン噴射孔列
４  メイン噴射孔
５  サブ噴射孔列
６  サブ噴射孔列
７  サブ噴射孔
８  内筒
９  外筒
１０  高速薄層バリア流体
１１  溶接母材
１２  乱流
１３  溶接トーチ
１４  高速薄層バリア流体
１５  高速薄層バリア流体
１６  開口部
１７  流体チャンバー
【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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