(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体噴射ノズルの狭隘なスリット口からコアンダノズルの内壁に向けて高速超薄層バリア流体を噴射して、コアンダノズルの曲面に沿って高速超薄層バリア流体を流下させ、この高速超薄層バリア流体がコアンダノズルの曲面に沿って流れることによりコアンダノズルの内壁に高速超薄層バリア流体被覆層を形成すると共に、コアンダノズルに囲まれた内側流体を連れ回り旋回し、静圧・無風空間を上方に飛散する溶接時に発生したスパッタが、前記高速超薄層バリア流体に乗って下方に流下し、そしてコアンダノズルの外気導入穴から外気をコアンダノズルに囲まれた領域に自然流入し、コアンダノズルに沿って溶接母材まで誘引され、この外気の自然流入により溶接母材の周辺領域の圧力勾配が緩和され、周辺領域の減圧領域の大きな乱流が層流化されて高速超薄層バリア流体の随伴流としてスパッタを伴って溶接母材面に沿って外側に排出されることを特徴とする流体噴射式スパッタ除去方法。
【請求項２】
溶接母材から上方に離隔した位置に設置された溶接トーチと、該溶接トーチを囲むように配設した円環状の流体噴射ノズルと、該流体噴射ノズルに隣接して配置され、下端がベルボトム状に末広がりに形成された円環状のコアンダノズルとからなるスパッタ除去装置において、
前記溶接トーチは、中心にトーチボディを有し、該トーチボディの周囲を囲むようにシールドガス通路を形成するシールドノズルとからなり、前記トーチボディは先端にコンタクトチップを固定し、該コンタクトチップ先端から突出する溶接ワイヤを備えており、
前記流体噴射ノズルは、上方に圧縮流体導入口を有する円環状の流体溜り室と、該流体溜り室内に充填された流体分散材と、前記流体溜り室下部から形成され、ノズル中心軸に対して放射状にコアンダノズル方向に斜め下向きに傾けて且つ、ノズル中心軸の放射状に対して周方向に傾けて噴射する流路を持った開口する狭隘なスリット口とからなり、
前記コアンダノズルは、前記流体噴射ノズルに隣接して円筒状に形成され、前記流体噴射ノズルのスリット口から噴射される圧縮流体がコアンダ効果によって衝突する個所からコアンダノズル内壁面にスパッタが付着されることなく排出すると共に、内側流体を連れ回り旋回するための高速薄層バリア流体を導くためにコンタクトチップ近傍までベルボトム状の曲面で下方に延長され、さらに下端周囲には外気導入穴を複数個形成していることを特徴とする流体噴射式スパッタ除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強風環境下における無風空間を形成するための流体噴射ノズルにおいて、溶接作業中に自動的にスパッタを除去する流体噴射式スパッタ除去方法及びその装置に関する。
【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、特願2002-47585号を出願して、風の侵入を阻止する発明を行っている。
また、従来のスパッタ付着を防止する技術として、スパッタ付着防止液をノズルに塗布する方法、ノズルに付着したスパッタを定期的に除去する方法、スパッタが比較的付着し難いカーボンノズルを使用する方法があり、それぞれの方法を単独又は併用しているが、未だに完全に目的を達成できるものはない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記先願発明に新たに機能を付加し、強風環境下における無風空間を形成するための流体噴射ノズルにおいて、溶接作業中に自動的にスパッタを除去する流体噴射式スパッタ除去方法及びその装置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】
本発明の流体噴射式スパッタ除去方法は、流体噴射ノズルの狭隘なスリット口からコアンダノズルの内壁に向けて高速超薄層バリア流体を噴射して、コアンダノズルの曲面に沿って高速超薄層バリア流体を流下させ、この高速超薄層バリア流体がコアンダノズルの曲面に沿って流れることによりコアンダノズルの内壁に高速超薄層バリア流体被覆層を形成すると共に、コアンダノズルに囲まれた内側流体を連れ回り旋回し、静圧・無風空間を上方に飛散する溶接時に発生したスパッタが、前記高速超薄層バリア流体に乗って下方に流下し、そしてコアンダノズルの外気導入穴から外気をコアンダノズルに囲まれた領域に自然流入し、コアンダノズルに沿って溶接母材まで誘引され、この外気の自然流入により溶接母材の周辺領域の圧力勾配が緩和され、周辺領域の減圧領域の大きな乱流が層流化されて高速超薄層バリア流体の随伴流としてスパッタを伴って溶接母材面に沿って外側に排出されるものである。
さらに、本発明の流体噴射式スパッタ除去装置は、溶接母材から上方に離隔した位置に設置された溶接トーチと、該溶接トーチを囲むように配設した円環状の流体噴射ノズルと、該流体噴射ノズルに隣接して配置され、下端がベルボトム状に末広がりに形成された円環状のコアンダノズルとからなるスパッタ除去装置において、
前記溶接トーチは、中心にトーチボディを有し、該トーチボディの周囲を囲むようにシールドガス通路を形成するシールドノズルとからなり、前記トーチボディは先端にコンタクトチップを固定し、該コンタクトチップ先端から突出する溶接ワイヤを備えており、
前記流体噴射ノズルは、上方に圧縮流体導入口を有する円環状の流体溜り室と、該流体溜り室内に充填された流体分散材と、前記流体溜り室下部から形成され、ノズル中心軸に対して放射状にコアンダノズル方向に斜め下向きに傾けて且つ、ノズル中心軸の放射状に対して周方向に傾けて噴射する流路を持った開口する狭隘なスリット口とからなり、
前記コアンダノズルは、前記流体噴射ノズルに隣接して円筒状に形成され、前記流体噴射ノズルのスリット口から噴射される圧縮流体がコアンダ効果によって衝突する個所からコアンダノズル内壁面にスパッタが付着されることなく排出すると共に、内側流体を連れ回り旋回するための高速薄層バリア流体を導くためにコンタクトチップ近傍までベルボトム状の曲面で下方に延長され、さらに下端周囲には外気導入穴を複数個形成しているものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の流体噴射式スパッタ除去装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の流体噴射式スパッタ除去装置は、溶接母材１から上方に離隔した位置に設置された溶接トーチ２と、該溶接トーチ２を囲むように配設した円環状の流体噴射ノズル３と、該流体噴射ノズル３に隣接して配置され、下端がベルボトム状に末広がりに形成された円環状のコアンダノズル４とからなる。
前記溶接トーチ２は、中心にトーチボディ５を有し、該トーチボディ５の周囲を囲むようにシールドガス通路６を形成するシールドノズル７とからなり、前記トーチボディ５は先端にコンタクトチップ８を固定し、該コンタクトチップ８先端から突出する溶接ワイヤ９を備えている。
前記流体噴射ノズル３は、上方に圧縮流体導入口（図示せず）を有する円環状の流体溜り室１０と、該流体溜り室１０内に充填されたスチールウール状の流体分散材１１と、前記流体溜り室１０下部から形成され、ノズル中心軸に対して放射状にコアンダノズル４方向に斜め下向きに傾けて且つ、ノズル中心軸の放射状に対して周方向に傾けて噴射する流路を持った開口する狭隘なスリット口１２とからなる。
前記コアンダノズル４は、前記流体噴射ノズル３に隣接して円筒状に形成され、前記流体噴射ノズル３のスリット口１２から噴射される圧縮流体がコアンダ効果を生じるように衝突する個所からコンタクトチップ８近傍までベルボトム状に末広がりの曲面で下方に延長され、さらに下端周囲には外気導入穴１３を複数個形成している。
【０００６】
次に、本発明の流体噴射式スパッタ除去装置の操作動作を図１に基いて説明する。
圧縮流体１４を圧縮流体導入口（図示せず）から流体溜り室１０に導入し、前記圧縮流体１４をランダムな流路が得られる緻密なスチールウール状の流体分散材１１で分散する。
前記流体分散材１１で均一に分散された圧縮流体１４を１００μｍ以下の狭隘なスリット口１２からコアンダノズル４の内壁に向けて高速超薄層バリア流体１５を噴射して、コアンダノズル４の曲面に沿って高速超薄層バリア流体１５が流下し、コアンダノズル４先端と溶接母材１間に大気１６が溶接部１７に侵入するのを阻止する円錐状の高速超薄層バリア流体１５を形成する。
【０００７】
高速流体である円錐状の高速超薄層バリア流体１５が溶接母材１に衝突して外側に排出する時に、溶接母材１の周辺領域の減圧領域１８に大きな乱流１９が発生する。
この大きな乱流１９が高速超薄層バリア流体１５の随伴流として層流化されて外側に排出されないために、バリア内側流体２０も乱流になる。
そこで、外気２１をコアンダノズル４の下端周囲に形成した外気導入穴１３を経由して、高速超薄層バリア流体１５のバリア流体内面２２に沿って減圧領域１８に自然流入させる。
外気２１の自然流入により圧力勾配が緩和され、大きな乱流１９が整流化されて高速超薄層バリア流体１５の随伴流として溶接母材１面に沿って外側に排出される。
【０００８】
高速超薄層バリア流体１５内に発生する大きな乱流１９を整流化する手段として、このように高速超薄層バリア流体１５が溶接母材１に衝突して乱流１９が形成される減圧領域１８に外気２１を自然流入して層流化する。
更に補完手段として、この乱流１９発生の主原因となる高速超薄層バリア流体１５を、逆に乱流１９の発生を阻止する為のアクチュエータとして活用する。
即ち、高速超薄層バリア流体１５の粘性伝達によって、高速超薄層バリア流体１５に囲まれたバリア内側流体２０を連れ回り旋回して整流化し、中心部に静圧・無風空間を形成する。
この静圧・無風空間内に溶接トーチ２を配設して、整流化されたシールドガス２４を溶接部１７に供給して高品質の溶接を行う。
【０００９】
次に、この高速超薄層バリア流体１５の流体噴射式スパッタ除去方法を説明する。
図１に示すように、前記流体噴射ノズル３の流体分散材１１で均一に分散された圧縮流体１４を１００μｍ以下の狭隘なスリット口１２からコアンダノズル４の内壁に向けて高速超薄層バリア流体１５を噴射して、コアンダノズル４の曲面に沿って高速超薄層バリア流体１５を流下させる。
この高速超薄層バリア流体１５がコアンダノズル４の曲面に沿って流れることによりコアンダノズル４の内壁に高速超薄層バリア流体１５層が形成され、溶接時に発生したスパッタ２３は静圧・無風空間を上方に飛散するが、高速超薄層バリア流体１５に乗って下方に流下する。
そして、前記コアンダノズル４の外気導入穴１３から外気２１は、コアンダ効果によって自然流入し、前記コアンダノズル４に沿って溶接母材１まで誘引される。
外気２１の自然流入により圧力勾配が緩和され、大きな乱流１９が整流化されて高速超薄層バリア流体１５の随伴流としてスパッタ２３を伴って溶接母材１面に沿って外側に排出される。
【００１０】
前述の整流化効果の信頼性を高くする方法として、高速超薄層バリア流体１５に囲まれたバリア内側流体２０を旋回させることができる。
通常は高速超薄層バリア流体１５自身を旋回流として、それに囲まれたバリア内側流体２０を旋回する方法が考えられる。
しかしながら、この方法では流体噴射ノズル３のスリット口１２が１ｍｍ未満と狭くなると、このスリット口１２を旋回流として高速度で通過することが困難である。
そこで、流体噴射ノズル３の狭隘なスリット口１２内に適当な傾き角度をもった誘導流路壁を設けて、高速超薄層バリア流体１５の流れ方向をノズル中心軸の放射状に対して周方向に傾けて噴射する。
この高速超薄層バリア流体１５の粘性伝達で、高速超薄層バリア流体１５に囲まれたバリア内側流体２０が連れ回り旋回される。
粘性率の小さい気体で伝達するので、高速超薄層バリア流体１５に接する外周領域の旋回力が大きいが中心領域では旋回しない状態になる。
この現象によって、高速超薄層バリア流体１５が溶接母材１に衝突して発生する大きな乱流１９が強い旋回力で層流化されて高速超薄層バリア流体１５の外側に排出されると共に中心領域には静圧・無風空間が形成される。
高速超薄層バリア流体１５に囲まれた中心部に配設した溶接トーチ２から静圧・無風空間内にCO2,CO2+Ar,Ar,N2ガスなどのシールドガス２４を供給して、この空間内で行う溶接方法は、風速が１０ｍ／ｓを超える強風環境下においても溶接部に大気が侵入しない高品質の溶接性能が保証できる。
因みに、高速超薄層バリア流体１５自身は旋回しないので遠心力が働かず、高速超薄層バリア流体１５自身の噴射幅の拡大が抑制される。
この効果で大きな乱流１９の発生が抑制され、また推力の低下も低減することができる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の流体噴射式スパッタ除去方法は、流体噴射ノズルの狭隘なスリット口からコアンダノズルの内壁に向けて高速超薄層バリア流体を噴射して、コアンダノズルの曲面に沿って高速超薄層バリア流体を流下させ、この高速超薄層バリア流体がコアンダノズルの曲面に沿って流れることによりコアンダノズルの内壁に高速超薄層バリア流体被覆層が形成され、静圧・無風空間を上方に飛散する溶接時に発生したスパッタが、高速超薄層バリア流体に乗って下方に流下することにより、溶接時に自動的にスパッタを除去することができる。
本発明の流体噴射式スパッタ除去装置は、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無風空間も併せて提供するもので、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及びその他多方面に応用できるし、また高速超薄層バリア流体を噴射することにより、高速超薄層バリア流体の周辺領域及び溶接母材の周辺領域に発生する乱流量を少なくする効果とバリア流体の速度減衰を抑制する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体噴射式スパッタ除去装置の概略を示す一部省略縦断面図である。
【符号の説明】
１  溶接母材
２  溶接トーチ
３  流体噴射ノズル
４  コアンダノズル
５  トーチボディ
６  シールドガス通路
７  シールドノズル
８  コンタクトチップ
９  溶接ワイヤ
１０  流体溜り室
１１  分散材
１２  スリット口
１３  外気導入穴
１４  圧縮流体
１５  高速超薄層バリア流体
１６  大気
１７  溶接部
１８  減圧領域
１９  乱流
２０  バリア内側流体
２１  外気
２２  バリア流体内面
２３  スパッタ
２４  シールドガス
【図１】
0003752465.tif 000002