JP2553897B2 - 粉体プラズマ肉盛溶接用トーチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉体プラズマ肉盛溶接用トーチの改良に関
する。

〔従来の技術〕

粉体プラズマ肉盛溶接用トーチは、母材に向けて噴出
するプラズマアークに、粉体溶射材を連続供給するとと
もに、溶融プールをシールドガスによってシールドし、
母材表面にウィービングを伴いながら、肉盛溶接をなす
ものである。

従来の粉体プラズマ肉盛溶接用トーチは、第３図に示
すように、軸心の電極（ｂ）を中心にして外周側に向け
て、作動ガス供給路（ｃ）、ノズル（ｄ）、シールドガ
ス供給路（ｅ）、シールドノズル（ｆ）がこの記載順に
配置供給されたトーチ先端部（ａ）を有し、前記ノズル
（ｆ）内には、粉体溶射材供給路（ｇ）が作動ガス供給
路側に配置形成され、該ノズル（ｆ）の冷却をなす冷却
水通路（ｈ）が粉体溶射材供給路（ｇ）の外側に配置形
成されている。

このような構成のトーチは、使用に際しては当然の如
く最適な肉盛溶接を可能とする重量速度が設定されてい
る。

しかし、その重量速度は、プラズマアークの入熱量を
上げ、このプラズマアークに供給する粉体溶射材の供給
量を増加させ増大させることは理論的に可能であるが、
実際には以下に述べる問題があり、重量速度を増大させ
るのがむずかしい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

プラズマアークの入熱量を上げると、粉体溶射材供給
路（ｇ）が過度の加熱を受けることによって、プラズマ
アークに供給される粉体溶射材の一部が、過度に加熱し
た供給路出口に付着して、供給路（ｇ）の目づまりを生
じ、供給される粉体溶射材の歩留が悪くなる。

また、粉体溶射材供給路（ｇ）から出た粉体溶射材
は、プラズマアークの先端つまり母材側に形成される溶
融プールに集中供給されるが、供給量が多いと溶け込み
が悪くなる。

さらに、重量速度の増加に伴って、大型化する溶融プ
ールに対するシールドガスによるシールド機能が低下し
良好な溶接を達成することができない。

本発明は上記問題点を解決するための粉体プラズマ肉
盛溶接用トーチを提供するものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明は、軸心の電極と、この電極を包囲し且つノズ
ル冷却用の冷却水通路および粉体溶射材供給路を有する
ノズルとの間に作動ガス供給路が形成され、ノズルとこ
のノズルを包囲するシールドノズルとの間にシールドガ
ス供給路が形成されたトーチ先端部を有し、ノズル先端
のアーク拘束孔から噴出するプラズマアークに、粉体溶
射材を供給し、シールドガス雰囲気中で母材に対しての
肉盛溶接が可能な粉体プラズマ肉盛溶接用トーチにおい
て、ノズルの冷却水通路が作動ガス供給路に沿う近傍位
置に形成され、前記粉体溶射材供給路が冷却水通路の外
側に、電極の軸線に対して30゜〜50゜の角度で形成さ
れ、該電極の軸線と粉体溶射材供給路の軸線との交点ま
での距離ＸがL/2〜L/4（但しＬは電極先端から母材まで
の距離）であり、またトーチ胴部には、トーチ先端部を
包囲収容する下面開口のシールド部材が取付けられてお
り、このシールド部材のウィービング方向に沿う開口幅
ＹがＹ−2W≧20（但しＷはウィービング幅）となってい
ることを特徴とするものである。

本発明の溶接用トーチは、ノズルの冷却水通路が、作
動ガス供給路側に設けられ、この冷却水通路の外側に粉
体溶射材供給路が形成されているので、過度の熱が粉体
溶接材供給路に加わらないようになっている。

また、粉体溶射材供給路は、噴出するプラズマアーク
に対して、30゜〜50゜の傾斜角度をもって形成されてい
るので、その角度で粉体溶射材をプラズマアーク内にス
ムーズに供給することができる。しかも、その角度で供
給された粉体溶射材のプラズマアークに対する突入位置
は、電極先端から母材までの距離Ｌを基準にして、L/2
〜L/4と言った、プラズマアークの中間位置からアーク
拘束孔に近づきすぎない上方位置の間であるので、供給
された溶射材が溶融プールに至るまでに能率よく確実に
溶融され、その結果、粉体溶射材の供給量を増加させて
も十分に対処することができる。

さらに、トーチ胴部には、トーチのウィービングに対
しても、母材側のビード全幅を包囲するシールド部材が
取付けられているので、溶融プールは常時シールドガス
雰囲気中にあり、良好な肉盛溶接が可能である。

ここで、電極と母材との距離Ｌは良好なプラズマアー
ク形態を得る距離を意味する。

プラズマアークに対する粉体溶射材の取り込み位置Ｘ
を、電極先端からL/2〜L/4としたのは、L/2より大きい
と、プラズマアーク内に取り込まれた粉体溶射材が溶融
プールに到達するまでに十分溶融しないことと、プラズ
マアーク内にスムーズに取り込まれないことがあり、L/
4より小さいと、ノズル出口近傍で半溶融した粉体溶射
材が、ノズル出口およびその付近に付着し、プラズマア
ークの乱れを生じるからである。

電極の軸線に対して粉体溶射材供給路を30゜〜50゜の
傾斜をもたせてあるのは、30゜より小さいと、プラズマ
アークに供給される粉体溶射材の飛散が多くなり、歩留
り低下を生じ、50゜より大きいと、プラズマアーク内に
粉体溶射材がスムーズに取り込まれず該溶射材の飛散が
多くなることと、粉体溶射材が粉体溶射材供路からスム
ーズに流出しないことによる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はプラズマ肉盛溶接用トーチを示す。

この実施例のプラズマ肉盛溶接用トーチ（以下トーチ
とも言う）は、本発明を適用してプラズマアークの入熱
量が、160J/mm²以上、重量速度が5kg/hr〜20kg/hrとな
ったものである。ここで、図示しないがトーチ（１）
は、該トーチ（１）をウィービングさせるためのウィー
ビング動作装置に取付けられており、また、同じく図示
しないがトーチ（１）は、公知である粉体溶射材供給装
置、作動ガス供給装置、シールドガス供給装置、プラズ
マアーク電源、冷却水供給装置等とつながっている。

トーチ（１）の先端部（２）には、該トーチ（１）の
軸線に沿って先端先細状のタングステン電極（10）、こ
の電極（10）先端部を包囲するノズル（20）、このノズ
ル（20）を包囲するシールドノズル（30）が配備されて
いる。また、トーチ（１）の胴部（３）には、トーチ先
端部（２）を包囲するシールド部材（40）が配備されて
いる。

トーチ（１）は、タングステン電極（10）の先端部を
除く部分と、この部分を包囲するトーチ本体（５）との
間に、作動ガス供給装置と連通するトーチ側作動ガス供
給路（50）が形成され、トーチ本体（15）内に、冷却水
供給装置と連通するトーチ側冷却水通路（60）が内側に
空洞形成されているとともに、粉体溶射材供給装置と連
通するトーチ側粉体溶射材供給路（70）が外側に貫通形
成されている。

ノズル（20）は、前記トーチ側作動ガス供給路（50）
と連続し且つ電極（10）先端部をその先端形状に対応し
た先細り状に包囲し、電極（10）を包囲しない下端がア
ーク拘束孔（21）となった内周面を有する。このノズル
（20）内には、前記トーチ側冷却水通路（60）と連通す
る冷却水通路（60′）がアーク拘束孔（21）に沿う内側
部に空洞形成され、この冷却水通路（60′）の外側に、
前記トーチ側粉体溶射材供給通路（70）と連通し且つ電
極（10）の任意の軸線延長上に向けて傾斜する複数の粉
体溶射材供給路（70′）が、放射状配置を以て貫通形成
されている。

粉体溶射材供給路（70′）の基端は、ノズル（20）の
基端に形成した溝状の連絡路（71）と連通しており、ト
ーチ側粉体溶射材供給路（70）から供給された粉体溶射
材がその連絡路（71）を通して、各粉体溶射材供給路
（70′）に分配される。ノズル（20）の粉体溶射材供給
路（70′）の傾斜角は、電極（10）の軸線に対して30゜
〜50゜となっている。また、電極（10）先端から、電極
（10）の軸線とノズル（20）の粉体溶射材供給路（7
0′）の軸線との交点までの距離Ｘは、電極（10）先端
から溶接母材（100）までの距離Ｌに対してL/2〜L/4に
設定されている。ここで、粉体溶射材供給路（70′）の
内径は、1.3〜1.7mm程度が好適である。

トーチ本体（５）に対してノズル（20）は、たとえば
トーチ側作動ガス供給路（50）の内面に形成された雄ね
じ（51）に、該ノズル（20）の基端外周に形成された雄
ねじ（22）を螺合して連結固定され取付け取りはずしが
容易に行なえるようになっている。また、トーチ（１）
とノズル（20）との対向面には、冷却水通路（60′）の
内外、粉体溶射材供給路（70′）の内外にＯリング（8
1）（82）（83）が介設され、トーチ本体（15）からノ
ズル（20）に供給される冷却水および粉体溶射材の送給
ガスが外部に漏れないようになっている。

シールドノズル（30）は、トーチ本体（５）の先端縁
外周に固着したシールドノズル基部（31）と、このシー
ルドノズル基部（31）内周の胴部から先端にかけて形成
された雌ねじ（32）と螺合する雄ねじ（33）を外周に形
成したシールドノズル先端部（34）とからなる。

シールド部材（40）は、下面に方形状の開口を形成し
た筐体であり、天面の適宜の個所に、トーチ胴部（３）
の外径と対応する内径を有する円筒体（41）が一体に形
成されている。トーチ本体（５）に対してシールド部材
（40）は、円筒体（41）にトーチ先端部（２）を挿入
し、該円筒体（41）とトーチ胴部（３）とをボルト等の
止め金具（図示せず）によって連結固定され取付け取り
はずし可能になっている。シールド部材（40）におい
て、トーチ（１）のウィービングに沿う方向の開口幅Ｙ
は、トーチ（１）のウィービング全幅にわたってカバー
するＹ−2W≧20に設定されている。すなわち、第２図二
点鎖線に示すように、母材（100）のビード一端
（Ａ′）に電極（10）がウィービングによって指向し、
溶接しているときにも、ビード他端（Ａ″）がシールド
部材（40）の内側に位置し、同図三点鎖線に示すよう
に、ビード他端（Ａ″）に電極（10）が指向し、溶接し
ているともにも、ビード他端（Ａ′）がシールド部材
（40）の内側に位置し、常にビード全幅がシールド部材
（40）内に位置する。

このような構成であれば、トーチ本体（５）に対し
て、ノズル（20）、シールドノズル（30）のシールドノ
ズル先端部（34）、シールド部材（40）が取付け取りは
ずしが可能である。

したがって、30゜〜50゜の間の各種の傾斜角を有する
ノズル（20）、および、プラズマアークに対する粉体溶
射材の取り込み位置を異にしたノズル（20）を用意して
おけば、溶接対象、粉体溶射材の種別に応じて最適なノ
ズル（20）を選定して、肉盛溶接が可能である。

また、シールドノズル（30）においても、ラッパ状、
胴長さの異なる各種形態のもとと交換が可能である。

さらに、シールド部材（40）においても、各種ウィー
ビング幅Ｗに対応したものと容易に交換できる。

そのため、肉盛溶接対象に最適なノズル（20）、シー
ルドノズル（30）のシールドノズル先端部（34）、シー
ルド部材（40）を選び、トーチ本体（５）に取りつける
ことによって、良好な肉盛溶接が可能である。

〔発明の効果〕

本発明のプラズマ肉盛溶接用トーチによれば、従来の
トーチの基本構成を変えずに、従来のトーチ構成では、
得られない重量速度の肉盛溶接が可能となる。しかも、
その肉盛溶接は、プラズマアークに粉体溶射材を効率よ
く溶け込ますことができるとともに、供給された粉体溶
射材の歩留りもよく、さらには、溶接品質も良好であ
る。

そのため、本発明のプラズマ肉盛溶接用トーチを用い
ることによって、生産性の向上を図ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示し、第１図は
トーチ先端部の構造を示す断面図、第２図はシールド部
材と肉盛溶接との関係を示す説明図、第３図は従来のト
ーチの先端部構造を切欠して示す模式断面図である。 1:トーチ、2:トーチ先端部、3:トーチ胴部、5:トーチ本
体、10:電極、20:ノズル、30:シールドノズル、40:シー
ルド部材、50:作動ガス供給路、60′：ノズルの冷却水
通路、70′：ノズルの粉体溶射材供給路、100:母材。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸心の電極と、この電極を包囲し且つノズ
   ル冷却用の冷却水通路および粉体溶射材供給路を有する
   ノズルとの間に作動ガス供給路が形成され、ノズルとこ
   のノズルを包囲するシールドノズルとの間にシールドガ
   ス供給路が形成されたトーチ先端部を有し、ノズル先端
   のアーク拘束孔から噴出するプラズマアークに、粉体溶
   射材を供給し、シールドガス雰囲気中で母材に対しての
   肉盛溶接が可能な粉体プラズマ肉盛溶接用トーチにおい
   て、ノズルの冷却水通路が作動ガス供給路に沿う近傍位
   置に形成され、前記粉体溶射材供給路が冷却水路の外側
   に、電極の軸線に対して30゜〜50゜の角度で形成され、
   該電極の軸線と粉体溶射材供給路の軸線との交点までの
   距離ＸがL/2〜L/4（但しＬは電極先端から母材までの距
   離）であり、またトーチ胴部には、トーチ先端部を包囲
   収容する下面開口のシールド部材が取付けられており、
   このシールド部材のウィービング方向に沿う開口幅Ｙが
   Ｙ−2W≧20（但しＷはウィービング幅）となっているこ
   とを特徴とする粉体プラズマ肉盛溶接用トーチ。