JP6679351B2 - Processing nozzle and processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、水中にて被加工物に対して加工を行う際に加工部位に向けて配置されて気体領域をなす加工用ノズル、および当該加工用ノズルが適用される加工装置に関する。 The present invention relates to a processing nozzle that is arranged toward a processing site and forms a gas region when processing a workpiece in water, and a processing apparatus to which the processing nozzle is applied.
例えば、特許文献1に、レーザ切断装置が示されている。このレーザ切断装置は、レーザビームを通す切断用ノズルを備えている。切断用ノズルは、レーザビームによって溶融した溶融物を吹き飛ばすためのアシストガスを噴射するアシストガスノズルと、アシストガスを保護するためのシールドガスを噴射するシールドガスノズルとを有し、アシストガスノズルは、内側ノズルと外側ノズルとからなる二重ノズル構造を有し、内側ノズルは、レーザビームを通すとともに酸素含有ガスを噴射し、外側ノズルは、内側ノズルと同軸的に配置されることが示されている。また、特許文献1は、レーザ切断装置を水中切断に用いるため、アシストガス、シールドガスおよび加圧水カーテンを噴射することが示されている。加圧水カーテンは、アシストガスノズルおよびシールドガスノズルを囲むように環状に配置され、アシストガスノズルおよびシールドガスノズルに対して同軸的に配置される加圧水カーテンノズルにより噴射される。 For example, Patent Document 1 discloses a laser cutting device. This laser cutting device includes a cutting nozzle that allows a laser beam to pass therethrough. The cutting nozzle has an assist gas nozzle for injecting an assist gas for blowing off a melted material melted by a laser beam, and a shield gas nozzle for injecting a shield gas for protecting the assist gas, and the assist gas nozzle is an inner nozzle. It has been shown to have a double nozzle structure consisting of an outer nozzle and an outer nozzle, the inner nozzle passing a laser beam and injecting an oxygen-containing gas, and the outer nozzle being arranged coaxially with the inner nozzle. Further, Patent Document 1 discloses that an assist gas, a shield gas, and a pressurized water curtain are jetted because a laser cutting device is used for underwater cutting. The pressurized water curtain is annularly arranged so as to surround the assist gas nozzle and the shield gas nozzle, and is jetted by the pressurized water curtain nozzle coaxially arranged with respect to the assist gas nozzle and the shield gas nozzle.
特許文献1に示される加圧水カーテンノズルでは、加圧水カーテンを形成する水は、水タンクから水ポンプによって切断用ヘッドに供給され、切断用ヘッドに供給された水は、水通路を通じて環状ノズルから噴射される。この構成においては、水通路から環状ノズルに供給された水は、環状ノズルの周方向に沿って流動する。このため、環状ノズルにおいて、水通路に近い部分の水流量が多くなり、水通路から遠ざかるほど水流量が少なくなり、周方向の水噴射の流量分布に大きな偏差が生じてしまう。この結果、周方向で水の噴射の弱い箇所が発生し、アシストガスおよびシールドガスからなる気体領域であるドライスポットに周囲の水が浸入するおそれがある。溶接時の水の存在は溶接欠陥に繋がるため、水の浸入は問題となる。 In the pressurized water curtain nozzle shown in Patent Document 1, the water forming the pressurized water curtain is supplied from a water tank to a cutting head by a water pump, and the water supplied to the cutting head is jetted from an annular nozzle through a water passage. It In this structure, the water supplied from the water passage to the annular nozzle flows along the circumferential direction of the annular nozzle. For this reason, in the annular nozzle, the water flow rate in the portion close to the water passage increases, and the water flow rate decreases as the distance from the water passage increases, causing a large deviation in the flow distribution of the water jet in the circumferential direction. As a result, a portion where the water is weakly ejected is generated in the circumferential direction, and surrounding water may infiltrate into the dry spot, which is a gas region including the assist gas and the shield gas. The ingress of water is a problem because the presence of water during welding leads to welding defects.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の周方向の流量分布を均一化することのできる加工用ノズルおよび加工装置を提供することを第一目的とする。 The present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a processing nozzle and a processing device capable of making the circumferential flow rate distribution of water ejected from a water ejection nozzle formed in an annular shape uniform. Is the first purpose.
ところで、溶接を行う気体領域への水の浸入のリスクを低減するには、気体領域に供給するガスの噴出流量を増加させて気体領域のガス圧力を増加することが望ましい。しかし、ガスの噴出流量を増加させると、溶接箇所におけるガス流速が増加してしまい、例えば、溶けた溶接部に周囲のガスを巻き込むことで溶接欠陥が生じるなど、溶接品質の低下が生じるおそれがあるため、単純にガスの噴出流量を増加できず制限が生じる。従って、本発明は、上述した課題を解決するものであり、溶接品質を確保しつつ気体領域への水の浸入を防止するシールド性能を向上することのできる加工用ノズルおよび加工装置を提供することを第二目的とする。 By the way, in order to reduce the risk of infiltration of water into the gas region where welding is performed, it is desirable to increase the jet flow rate of the gas supplied to the gas region to increase the gas pressure in the gas region. However, if the gas ejection flow rate is increased, the gas flow velocity at the welding location will increase, and, for example, welding defects may occur due to the inclusion of surrounding gas in the melted welded portion, which may result in deterioration of welding quality. Therefore, the gas ejection flow rate cannot be simply increased and a limitation occurs. Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a processing nozzle and a processing device capable of improving the shielding performance for preventing water from entering the gas region while ensuring welding quality. Is the second purpose.
上述の第一目的を達成するために、本発明の加工用ノズルは、ガス噴射ノズルと、前記ガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、を備え、前記水噴射ノズルは、水が供給される少なくとも1つの水供給通路と、前記水供給通路が接続される環状のキャビティと、前記キャビティに接続されて前記ガス噴射ノズルの向きに沿う方向に向けて噴出口を有する環状のノズル部と、を有し、前記キャビティの通路断面積が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口面積よりも大きく形成され、かつ前記キャビティの通路径方向寸法が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口寸法よりも大きく形成されることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned first object, the processing nozzle of the present invention comprises a gas injection nozzle and a water injection nozzle annularly formed so as to surround the periphery of the gas injection nozzle. The nozzle has at least one water supply passage to which water is supplied, an annular cavity to which the water supply passage is connected, and an ejection port connected to the cavity and extending in a direction along the direction of the gas injection nozzle. An annular nozzle portion having, a passage cross-sectional area of the cavity is formed larger than an opening area of a connection port of the nozzle portion with the cavity, and a passage radial dimension of the cavity is of the nozzle portion. It is characterized in that it is formed to be larger than the opening size of the connection port with the cavity.
この加工用ノズルによれば、キャビティの通路断面積がノズル部におけるキャビティとの接続口の開口面積よりも大きく形成されていることで、水噴射ノズルにおいて水供給通路からキャビティに供給された水は、キャビティ内において流速が低下して静圧が回復することで、キャビティの環状の周方向の各位置における流れの圧力(周方向全体の圧力)の偏差が低減される。しかも、キャビティの通路径方向寸法が、ノズル部におけるキャビティとの接続口の開口寸法よりも大きく形成されていることで、キャビティからノズル部に水が流れる際に縮流が生じて抵抗となるため、キャビティの環状の周方向の各位置における流れの圧力(周方向全体の圧力)の偏差が低減される。これらの結果、環状に形成されたノズル部から噴射される水の流量分布を周方向で均一化することができる。従って、周方向で水の噴射の弱い箇所が発生を抑制し、気体領域であるドライスポットに周囲の水が浸入する事態を防ぐことができる。 According to this processing nozzle, since the passage cross-sectional area of the cavity is formed larger than the opening area of the connection port with the cavity in the nozzle portion, the water supplied from the water supply passage to the cavity in the water injection nozzle is By reducing the flow velocity and recovering the static pressure in the cavity, the deviation of the flow pressure (the pressure in the entire circumferential direction) at each annular circumferential position of the cavity is reduced. Moreover, since the dimension of the cavity in the radial direction of the cavity is formed larger than the opening dimension of the connection port with the cavity in the nozzle portion, when water flows from the cavity to the nozzle portion, a contracted flow occurs, which causes resistance. The deviation of the pressure of the flow (the pressure in the entire circumferential direction) at each position in the annular circumferential direction of the cavity is reduced. As a result, it is possible to make the flow rate distribution of the water jetted from the annular nozzle portion uniform in the circumferential direction. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a portion where the water is weakly ejected in the circumferential direction, and prevent the situation where the surrounding water invades the dry spot which is the gas region.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記キャビティの通路断面積S1と、前記ノズル部における前記キャビティとの接続口の開口面積S2との比が、0.01≦S2/S1≦0.15の範囲を満たすことを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the ratio of the passage cross-sectional area S1 of the cavity to the opening area S2 of the connection port of the nozzle portion with the cavity is 0.01 ≦ S2 / S1 ≦ 0.15. It is characterized by satisfying the range.
S2/S1が0.15を超えると、キャビティが比較的小さくなることから、ノズル部で流速を低下させる作用が得難くなる。一方、S2/S1が0.01未満であると、キャビティが比較的大きくなることから、水噴射ノズルに供給する必要圧力が増大し、かつ加工用ノズルの大型化を招く。従って、0.01≦S2/S1≦0.15の範囲を満たすことで、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。 If S2 / S1 exceeds 0.15, the cavity becomes relatively small, so that it becomes difficult to obtain the action of reducing the flow velocity in the nozzle portion. On the other hand, if S2 / S1 is less than 0.01, the cavity becomes relatively large, so that the required pressure to be supplied to the water injection nozzle increases, and the processing nozzle becomes large. Therefore, by satisfying the range of 0.01 ≦ S2 / S1 ≦ 0.15, it is possible to remarkably obtain the effect of uniformizing the flow rate distribution of water jetted from the water jet nozzle formed in the annular shape in the circumferential direction. it can.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記水供給通路における前記キャビティとの接続口の開口方向が、前記ノズル部における前記キャビティとの接続口から外れて設けられることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the opening direction of the connection port with the cavity in the water supply passage is provided deviating from the connection port with the cavity in the nozzle portion.
この加工用ノズルによれば、水供給通路からキャビティに流入する水が、ノズル部におけるキャビティとの接続口に直接向かわずに、キャビティの内壁面に一旦衝突する。このため、水供給通路からキャビティに流入する水のエネルギー(動圧)が抑制されてから、ノズル部におけるキャビティとの接続口に流入することから、ノズル部に水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。 According to this processing nozzle, the water flowing into the cavity from the water supply passage temporarily collides with the inner wall surface of the cavity without directly going to the connection port with the cavity in the nozzle portion. Therefore, the energy (dynamic pressure) of the water flowing into the cavity from the water supply passage is suppressed and then flows into the connection port with the cavity in the nozzle section, so the circumferential distribution of the pressure that causes the water to flow into the nozzle section. Can be made uniform. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the water jet nozzle formed in the annular shape uniform in the circumferential direction.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記水供給通路における前記キャビティとの接続口と、前記ノズル部における前記キャビティとの接続口との間に仕切部材が設けられることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, a partition member is provided between a connection port of the water supply passage with the cavity and a connection port of the nozzle portion with the cavity.
この加工用ノズルによれば、水供給通路からキャビティに流入する水が、ノズル部におけるキャビティとの接続口に直接向かわずに、仕切部材に一旦衝突する。このため、水供給通路からキャビティに流入する水のエネルギー(動圧)が抑制されてから、ノズル部におけるキャビティとの接続口に流入することから、ノズル部に水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。 According to this processing nozzle, the water flowing into the cavity from the water supply passage collides with the partition member once without directly going to the connection port of the nozzle portion with the cavity. Therefore, the energy (dynamic pressure) of the water flowing into the cavity from the water supply passage is suppressed and then flows into the connection port with the cavity in the nozzle section, so the circumferential distribution of the pressure that causes the water to flow into the nozzle section. Can be made uniform. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the water jet nozzle formed in the annular shape uniform in the circumferential direction.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記水供給通路における前記キャビティとの接続口と、前記ノズル部における前記キャビティとの接続口との間に流動抵抗部材が設けられることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, a flow resistance member is provided between a connection port of the water supply passage with the cavity and a connection port of the nozzle portion with the cavity.
この加工用ノズルによれば、水供給通路からキャビティに流入する水が、ノズル部におけるキャビティとの接続口に至る以前に流動抵抗部材により流動抵抗を付与される。このため、キャビティ内において相対的に流量分配にかかる流動抵抗の割合が減少され、周方向の全流量抵抗が均一化されることから、ノズル部に水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。 According to this processing nozzle, the flow resistance is imparted to the water flowing into the cavity from the water supply passage by the flow resistance member before reaching the connection port with the cavity in the nozzle portion. For this reason, the ratio of the flow resistance related to the flow rate distribution is relatively reduced in the cavity, and the total flow rate resistance in the circumferential direction is made uniform, so that the circumferential distribution of the pressure that causes the water to flow into the nozzle portion is made uniform. can do. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the water jet nozzle formed in the annular shape uniform in the circumferential direction.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記ノズル部は、前記キャビティとの接続口から前記噴射口に向けて断面積が漸次小さく形成されることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the nozzle portion is formed such that a cross-sectional area thereof is gradually reduced from a connection port with the cavity toward the injection port.
この加工用ノズルによれば、ノズル部の水の流れ方向に向かって流路面積が小さくなるため、流れの縮流による整流効果により流れの流速偏差(流量偏差)を低減することができ、水噴流の周方向の水流量の偏差が抑制できる。この結果、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。 According to this processing nozzle, since the flow path area of the nozzle portion decreases in the flow direction of the water, the flow velocity deviation (flow rate deviation) of the flow can be reduced by the rectifying effect of the flow contraction. The deviation of the water flow rate in the circumferential direction of the jet flow can be suppressed. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the water jet nozzle formed in the annular shape uniform in the circumferential direction.
また、本発明の加工用ノズルでは、先端部が開放して筒状に形成されて内外にガスを通過させつつ前記ガスの流動抵抗となる流動抵抗体をさらに備え、前記ガス噴射ノズルが噴射口を前記流動抵抗体の先端部の開口する側に向け、かつ前記流動抵抗体の周囲を取り囲むように配置されていることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the gas injection nozzle is further provided with a flow resistance body which is formed in a cylindrical shape with an open tip and serves as a flow resistance of the gas while allowing the gas to pass through in and out. Is arranged so as to face the opening side of the tip portion of the flow resistor and to surround the periphery of the flow resistor.
この加工用ノズルによれば、流動抵抗体は、ガス噴射ノズルに囲まれる内側において、その筒状で加工部位を囲むように配置される。そして、流動抵抗体は、ガス噴射ノズルから噴射されたガスに流動抵抗を付与するため、ガスが加工部位に流入し難くなる。これにより、気体領域であるドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにガス噴射ノズルから噴射されるガスの噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。 According to this processing nozzle, the flow resistance body is arranged inside the gas injection nozzle so as to surround the processing portion in a tubular shape. Then, the flow resistance element imparts flow resistance to the gas injected from the gas injection nozzle, so that the gas is less likely to flow into the processed portion. As a result, even if the ejection flow rate of the gas ejected from the gas ejection nozzle is increased in order to improve the shielding property for preventing water from flowing into the dry spot, which is a gas region, it is possible to suppress an increase in the gas flow velocity at the processing site. . As a result, the shield performance can be improved while ensuring the welding quality.
上述の第一目的を達成するために、本発明の加工装置は、上述したいずれか1つの発明の加工用ノズルと、前記ガス噴射ノズルにガスを供給するガス供給部と、前記水噴射ノズルの前記水供給通路に水を供給する水供給部と、前記ガス噴射ノズルのガス噴射領域内を加工領域として設けられた加工ヘッドと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned first object, the processing apparatus of the present invention includes a processing nozzle of any one of the above-described inventions, a gas supply unit that supplies gas to the gas injection nozzle, and a water injection nozzle. A water supply unit that supplies water to the water supply passage, and a processing head provided as a processing region in a gas injection region of the gas injection nozzle are provided.
この加工装置によれば、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を得ることができ、周方向で水の噴射の弱い箇所の発生を抑制し、加工領域であるドライスポットに周囲の水が浸入する事態を防ぐことができることから、水中での加工性を向上することができる。 According to this processing device, it is possible to obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the water jet nozzle formed in the annular shape uniform in the circumferential direction, and suppressing the occurrence of weak water jet locations in the circumferential direction. However, since it is possible to prevent the surrounding water from entering the dry spot, which is the processing region, it is possible to improve the workability in water.
上述の第二目的を達成するために、本発明の加工用ノズルは、先端部が開放して筒状に形成されて内外にガスを通過させつつ前記ガスの流動抵抗となる流動抵抗体と、前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向け、かつ前記流動抵抗体の周囲を取り囲むように配置されるシールドガス噴射ノズルと、前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向け、かつ前記ガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned second object, the processing nozzle of the present invention has a flow resistance body that is a tubular shape with an open tip and serves as a flow resistance of the gas while allowing the gas to pass inside and outside, A shield gas injection nozzle is arranged so as to direct an injection port to the opening side of the tip of the flow resistor and to surround the circumference of the flow resistor, and a jet to the opening side of the tip of the flow resistor. And a water injection nozzle formed in an annular shape so as to face the mouth and surround the gas injection nozzle.
この加工用ノズルによれば、流動抵抗体は、シールドガス噴射ノズルに囲まれる内側において、その筒状で加工部位を囲むように配置される。そして、流動抵抗体は、シールドガス噴射ノズルから噴射されたシールドガスに流動抵抗を付与するため、シールドガスが加工部位に流入し難くなる。これにより、気体領域であるドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスの噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。 According to this processing nozzle, the flow resistance body is arranged inside the tube surrounded by the shield gas injection nozzle so as to surround the processing portion with its tubular shape. Then, since the flow resistance element imparts flow resistance to the shield gas injected from the shield gas injection nozzle, it is difficult for the shield gas to flow into the processed portion. As a result, even if the ejection flow rate of the shield gas ejected from the shield gas ejection nozzle is increased in order to improve the shielding property to prevent the inflow of water to the dry spot, which is a gas region, the gas flow velocity at the processing site is increased. Can be suppressed. As a result, the shield performance can be improved while ensuring the welding quality.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記シールドガス噴射ノズルは、前記流動抵抗体の外周に沿う側または離れる側に噴射口を向けて配置されていることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the shield gas injection nozzle is arranged such that the injection port is directed to a side along the outer periphery of the flow resistance body or a side away from the flow resistance body.
この加工用ノズルによれば、シールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスが流動抵抗体に直接衝突することを防ぐ。この結果、シールドガスを加工部位に流入し難くすることができる。 According to this processing nozzle, the shield gas jetted from the shield gas jet nozzle is prevented from directly colliding with the flow resistor. As a result, it is possible to make it difficult for the shield gas to flow into the processed portion.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記流動抵抗体は、先端部が外側に反り返って形成されることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the flow resistance body is formed such that the tip end portion thereof is bent back outward.
この加工用ノズルによれば、流動抵抗体の先端部が外側に反り返って形成されることで、加工用ノズルを移動させながら加工部位の加工を行う場合に、この移動に追従して流動抵抗体の先端部を加工部位の周囲に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位に流入し難くすることができる。 According to this processing nozzle, the tip of the flow resistor is formed so as to be bent back to the outside, so that when the processing portion is processed while moving the processing nozzle, the flow resistor follows this movement. The tip of the can be brought into contact with the periphery of the processing site. As a result, it is possible to make it difficult for the shield gas to flow into the processed portion.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記流動抵抗体の筒状内部で前記流動抵抗体の先端部の開口する側に噴射口を向けて配置されるアシストガス噴射ノズルをさらに備えることを特徴とする。 Further, the processing nozzle of the present invention further comprises an assist gas injection nozzle arranged with the injection port facing the opening side of the tip of the flow resistance body inside the tubular shape of the flow resistance body. To do.
この加工用ノズルによれば、流動抵抗体の筒状内部にアシストガスを供給できる。このため、気体領域内である流動抵抗体の筒状内部のドライスポットDaと、気体領域内である流動抵抗体の筒状外部のドライスポットDbと、ドライスポットの外部(気体領域の外部)の水中領域Wとの各領域の圧力を、Da>Db>Wとすることが可能になる。この結果、流動抵抗体の筒状内部のドライスポットDaでは、ガス噴出流量を抑えてガス圧力を高めてアシストガスを加工部位に流入し難くすることができ、流動抵抗体の筒状外部のドライスポットDbではガス噴出流量を増加させて水中領域Wからの水の流入を防ぐことができる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。 According to this processing nozzle, the assist gas can be supplied to the inside of the tubular shape of the flow resistor. Therefore, the dry spot Da inside the tubular shape of the flow resistor inside the gas region, the dry spot Db outside the tubular form of the flow resistor inside the gas region, and the outside of the dry spot (outside the gas region). The pressure in each of the underwater region W can be set to Da> Db> W. As a result, at the dry spot Da inside the tubular portion of the flow resistor, it is possible to suppress the gas ejection flow rate and increase the gas pressure to make it difficult for the assist gas to flow into the processed portion, and the dry spot Da outside the tubular portion of the flow resistor is provided. At the spot Db, the flow rate of gas jet can be increased to prevent the inflow of water from the underwater region W. As a result, the shield performance can be improved while ensuring the welding quality.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記シールドガス噴射ノズルの噴射口と前記水噴射ノズルの噴射口との間で前記シールドガス噴射ノズルの噴射口の周囲を取り囲むように環状に形成されていると共に、基端部が前記水噴射ノズルの径方向内側に取り付けられて先端部が基端部よりも径方向外側に位置して設けられた遮蔽部材をさらに備え、前記シールドガス噴射ノズルは、前記遮蔽部材の内面に沿う方向に噴射口を向けて配置されていることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, it is formed in an annular shape so as to surround the periphery of the injection port of the shield gas injection nozzle between the injection port of the shield gas injection nozzle and the injection port of the water injection nozzle. Along with, the base end portion is further attached to the radial direction inner side of the water injection nozzle, the tip portion further comprises a shielding member provided at a position radially outer than the base end portion, the shield gas injection nozzle, It is characterized in that it is arranged with the injection port facing in a direction along the inner surface of the shielding member.
この加工用ノズルによれば、遮蔽部材の内面に沿う方向に噴射口を向けてシールドガス噴射ノズルが配置されていることで、シールドガス噴射ノズルから噴射されたシールドガスが、気体領域であるドライスポットにおいて加工部位から最も離れた遮蔽部材の内面に沿って流動するため、加工部位に向けたシールドガスのガス流量を低減することができる。これにより、ドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。 According to this processing nozzle, since the shield gas injection nozzle is arranged with the injection port facing in the direction along the inner surface of the shielding member, the shield gas injected from the shield gas injection nozzle is a dry gas region. Since the spot flows along the inner surface of the shielding member farthest from the processed portion, the gas flow rate of the shield gas toward the processed portion can be reduced. Thereby, even if the gas ejection flow rate of the shield gas ejected from the shield gas ejection nozzle is increased in order to improve the shielding property for preventing the inflow of water to the dry spot, it is possible to suppress the increase in the gas flow velocity at the processing site. As a result, the shield performance can be improved while ensuring the welding quality.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記シールドガス噴射ノズルは、前記遮蔽部材の基端部との間に段部をおいて噴射口が配置されていることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the shield gas injection nozzle is characterized in that an injection port is arranged with a step portion between the shield gas injection nozzle and the base end portion of the shielding member.
この加工用ノズルによれば、遮蔽部材の基端部と噴射口との間に設けた段部により、噴射口から噴射されたシールドガスによって循環流れが発生し、この循環流れによるコアンダ効果で噴射口から噴射されたシールドガスの主流が遮蔽部材側に引き寄せられ、遮蔽部材の内面に付着するように遮蔽部材の内面に沿って流動する。これにより、ドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる効果が顕著になる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。 According to this processing nozzle, the stepped portion provided between the base end portion of the shielding member and the injection port causes the shield gas injected from the injection port to generate a circulating flow, and the circulating flow causes a Coanda effect. The main flow of the shield gas injected from the mouth is attracted to the shield member side and flows along the inner surface of the shield member so as to adhere to the inner surface of the shield member. As a result, even if the gas ejection flow rate of the shield gas ejected from the shield gas ejection nozzle is increased in order to improve the shielding property for preventing the inflow of water to the dry spot, the effect of suppressing the increase of the gas flow velocity at the processing site can be suppressed. Becomes noticeable. As a result, the shield performance can be improved while ensuring the welding quality.
また、本発明の加工用ノズルでは、前記流動抵抗体は、先端部が前記遮蔽部材の先端部の位置よりも延出して形成されていることを特徴とする。 Further, in the processing nozzle of the present invention, the flow resistance body is formed such that a tip portion thereof extends beyond a position of a tip portion of the shielding member.
この加工用ノズルによれば、遮蔽部材は環状に形成されているため先端部を基準として環状に囲む面が形成される。この先端部の位置よりも流動抵抗体の先端部を延出させることで、先端部を基準として環状に囲む面から遮蔽部材が囲む領域の外側に流動抵抗体の先端部が突出する。従って、加工の際には、流動抵抗体の先端部を加工部位の周囲に対して十分に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位に流入し難くする効果が顕著になる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。 According to this processing nozzle, since the shielding member is formed in an annular shape, a surface surrounding the tip portion in an annular shape is formed. By extending the tip portion of the flow resistor from the position of the tip portion, the tip portion of the flow resistor projects from the surface surrounding the ring portion with respect to the tip portion to the outside of the region surrounded by the shielding member. Therefore, at the time of processing, the tip portion of the flow resistor can be sufficiently brought into contact with the periphery of the processed portion. As a result, the effect of making it difficult for the shield gas to flow into the processed portion becomes remarkable. As a result, the shield performance can be improved while ensuring the welding quality.
上述の第二目的を達成するために、本発明の加工装置は、上述したいずれか1つの加工用ノズルと、前記シールドガス噴射ノズルにガスを供給するシールドガス供給部と、アシストガス噴射ノズルが配置されている場合に当該アシストガス噴射ノズルにガスを供給するアシストガス供給部と、前記水噴射ノズルに水を供給する水供給部と、前記流動抵抗体の筒状内部を加工領域として設けられた加工ヘッドと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned second object, the processing apparatus of the present invention includes any one of the processing nozzles described above, a shield gas supply unit that supplies gas to the shield gas injection nozzle, and an assist gas injection nozzle. An assist gas supply unit that supplies gas to the assist gas injection nozzle when arranged, a water supply unit that supplies water to the water injection nozzle, and a tubular interior of the flow resistor are provided as a processing region. And a machining head.
この加工装置によれば、シールドガス噴射ノズルから噴射されたシールドガスに流動抵抗体が流動抵抗を付与するため、シールドガスが加工部位に流入し難くなる。これにより、気体領域であるドライスポットへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズルから噴射されるシールドガスの噴出流量を増加させても、加工部位におけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができることから、水中での加工性を向上することができる。 According to this processing apparatus, since the flow resistance body imparts flow resistance to the shield gas injected from the shield gas injection nozzle, it is difficult for the shield gas to flow into the processed portion. As a result, even if the ejection flow rate of the shield gas ejected from the shield gas ejection nozzle is increased in order to improve the shielding property to prevent the inflow of water to the dry spot, which is a gas region, the gas flow velocity at the processing site is increased. Can be suppressed. As a result, it is possible to improve the shield performance while ensuring the welding quality, so that it is possible to improve the workability in water.
本発明によれば、環状に形成された水噴射ノズルから噴射される水の周方向の流量分布を均一化することができる。また、本発明によれば、溶接品質を確保しつつ気体領域への水の浸入を防止するシールド性能を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to make the circumferential flow rate distribution of water jetted from a water jet nozzle formed in an annular shape uniform. Further, according to the present invention, it is possible to improve the shield performance for preventing the infiltration of water into the gas region while ensuring the welding quality.
[実施形態1]
以下に、本発明に係る実施形態1を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
[Embodiment 1]
Embodiment 1 according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include elements that can be easily replaced by those skilled in the art, or substantially the same elements.
図1は、本実施形態に係る加工装置の概略構成図である。図2は、図1におけるA−A矢視図である。図3は、図1におけるB−B断面図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a processing apparatus according to this embodiment. FIG. 2 is a view on arrow AA in FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG.
図1に示すように、本実施形態の加工装置1は、水中において被加工物100を加工するものである。加工としては、例えば、溶接、切断があり、加工方法としては、例えば、図1に示すTIG溶接がある。本実施形態では、TIG溶接による肉盛溶接を主として説明する。
As shown in FIG. 1, the processing apparatus 1 of the present embodiment processes a
本実施形態の加工装置1は、図1に示すように、加工ヘッド2、加工用ノズル3、ガス供給部4、水供給部5を備えている。
As shown in FIG. 1, the processing device 1 of the present embodiment includes a
加工ヘッド2は、溶接トーチ2Aを備える。溶接トーチ2Aは、加工用ノズル3のトーチ挿入ノズル3Aを貫通して設けられている。また、加工装置1は、溶接トーチ2Aの先端部に対応する位置に溶接ワイヤ2Bを備える。溶接ワイヤ2Bは、加工用ノズル3を貫通して支持されている。
The
加工用ノズル3は、円柱形状に形成されて加工ヘッド2に設けられた溶接トーチ2Aの先端部を、水中の被加工物100の加工部位100Aの加工に適した距離で設置するように図示しない保持手段(例えば、マニピュレータ)により水中にて保持される。この加工用ノズル3は、トーチ挿入ノズル3A、ガス噴射ノズル3B、水噴射ノズル3Cを備えている。
The
トーチ挿入ノズル3Aは、加工用ノズル3の中央に設けられて加工ヘッド2の溶接トーチ2Aを挿通させる穴であって溶接トーチ2Aを被加工物100の加工部位100Aに配置するための開口3Aaを有する。
The
ガス噴射ノズル3Bは、アシストガス(アルゴンガスや窒素ガスなど)を噴射するもので、図1に示すように、トーチ挿入ノズル3Aの周囲を取り囲むように配置され、溶接トーチ2Aの先端部側に噴射口3Baを向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、ガス噴射ノズル3Bは、図2に示すように、トーチ挿入ノズル3Aの周囲を取り囲むように加工用ノズル3の円柱形状の中心軸Cの周りに環状に形成された穴として形成されている。その他、ガス噴射ノズル3Bは、図には明示しないが、トーチ挿入ノズル3Aの周囲を取り囲むように配置された複数の穴として形成されていてもよい。なお、本実施形態において、ガス噴射ノズル3Bは、図1に示すように、トーチ挿入ノズル3Aの開口3Aaと同じ平面上に噴射口3Baが形成されている。その他、ガス噴射ノズル3Bは、図には明示しないが、トーチ挿入ノズル3Aの開口3Aaに対してトーチ挿入ノズル3Aの向きの後側(溶接トーチ2Aの先端部とは反対側)に窪んだ位置に噴射口3Baが設けられていてもよく、トーチ挿入ノズル3Aの開口3Aaに対してトーチ挿入ノズル3Aの向きの前側(溶接トーチ2Aの先端部側)に突出した位置に噴射口3Baが設けられていてもよい。
The
水噴射ノズル3Cは、水を噴射するもので、図1〜図3に示すように、ガス噴射ノズル3Bの周囲を取り囲むように配置され、ガス噴射ノズル3Bの向きに沿う方向に向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、水噴射ノズル3Cは、図2および図3に示すように、ガス噴射ノズル3Bの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。
The
水噴射ノズル3Cは、図1〜図3に示すように、水供給通路3Caと、キャビティ3Cbと、ノズル部3Ccと、を有する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
水供給通路3Caは、水供給部5が接続されるもので、環状の穴として構成された水噴射ノズル3Cにおいて、環状ではなく少なくとも1つの通路穴として構成されている。図3において、水供給通路3Caは、周方向に等間隔で4つ設けられている。また、水供給通路3Caは、図1に示すように、接続口3Caaを介してキャビティ3Cbに接続される。
The water supply passage 3Ca is connected to the
キャビティ3Cbは、図2および図3に示すように、ガス噴射ノズル3Bの周囲を取り囲むように環状の空洞部として形成され、かつガス噴射ノズル3Bの向きに沿う方向に向けて開口して形成されている。キャビティ3Cbは、上述したように、水供給通路3Caが接続口3Caaを介して接続される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the cavity 3Cb is formed as an annular cavity so as to surround the periphery of the
ノズル部3Ccは、図2および図3に示すように、ガス噴射ノズル3Bの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。ノズル部3Ccは、図1に示すように、接続口3Ccaを介してキャビティ3Cbに接続される。また、ノズル部3Ccは、図1に示すように、ガス噴射ノズル3Bの向きに沿う方向に向けて噴射口3Ccbが開口して形成されている。このノズル部3Ccは、図1に示すように、接続口3Ccaから噴出口3Ccbに至り、中心軸Cから離れるように形成されている。なお、本実施形態において、ノズル部3Ccは、図1に示すように、ガス噴射ノズル3Bの噴射口3Baと同じ平面上に噴射口3Ccbが形成されている。その他、ノズル部3Ccは、図には明示しないが、ガス噴射ノズル3Bの噴射口3Baに対してガス噴射ノズル3Bの向きの後側(アシストガスが噴射される向きの反対側)に窪んだ位置に噴射口3Ccbが設けられていてもよく、ガス噴射ノズル3Bの噴射口3Baに対してガス噴射ノズル3Bの向きの前側(アシストガスが噴射される側)に突出した位置に噴射口3Ccbが設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle portion 3Cc is formed as an annular hole so as to surround the periphery of the
このような水噴射ノズル3Cは、水供給部5により供給された水が水供給通路3Ca、キャビティ3Cb、ノズル部3Ccの順で加工用ノズル3内を通過し、ノズル部3Ccの噴射口3Ccbから噴射される。また、水噴射ノズル3Cは、ノズル部3Ccが接続口3Ccaから噴出口3Ccbに至り、前記中心軸Cから離れるように形成されていることから、噴射口3Ccbから噴射される水が中心軸Cから離れるように斜めに放射状に噴射される。
In such a
ガス供給部4は、ガス噴射ノズル3Bにアシストガスを供給するものである。ガス供給部4は、ガス噴射ノズル3Bに対してガス供給管4Aを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しないガス貯留タンクを備え、このガス貯留タンクからガス供給管4Aにガスをコンプレッサなどで圧送することでガス噴射ノズル3Bにアシストガスを供給し、ガス噴射ノズル3Bからアシストガスを噴射させる。
The gas supply unit 4 supplies the assist gas to the
水供給部5は、水噴射ノズル3Cに水を供給するものである。水供給部5は、水噴射ノズル3Cに対して水供給管5Aを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しない水貯留タンクを備え、この水貯留タンクから水供給管5Aに水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル3Cに水を供給し、水噴射ノズル3Cから水を噴射させる。なお、水供給部5は、加工用ノズル3が配置される水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル3Cに水を供給し、水噴射ノズル3Cから水を噴射させる構成であってもよい。また、水噴射ノズル3Cにおいて水供給通路3Caが複数設けられていることから、水供給部5は、水供給管5Aが各水供給通路3Caに対応して複数に分岐して構成されている。
The
ところで、図4は、本実施形態に係る加工装置の他の例の概略構成図である。図4に示す加工装置1は、レーザ加工を行うもので、上述した加工ヘッド2に代えて加工ヘッド6を有する。加工ヘッド6は、レーザビーム6Aを照射するもので加工用ノズル3に取り付けられている。加工ヘッド6が取り付けられる加工用ノズル3は、加工ヘッド6から照射されたレーザビーム6Aを、水中の被加工物100の加工部位100Aの加工に適した距離で照射するように図示しない保持手段(例えば、マニピュレータ)により水中にて保持される。この加工用ノズル3は、上述したトーチ挿入ノズル3Aに代えてレーザ照射ノズル3Dを備える。レーザ照射ノズル3Dは、加工用ノズル3の中央に設けられて加工ヘッド6から照射されたレーザビーム6Aを通過させる穴であってレーザビーム6Aを被加工物100の加工部位100Aに照射するための照射口3Daを有する。その他の構成は、図1に示す加工装置1と同様であるため、同等部分に同一符号を付して説明を省略する。
By the way, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of another example of the processing apparatus according to the present embodiment. The processing apparatus 1 shown in FIG. 4 performs laser processing and has a processing head 6 instead of the above-described
上述した加工装置1は、図1(または図4)に示すように、加工用ノズル3が、水中の被加工物100の加工部位100Aに対して所定間隔をおいてトーチ挿入ノズル3Aの開口3Aa(またはレーザ照射ノズル3Dの照射口3Da)を向けた形態で保持される。そして、加工装置1は、ガス供給部4により供給されたアシストガスがガス噴射ノズル3Bから噴射される。ガス噴射ノズル3Bから噴射されたアシストガスは、溶接トーチ2A(またはレーザビーム6A)により溶接される周囲で被加工物100の加工部位100Aの一部に至り、当該部分のガス噴射領域が気体領域であるドライスポットDとして形成される。加工ヘッド2(6)は、ガス噴射ノズル3Bのガス噴射領域内を加工領域として設けられる。また、加工装置1は、水供給部5により供給された水が水噴射ノズル3Cから噴射される。水噴射ノズル3Cから噴射された水は、ドライスポットDの周囲で被加工物100に至り、ドライスポットDの周囲に水流により水カーテンWSを形成する。この水カーテンWSによりドライスポットDへの水の流入を防ぐ。
In the processing apparatus 1 described above, as shown in FIG. 1 (or FIG. 4), the
このように構成された加工装置1に適用される加工用ノズル3において、水噴射ノズル3Cは、キャビティ3Cbの中心軸Cに沿う方向の通路断面積が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaの開口面積よりも大きく形成されている。キャビティ3Cbの中心軸Cに沿う方向の通路断面積とは、通路の断面積であって、キャビティ3Cbは環状の通路をなすものであるから、図1および図4に示す中心軸Cの両側の2つの断面形状のうちの一方の断面積となる。また、接続口3Ccaの開口面積は、環状のノズル部3Ccにおいて環状に連続した接続口3Ccaの開口面積である。
In the
さらに、加工用ノズル3において、水噴射ノズル3Cは、図1、図3および図4に示すように、キャビティ3Cbの通路径方向寸法D1が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaの開口寸法D2よりも大きく形成されている。径方向とは、中心軸Cに直交する方向である。
Further, in the
この加工用ノズル3によれば、キャビティ3Cbの中心軸Cに沿う方向の通路断面積が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaの開口面積よりも大きく形成されていることで、水噴射ノズル3Cにおいて水供給通路3Caからキャビティ3Cbに供給された水は、キャビティ3Cb内において流速が低下して静圧が回復することで、キャビティ3Cbの環状の周方向の各位置における流れの圧力(周方向全体の圧力)の偏差が低減される。しかも、キャビティ3Cbの通路径方向寸法D1が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaの開口寸法D2よりも大きく形成されていることで、キャビティ3Cbからノズル部3Ccに水が流れる際に縮流が生じて抵抗となるため、キャビティ3Cbの環状の周方向の各位置における流れの圧力(周方向全体の圧力)の偏差が低減される。これらの結果、環状に形成されたノズル部3Ccから噴射される水の流量分布を周方向で均一化することができる。従って、周方向で水の噴射の弱い箇所が発生を抑制し、気体領域であるドライスポットDに周囲の水が浸入する事態を防ぐことができる。
According to this
また、本実施形態の加工用ノズル3では、キャビティ3Cbの通路断面積S1と、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaの開口面積S2との比が、0.01≦S2/S1≦0.15の範囲を満たすことが好ましい。
In the
S2/S1が0.15を超えると、キャビティ3Cbが比較的小さくなることから、ノズル部3Ccで流速を低下させる作用が得難くなる。一方、S2/S1が0.01未満であると、キャビティ3Cbが比較的大きくなることから、水噴射ノズル3Cに供給する必要圧力が増大し、かつ加工用ノズル3の大型化を招く。従って、0.01≦S2/S1≦0.15の範囲を満たすことで、環状に形成された水噴射ノズル3Cから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。
When S2 / S1 exceeds 0.15, the cavity 3Cb becomes relatively small, so that it becomes difficult to obtain the action of reducing the flow velocity in the nozzle portion 3Cc. On the other hand, if S2 / S1 is less than 0.01, the cavity 3Cb becomes relatively large, so that the required pressure to be supplied to the
図5および図6は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図5および図6に示すように、本実施形態の加工用ノズル3では、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaから外れて設けられることが好ましい。
5 and 6 are schematic configuration diagrams of another example of the processing nozzle according to the present embodiment. As shown in FIGS. 5 and 6, in the
水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向は、水供給通路3Caの向きであって、水供給通路3Caからキャビティ3Cbに流入する水の流入方向である。 The opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca is the direction of the water supply passage 3Ca and is the inflow direction of water flowing from the water supply passage 3Ca into the cavity 3Cb.
図5に示す例では、水供給通路3Caが中心軸Cに沿う向きで設けられてノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaから外れて設けられている。また、図6に示す例では、水供給通路3Caが中心軸Cに交差する向きで設けられていることで、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaから外れて設けられる構成としてもよい。 In the example shown in FIG. 5, the water supply passage 3Ca is provided in a direction along the central axis C and is provided separately from the connection port 3Cca with the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc. Further, in the example shown in FIG. 6, the water supply passage 3Ca may be provided so as to intersect with the central axis C, so that the water supply passage 3Ca may be provided outside the connection port 3Cca with the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc.
従って、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaから外れて設けられていることで、水供給通路3Caからキャビティ3Cbに流入する水が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaに直接向かわずに、キャビティ3Cbの内壁面に一旦衝突する。このため、水供給通路3Caからキャビティ3Cbに流入する水のエネルギー(動圧)が抑制されてから、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaに流入することから、ノズル部3Ccに水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル3Cから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。
Therefore, since the opening direction of the connection port 3Caa of the water supply passage 3Ca with the cavity 3Cb is provided outside the connection port 3Cca of the nozzle portion 3Cc with the cavity 3Cb, the water supply passage 3Ca flows into the cavity 3Cb. The water once collides with the inner wall surface of the cavity 3Cb without directly going to the connection port 3Cca of the nozzle portion 3Cc with the cavity 3Cb. Therefore, after the energy (dynamic pressure) of the water flowing into the cavity 3Cb from the water supply passage 3Ca is suppressed, it flows into the connection port 3Cca of the nozzle 3Cc with the cavity 3Cb, so that the water flows into the nozzle 3Cc. The circumferential pressure distribution can be made uniform. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the
図7および図8は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図7および図8に示すように、本実施形態の加工用ノズル3では、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaと、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaとの間に仕切部材3Cdが設けられることが好ましい。
7 and 8 are schematic configuration diagrams of another example of the processing nozzle according to the present embodiment. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, in the
仕切部材3Cdは、図7および図8に示すように、キャビティ3Cbの内部に設けられキャビティ3Cbの環状に沿って環状に形成されている。仕切部材3Cdは、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在してキャビティ3Cbの内部の一部を仕切るように設けられ、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaに至り連通する開口3Cdaが設けられている。開口3Cdaは、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在しない。仕切部材3Cdは、図7や図8に示すように、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在し、開口3Cdaが水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在しなければ、その配置に限定はない。つまり、図7や図8に示す形態は一例である。また、仕切部材3Cdは、複数設けられていてもよい。また、図6に示す例のように、水供給通路3Caが中心軸Cに交差する向きで設けられていてもよい。 As shown in FIGS. 7 and 8, the partition member 3Cd is provided inside the cavity 3Cb and is formed in an annular shape along the annular shape of the cavity 3Cb. The partition member 3Cd is provided in the opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca so as to partition a part of the inside of the cavity 3Cb, and is connected to the connection port 3Cca with the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc. An opening 3Cda is provided so as to communicate with each other. The opening 3Cda does not exist in the opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca. As shown in FIGS. 7 and 8, the partition member 3Cd exists in the opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca, and the opening 3Cda of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca. The arrangement is not limited as long as it does not exist in the opening direction. That is, the forms shown in FIGS. 7 and 8 are examples. Further, a plurality of partition members 3Cd may be provided. Further, as in the example shown in FIG. 6, the water supply passage 3Ca may be provided so as to cross the central axis C.
従って、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に仕切部材3Cdが設けられていることで、水供給通路3Caからキャビティ3Cbに流入する水が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaに直接向かわずに、仕切部材3Cdに一旦衝突する。このため、水供給通路3Caからキャビティ3Cbに流入する水のエネルギー(動圧)が抑制されてから、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaに流入することから、ノズル部3Ccに水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル3Cから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。
Therefore, since the partition member 3Cd is provided in the opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca, the water flowing into the cavity 3Cb from the water supply passage 3Ca is separated from the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc. Instead of directly going to the connection port 3Cca, it collides with the partition member 3Cd once. Therefore, after the energy (dynamic pressure) of the water flowing into the cavity 3Cb from the water supply passage 3Ca is suppressed, it flows into the connection port 3Cca of the nozzle 3Cc with the cavity 3Cb, so that the water flows into the nozzle 3Cc. The circumferential pressure distribution can be made uniform. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the
図9および図10は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図9および図10に示すように、本実施形態の加工用ノズル3では、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaと、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaとの間に流動抵抗部材3Ceが設けられることが好ましい。
9 and 10 are schematic configuration diagrams of another example of the processing nozzle according to the present embodiment. As shown in FIGS. 9 and 10, in the
流動抵抗部材3Ceは、図9および図10に示すように、キャビティ3Cbの内部に設けられキャビティ3Cbの環状に沿って環状に形成されている。流動抵抗部材3Ceは、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在してキャビティ3Cbの内部の一部を仕切るように設けられた多孔板であり、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaに至り連通する多数の小孔が形成されている。流動抵抗部材3Ceは、図9や図10に示すように、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在していれば、その配置に限定はない。つまり、図9や図10に示す形態は一例である。また、多孔板としての流動抵抗部材3Ceは、複数設けられていてもよい。また、図6に示す例のように、水供給通路3Caが中心軸Cに交差する向きで設けられていてもよい。 As shown in FIGS. 9 and 10, the flow resistance member 3Ce is provided inside the cavity 3Cb and formed in an annular shape along the annular shape of the cavity 3Cb. The flow resistance member 3Ce is a perforated plate that is present in the opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca and is provided so as to partition a part of the inside of the cavity 3Cb, and the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc. A large number of small holes that reach the connection port 3Cca and communicate with each other are formed. As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the flow resistance member 3Ce is not limited to the arrangement as long as it exists in the opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca. That is, the configurations shown in FIGS. 9 and 10 are examples. Further, a plurality of flow resistance members 3Ce as the perforated plate may be provided. Further, as in the example shown in FIG. 6, the water supply passage 3Ca may be provided so as to cross the central axis C.
また、流動抵抗部材3Ceは、図9および図10に示す多孔板に限らず、図には明示しないが、多孔質材をなす金属材やセラミックスやガラスや樹脂であってもよく、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaと、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaとの間であって、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在して設けられる。また、流動抵抗部材3Ceは、図には明示しないが、ワイヤブラシであってもよく、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaと、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaとの間であって、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に存在して設けられる。 Further, the flow resistance member 3Ce is not limited to the perforated plate shown in FIGS. 9 and 10, and although not shown in the figure, it may be a metal material, ceramics, glass or resin forming a porous material, and the water supply passage. It is provided between the connection port 3Caa of the cavity 3Cb in 3Ca and the connection port 3Cca of the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc in the opening direction of the connection port 3Caa in the water supply passage 3Ca and the cavity 3Cb. . Although not shown in the drawing, the flow resistance member 3Ce may be a wire brush, and may be a connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca and a connection port 3Cca with the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc. It is provided between the water supply passage 3Ca and the cavity 3Cb in the opening direction of the connection port 3Caa.
従って、水供給通路3Caにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Caaの開口方向に流動抵抗部材3Ceが設けられていることで、水供給通路3Caからキャビティ3Cbに流入する水が、ノズル部3Ccにおけるキャビティ3Cbとの接続口3Ccaに至る以前に流動抵抗部材3Ceにより流動抵抗を付与される。このため、キャビティ3Cb内において相対的に流量分配にかかる流動抵抗の割合が減少され、周方向の全流量抵抗が均一化されることから、ノズル部3Ccに水を流入させる圧力の周方向分布を均一化することができる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル3Cから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。
Therefore, since the flow resistance member 3Ce is provided in the opening direction of the connection port 3Caa with the cavity 3Cb in the water supply passage 3Ca, the water flowing into the cavity 3Cb from the water supply passage 3Ca is not the same as the cavity 3Cb in the nozzle portion 3Cc. Before reaching the connection port 3Cca, the flow resistance is given by the flow resistance member 3Ce. For this reason, the ratio of the flow resistance involved in the flow rate distribution is relatively reduced in the cavity 3Cb, and the total flow rate resistance in the circumferential direction is made uniform, so that the circumferential distribution of the pressure for causing water to flow into the nozzle portion 3Cc is made uniform. It can be made uniform. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the
図11は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。図11に示すように、本実施形態の加工用ノズル3では、ノズル部3Ccは、キャビティ3Cbとの接続口3Ccaから噴射口3Ccbに向けて断面積が漸次小さく形成されることが好ましい。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of another example of the processing nozzle according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, in the
従って、ノズル部3Ccの水の流れ方向に向かって流路面積が小さくなるため、流れの縮流による整流効果により流れの流速偏差(流量偏差)を低減することができ、水噴流の周方向の水流量の偏差が抑制できる。この結果、環状に形成された水噴射ノズル3Cから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。
Therefore, since the flow path area of the nozzle portion 3Cc decreases in the flow direction of the water, the flow velocity deviation (flow rate deviation) of the flow can be reduced by the rectifying effect of the flow contraction, and the circumferential direction of the water jet can be reduced. The deviation of the water flow rate can be suppressed. As a result, it is possible to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the
なお、図5〜図11に示す形態は、適宜組み合わせて用いることで、環状に形成された水噴射ノズル3Cから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を顕著に得ることができる。また、図6に示す例のように、水供給通路3Caが中心軸Cに交差する向きで設けられていてもよい。
It should be noted that the forms shown in FIGS. 5 to 11 can be used in an appropriate combination to remarkably obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the
また、本実施形態の加工用ノズル3が適用された加工装置1にあっては、加工用ノズル3と、ガス噴射ノズル3Bにガスを供給するガス供給部4と、水噴射ノズル3Cの水供給通路3Caに水を供給する水供給部5と、ガス噴射ノズル3Bのガス噴射領域内を加工領域として設けられた加工ヘッド2,6と、を備える。
Further, in the processing apparatus 1 to which the
この加工装置1によれば、環状に形成された水噴射ノズル3Cから噴射される水の流量分布を周方向で均一化する効果を得ることができ、周方向で水の噴射の弱い箇所の発生を抑制し、加工領域であるドライスポットDに周囲の水が浸入する事態を防ぐことができることから、水中での加工性を向上することができる。
According to this processing device 1, it is possible to obtain the effect of making the flow rate distribution of the water jetted from the
ところで、上述した実施形態において、加工用ノズル3は、水噴射ノズル3Cにおいて水供給通路3Caが設けられているが、水供給部5の水供給管5Aをキャビティ3Cbに直接接続して水供給通路3Caの代わりとしてもよい。
By the way, in the above-described embodiment, the
[実施形態2]
以下に、本発明に係る実施形態2を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
[Embodiment 2]
図12は、本実施形態に係る加工装置の概略構成図である。図13は、図12におけるA’−A’矢視図である。図14は、図12におけるB’−B’断面図である。 FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the processing apparatus according to the present embodiment. FIG. 13 is a view on arrow A′-A ′ in FIG. 12. FIG. 14 is a sectional view taken along the line B'-B 'in FIG.
図12に示すように、本実施形態の加工装置11は、水中において被加工物1100を加工するものである。加工としては、例えば、溶接、切断があり、加工方法としては、例えば、図12に示すTIG溶接がある。本実施形態では、TIG溶接による肉盛溶接を主として説明する。
As shown in FIG. 12, the
本実施形態の加工装置11は、図12に示すように、加工ヘッド12、加工用ノズル13、シールドガス供給部14、水供給部15を備えている。
As shown in FIG. 12, the
加工ヘッド12は、溶接トーチ12Aを備える。溶接トーチ12Aは、加工用ノズル13のトーチ挿入ノズル13A(図13および図14では省略している)を貫通して設けられている。また、加工装置11は、溶接トーチ12Aの先端部に対応する位置に溶接ワイヤ12Bを備える。溶接ワイヤ12Bは、加工用ノズル13を貫通して支持されている。
The
加工用ノズル13は、円柱形状に形成されて加工ヘッド12に設けられた溶接トーチ12Aの先端部を、水中の被加工物1100の加工部位1100Aの加工に適した距離で設置するように図示しない保持手段(例えば、マニピュレータ)により水中にて保持される。この加工用ノズル13は、トーチ挿入ノズル13A、シールドガス噴射ノズル13B、水噴射ノズル13Cを備えている。
The
トーチ挿入ノズル13Aは、加工用ノズル13の中央に設けられて加工ヘッド12の溶接トーチ12Aを挿通させる穴であって溶接トーチ12Aを被加工物1100の加工部位1100Aに配置するための開口13Aaを有する。
The
シールドガス噴射ノズル13Bは、シールドガス(アルゴンガスや窒素ガスなど)を噴射するもので、図12に示すように、溶接トーチ12Aの周囲を取り囲むように配置され、溶接トーチ12Aの先端部側に噴射口13Baを向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、シールドガス噴射ノズル13Bは、図13に示すように、加工用ノズル13の円柱形状の中心軸Cの周りに環状に形成された穴として形成されている。その他、シールドガス噴射ノズル13Bは、図には明示しないが、加工用ノズル13の円柱形状の中心軸Cの周りに環状に配置された複数の穴として形成されていてもよい。なお、本実施形態において、シールドガス噴射ノズル13Bは、図12に示すように、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aaと同じ平面上に噴射口13Baが形成されている。その他、シールドガス噴射ノズル13Bは、図には明示しないが、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aaに対してトーチ挿入ノズル13Aの向きの後側(溶接トーチ12Aの先端部とは反対側)に窪んだ位置に噴射口13Baが設けられていてもよく、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aaに対してトーチ挿入ノズル13Aの向きの前側(溶接トーチ12Aの先端部側)に突出した位置に噴射口13Baが設けられていてもよい。
The shield
水噴射ノズル13Cは、水を噴射するもので、図12〜図14に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bの周囲を取り囲むように配置され、シールドガス噴射ノズル13Bの向きに沿う方向に向けて開口する穴として形成されている。本実施形態において、水噴射ノズル13Cは、図13および図14に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。
The
水噴射ノズル3Cは、図12〜図14に示すように、水供給通路13Caと、環状通路13Cbと、ノズル部13Ccと、を有する。
As shown in FIGS. 12 to 14, the
水供給通路13Caは、水供給部15が接続されるもので、環状の穴として構成された水噴射ノズル13Cにおいて、環状ではなく少なくとも1つの通路穴として構成されている。図14において、水供給通路13Caは、周方向に等間隔で4つ設けられている。また、水供給通路13Caは、図12に示すように、環状通路13Cbに接続される。
The water supply passage 13Ca is connected to the
環状通路13Cbは、図13および図14に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bの周囲を取り囲むように環状の穴として形成され、かつシールドガス噴射ノズル13Bの向きに沿う側に向けて開口して形成されている。環状通路13Cbは、上述したように、水供給通路13Caが接続される。
As shown in FIGS. 13 and 14, the annular passage 13Cb is formed as an annular hole so as to surround the circumference of the shield
ノズル部13Ccは、図13に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bの周囲を取り囲むように環状の穴として形成されている。ノズル部13Ccは、図12に示すように、接続口13Ccaを介して環状通路13Cbに接続される。また、ノズル部13Ccは、図12に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bの向きに沿う方向に向けて噴射口13Ccbが開口して形成されている。このノズル部13Ccは、図12に示すように、接続口13Ccaから噴出口13Ccbに至り、中心軸Cから離れるように形成されている。なお、本実施形態において、ノズル部13Ccは、図12に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bの噴射口13Baと同じ平面上に噴射口13Ccbが形成されている。その他、ノズル部13Ccは、図には明示しないが、シールドガス噴射ノズル13Bの噴射口13Baに対してシールドガス噴射ノズル13Bの向きの後側(シールドガスが噴射される向きの反対側)に窪んだ位置に噴射口13Ccbが設けられていてもよく、シールドガス噴射ノズル13Bの噴射口13Baに対してシールドガス噴射ノズル13Bの向きの前側(シールドガスが噴射される側)に突出した位置に噴射口13Ccbが設けられていてもよい。
As shown in FIG. 13, the nozzle portion 13Cc is formed as an annular hole so as to surround the periphery of the shield
このような水噴射ノズル13Cは、水供給部15により供給された水が水供給通路13Ca、環状通路13Cb、ノズル部13Ccの順で加工用ノズル13内を通過し、ノズル部13Ccの噴射口13Ccbから噴射される。また、水噴射ノズル13Cは、ノズル部13Ccが接続口13Ccaから噴出口13Ccbに至り、前記中心軸Cから離れるように形成されていることから、噴射口13Ccbから噴射される水が中心軸Cから離れるように斜めに放射状に噴射される。
In such a
シールドガス供給部14は、シールドガス噴射ノズル13Bにシールドガスを供給するものである。シールドガス供給部14は、シールドガス噴射ノズル13Bに対してガス供給管14Aを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しないガス貯留タンクを備える。そして、ガス貯留タンクからガス供給管14Aにシールドガスをコンプレッサなどで圧送することでシールドガス噴射ノズル13Bにシールドガスを供給し、シールドガス噴射ノズル13Bからシールドガスを噴射させる。
The shield
水供給部15は、水噴射ノズル13Cに水を供給するものである。水供給部15は、水噴射ノズル13Cに対して水供給管15Aを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しない水貯留タンクを備えている。そして、水貯留タンクから水供給管15Aに水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル13Cに水を供給し、水噴射ノズル13Cから水を噴射させる。なお、水供給部15は、加工用ノズル13が配置される水をポンプなどで圧送することで水噴射ノズル13Cに水を供給し、水噴射ノズル13Cから水を噴射させる構成であってもよい。また、水噴射ノズル13Cにおいて水供給通路13Caが複数設けられていることから、水供給部15は、水供給管15Aが各水供給通路13Caに対応して複数に分岐して構成されている。
The
ところで、図15は、本実施形態に係る加工装置の他の例の概略構成図である。図15に示す加工装置11は、レーザ加工を行うもので、上述した加工ヘッド12に代えて加工ヘッド16を有する。加工ヘッド16は、レーザビーム16Aを照射するもので加工用ノズル13に取り付けられている。加工ヘッド16が取り付けられる加工用ノズル13は、加工ヘッド16から照射されたレーザビーム16Aを、水中の被加工物1100の加工部位1100Aの加工に適した距離で照射するように図示しない保持手段(例えば、マニピュレータ)により水中にて保持される。この加工用ノズル13は、上述したトーチ挿入ノズル13Aに代えてレーザ照射ノズル13Dを備える。レーザ照射ノズル13Dは、加工用ノズル13の中央近傍に設けられて加工ヘッド16から照射されたレーザビーム16Aを通過させる穴であってレーザビーム16Aを被加工物1100の加工部位1100Aに照射するための照射口13Daを有する。その他の構成は、図12に示す加工装置11と同様であるため、同等部分に同一符号を付して説明を省略する。
By the way, FIG. 15 is a schematic configuration diagram of another example of the processing apparatus according to the present embodiment. The
上述した加工装置11は、図12(または図15)に示すように、加工用ノズル13が、水中の被加工物1100の加工部位1100Aに対して所定間隔をおいてトーチ挿入ノズル13Aの開口13Aa(またはレーザ照射ノズル13Dの照射口13Da)を向けた形態で保持される。そして、加工装置11は、シールドガス供給部14により供給されたシールドガスがシールドガス噴射ノズル13Bから噴射される。シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されたシールドガスは、溶接トーチ12A(またはレーザビーム16A)により溶接される周囲で被加工物1100の加工部位1100Aの一部に至り、当該部分のガス噴射領域が気体領域であるドライスポットDとして形成される。加工ヘッド12(16)は、シールドガス噴射ノズル13Bのガス噴射領域内を加工領域として設けられる。また、加工装置11は、水供給部15により供給された水が水噴射ノズル13Cから噴射される。水噴射ノズル13Cから噴射された水は、ドライスポットDの周囲で被加工物1100に至り、ドライスポットDの周囲に水流により水カーテンWSを形成する。この水カーテンWSによりドライスポットDへの水の流入を防ぐ。
In the
図16は、本実施形態に係る加工用ノズルの概略構成図である。 FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the processing nozzle according to the present embodiment.
加工装置11に適用される加工用ノズル13において、図16に示すように、流動抵抗体17を備える。
The
流動抵抗体17は、筒状に形成されて、シールドガス噴射ノズル13Bの環状に配置された噴射口13Baに囲まれる環状の内側であって、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aa(またはレーザ照射ノズル13Dの照射口13Da)を囲むように、基端部17aが加工用ノズル13に取り付けられ、先端部17bが開放して設けられている。この流動抵抗体17は、多孔質材、多孔板、ブラシなどで構成されて筒状の内外にガスを通過させつつガスの流動抵抗となる。なお、流動抵抗体17は、その筒状の形態として、基端部17aと先端部17bの径が同様のもの、基端部17aより先端部17bの径が大きいもの、基端部17aより先端部17bの径が小さいもの、基端部17aと先端部17bと途中の径が変化するもの、などがある。
The
従って、流動抵抗体17は、シールドガス噴射ノズル13Bに囲まれる内側において、その筒状で加工部位1100Aを囲むように配置される。そして、流動抵抗体17は、シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されたシールドガスに流動抵抗を付与するため、シールドガスが加工部位1100Aに流入し難くなる。これにより、水カーテンWSからドライスポットDへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズル13Bから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位1100Aにおけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、本実施形態の加工用ノズル13によれば、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。
Therefore, the
図17は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 FIG. 17 is a schematic configuration diagram of another example of the processing nozzle according to the present embodiment.
本実施形態の加工用ノズル13では、シールドガス噴射ノズル13Bは、図16に示すように、流動抵抗体17の外周に沿う側または、図17に示すように、離れる側に噴射口13Baを向けて配置されていることが好ましい。
In the
すなわち、シールドガス噴射ノズル13Bは、噴射口13Baから噴射されるシールドガスが流動抵抗体17の外周に沿って流動し、または流動抵抗体17の外周から離れるように流動する。従って、この加工用ノズル13によれば、シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されるシールドガスが流動抵抗体17に直接衝突することを防ぐ。この結果、シールドガスを加工部位1100Aに流入し難くすることができる。
That is, in the shield
図18は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 FIG. 18 is a schematic configuration diagram of another example of the processing nozzle according to the present embodiment.
本実施形態の加工用ノズル13では、図18に示すように、流動抵抗体17は、先端部17bが外側に反り返って形成されることが好ましい。
In the
この加工用ノズル13によれば、流動抵抗体17の先端部17bが外側に反り返って形成されることで、加工用ノズル13を移動させながら加工部位1100Aの加工を行う場合に、この移動に追従して流動抵抗体17の先端部17bを加工部位1100Aの周囲に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位1100Aに流入し難くすることができる。なお、加工用ノズル13の移動に追従して流動抵抗体17の先端部17bを加工部位1100Aの周囲に接触させる効果を顕著に得るため、少なくとも流動抵抗体17の先端部17bが可撓性を有していることが好ましい。
According to the
図19は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 FIG. 19 is a schematic configuration diagram of another example of the processing nozzle according to the present embodiment.
本実施形態の加工用ノズル13では、図19に示すように、アシストガス噴射ノズル13Eをさらに備えることが好ましい。アシストガス噴射ノズル13Eは、アシストガス(アルゴンガスや窒素ガスなど)を噴射するもので、図には明示しないが、溶接トーチ12Aの近傍に配置され、流動抵抗体17の筒状内部で流動抵抗体17の先端部17bの開口する側に噴射口13Eaを向けて開口する穴として形成されている。このアシストガス噴射ノズル13Eは、単一または複数の穴として形成される。なお、本実施形態において、アシストガス噴射ノズル13Eは、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aaと同じ平面上に噴射口13Eaが形成されるように図示しているが、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aaに対してトーチ挿入ノズル13Aの向きの後側(溶接トーチ12Aの先端部とは反対側)に窪んだ位置に噴射口13Eaが設けられていても、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aaに対してトーチ挿入ノズル13Aの向きの前側(溶接トーチ12Aの先端部側)に突出した位置に噴射口13Eaが設けられていてもよい。
The
また、本実施形態の加工装置11では、図19に示すように、アシストガス噴射ノズル13Eを備える場合、アシストガス供給部18を備える。アシストガス供給部18は、アシストガス噴射ノズル13Eにアシストガスを供給するものである。アシストガス供給部18は、アシストガス噴射ノズル13Eに対してガス供給管18Aを介して接続されており、水中から出た場所に配置された図示しないガス貯留タンクを備える。そして、ガス貯留タンクからガス供給管18Aにアシストガスをコンプレッサなどで圧送することでアシストガス噴射ノズル13Eにアシストガスを供給し、アシストガス噴射ノズル13Eからアシストガスを噴射させる。
Further, in the
このように、本実施形態の加工用ノズル13では、流動抵抗体17の筒状内部で流動抵抗体17の先端部17bの開口する側に噴射口13Eaを向けて配置されるアシストガス噴射ノズル13Eをさらに備えることが好ましい。
As described above, in the
この加工用ノズル13によれば、流動抵抗体17の筒状内部にアシストガスを供給できる。このため、気体領域内である流動抵抗体17の筒状内部のドライスポットDaと、気体領域内である流動抵抗体17の筒状外部のドライスポットDbと、ドライスポットDの外部(気体領域の外部)の水中領域Wとの各領域の圧力を、Da>Db>Wとすることが可能になる。この結果、流動抵抗体17の筒状内部のドライスポットDaでは、ガス噴出流量を抑えてガス圧力を高めてアシストガスを加工部位1100Aに流入し難くすることができ、流動抵抗体17の筒状外部のドライスポットDbではガス噴出流量を増加させて水中領域Wからの水の流入を防ぐことができる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。
According to the
図20〜図23は、本実施形態に係る加工用ノズルの他の例の概略構成図である。 20 to 23 are schematic configuration diagrams of another example of the processing nozzle according to the present embodiment.
本実施形態の加工用ノズル13は、図20〜図23に示すように、遮蔽部材19をさらに備えることが好ましい。
The
遮蔽部材19は、図20に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bの噴射口13Baと水噴射ノズル13Cの噴射口13Ccbとの間で、シールドガス噴射ノズル13Bの噴射口13Baの周囲を取り囲むように環状に形成されている。遮蔽部材19は、基端部19aが水噴射ノズル13Cの径方向内側に取り付けられて先端部19bが基端部19aよりも径方向外側に位置して設けられ、かつ水噴射ノズル13Cの噴射口13Ccbの向きに対して交差して配置されることが好ましい。径方向とは、中心軸Cに直交する方向であり、径方向内側は中心軸Cに近づく側で、径方向外側は中心軸Cから遠ざかる側である。この遮蔽部材19は、加工時に先端部19bが被加工物1100の面に接触される。
As shown in FIG. 20, the shielding
この遮蔽部材19は、先端部19bが被加工物1100の面に接触し、トーチ挿入ノズル13Aの開口13Aa(またはレーザ照射ノズル13Dの照射口13Da)であって加工部位1100Aを囲むように配置される。そして、加工装置11は、シールドガス供給部14により供給されたシールドガスがシールドガス噴射ノズル13Bから噴射される。シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されたシールドガスは、溶接トーチ12A(またはレーザビーム16A)により溶接される周囲で被加工物1100の加工部位1100Aの一部に至り、遮蔽部材19が囲むガス噴射領域が気体領域であるドライスポットDとして形成される。加工ヘッド12は、シールドガス噴射ノズル13Bのガス噴射領域内を加工領域として設けられる。遮蔽部材19が囲むドライスポットDは、シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されるシールドガスにより遮蔽部材19の外側の水中よりも高い圧力とされる。また、加工装置11は、水供給部15により供給された水が水噴射ノズル13Cから噴射される。水噴射ノズル13Cから噴射された水は、遮蔽部材19が水噴射ノズル13Cの噴射口13Ccbの向きに対して交差して配置されている場合に遮蔽部材19に衝突し、その水流により遮蔽部材19をドライスポットD側に押圧する。これにより、遮蔽部材19の先端部19bと被加工物1100の面との隙間の周方向の偏差を抑制でき、周方向で局所的な遮蔽効果の低下を抑制できる。従って、遮蔽部材19を備えることで、気体領域であるドライスポットDへの水の流入を遮断し、水中加工を行う際の気体領域の内側への水の浸入を防止することができる。
The
本実施形態の加工用ノズル13では、このように機能する遮蔽部材19に対し、シールドガス噴射ノズル13Bが、遮蔽部材19の内面に沿う方向に噴射口13Baを向けて配置されていることが好ましい。
In the
この加工用ノズル13によれば、遮蔽部材19の内面に沿う方向に噴射口13Baを向けてシールドガス噴射ノズル13Bが配置されていることで、シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されたシールドガスが、気体領域であるドライスポットDにおいて加工部位1100Aから最も離れた遮蔽部材19の内面に沿って流動するため、加工部位1100Aに向けたシールドガスのガス流量を低減することができる。これにより、ドライスポットDへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズル13Bから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位1100Aにおけるガス流速の上昇を抑制できる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。
According to this
本実施形態の加工用ノズル13では、図21に示すように、シールドガス噴射ノズル13Bは、遮蔽部材19の基端部19aとの間に段部13Bbをおいて噴射口13Baが配置されていることが好ましい。
In the
この加工用ノズル13によれば、遮蔽部材19の基端部19aと噴射口13Baとの間に設けた段部13Bbにより、図21に矢印Gで示すように、噴射口13Baから噴射されたシールドガスによって循環流れが発生し、この循環流れによるコアンダ効果で噴射口13Baから噴射されたシールドガスの主流が遮蔽部材19側に引き寄せられ、遮蔽部材19の内面に付着するように遮蔽部材19の内面に沿って流動する。これにより、ドライスポットDへの水の流入を防ぐシールド性の向上のためにシールドガス噴射ノズル13Bから噴射されるシールドガスのガス噴出流量を増加させても、加工部位1100Aにおけるガス流速の上昇を抑制できる効果が顕著になる。この結果、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。
According to this
また、本実施形態の加工用ノズル13では、流動抵抗体17は、先端部17bが遮蔽部材19の先端部19bの位置よりも延出して形成されていることが好ましい。すなわち、遮蔽部材19は環状に形成されているため先端部19bを基準として環状に囲む面が形成される。この先端部19bの位置よりも流動抵抗体17の先端部17bを延出させることで、先端部19bを基準として環状に囲む面から遮蔽部材19が囲む領域の外側に流動抵抗体17の先端部17bが突出する。従って、加工の際には、流動抵抗体17の先端部17bを加工部位1100Aの周囲に対して十分に接触させることができる。この結果、シールドガスを加工部位1100Aに流入し難くする効果が顕著になる。この結果、本実施形態の加工用ノズル13によれば、溶接品質を確保しつつシールド性能を向上することができる。
Further, in the
ところで、本実施形態の加工用ノズル13では、図20に示すように、遮蔽部材19は、先端部19bが外側に反り返って形成されることが好ましい。遮蔽部材19は、先端部19bが、設置時に被加工物1100の面から遠ざかるように延在方向とは逆であって径方向外側に折り返し状に反り返って形成されている。これにより、遮蔽部材19は、先端部19bが水噴射ノズル13Cの噴射口13Ccbの向きに対して交差して配置される。
By the way, in the
従って、遮蔽部材19の先端部19bが外側に反り返って形成されることで、水噴射ノズル13Cから噴射された水は、遮蔽部材19の先端部19bで転向する。このため、水噴射ノズル13Cの噴射方向であって被加工物1100の面に向けて押圧する反力が遮蔽部材19の先端部19bに働き、遮蔽部材19の先端部19bと被加工物1100の面との隙間の周方向の偏差を抑制でき、周方向で局所的な遮蔽効果の低下をさらに抑制できる。この結果、気体領域であるドライスポットDへの水の流入を遮断し、水中加工を行う際の気体領域の内側への水の浸入を防止する効果を顕著に得ることができる。
Therefore, since the
また、本実施形態の加工用ノズル13では、図20に示すように、支持部材20を備えることが好ましい。支持部材20は、遮蔽部材19に沿って径方向に延在して遮蔽部材19の環状の内側に沿って設けられる。支持部材20は、基端部20aが水噴射ノズル13Cの径方向内側に取り付けられ、先端部20bが遮蔽部材19の先端部19bよりも短く形成されている。この支持部材20は、周方向に複数設けられている。
Further, the
従って、支持部材20を備えることで、遮蔽部材19が水噴射ノズル13Cから噴射された水により径方向内側に変形しないように補強することができる。なお、支持部材20の基端部20aは、加工用ノズル13に支承されて中心軸Cに沿って揺動可能に取り付けられていることが好ましく、シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されるシールドガスの圧力や、水噴射ノズル13Cから噴射された水の圧力による遮蔽部材19の移動に追従することができる。また、支持部材20の先端部20bは、球状に形成されていることが好ましく、加工用ノズル13を被加工物1100に沿って移動させた際の移動を妨げることなく支持部材20を円滑に被加工物1100の面に添わせることができる。
Therefore, by providing the
また、本実施形態の加工用ノズル13では、遮蔽部材19は、可撓性を有することが好ましい。
Further, in the
可撓性を有する構成は、遮蔽部材19を形成する材料として、例えば、ゴム、樹脂、金属で撓むことが可能なものを選択することで実現できる。また、可撓性を有する構成は、図22に示すように、遮蔽部材19が基端部19aから先端部19bに向かって山谷が交互に形成された蛇腹状に形成されることで実現できる。また、可撓性を有する構成は、図23に示すように、遮蔽部材19が周方向に山谷が交互に形成された蛇腹状に形成されることで実現できる。
The flexible structure can be realized by selecting a flexible material such as rubber, resin, or metal as the material forming the shielding
従って、遮蔽部材19が可撓性を有することで、シールドガス噴射ノズル13Bから噴射されるシールドガスの圧力や、水噴射ノズル13Cから噴射された水の圧力により遮蔽部材19が追従して撓むため、遮蔽部材19の先端部19bを被加工物1100の面に常に添わせることができる。
Therefore, since the shielding
なお、上述した実施形態2の加工用ノズル13の構成を実施形態1の加工用ノズル3に適用することも可能であり、実施形態1の加工用ノズル3の効果に加えて実施形態2の加工用ノズル13の効果を得ることができる。
The configuration of the
1 加工装置
2 加工ヘッド
2A 溶接トーチ
2B 溶接ワイヤ
3 加工用ノズル
3A トーチ挿入ノズル
3Aa 開口
3B ガス噴射ノズル
3Ba 噴射口
3C 水噴射ノズル
3Ca 水供給通路
3Caa 接続口
3Cb キャビティ
3Cc ノズル部
3Cca 接続口
3Ccb 噴射口
3Cd 仕切部材
3Cda 開口
3Ce 流動抵抗部材
3D レーザ照射ノズル
3Da 照射口
4 ガス供給部
4A ガス供給管
5 水供給部
5A 水供給管
6 加工ヘッド
6A レーザビーム
100 被加工物
100A 加工部位
C 中心軸
D ドライスポット
D1 通路径方向寸法
D2 開口寸法
S1 通路断面積
S2 開口面積
WS 水カーテン
11 加工装置
12 加工ヘッド
12A 溶接トーチ
12B 溶接ワイヤ
13 加工用ノズル
13A トーチ挿入ノズル
13Aa 開口
13B シールドガス噴射ノズル
13Ba 噴射口
13Bb 段部
13C 水噴射ノズル
13Ca 水供給通路
13Cb 環状通路
13Cc ノズル部
13Cca 接続口
13Ccb 噴射口
13D レーザ照射ノズル
13Da 照射口
13E アシストガス噴射ノズル
13Ea 噴射口
14 シールドガス供給部
14A ガス供給管
15 水供給部
15A 水供給管
16 加工ヘッド
16A レーザビーム
17 流動抵抗体
17a 基端部
17b 先端部
18 アシストガス供給部
18A ガス供給管
19 遮蔽部材
19a 基端部
19b 先端部
20 支持部材
20a 基端部
20b 先端部
1100 被加工物
1100A 加工部位
D(Da,Db) ドライスポット
W 水中領域
1 Processing Device 2 Processing Head 2A Welding Torch 2B Welding Wire 3 Processing Nozzle 3A Torch Insertion Nozzle 3Aa Opening 3B Gas Injecting Nozzle 3Ba Injecting Port 3C Water Injecting Nozzle 3Ca Water Supply Passage 3Caa Connecting Port 3Cb Cavity 3Cc Nozzle 3Cca Injecting 3Cc Port 3Cd Partition member 3Cda Opening 3Ce Flow resistance member 3D Laser irradiation nozzle 3Da Irradiation port 4 Gas supply part 4A Gas supply pipe 5 Water supply part 5A Water supply pipe 6 Processing head 6A Laser beam 100 Workpiece 100A Processing part C Center axis D Dry spot D1 Passage radial dimension D2 Opening dimension S1 Passage cross-sectional area S2 Opening area WS Water curtain 11 Processing device 12 Processing head 12A Welding torch 12B Welding wire 13 Processing nozzle 13A Torch insertion nozzle 13Aa Open Mouth 13B shield gas injection nozzle 13Ba injection port 13Bb step 13C water injection nozzle 13Ca water supply passage 13Cb annular passage 13Cc nozzle portion 13Cca connection port 13Ccb injection port 13D laser irradiation nozzle 13Da irradiation port 13E assist gas injection nozzle 13Ea gas injection port 14C Supply part 14A Gas supply pipe 15 Water supply part 15A Water supply pipe 16 Processing head 16A Laser beam 17 Flow resistor 17a Base end part 17b Tip part 18 Assist gas supply part 18A Gas supply pipe 19 Shielding member 19a Base end part 19b Tip part 20 Supporting Member 20a Base End 20b Tip 1100 Workpiece 1100A Processing Area D (Da, Db) Dry Spot W Underwater Area
Claims (7)
前記ガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、
を備え、
前記水噴射ノズルは、水が供給される少なくとも1つの水供給通路と、前記水供給通路が接続される環状のキャビティと、前記キャビティに接続されて前記ガス噴射ノズルの向きに沿う方向に向けて噴出口を有する環状のノズル部と、を有し、前記キャビティの通路断面積が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口面積よりも大きく形成され、かつ前記キャビティの通路径方向寸法が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口寸法よりも大きく形成されており、
前記キャビティの通路断面積S1と、前記ノズル部における前記キャビティとの接続口の開口面積S2との比が、0.01≦S2/S1≦0.15の範囲を満たすことを特徴とする加工用ノズル。 A gas injection nozzle,
A water injection nozzle formed in an annular shape so as to surround the periphery of the gas injection nozzle;
Equipped with
The water injection nozzle has at least one water supply passage to which water is supplied, an annular cavity to which the water supply passage is connected, and a direction connected to the cavity and extending along the direction of the gas injection nozzle. An annular nozzle portion having a jet port, and a passage cross-sectional area of the cavity is formed larger than an opening area of a connection port of the nozzle portion with the cavity, and a passage radial dimension of the cavity is It is formed to be larger than the opening size of the connection port of the nozzle portion with the cavity ,
For processing, the ratio of the passage cross-sectional area S1 of the cavity to the opening area S2 of the connection port of the cavity in the nozzle portion satisfies the range of 0.01 ≦ S2 / S1 ≦ 0.15 . nozzle.
前記ガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、
を備え、
前記水噴射ノズルは、水が供給される少なくとも1つの水供給通路と、前記水供給通路が接続される環状のキャビティと、前記キャビティに接続されて前記ガス噴射ノズルの向きに沿う方向に向けて噴出口を有する環状のノズル部と、を有し、前記キャビティの通路断面積が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口面積よりも大きく形成され、かつ前記キャビティの通路径方向寸法が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口寸法よりも大きく形成されており、
前記水供給通路における前記キャビティとの接続口と、前記ノズル部における前記キャビティとの接続口との間に仕切部材が設けられることを特徴とする加工用ノズル。 A gas injection nozzle,
A water injection nozzle formed in an annular shape so as to surround the periphery of the gas injection nozzle;
Equipped with
The water injection nozzle has at least one water supply passage to which water is supplied, an annular cavity to which the water supply passage is connected, and a direction connected to the cavity and extending along the direction of the gas injection nozzle. An annular nozzle portion having a jet port, and a passage cross-sectional area of the cavity is formed larger than an opening area of a connection port of the nozzle portion with the cavity, and a passage radial dimension of the cavity is It is formed to be larger than the opening size of the connection port of the nozzle portion with the cavity ,
A processing nozzle, wherein a partition member is provided between a connection opening of the water supply passage with the cavity and a connection opening of the nozzle with the cavity .
前記ガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、
を備え、
前記水噴射ノズルは、水が供給される少なくとも1つの水供給通路と、前記水供給通路が接続される環状のキャビティと、前記キャビティに接続されて前記ガス噴射ノズルの向きに沿う方向に向けて噴出口を有する環状のノズル部と、を有し、前記キャビティの通路断面積が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口面積よりも大きく形成され、かつ前記キャビティの通路径方向寸法が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口寸法よりも大きく形成されており、
前記水供給通路における前記キャビティとの接続口と、前記ノズル部における前記キャビティとの接続口との間に流動抵抗部材が設けられることを特徴とする加工用ノズル。 A gas injection nozzle,
A water injection nozzle formed in an annular shape so as to surround the periphery of the gas injection nozzle;
Equipped with
The water injection nozzle has at least one water supply passage to which water is supplied, an annular cavity to which the water supply passage is connected, and a direction connected to the cavity and extending along the direction of the gas injection nozzle. An annular nozzle portion having a jet port, and a passage cross-sectional area of the cavity is formed larger than an opening area of a connection port of the nozzle portion with the cavity, and a passage radial dimension of the cavity is It is formed to be larger than the opening size of the connection port of the nozzle portion with the cavity ,
A processing nozzle, wherein a flow resistance member is provided between a connection opening of the water supply passage with the cavity and a connection opening of the nozzle with the cavity .
前記ガス噴射ノズルの周囲を取り囲むように環状に形成される水噴射ノズルと、
を備え、
前記水噴射ノズルは、水が供給される少なくとも1つの水供給通路と、前記水供給通路が接続される環状のキャビティと、前記キャビティに接続されて前記ガス噴射ノズルの向きに沿う方向に向けて噴出口を有する環状のノズル部と、を有し、前記キャビティの通路断面積が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口面積よりも大きく形成され、かつ前記キャビティの通路径方向寸法が前記ノズル部の前記キャビティとの接続口の開口寸法よりも大きく形成されており、
先端部が開放して筒状に形成されて内外にガスを通過させつつ前記ガスの流動抵抗となる流動抵抗体をさらに備え、前記ガス噴射ノズルが噴射口を前記流動抵抗体の先端部の開口する側に向け、かつ前記流動抵抗体の周囲を取り囲むように配置されていることを特徴とする加工用ノズル。 A gas injection nozzle,
A water injection nozzle formed in an annular shape so as to surround the periphery of the gas injection nozzle;
Equipped with
The water injection nozzle has at least one water supply passage to which water is supplied, an annular cavity to which the water supply passage is connected, and a direction connected to the cavity and extending along the direction of the gas injection nozzle. An annular nozzle portion having a jet port, and a passage cross-sectional area of the cavity is formed larger than an opening area of a connection port of the nozzle portion with the cavity, and a passage radial dimension of the cavity is It is formed to be larger than the opening size of the connection port of the nozzle portion with the cavity ,
The gas injection nozzle may further include a flow resistor, which has a cylindrical open end and serves as a flow resistance of the gas while allowing the gas to pass through the inside and the outside, and wherein the gas injection nozzle has an injection port as an opening at the tip of the flow resistance. And a processing nozzle which is arranged so as to surround the periphery of the flow resistance body .
前記ガス噴射ノズルにガスを供給するガス供給部と、
前記水噴射ノズルの前記水供給通路に水を供給する水供給部と、
前記ガス噴射ノズルのガス噴射領域内を加工領域として設けられた加工ヘッドと、
を備えることを特徴とする加工装置。 A processing nozzle according to any one of claims 1 to 6 ,
A gas supply unit for supplying gas to the gas injection nozzle,
A water supply unit for supplying water to the water supply passage of the water injection nozzle,
A processing head provided as a processing area in the gas injection area of the gas injection nozzle,
A processing device comprising:
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