JPH06328260A - Plasma arc welding method - Google Patents
Plasma arc welding methodInfo
- Publication number
- JPH06328260A JPH06328260A JP6053692A JP5369294A JPH06328260A JP H06328260 A JPH06328260 A JP H06328260A JP 6053692 A JP6053692 A JP 6053692A JP 5369294 A JP5369294 A JP 5369294A JP H06328260 A JPH06328260 A JP H06328260A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- welding
- plasma arc
- welded
- flow rate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマアーク溶接機
を用いて複数部材を重ね合わせ溶接するプラズマアーク
溶接方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma arc welding method for superposing and welding a plurality of members using a plasma arc welding machine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラズマアーク溶接、特に、プラズマア
ーク点溶接は従来の電気抵抗スポット溶接に対して、片
側から溶接できることから、複雑な形状のワークや大き
なワークに対応できるといった利点を有するため、種々
の分野で研究、開発が行なわれてきた。しかし、従来の
プラズマ溶接ではアーク熱の熱伝導によって被加工材が
溶接される、いわゆる熱伝導方式であることから、 （１）溶け込みが浅く、強度的に問題がある。 （２）重ね合わせた被加工材の間のスキマの影響を受け
やすく、溶接品質が安定しない。 （３）厚板に対しては溶接時間がかかりすぎる。 といった特性をもつため、溶接品質の信頼性に問題があ
り、強度が要求されるワークの溶接にはあまり利用され
ていなかった。2. Description of the Related Art Plasma arc welding, in particular, plasma arc spot welding has a merit of being able to handle a work having a complicated shape or a large work since it can be welded from one side as compared with conventional electric resistance spot welding. Research and development have been conducted in the field of. However, the conventional plasma welding is a so-called heat conduction method in which a work piece is welded by heat conduction of arc heat, and therefore (1) the penetration is shallow and there is a problem in strength. (2) Welding quality is not stable because it is easily affected by the gap between the overlapped work materials. (3) Welding time is too long for thick plates. Due to such characteristics, there is a problem in the reliability of the welding quality, and it has not been used so much for the welding of works requiring strength.
【０００３】この問題に対して従来の技術としては、２
枚以上の被加工材を重ね合わせて行なうスポット溶接に
おいて、被加工材をアーク熱によって溶解させるために
プラズマアークを用い、かつプラズマアークのキーホー
ル作用により、プラズマアークを被加工材の裏面まで完
全に貫通させて、裏面まで溶け込みが達するようにした
プラズマアークスポット溶接方法が特開昭５１−１４２
４５６号公報にて知られている。To solve this problem, there are two conventional techniques.
In spot welding, where one or more workpieces are stacked, a plasma arc is used to melt the workpieces by the arc heat, and the keyhole action of the plasma arc allows the plasma arc to reach the entire back surface of the workpiece. JP-A-51-142 discloses a plasma arc spot welding method in which the penetration is made to penetrate to reach the back surface.
It is known from Japanese Patent No. 456.
【０００４】図１は上記公知技術の概略のシーケンスを
示すもので、トーチ１によるアーク２がスタートしてか
ら、 （１）表側の被加工材３ａに溶融プールが形成される。 （２）プラズマアークにより掘り下げ開始。 （３）掘り下げ状態になる。 （４）裏側の被加工材３ｂの裏面までプラズマアークを
貫通させてキーホールを作成する。 （５）溶接電流及びプラズマガス流量などを制御してキ
ーホールを閉塞させる。 （６）アークをストップして溶接を終了する。 以上のシーケンスでキーホール型のスポット溶接を行な
うことにより、複数の被加工材３ａ，３ｂの裏面まで溶
け込みが達し、完全なナゲット（塊り）が形成される。
しかも、深い溶け込みが得られるので、比較的厚板のワ
ークに対しても適用できる。FIG. 1 shows a schematic sequence of the above-mentioned known technique. (1) A molten pool is formed on a work piece 3a on the front side after an arc 2 by a torch 1 is started. (2) Start digging down by plasma arc. (3) It is in a digging state. (4) A plasma arc is penetrated to the back surface of the work material 3b on the back side to form a keyhole. (5) The keyhole is closed by controlling the welding current and the flow rate of plasma gas. (6) Stop the arc and finish the welding. By performing keyhole type spot welding in the above sequence, the penetration reaches the back surfaces of the plurality of workpieces 3a, 3b, and a complete nugget (lump) is formed.
Moreover, since deep penetration can be obtained, it can be applied to a work having a relatively thick plate.
【０００５】しかしながら、上記従来技術であるキーホ
ール方式の溶接方法では（１）図２に示すように、薄板
のワーク３ａ，３ｂにキーホール方式を用いると材料が
飛んでしまって強度の弱い部分が発生したり、ブローホ
ールができたりして、溶接品質が安定しない。（２）厚
板のワークに対しては、プラズマアークでワークを貫通
する必要があるため、かなり大容量のプラズマユニット
が必要になる。（３）キーホールを作成するため、熱伝
導方式と比較して外観品質が劣る、等の問題があった。However, in the above-mentioned conventional keyhole welding method (1), as shown in FIG. 2, when the keyhole method is used for the thin plate works 3a and 3b, the material is blown and the strength is weak. The welding quality is not stable due to the occurrence of blowholes and blowholes. (2) Since it is necessary to penetrate the work with a thick plate by a plasma arc, a plasma unit with a considerably large capacity is required. (3) Since the keyhole is formed, the appearance quality is inferior as compared with the heat conduction method.
【０００６】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、キーホールを作ることなしに溶け込みの深い溶接
を行なうことができ、また重ね合わせた被加工材の間の
スキマの影響を受けにくく、常に安定した溶接を行なう
ことができ、さらに比較的小容量の装置で、しかも厚板
に対しても比較的短時間で溶接できるようにしたプラズ
マアーク溶接方法を提供することを目的とするものであ
る。The present invention has been conceived in view of the above, and enables deep penetration welding without forming a keyhole, and is not easily affected by a gap between superposed work pieces, It is an object of the present invention to provide a plasma arc welding method capable of always performing stable welding and capable of welding a thick plate in a relatively short time with a relatively small capacity device. is there.
【０００７】[0007]
【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
めに、本発明に係るプラズマアーク溶接方法は、プラズ
マアークを用いて複数の被加工材を溶接するプラズマア
ーク溶接方法において、表側の被加工材３ａをプラズマ
アーク２のアーク熱によって溶融させ、これを表面張力
作用にて保持しながら、プラズマアーク２またはシール
ドガスの圧力によって裏側の被加工材３ｂに接触させ、
さらに熱伝導によって裏側の被加工材３ｂを溶融させて
キーホールを作ることなしに両被加工材３ａ，３ｂを溶
着する。そして上記プラズマガスに旋回流を与える。ま
た、表側の被加工材３ａの溶融プール４を、これの表面
張力作用によって保持しながらプラズマアーク２または
シールドガス圧力にて裏側の被加工物３ｂに接触させる
段階において、表側の被加工材３ａの材質及び両被加工
材３ａ，３ｂ間のスキマの大きさに応じて、プラズマガ
スの流量、シールドガスの流量、プラズマ電流値、スタ
ンドオフのうち、少なくとも１つを制御することによ
り、プラズマアーク２またはシールドガスの圧力を調節
するようにする。さらに、表側の被加工材３ａと溶着面
積によって決定される溶接電流値に対してプラズマガス
流量をプラズマアーク溶接が安定して行なえる特定の範
囲で用いる。In order to achieve the above object, a plasma arc welding method according to the present invention is a plasma arc welding method for welding a plurality of workpieces by using a plasma arc. The material 3a is melted by the arc heat of the plasma arc 2, and while being held by the surface tension action, the material 3a is brought into contact with the work material 3b on the back side by the pressure of the plasma arc 2 or the shield gas,
Further, the work material 3b on the back side is melted by heat conduction to weld both work materials 3a and 3b without forming a keyhole. Then, a swirl flow is applied to the plasma gas. Further, in the step of bringing the molten pool 4 of the front side work material 3a into contact with the back side work piece 3b by the plasma arc 2 or the shield gas pressure while holding the molten pool 4 by the surface tension action of the front side work material 3a. The plasma arc by controlling at least one of the flow rate of the plasma gas, the flow rate of the shield gas, the plasma current value, and the standoff according to the material of the workpiece and the size of the gap between the workpieces 3a and 3b. 2 or adjust the pressure of the shielding gas. Further, the plasma gas flow rate is used within a specific range in which plasma arc welding can be stably performed with respect to the welding current value determined by the work piece 3a on the front side and the welding area.
【０００８】[0008]
【作 用】重ね合わせた被加工材３ａ，３ｂは表側の
被加工材３ａにできた溶融プール４が表面張力作用にて
保持されながら表側の被加工材５に接触し、さらに加え
られるプラズマアークにより加熱されることにより裏側
の被加工材３ｂも溶融して両被加工材３ａ，３ｂがブロ
ーホールができることなく溶着される。[Operation] The overlapped workpieces 3a and 3b come into contact with the workpiece 5 on the front side while the molten pool 4 formed on the workpiece 3a on the front side is held by the surface tension action, and further plasma arc is applied. The workpiece 3b on the back side is also melted by being heated by, and both workpieces 3a and 3b are welded without forming a blow hole.
【０００９】[0009]
【実 施 例】本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各図は本発
明方法にて点溶接する場合の概略的なシーケンスを示す
もので、 （１）プラズマトーチ１からのプラズマアーク２を噴出
してこれのアーク熱によって２枚重ねたトーチ１に近い
方である表側の被加工材３ａを加熱し、この表側の被加
工材３ａに溶融プール４を形成する（図３（ａ））。 （２）この溶融プール４を表面張力作用にて保持しなが
らプラズマアーク２の圧力で裏側の被加工材３ｂに接触
させる（図３（ｂ））。 （３）熱伝導によって、裏側の被加工材３ｂを十分に加
熱溶融させて溶け込みをこの裏側の被加工材３ｂの裏側
まで到達させる（図３（ｃ））。 （４）プラズマアーク２をストップして溶接を終了させ
る（図３（ｄ））。EXAMPLES Examples of the present invention will be described with reference to the drawings. 3 (a), (b), (c), and (d) show a schematic sequence for spot welding by the method of the present invention. (1) Plasma arc from the plasma torch 1 2 is spouted and the arc heat of this heats the workpiece 3a on the front side, which is closer to the two torches 1 stacked together, to form the molten pool 4 on the workpiece 3a on the front side (FIG. 3 (a )). (2) While holding the molten pool 4 by the action of surface tension, the molten pool 4 is brought into contact with the workpiece 3b on the back side by the pressure of the plasma arc 2 (FIG. 3 (b)). (3) By heat conduction, the backside material 3b is sufficiently heated and melted so that the penetration reaches the backside of the backside material 3b (FIG. 3 (c)). (4) The plasma arc 2 is stopped to end the welding (FIG. 3 (d)).
【００１０】以上のシーケンスにより、溶け込みの深い
プラズマアーク溶接が可能となる。そして（２）の段階
で、表側の被加工材３ａの材質及び両被加工材３ａ，３
ｂの間のスキマの大きさに応じてプラズマガスの流量、
シールドガスの流量、プラズマ電流値、及びスタンドオ
フのうち、少なくとも１つを制御することにより、プラ
ズマアーク２またはシールドガスの圧力を調節して表側
の被加工材３ａの溶融プール４の部分を安定した状態で
裏側の被加工材３ｂ側に接触させる。The above sequence enables deep-melt plasma arc welding. Then, in step (2), the material of the front side workpiece 3a and both workpieces 3a, 3
The flow rate of plasma gas according to the size of the gap between b,
By controlling at least one of the flow rate of the shield gas, the plasma current value, and the standoff, the pressure of the plasma arc 2 or the shield gas is adjusted to stabilize the portion of the molten pool 4 of the work material 3a on the front side. In this state, the back side is brought into contact with the workpiece 3b side.
【００１１】またこのとき、溶融プール４の表面張力作
用を最大限に利用するため、強旋回スワラを用いてプラ
ズマガスに旋回気流を与え、これにより、従来より少量
のプラズマガス流量でプラズマアークの安定性を維持で
きた。さらに、表側の被加工材３ａと溶着面積（溶接強
度）によって決定されるプラズマ電流値に対して、上記
プラズマ溶接を安定して行なえるプラズマガス流量範囲
があり、このガス流量範囲に見合う溶接条件を得ること
によりあらゆる板厚の被加工材に対してもプラズマ溶接
が可能であることがわかった。At this time, in order to utilize the surface tension effect of the molten pool 4 to the maximum extent, a swirling airflow is applied to the plasma gas by using a strong swirling swirler. I was able to maintain stability. Further, there is a plasma gas flow rate range in which the above plasma welding can be stably performed with respect to the plasma current value determined by the work piece 3a on the front side and the welding area (welding strength), and welding conditions suitable for this gas flow rate range. It was found that plasma welding can be performed on any material having any plate thickness by obtaining the above.
【００１２】上記実施態様は点溶接の場合を示したが、
この点溶接を無数につなぎ合わせたものとして線溶接に
も同様に対応することができる。Although the above embodiment shows the case of spot welding,
The spot welding can be applied to wire welding in the same way as innumerable connections.
【００１３】次に本発明に係るプラズマアーク溶接方法
に関する具体的な実施例を図４以下に基づいて説明す
る。図４は本発明方法を実施するための装置の一例であ
る多関節ロボット５を示すもので、これのロボットアー
ム６の先端にプラスマトーチ１が取付けてある。プラズ
マトーチ１は多関節ロボット５によりあらゆる方向の溶
接に対応することができる。なお図中７はプラズマ電
源、８は高周波ボックス、９は制御装置である。Next, a concrete embodiment of the plasma arc welding method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an articulated robot 5 which is an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention. A plasma torch 1 is attached to the tip of a robot arm 6 of the articulated robot 5. The plasma torch 1 can support welding in all directions by the articulated robot 5. In the figure, 7 is a plasma power source, 8 is a high frequency box, and 9 is a controller.
【００１４】そして上記プラズマトーチ１の構成は図５
に示すようになっていて、ノズル１０内に設けられた電
極１１の基部にスワラ１２が設けてあり、このスワラ１
２によって、プラズマガスが強い旋回流となって電極１
１の先端に向けて流出するようになっている。上記スワ
ラ１２は図６に示すようになっていて、電極１１を囲繞
する空間に対して複数のガス噴出口１３が接線方向に向
けて設けてある。この噴出口１３は電極１１の軸心と直
角状、あるいは少し電極１１の先端側へ傾斜した状態に
してある。１４はシールドキャップであり、これの内側
がシールドガス流路１５となっていて、これからシール
ガスが噴出するようになっている。The structure of the plasma torch 1 is shown in FIG.
The swirler 12 is provided at the base of the electrode 11 provided in the nozzle 10, as shown in FIG.
2, the plasma gas becomes a strong swirl flow and the electrode 1
It is designed to flow out toward the tip of 1. The swirler 12 is configured as shown in FIG. 6, and a plurality of gas ejection ports 13 are provided in a tangential direction in a space surrounding the electrode 11. The ejection port 13 is in a state of being perpendicular to the axis of the electrode 11 or slightly inclined toward the tip side of the electrode 11. Reference numeral 14 is a shield cap, the inside of which is a shield gas flow passage 15 from which the seal gas is ejected.
【００１５】上記電極１１は銅よりなるホルダ１１ａの
先端にタングステンからなる電極棒１１ｂを埋め込んだ
構成となっている。そして上記構成のプラズマトーチ１
を用いたプラズマユニットによる溶接条件は表１に示す
通りである。なおこの表中ナゲット径にはプラズマ点溶
接における溶着面の直径を示す。The electrode 11 has a structure in which an electrode rod 11b made of tungsten is embedded in the tip of a holder 11a made of copper. And the plasma torch 1 having the above configuration
Welding conditions by the plasma unit using is as shown in Table 1. The nugget diameter in this table indicates the diameter of the welding surface in plasma spot welding.
【００１６】[0016]
【表１】 [Table 1]
【００１７】溶接時のプラズマ電流値は表側の被加工材
３ａと溶着面積（溶接強度）によって決定されるが、特
定の溶接条件においてプラズマ点溶接を安定して行なえ
るプラズマガス流量の範囲が存在することを種々の実験
から発見した。つまり、ある板厚に対して所定の電流値
を設定した場合、プラズマガス流量が多すぎるとプラズ
マアークの力が強くなり過ぎて被溶接材に穴をあけてし
まう、いわゆるキーホール状態となる。またプラズマガ
ス流量が少なすぎると被溶接材への入熱量が不足し、溶
け込み不足が生じる。従って上記の不具合を防止出来る
適切なプラズマガス流量範囲を選定することにより、あ
らゆる板厚に対しても良好な溶接を行なうことができるThe plasma current value at the time of welding is determined by the workpiece 3a on the front side and the welding area (welding strength), but there is a range of plasma gas flow rate in which plasma spot welding can be stably performed under specific welding conditions. It was discovered from various experiments. That is, when a predetermined current value is set for a certain plate thickness, if the flow rate of the plasma gas is too large, the force of the plasma arc becomes too strong and a hole is made in the material to be welded, which is a so-called keyhole state. On the other hand, if the plasma gas flow rate is too low, the amount of heat input to the material to be welded will be insufficient, resulting in insufficient penetration. Therefore, by selecting an appropriate plasma gas flow rate range that can prevent the above problems, good welding can be performed for all plate thicknesses.
【００１８】本実施例で、プラズマ溶接電流値に対する
プラズマガス流量の関係を示すと図７に示すようにな
り、この図で示す範囲内で常に安定したプラズマ溶接を
行なうことができた。図７にプロットされた各点は、各
実験例をプラズマ溶接電流Ｉとプラズマガス流量Ｑをパ
ラメータにして示したもので、図中×と○は溶接仕上り
品質の良否判定を官能的に行ない、良いものを○、悪い
ものを×で示した。In this example, the relationship between the plasma welding current value and the plasma gas flow rate is shown in FIG. 7, and stable plasma welding could always be performed within the range shown in this figure. Each point plotted in FIG. 7 shows each experimental example by using the plasma welding current I and the plasma gas flow rate Q as parameters, and in the figure, X and ◯ sensually judge the quality of the welding finish quality, Good ones are indicated by ◯, and bad ones are indicated by x.
【００１９】この各実験例において、×1 ，×2 は電流
Ｉが低いことによりワークに対して入熱が不足して溶け
込み不良となり接合不安定であった。In each of the experimental examples, since the currents I of x 1 and x 2 were low, the heat input to the work was insufficient, resulting in poor penetration and unstable joining.
【００２０】一方×3 ，×4 は逆に入熱がありすぎて溶
け落ちしてしまいワークに穴があいてしまった。×5 ，
×6 は上記×2 ，×4 と異なって入熱量は適正であった
が、ガス流量が不足しているので、板材間のスキマがお
さえきれず、接合不良となっている。On the other hand, in the case of × 3 and × 4, on the contrary, the heat input was too high and the material melted down, causing holes in the work. × 5 ,
× 6 above × 2, was the × 4 and different heat input properly, the gas flow rate is insufficient, uncontrollably gap between plate, has a joint failure.
【００２１】×7 ，×8 ，×9 は逆にガス流量が多過ぎ
た場合で、溶融池がプラズマガスによって外側へ押し出
されて溶接部の表面がクレータ状になってしまってキー
ホールが形成されてしまった。上記×1 〜×9 に対して
○1 〜○7 はそれぞれ良質な点溶接が行なわれた。そし
てこの各実験結果から図７の安定的なプラズマガス溶接
可能範囲を得た。On the contrary, × 7 , × 8 , and × 9 are when the gas flow rate is too large, and the molten pool is extruded to the outside by the plasma gas, and the surface of the weld becomes a crater shape to form a keyhole. It has been done. Good quality spot welding was carried out for each of ○ 1 to ○ 7 in comparison with × 1 to × 9 above. From the results of these experiments, the stable plasma gas weldable range of FIG. 7 was obtained.
【００２２】すなわち、×1 ，×2 と○1 ，○2 から適
正なプラズマ溶接電流Ｉの下限ラインａは２５Ａに設定
される。また×3 ，×4 と○5 ，○6 ，○7 から適正な
プラズマ溶接電流Ｉの上限ラインｂは１０５Ａに設定さ
れる。一方、適正なプラズマガス流量Ｑの下限ラインｃ
は、×5 ，×6 と○2 ，○3，○5 から設定した。この
プラズマガス流量Ｑの下限ラインｃは右上がりの波形に
なる。その理由は、プラズマ溶接電流Ｉが高くなるに従
って、プラズマガス流量Ｑが多くしていかないと、ノズ
ルの内壁表面を流れるガスの絶縁不足によりダブルアー
クが発生しやすくなるためである。That is, the lower limit line a of the appropriate plasma welding current I is set to 25 A from x 1 , x 2 and o 1 , o 2 . Further, the upper limit line b of the proper plasma welding current I is set to 105A from × 3 , × 4 and ○ 5 , ○ 6 , ○ 7 . On the other hand, the lower limit line c of the proper plasma gas flow rate Q
Was set from × 5 , × 6 and ○ 2 , ○ 3 , ○ 5 . The lower limit line c of the plasma gas flow rate Q has an upwardly rising waveform. The reason is that as the plasma welding current I increases, unless the plasma gas flow rate Q increases, a double arc easily occurs due to insufficient insulation of the gas flowing on the inner wall surface of the nozzle.
【００２３】さらに、適正なプラズマガス流量Ｑの上限
ラインｄは、×7 ，×8 ，×9 と○1 ，○4 ，○7 より
設定した。プラズマガス流量Ｑが多くなると、上記した
ように、ガスの運動量が大きくなって溶融部が外側へ押
し出されてクレータ状に凹んでしまう。しかし、プラズ
マ溶接電流Ｉが高い部分では入熱量が大きいので、溶融
部の粘性が低く、入熱終了後、上記クレータ部が平らに
もどる。このため、この適正なプラズマガス流量Ｑの上
限ラインｄは右上がり状のカーブとなる。Further, the upper limit line d of the proper plasma gas flow rate Q was set from × 7 , × 8 , × 9 and ○ 1 , ○ 4 , ○ 7 . As the plasma gas flow rate Q increases, as described above, the momentum of the gas increases, and the molten portion is pushed outward and dents like a crater. However, since the amount of heat input is large in the portion where the plasma welding current I is high, the viscosity of the molten portion is low, and the crater portion returns to a flat state after the end of heat input. Therefore, the upper limit line d of the proper plasma gas flow rate Q has a curve rising to the right.
【００２４】上記した安定的なプラズマ溶接可能範囲内
での実験結果である○1 ，○2 ，○3 ，○5 ，○6 ，○
7 のデータを表２，表３に示す。表２はプラズマ溶接電
流Ｉが４０Ａで、プラズマガス流量Ｑが４Ｌ／ｍｉｎで
ある○1 の場合を示す。The experimental results in the stable plasma welding range described above are ○ 1 , ○ 2 , ○ 3 , ○ 5 , ○ 6 , and ○.
The data of 7 are shown in Tables 2 and 3. Table 2 is a plasma welding current I is 40A, shows the case the plasma gas flow rate Q of a ○ 1 at 4L / min.
【００２５】[0025]
【表２】 [Table 2]
【００２６】表３はプラズマ溶接電流Ｉが４０Ａで、プ
ラズマガス流量Ｑが２Ｌ／ｍｉｎである○2 と、９０Ａ
で２Ｌ／ｍｉｎの○3 の場合と、さらに、プラズマ溶接
電流Ｉが１００Ａで、プラズマガス流量Ｑが２Ｌ／ｍｉ
ｎである○5 と、プラズマ溶接電流Ｉが１００Ａで、プ
ラズマガス流量Ｑが４．５Ｌ／ｍｉｎである○6 と、プ
ラズマ溶接電流Ｉが１００Ａで、プラズマガス流量Ｑが
５．６Ｌ／ｍｉｎである○7 の場合を示す。[0026] Table 3 is a plasma welding current I is 40A, and ○ 2 plasma gas flow rate Q is at 2L / min, 90A
In the case of 2 L / min of ○ 3 , and further, the plasma welding current I is 100 A and the plasma gas flow rate Q is 2 L / mi.
n = 5 , plasma welding current I is 100 A, plasma gas flow rate Q is 4.5 L / min, ○ 6 , plasma welding current I is 100 A, and plasma gas flow rate Q is 5.6 L / min. The case of Yes 7 is shown.
【００２７】[0027]
【表３】 [Table 3]
【００２８】さらに本実施例では、図３（ｂ）に示す段
階で、表側の被加工材３ａの材質、及び両被加工材３
ａ，３ｂ間のスキマの大きさに応じてスタンドオフを制
御することにより、溶融プール４に作用するプラズマア
ークの圧力を調整し、この溶融プール４部を安定した状
態で裏側の被加工材３ｂ側へ接触させることができた。Further, in this embodiment, at the stage shown in FIG. 3 (b), the material of the front side workpiece 3a and both workpieces 3 are processed.
By controlling the standoff according to the size of the gap between a and 3b, the pressure of the plasma arc acting on the melt pool 4 is adjusted, and the work material 3b on the back side is stabilized in the melt pool 4 part. Could be contacted to the side.
【００２９】このことの原理を図８を例にして説明す
る。先ずスタンドオフ制御のシーケンスは、 （１）表側の被加工材３ａの溶融プール４が完成する
（図８（ａ））。 （２）スタンドオフを移動量Ｓだけ上昇させ表側の被加
工剤３ａの溶融プール４を裏側の被加工材３ｂに接触さ
せる（図８（ｂ））。 （３）表側の被加工材３ａの溶融プール４が裏側の被加
工材３ｂに接触完了するとスタンドオフをもとに戻す
（図８（ｃ））。 上記（１），（２）の各段階の進行は全て溶接開始から
の時間経過で管理している。そして６ｍｍのナゲット径
を得る際の各段階のスタンドオフの条件及び（１），
（２）の段階の完了時間を示すと表４のようになる。The principle of this will be described with reference to FIG. 8 as an example. First, the sequence of the standoff control is as follows: (1) The molten pool 4 of the workpiece 3a on the front side is completed (FIG. 8A). (2) The standoff is raised by the amount of movement S to bring the molten pool 4 of the front side workpiece 3a into contact with the back side workpiece 3b (FIG. 8 (b)). (3) When the molten pool 4 of the front side workpiece 3a comes into contact with the back side workpiece 3b, the standoff is restored (FIG. 8C). The progress of each of the above steps (1) and (2) is controlled by the passage of time from the start of welding. And the standoff conditions at each stage when obtaining a nugget diameter of 6 mm and (1),
Table 4 shows the completion time of the step (2).
【００３０】[0030]
【表４】 [Table 4]
【００３１】次にスタンドオフを制御することによって
プラズマアークの圧力を調整できる原理を説明する。プ
ラズマ電流値（溶接電流値）をＩ、プラズマ電圧を
Ｖ1 、プラズマアークの粒子の速度をＶ2 、そしてプラ
ズマアークの温度をＴとすると、プラズマアークの温度
はプラズマユニットの投入電力に比例するから、 Ｔ＝ａ×Ｉ×Ｖ1 （ａは定数） …（１） 次に、プラズマアークの粒子の運動エネルギはプラズマ
アークの温度に比例するから、 Ｖ2 2 ＝ｂ×Ｔ （ｂは定数）…（２） プラズマ電流が一定とすれば、（１），（２）式より Ｖ2 ＝Ｃ×Ｖ1 1/2 （Ｃは定数）…（３） となり、プラズマアークの粒子の速度はプラズマ電圧の
平方根に比例することがわかる。また、プラズマアーク
の圧力がプラズマアークの粒子の速度に比例し、かつプ
ラズマ電圧がスタンドオフにほぼ比例することを考え合
わせると、スタンドオフを制御することでプラズマアー
クの圧力を調整できる。Next, the principle that the pressure of the plasma arc can be adjusted by controlling the standoff will be described. Assuming that the plasma current value (welding current value) is I, the plasma voltage is V 1 , the particle velocity of the plasma arc is V 2 , and the temperature of the plasma arc is T, the temperature of the plasma arc is proportional to the input power of the plasma unit. Therefore, T = a × I × V 1 (a is a constant) (1) Next, since the kinetic energy of particles of the plasma arc is proportional to the temperature of the plasma arc, V 2 2 = b × T (b is a constant) ) (2) If the plasma current is constant, from equations (1) and (2), V 2 = C × V 1 1/2 (C is a constant) (3), and the velocity of the particles in the plasma arc is It can be seen that it is proportional to the square root of the plasma voltage. Considering that the pressure of the plasma arc is proportional to the velocity of the particles of the plasma arc and the plasma voltage is almost proportional to the standoff, the pressure of the plasma arc can be adjusted by controlling the standoff.
【００３２】なおこの実施例ではスタンドオフを制御す
ることによってプラズマアークの圧力を調節したが、ス
タンドオフのかわりにプラズマガスの流量、シールドガ
スの流量、またはプラズマ電流値のうち、少なくとも１
つを制御することによっても同様に良好な結果が得られ
た。In this embodiment, the plasma arc pressure was adjusted by controlling the standoff. However, at least one of the plasma gas flow rate, the shield gas flow rate, and the plasma current value was used instead of the standoff.
The same good results were obtained by controlling one.
【００３３】上記実施例において使用するプラズマトー
チ１は、上記したようにスワラ１２を用いて電極１１の
周囲にプラズマガスを強い旋回流にして噴出するように
したことにより、電極１１の先端が摩耗してもアークの
安定性が維持できるため、銅ホルダに円筒状のタングス
テンを埋め込んだ電極を使うことができると共に、銅ホ
ルダにハフニウムを埋め込んだ電極も使うことができ
る。またこのときタングステンの中央に穴を設けるとア
ークの安定性を増すことができる。またこの場合、プラ
ズマガスの流量を減らしてもアークを維持できるので、
溶融金属への圧力を小さくすることができる。In the plasma torch 1 used in the above-mentioned embodiment, the tip end of the electrode 11 is worn because the plasma gas is ejected in the strong swirl flow around the electrode 11 by using the swirler 12 as described above. Even so, the stability of the arc can be maintained, so that it is possible to use an electrode having cylindrical tungsten embedded in the copper holder and an electrode having hafnium embedded in the copper holder. At this time, if a hole is provided in the center of the tungsten, the stability of the arc can be increased. Also, in this case, since the arc can be maintained even if the flow rate of the plasma gas is reduced,
The pressure on the molten metal can be reduced.
【００３４】また従来のプラズマ溶接では、電極にタン
グステンが用いられていたため、酸素原子を含むガスは
プラズマガスとして使用できなかったが、この実施例で
はプラズマガスに旋回流を与えることにより、また銅ホ
ルダにハフニウムを埋め込んだ電極も利用できるので、
プラズマガスとして安価な炭酸ガスを使うことができ
る。Further, in the conventional plasma welding, since tungsten was used for the electrodes, the gas containing oxygen atoms could not be used as the plasma gas. Since an electrode with hafnium embedded in the holder can also be used,
Inexpensive carbon dioxide gas can be used as the plasma gas.
【００３５】なお上記プラズマトーチ１のノズルオリフ
イスの形状は、ノズル長さをＬ、径をＤとしたときに、 １≦Ｌ／Ｄ≦３ であることが望ましい。これはノズルが細く長くなると
（Ｌ／Ｄ＞３）、旋回気流がノズルを通過する際に、ノ
ズル壁面との抵抗により旋回方向の運動量が減衰してし
まい、その分軸方向の流れによって溶融金属への圧力が
増大してしまう。また逆にノズル径が大きく、長さが短
すぎると（１＞Ｌ／Ｄ）、アークの絞り込みが充分でな
く、被加工材への熱の集中が不足し、熱影響の範囲が広
くなり、溶接にかかる時間が長くなってしまう。The shape of the nozzle orifice of the plasma torch 1 is preferably 1 ≦ L / D ≦ 3, where L is the nozzle length and D is the diameter. This is because when the nozzle becomes thin and long (L / D> 3), when the swirling airflow passes through the nozzle, the momentum in the swirling direction is attenuated due to the resistance with the nozzle wall surface, and the molten metal is melted by the axial flow. The pressure on it increases. On the contrary, when the nozzle diameter is large and the length is too short (1> L / D), the arc is not sufficiently narrowed down, heat is not concentrated enough on the work material, and the range of heat influence is widened. Welding will take longer.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、プラズマアーク溶接特
有の長所を維持しつつ、キーホールを作ることなしに溶
け込みの深い溶接を行なうことができる。また溶融プー
ルの表面張力を利用することにより、重ね合わせた被加
工材の材料間のスキマの影響を受けにくく、常に安定し
た溶接を行なうことができる。またキーホールを作らな
いため材料が飛んでしまうことがなく、薄板の溶接でも
強度的に安定した溶接品質を得ることができ、さらに外
見品質も向上できる。そしてさらに、被加工材をプラズ
マアークで貫通する必要がないので、プラズマアーク溶
接装置に要求されるエネルギは被加工材の溶接部を溶解
させるだけの容量でよく、比較的小容量の装置で溶接が
可能であると共に、厚板に対しても比較的短時間で溶接
することができる。さらに、被加工材によって決定され
るプラズマ電流値に対して、プラズマ溶接を安定して行
なえるプラズマガス流量の範囲を開発することによっ
て、あらゆる板厚の被加工材に対してもプラズマ溶接が
可能になった。According to the present invention, it is possible to perform deep-penetration welding without forming a keyhole while maintaining the advantages peculiar to plasma arc welding. Further, by utilizing the surface tension of the molten pool, it is difficult to be affected by the gap between the materials of the overlapped work materials, and stable welding can be always performed. In addition, since no keyhole is created, the material does not fly off, and it is possible to obtain welding strength that is stable in strength even when welding thin plates, and it is also possible to improve the appearance quality. Furthermore, since it is not necessary to penetrate the work piece with a plasma arc, the energy required for the plasma arc welding equipment is sufficient to melt the welded part of the work piece, and welding with a relatively small capacity equipment is required. It is possible to weld to a thick plate in a relatively short time. Furthermore, by developing a range of plasma gas flow rates that allows stable plasma welding for the plasma current value determined by the workpiece, plasma welding is possible for workpieces of any plate thickness. Became.
【図１】従来技術の概略的なシーケンス図である。FIG. 1 is a schematic sequence diagram of a conventional technique.
【図２】キーホール状態を示す作用説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory view showing a keyhole state.
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明方法
における作用説明図である。3 (a), (b), (c) and (d) are explanatory views of the operation in the method of the present invention.
【図４】本発明方法に用いる装置を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an apparatus used in the method of the present invention.
【図５】プラズマトーチの要部を概略的に示す断面図で
ある。FIG. 5 is a sectional view schematically showing a main part of a plasma torch.
【図６】スワラを示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a swirler.
【図７】プラズマ溶接を安定して行なえるプラズマ溶接
電流値に対するプラズマガス流量の範囲を示す線図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a range of a plasma gas flow rate with respect to a plasma welding current value capable of stably performing plasma welding.
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）はスタンドオフ制御の
シーケンス図である。8A, 8B, and 8C are sequence diagrams of standoff control.
１…プラズマトーチ、２…プラズマアーク、３ａ，３ｂ
…被加工材、４…溶融プール、５…多関節ロボット、６
…ロボットアーム、７…プラズマ電源、８…高周波ボッ
クス、９…制御装置、１０…ノズル、１１…電極、１２
…スワラ、１３…噴出口、１４…シールドキャップ、１
５…シールドガス流路。1 ... Plasma torch, 2 ... Plasma arc, 3a, 3b
... Workpiece material, 4 ... Melting pool, 5 ... Articulated robot, 6
... robot arm, 7 ... plasma power supply, 8 ... high frequency box, 9 ... control device, 10 ... nozzle, 11 ... electrode, 12
… Swala, 13… Spout, 14… Shield cap, 1
5 ... Shield gas flow path.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箕西 幹夫 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mikio Minishi 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Komatsu Ltd. Research Laboratory
Claims (4)
を溶接するプラズマアーク溶接方法において、表側の被
加工材３ａをプラズマアーク２のアーク熱によって溶融
させ、これを表面張力作用にて保持しながら、プラズマ
アーク２またはシールドガスの圧力によって裏側の被加
工材３ｂに接触させ、さらに熱伝導によって裏側の被加
工材３ｂを溶融させてキーホールを作ることなしに両被
加工材３ａ，３ｂを溶着させることを特徴とするプラズ
マアーク溶接方法。1. In a plasma arc welding method for welding a plurality of workpieces using a plasma arc, the workpiece 3a on the front side is melted by the arc heat of a plasma arc 2 and held by surface tension action. However, the workpiece 3b on the back side is brought into contact with the workpiece 3b on the back side by the pressure of the plasma arc 2 or the shield gas, and the workpiece 3b on the back side is melted by heat conduction to form both the workpieces 3a and 3b without forming a keyhole. A plasma arc welding method characterized by welding.
徴とする請求項１記載のプラズマアーク溶接方法。2. The plasma arc welding method according to claim 1, wherein a swirl flow is applied to the plasma gas.
これの表面張力作用によって保持しながらプラズマアー
ク２またはシールドガスの圧力にて裏側の被加工物３ｂ
に接触させる段階において、表側の被加工材３ａの材質
及び両被加工材３ａ，３ｂ間のスキマの大きさに応じ
て、プラズマガスの流量、シールドガスの流量、プラズ
マ電流値、スタンドオフのうち、少なくとも１つを制御
することにより、プラズマアーク２またはシールドガス
の圧力を調節するようにしたことを特徴とする請求項１
記載のプラズマアーク溶接方法。3. The molten pool 4 of the work material 3a on the front side,
The work piece 3b on the back side is held by the pressure of the plasma arc 2 or the shield gas while being held by the surface tension action of this.
Of the plasma gas flow rate, the shield gas flow rate, the plasma current value, and the standoff depending on the material of the workpiece 3a on the front side and the size of the gap between the workpieces 3a and 3b. 2. The pressure of the plasma arc 2 or the shield gas is adjusted by controlling at least one of them.
The plasma arc welding method described.
決定される溶接電流値に対してプラズマガス流量をプラ
ズマアーク溶接が安定して行なえる特定の範囲で用いる
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマアーク溶接方
法。4. The plasma gas flow rate is used within a specific range in which plasma arc welding can be stably performed with respect to a welding current value determined by the work piece 3a on the front side and the welding area. The plasma arc welding method described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6053692A JPH06328260A (en) | 1993-03-26 | 1994-03-24 | Plasma arc welding method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-68075 | 1993-03-26 | ||
| JP6807593 | 1993-03-26 | ||
| JP6053692A JPH06328260A (en) | 1993-03-26 | 1994-03-24 | Plasma arc welding method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06328260A true JPH06328260A (en) | 1994-11-29 |
Family
ID=26394406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6053692A Pending JPH06328260A (en) | 1993-03-26 | 1994-03-24 | Plasma arc welding method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06328260A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005111539A (en) * | 2003-10-09 | 2005-04-28 | Daihen Corp | Plasma arc welding method |
| JP2014176869A (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Honda Motor Co Ltd | Arc spot welding method and welding device |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP6053692A patent/JPH06328260A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005111539A (en) * | 2003-10-09 | 2005-04-28 | Daihen Corp | Plasma arc welding method |
| JP2014176869A (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Honda Motor Co Ltd | Arc spot welding method and welding device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kah et al. | Advanced gas metal arc welding processes | |
| EP2744619B1 (en) | Method to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| CA2942755C (en) | Method and system to use ac welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece | |
| US9782850B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| US7397015B2 (en) | Metal cored electrode for open root pass welding | |
| JP3762676B2 (en) | Work welding method | |
| US20130092667A1 (en) | Method and System to Start and Use Combination Filler Wire Feed and High Intensity Energy Source for Welding | |
| WO2014009800A2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity source for welding | |
| WO2014087227A1 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| Li et al. | A study of droplet transfer behavior in ultra-narrow gap laser arc hybrid welding | |
| WO1994022630A1 (en) | Plasma arc welding method and apparatus for practising the same | |
| EP1136167B1 (en) | Method for guiding arc by laser, and arc guiding welding and device by the method | |
| JPH06328260A (en) | Plasma arc welding method | |
| US4035605A (en) | Narrow groove welding method, and welding apparatus for practicing the method | |
| Choudhary et al. | A Study on effect of various process variables in gas metal arc welding | |
| JP2002331373A (en) | Welding method for aluminum | |
| Cuiuri et al. | New approaches to controlling unstable gas metal arc welding | |
| JP3867164B2 (en) | Welding method | |
| Choudhary et al. | A Study on Metal Transfer Mechanism in Gas Metal Arc Welding | |
| JPS6048271B2 (en) | Arc welding method | |
| JPS6019815Y2 (en) | TIG arc spot welding equipment | |
| Cuiuri et al. | Novel control techniques for CO2 shielded gas metal arc welding | |
| JP2001096365A (en) | Composite welding process by laser and arc | |
| Dean et al. | Evaluation of control techniques for dip transfer gas metal arc welding | |
| JPH048146B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |