JPH09314339A - Nozzle for plasma-arc welding and plasma-arc welding method - Google Patents
Nozzle for plasma-arc welding and plasma-arc welding methodInfo
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- JPH09314339A JPH09314339A JP8129406A JP12940696A JPH09314339A JP H09314339 A JPH09314339 A JP H09314339A JP 8129406 A JP8129406 A JP 8129406A JP 12940696 A JP12940696 A JP 12940696A JP H09314339 A JPH09314339 A JP H09314339A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、肉厚が１０ｍｍ以
下というような比較的薄肉の金属材料のプラズマアーク
溶接に適用して好適なノズルと、このノズルを用いるプ
ラズマアーク溶接方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nozzle suitable for plasma arc welding of a metal material having a relatively thin wall thickness of 10 mm or less, and a plasma arc welding method using the nozzle.
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラズマアーク溶接法は、通常、肉厚が
２〜１０ｍｍ程度のステンレス鋼や高合金鋼などの溶接
に適用されている。このプラズマアーク溶接法は、片面
からの裏波溶接が可能であり、かつ良好な清浄度の溶接
金属が得られるという特徴を有している。このことか
ら、従来より高級ステンレス溶接鋼管の製管溶接に用い
られている。2. Description of the Related Art The plasma arc welding method is generally applied to welding stainless steel or high alloy steel having a wall thickness of about 2 to 10 mm. This plasma arc welding method is characterized in that the backside welding can be performed from one side and a weld metal with good cleanliness can be obtained. For this reason, it has been conventionally used for pipe welding of high-grade stainless welded steel pipe.
【０００３】周知のように、上記のプラズマアーク溶接
法は、ＴＩＧ溶接（Tungsten InertGas Weld ）におけ
る本アークを緊縮させることによって本アークの貫通能
力を高めた溶接方法である。As is well known, the plasma arc welding method described above is a welding method in which the penetration ability of the main arc is increased by tightening the main arc in TIG welding (Tungsten InertGas Weld).
【０００４】すなわち、ＴＩＧ溶接法では、タングステ
ン電極（陰極）と被溶接材料（陽極）との間で１００〜
３００Ａ程度のアークを点弧させ、このアークの近傍を
Ａｒなどの不活性ガスでシールドしながら溶接を行う方
法である。しかし、この場合、そのアークの貫通能力
は、比較的小さい。That is, in the TIG welding method, 100 to 100 is provided between the tungsten electrode (cathode) and the material to be welded (anode).
This is a method in which an arc of about 300 A is ignited and welding is performed while shielding the vicinity of the arc with an inert gas such as Ar. However, in this case, the penetration capability of the arc is relatively small.
【０００５】これに対し、プラズマアーク溶接法は、次
のようにして溶接を行う。On the other hand, in the plasma arc welding method, welding is performed as follows.
【０００６】図１は、プラズマアーク溶接法を説明する
ための縦断面図であり、図に示すよに、シールドガスＳ
Ｇと動作ガスＤＧを供給するノズル１内にタングステン
電極２を配置し、このタングステン電極２に沿ってＡｒ
などの不活性ガスである動作ガスＤＧを高速で供給する
方法である。FIG. 1 is a vertical sectional view for explaining the plasma arc welding method. As shown in FIG.
A tungsten electrode 2 is arranged in a nozzle 1 for supplying G and a working gas DG, and Ar is arranged along the tungsten electrode 2.
In this method, the working gas DG which is an inert gas such as is supplied at a high speed.
【０００７】従って、プラズマアーク溶接法では、タン
グステン電極２と被溶接材料Ｍとの間に、供給される動
作ガスＤＧの高速ガス気流で覆われてその高速気流の冷
却効果により、径の絞られたアークＡが点弧する。その
結果、アークＡのエネルギー密度が増加するので、プラ
ズマアーク溶接法の方がＴＩＧ溶接法に比べて本アーク
Ａの貫通能力が大きくなるのである。Therefore, in the plasma arc welding method, the tungsten electrode 2 and the material M to be welded are covered with the high-speed gas stream of the supplied working gas DG, and the diameter is reduced by the cooling effect of the high-speed stream. The arc A is fired. As a result, the energy density of the arc A increases, so that the plasma arc welding method has a greater penetration capability of the main arc A than the TIG welding method.
【０００８】なお、上記の動作ガスＤＧは、溶融金属や
アークＡを大気から遮断するためのシールドガスＳＧと
は当然に区別される。また、この動作ガスＤＧは、その
ほとんどがプラズマ状態とになり、通常その直径ｄが約
１〜４ｍｍ程度のノズル孔１０ｂから噴出する。The above working gas DG is of course distinguished from the shield gas SG for cutting off the molten metal and the arc A from the atmosphere. Further, most of the working gas DG is in a plasma state, and is usually ejected from the nozzle hole 10b having a diameter d of about 1 to 4 mm.
【０００９】また、ノズル本体１０は、内部に冷却水通
路１０ｃを有し、冷却水Ｗを供給することにより、プラ
ズマ化した動作ガスＤＧの熱によって溶損しないように
なっている。なお、ノズル本体１０は、その内部に上記
の冷却水通路１０ｃを有しないものもある。Further, the nozzle body 10 has a cooling water passage 10c therein, and by supplying the cooling water W, the nozzle body 10 is prevented from being melted by the heat of the working gas DG turned into plasma. The nozzle body 10 may not have the cooling water passage 10c therein.
【００１０】以上の説明から明らかなように、プラズマ
アーク溶接法は、アークＡの貫通能力が大きい。このた
め、プラズマアーク溶接法は、ＴＩＧ溶接法が最大肉厚
４ｍｍ程度の溶接にしか適用できないのに対し、最大肉
厚１０ｍｍ程度までの溶接に適用可能であり、溶接速度
も飛躍的に向上させ得るという利点がある。As is clear from the above description, the plasma arc welding method has a large penetration capability of the arc A. Therefore, the plasma arc welding method can be applied to welding with a maximum wall thickness of about 10 mm, whereas the TIG welding method can be applied only to welding with a maximum wall thickness of about 4 mm, and the welding speed can be dramatically improved. There is an advantage of getting.
【００１１】しかし、プラズマアーク溶接法は、電流を
増加させてアークＡの貫通能力をさらに高めて高速溶接
しようとすると、ノズル本体１０の電圧が上昇し、シリ
ーズアークと称される異常放電現象が発生するという欠
点を有している。However, in the plasma arc welding method, when an attempt is made to perform high-speed welding by increasing the current to further increase the penetrating ability of the arc A, the voltage of the nozzle body 10 rises and an abnormal discharge phenomenon called series arc occurs. It has the drawback of occurring.
【００１２】すなわち、前述の図１に示すように、ノズ
ル本体１０の中央から噴出する正常なアークＡとは異な
り、タングステン電極２とノズル本体１０との間、およ
びノズル本体１０と被溶接材料Ｍとの間に、上記のシリ
ーズアークと称される異常なアークＳＡが発生する。That is, as shown in FIG. 1 described above, unlike the normal arc A ejected from the center of the nozzle body 10, between the tungsten electrode 2 and the nozzle body 10 and between the nozzle body 10 and the material M to be welded. An abnormal arc SA referred to as the series arc described above occurs between and.
【００１３】このシリーズアークＳＡが発生し始める限
界電流値は、ノズル本体１０の材質、動作ガスＤＧの流
量、ノズル孔１０ｂの直径などによって多少変化し、必
ずしも一定でないが、電流の増加に伴って必ず発生す
る。The limiting current value at which the series arc SA starts to be generated varies slightly depending on the material of the nozzle body 10, the flow rate of the working gas DG, the diameter of the nozzle hole 10b, etc. Must occur.
【００１４】そして、シリーズアークＳＡが発生する
と、正常なアークＡの電流値が減少し、不貫通ビードな
どの溶接欠陥が発生する。When the series arc SA is generated, the current value of the normal arc A is reduced, and welding defects such as non-penetrating beads are generated.
【００１５】このシリーズアークを防止する方法として
は、従来から種々の方法が提案されている（例えば、特
開昭６３−５８８２号公報、特開平５−８０４７号公
報）。As a method for preventing this series arc, various methods have been conventionally proposed (for example, JP-A-63-5882 and JP-A-5-8047).
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
方法は、その効果が不十分で、より効果的にシリーズア
ークの発生を防止し得る方法の提供が望まれているのが
実情である。However, these conventional methods are not sufficiently effective, and it is an actual situation that it is desired to provide a method capable of more effectively preventing the occurrence of a series arc.
【００１７】本発明は、上記の実情に鑑みてなされたも
ので、その課題は、シリーズアークが発生し始める限界
電流値を可及的に高めることが可能なプラズマアーク溶
接用ノズルと、このノズルを用いたプラズマアーク溶接
方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a plasma arc welding nozzle capable of increasing the limit current value at which series arc starts to occur as much as possible, and this nozzle. Another object of the present invention is to provide a plasma arc welding method using.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の課題
を解決すべく種々の実験を行った結果、次のことを知見
し、本発明をなすに到った。As a result of various experiments to solve the above-mentioned problems, the inventors have found the following and have completed the present invention.
【００１９】前述したように、シリーズアークは、タン
グステン電極〜ノズル本体間アークと、ノズル本体〜被
溶接材料間アークの直列アークである。従って、２ヶ所
に発生するアークのうち、いずれか一方のアークを防止
すれば、電気的に閉回路が形成されなくなるので、他方
のアークも発生しなくなり、シリーズアークの発生自体
を防ぐことが可能になるはずである。As described above, the series arc is a series arc of the tungsten electrode-nozzle body arc and the nozzle body-weld material arc. Therefore, if one of the two arcs is prevented, a closed circuit will not be formed electrically, so the other arc will not be generated and the series arc itself can be prevented. Should be.
【００２０】そこで、本発明者らは、タングステン電極
〜ノズル本体間アークに注目した。Therefore, the present inventors have paid attention to the arc between the tungsten electrode and the nozzle body.
【００２１】すなわち、タングステン電極〜ノズル本体
間でアークが発生するためには、陰極点、アーク柱およ
び陽極点のいずれもが安定に維持されている必要があ
る。That is, in order to generate an arc between the tungsten electrode and the nozzle body, it is necessary that all of the cathode spot, the arc column and the anode spot are stably maintained.
【００２２】ここで、陰極点は、赤熱したタングステン
電極であり、そのプラズマアーク溶接中、常に電子放出
能を有した状態で安定に維持されている。Here, the cathode spot is a red-hot tungsten electrode, which is constantly maintained in a state having an electron emission capability during the plasma arc welding.
【００２３】また、アーク柱は、供給される動作ガス流
によってノズル本体のノズル孔出口端方向（下方）に吹
き流される傾向はあるものの、アークを安定に維持でき
る環境にあることは間違いない。Although the arc column tends to be blown toward the nozzle hole outlet end direction (downward) of the nozzle body by the supplied working gas flow, there is no doubt that it is in an environment where the arc can be maintained stably.
【００２４】従って、ここで問題となるのは、陽極点
（ノズル本体）である。陽極点が安定に維持されるため
には、電子の流入衝撃によって形成される陽イオン層が
陽極表面に安定に滞留することが必要である。換言すれ
ば、アークは全体として中性であり、電子流の流れに対
して逆向きに陽イオン流が生じており、この陽イオンの
発生源が陽極点である。Therefore, the problem here is the anode point (nozzle body). In order to keep the anode point stable, it is necessary that the cation layer formed by the impact of the inflow of electrons stably stays on the anode surface. In other words, the arc is neutral as a whole, a cation flow is generated in the opposite direction to the electron flow, and the cation generation source is the anode point.
【００２５】かかる観点から、ノズル本体のノズル孔内
壁面が陽極点になり得るかどうかを考察すると、ノズル
孔内壁表面の温度は、ノズル本体が通常内部より水冷さ
れているので、かなり低いと推定される。また、ノズル
孔内壁表面の陽イオン層は、ノズル孔内をＡｒガスなど
の動作ガスが流れているので、安定に維持されている可
能性は比較的低い。From this point of view, considering whether the inner wall surface of the nozzle hole of the nozzle body can be an anode point, it is estimated that the temperature of the inner wall surface of the nozzle hole is considerably low because the nozzle body is usually water-cooled from the inside. To be done. Further, the cation layer on the inner wall surface of the nozzle hole is relatively unlikely to be stably maintained because the working gas such as Ar gas flows in the nozzle hole.
【００２６】しかし、電流を増加させていくとシリーズ
アークが発生するということは、電流値がある限界を超
えると、ノズル孔内壁面の陽イオン層が安定化して陽極
点が安定に維持されるようになるためと考えられる。However, as the current is increased, a series arc is generated. When the current value exceeds a certain limit, the cation layer on the inner wall surface of the nozzle hole is stabilized and the anode point is maintained stable. It is thought that it will be like this.
【００２７】以上のことから、ノズル孔内壁面が陽極点
にならないようにするための手段を種々検討した結果、
ノズル孔内壁面の表面粗さを、ＪＩＳ−Ｂ６０１（１９
９４）に規定された方法により測定される中心線平均粗
さ（Ｒａ75）で２μｍ以下にすると、シリーズアークの
発生限界電流を高め得ることを見いだした。From the above, as a result of various studies on various means for preventing the inner wall surface of the nozzle hole from becoming the anode point,
The surface roughness of the inner wall surface of the nozzle hole is measured according to JIS-B601 (19
It was found that when the center line average roughness (Ra 75 ) measured by the method specified in 94) is 2 μm or less, the series arc generation limit current can be increased.
【００２８】また、このノズルを用いて突合わせ溶接ま
たは製管溶接すると、その溶接速度を速くすることがで
き、生産性を高め得ることを見いだした。It has also been found that butt welding or pipe welding using this nozzle can increase the welding speed and enhance productivity.
【００２９】上記の知見に基づく、本発明の要旨は、次
の（１）および（２）のプラズマアーク溶接用ノズルと
プラズマアーク溶接方法にある。The gist of the present invention based on the above knowledge lies in the following plasma arc welding nozzles and plasma arc welding methods (1) and (2).
【００３０】（１）プラズマアーク溶接用ノズルであっ
て、ノズル本体に穿設されたノズル孔内壁面の表面粗さ
を、中心線平均粗さ（Ｒａ75）で２μｍ以下にしたこと
を特徴とするプラズマアーク溶接用ノズル。(1) A plasma arc welding nozzle, characterized in that the surface roughness of the inner wall surface of the nozzle hole formed in the nozzle body is 2 μm or less in terms of center line average roughness (Ra 75 ). A nozzle for plasma arc welding.
【００３１】（２）上記（１）のノズルを用いて突合わ
せ溶接または製管溶接することを特徴とするプラズマア
ーク溶接方法。(2) A plasma arc welding method characterized by performing butt welding or pipe-making welding using the nozzle of (1) above.
【００３２】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかわるノズル
を、前述した図１を参照して詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A nozzle according to the present invention will be described in detail below with reference to FIG.
【００３３】図１に示すように、本発明のノズル１は、
例えば、銅、銀、金、白金、パラジウムなどの金属製の
ノズル本体１０の軸心部に穿設されたノズル孔１０ｂの
内壁面１０ａが、ＪＩＳ−Ｂ６０１（１９９４）に規定
された方法により測定される中心線平均粗さ（Ｒａ75）
で２μｍ以下の表面粗さに鏡面仕上げされている。As shown in FIG. 1, the nozzle 1 of the present invention is
For example, the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b formed in the axial center of the nozzle body 10 made of metal such as copper, silver, gold, platinum, or palladium is measured by the method specified in JIS-B601 (1994). Centerline average roughness (Ra 75 )
Is mirror-finished to a surface roughness of 2 μm or less.
【００３４】このように、ノズル孔１０ｂの内壁面１０
ａの表面を鏡面仕上げした場合、シリーズアークＳＡが
発生しなくなるのは、詳細には不明であるが、次に述べ
る理由によると推定される。Thus, the inner wall surface 10 of the nozzle hole 10b is
It is not clear in detail that the series arc SA does not occur when the surface of a is mirror-finished, but it is presumed that it is due to the following reason.
【００３５】すなわち、ノズル孔１０ｂの内壁面１０ａ
の表面粗さを滑らかにすると、ノズル孔１０ｂに供給さ
れた動作ガスＤＧの表面近傍の流速が増大し、陽イオン
層の安定滞留が抑制されて陽極が安定維持されなくなる
結果、溶接電流を高くしてもシリーズアークＳＡが発生
しなくなるためと推定される。That is, the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b
If the surface roughness of No. 1 is smoothed, the flow velocity of the working gas DG supplied to the nozzle hole 10b near the surface is increased, the stable retention of the cation layer is suppressed, and the anode is not stably maintained. As a result, the welding current is increased. It is presumed that the series arc SA does not occur even if it occurs.
【００３６】ここで、ノズル孔１０ｂの内壁面１０ａの
表面粗さが、上記中心線平均粗さ（Ｒａ75）で２μｍ超
であると、シリーズアークＳＡの発生限界電流を高くす
ることはできない。換言すれば、溶接電流を高めると、
シリーズアークＳＡが発生する。このことは、図２に示
す実験結果から明らかである。Here, if the surface roughness of the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b is more than 2 μm in terms of the above-mentioned center line average roughness (Ra 75 ), it is not possible to raise the critical current for generating the series arc SA. In other words, increasing the welding current
Series arc SA occurs. This is clear from the experimental results shown in FIG.
【００３７】図２は、ノズル孔１０ｂの内壁面１０ａの
表面粗さ、すなわち中心線平均粗さ（Ｒａ75）を種々変
えた場合におけるシリーズアークＳＡの発生限界電流を
調べた結果を示している。FIG. 2 shows the results of examining the limiting current for the series arc SA when the surface roughness of the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b, that is, the center line average roughness (Ra 75 ) is variously changed. .
【００３８】図２から明らかなように、内壁面１０ａの
表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ75）で２μｍを超え
る３．５μｍ以上のノズル本体１０を用いた場合、シリ
ーズアークＳＡの発生限界電流は１６０Ａである。これ
に対し、その表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ75）で
２μｍ以下のノズル本体１０を用いた場合、そのシリー
ズアークＳＡの発生限界電流は２００Ａであり、大電流
での溶接が可能であることがわかる。As is apparent from FIG. 2, when the nozzle main body 10 having a surface roughness of the inner wall surface 10a of 3.5 μm or more in which the center line average roughness (Ra 75 ) exceeds 2 μm, a series arc SA is obtained. The generation limit current is 160A. On the other hand, when the surface roughness of the nozzle body 10 having a center line average roughness (Ra 75 ) of 2 μm or less is used, the series arc SA generation limit current is 200 A, and welding with a large current is not possible. It turns out that it is possible.
【００３９】なお、実験は、肉厚３ｍｍのＳＵＳ３０４
製の板材を対象に、ノズル孔１０ｂの直径ｄが２．４ｍ
ｍの銅製のノズル本体１０を用い、動作ガスＤＧとして
常温のＡｒガスを１リットル／ｍｉｎで供給する条件の
もとに行った。In the experiment, SUS304 having a wall thickness of 3 mm was used.
The diameter d of the nozzle hole 10b is 2.4 m
m nozzle made of copper 10 was used, and the operation gas DG was carried out under the condition that Ar gas at room temperature was supplied at 1 liter / min.
【００４０】ところで、シリーズアークＳＡの発生限界
電流を高める方法としては、従来から行われているよう
に、動作ガスＤＧの流量を多くする方法やノズル孔１０
ｂの直径ｄを大きくする方法がある。By the way, as a method for increasing the limit current of generation of the series arc SA, a method of increasing the flow rate of the working gas DG or the nozzle hole 10 is used as is conventionally done.
There is a method of increasing the diameter d of b.
【００４１】しかし、前者の方法は、溶接ビード形成の
面で問題があり、流量を多くしすぎるとアンダカットな
どの溶接欠陥が多発する。このため、その流量増加には
限界があり、シリーズアークＳＡ発生限界電流をあまり
高めることができない。However, the former method has a problem in forming weld beads, and if the flow rate is too high, welding defects such as undercuts frequently occur. Therefore, there is a limit to the increase in the flow rate, and the series arc SA generation limit current cannot be increased so much.
【００４２】また、後者の方法は、ノズル孔１０ｂの直
径ｄを大きくしすぎると、動作ガスの流速が遅くなるた
めにアークＡの縮径程度が小さくなり、その貫通能が低
下する。このため、その直径ｄの大径化には限界があ
る。On the other hand, in the latter method, if the diameter d of the nozzle hole 10b is too large, the flow velocity of the working gas becomes slow and the diameter of the arc A is reduced, so that the penetrating ability thereof is lowered. Therefore, there is a limit in increasing the diameter d.
【００４３】本発明のノズルは、図１に示すように、ノ
ズル本体１０に穿設されたノズル孔１ｂの全ての内壁面
１ａの表面粗さを、中心線平均粗さ（Ｒａ75）で２μｍ
以下の鏡面に仕上げるのが最も好ましい。しかし、必ず
しも全表面を２μｍ以下の鏡面に仕上げる必要はなく、
例えば予め実験を行ってシリーズアークＳＡの発生部位
を確認し、その部分の表面のみを２μｍ以下の鏡面に仕
上げたものであってもよい。これは、ノズル孔１ｂの形
状や寸法などによってシリーズアークＳＡの発生部位が
微妙に異なるからである。この場合には、全表面を２μ
ｍ以下の鏡面に仕上げる場合に比べてその加工費が少な
くてすむので、ノズル自体の製造コスト上昇を抑制する
ことができる。In the nozzle of the present invention, as shown in FIG. 1, the surface roughness of all the inner wall surfaces 1a of the nozzle holes 1b formed in the nozzle body 10 is 2 μm in terms of the center line average roughness (Ra 75 ).
Most preferably, the mirror finish is as follows. However, it is not always necessary to finish the entire surface to a mirror surface of 2 μm or less,
For example, an experiment may be conducted in advance to confirm the site where the series arc SA is generated, and only the surface of that part may be finished to a mirror surface of 2 μm or less. This is because the site where the series arc SA is generated is slightly different depending on the shape and size of the nozzle hole 1b. In this case, the entire surface is 2μ
Since the processing cost is less than that in the case of finishing to a mirror surface of m or less, an increase in manufacturing cost of the nozzle itself can be suppressed.
【００４４】本発明のノズルを用い、相互に突合わせ当
接された板材の当接線に沿ってプラズマアーク溶接する
場合、あるいは成形ロール群によって連続的にオープン
パイプ状に曲成される金属帯両エッジの当接部をプラズ
マアーク溶接して製管溶接する場合には、シリーズアー
クの発生を懸念することなく大電流での溶接が可能とな
る。この結果、溶接速度を速くすることができ、生産性
が大幅に向上するのみならず、健全な溶接継手を得るこ
とが可能になる。When plasma arc welding is carried out along the contact line of the plate materials abutting and abutting each other using the nozzle of the present invention, or the metal strips continuously bent in an open pipe shape by a group of forming rolls. When plasma arc welding and pipe manufacturing welding are performed on the abutting portion of the edge, it is possible to perform welding with a large current without concern about occurrence of a series arc. As a result, the welding speed can be increased, not only the productivity is greatly improved, but also a sound welded joint can be obtained.
【００４５】[0045]
【実施例】肉厚が２ｍｍのＳＵＳ３０４製の鋼板の突合
わせ溶接と、外径が５０．８ｍｍで、肉厚が２ｍｍと３
ｍｍのＳＵＳ３０４製の製管溶接を行った。Example: Butt welding of SUS304 steel plates having a wall thickness of 2 mm and an outer diameter of 50.8 mm and wall thicknesses of 2 mm and 3
mm SUS304 pipe welding was performed.
【００４６】この際、ノズルとしては、図１に示す直径
ｄが２．４ｍｍと３．２ｍｍで、銅製のノズル本体１０
に穿設されたノズル孔１ｂの全内壁面１ａの表面粗さを
Ｒａ75で０．７〜２．０μｍの範囲で種々変えた本発明
のノズルと、その表面粗さがＲａ75で３．６〜１２．５
μｍの範囲である市販の従来ノズルを用いた。At this time, the nozzle has a diameter d of 2.4 mm and 3.2 mm shown in FIG.
2. The nozzle of the present invention in which the surface roughness of the entire inner wall surface 1a of the nozzle hole 1b drilled in the above is variously changed within the range of 0.7 to 2.0 μm with Ra 75 , and the surface roughness thereof is Ra 75 with 3. 6 ~ 12.5
A commercially available conventional nozzle with a range of μm was used.
【００４７】また、動作ガスとして常温のＡｒガスを用
い、その流量を１．０リットル／ｍｉｎと１．２リット
ル／ｍｉｎの２通りに変化させた。さらに、溶接電流
は、１２０〜２７０Ａの範囲で種々変化させた。また更
に、溶接速度は、肉厚２ｍｍの材料については１ｍ／ｍ
ｉｎ、肉厚３ｍｍの材料については０．８ｍ／ｍｉｎと
した。Further, Ar gas at room temperature was used as an operating gas, and the flow rate was changed to two kinds of 1.0 liter / min and 1.2 liter / min. Further, the welding current was variously changed in the range of 120 to 270A. Furthermore, the welding speed is 1 m / m for a material with a wall thickness of 2 mm.
The material having a thickness of 3 mm and a thickness of 3 mm was 0.8 m / min.
【００４８】なお、比較のため、前述の特開平５−８０
４７号公報に提案されたノズルであり、その被膜が５μ
ｍのＣＢＮ被膜であるノズルを用い、上記と同様の溶接
を行った。For comparison, the above-mentioned JP-A-5-80.
The nozzle proposed in Japanese Patent No. 47, whose coating is 5 μm
Welding similar to the above was performed using a nozzle that was a CBN film of m.
【００４９】そして、シリーズアークの発生有無を目視
観察し、シリーズアーク発生時の限界電流値を確認し
た。また、得られた溶接継手のアンダーカットの発生有
無を調べ、シリーズアークもアンダーカットも発生しな
かった場合を「良好」として評価した。Then, the presence or absence of the series arc was visually observed to confirm the limiting current value when the series arc was generated. In addition, the presence or absence of undercut of the obtained welded joint was examined, and the case where neither series arc nor undercut occurred was evaluated as “good”.
【００５０】その結果を、用いたノズル本体の諸元およ
びその他の溶接条件とともに、表１に示した。The results are shown in Table 1 together with the specifications of the nozzle body used and other welding conditions.
【００５１】[0051]
【表１】 [Table 1]
【００５２】表１に示す結果から明らかなように、板突
合わせ溶接では、動作ガスの流量が１．０リットル／ｍ
ｉｎの場合、市販の従来ノズルを用いたときのシリーズ
アークの発生限界電流値は１４０〜１６０Ａであった
（No. １〜８参照）。As is clear from the results shown in Table 1, in plate butt welding, the working gas flow rate was 1.0 liter / m 2.
In the case of in, the generation limit current value of the series arc when using a commercially available conventional nozzle was 140 to 160 A (see Nos. 1 to 8).
【００５３】これに対し、本発明のノズルを用いたとき
のシリーズアークの発生限界電流の最大値は２２０Ａで
あった（No. ９〜１６参照）。On the other hand, when the nozzle of the present invention was used, the maximum value of the series arc generation limit current was 220 A (see Nos. 9 to 16).
【００５４】さらに、ノズル孔内壁面の表面粗さがＲａ
75で５．８μｍの市販従来ノズルを用い、動作ガスの流
量を１．２リットル／ｍｉｎに増量した場合、シリーズ
アークの発生限界電流の最大値は１６０Ａから１８０Ａ
に上昇したが、アンダーカットが発生し、健全な溶接継
手が得られなかった（No. ５、６およびNo. １８、１９
参照）。なお、ＣＢＮ被膜ノズルでは、シリーズアーク
の発生限界電流値が１６０Ａから１８０Ａに上昇したの
みであった（No. １７参照）。Furthermore, the surface roughness of the inner wall surface of the nozzle hole is Ra.
When the flow rate of the working gas is increased to 1.2 liters / min using a commercially available conventional nozzle of 75 and 5.8 μm, the maximum value of the series arc generation limit current is 160 A to 180 A.
However, undercut occurred and no sound welded joint was obtained (No. 5, 6 and No. 18, 19).
reference). In the CBN coating nozzle, the series arc generation limit current value was only increased from 160 A to 180 A (see No. 17).
【００５５】また、製管溶接では、肉厚２ｍｍの場合に
おけるシリーズアークの発生限界電流値は、ノズル孔内
壁面の表面粗さがＲａ75で５．８μｍの市販従来ノズル
では１６０Ａであった（No. ２１、２２参照）。これに
対し、本発明のノズル使用時のシリーズアークの発生限
界電流値は、２２０Ａであった（No. ２３、２４参
照）。In pipe welding, the limit current value for series arc generation when the wall thickness was 2 mm was 160 A for the commercially available conventional nozzle whose surface roughness on the inner wall surface of the nozzle hole was Ra 75 and 5.8 μm ( See Nos. 21 and 22). On the other hand, the generation limit current value of the series arc when using the nozzle of the present invention was 220 A (see Nos. 23 and 24).
【００５６】さらに、肉厚３ｍｍの場合におけるシリー
ズアークの発生限界電流値は、ノズル孔内壁面の表面粗
さがＲａ75で６．１μｍの市販従来ノズルでは２２０Ａ
であった（No. ２５、２６参照）。これに対し、本発明
のノズル使用時のシリーズアークの発生限界電流値は、
２７０Ａであった（No. ２７、２８参照）。Further, when the wall thickness is 3 mm, the series arc generation limit current value is 220 A for the commercially available conventional nozzle having a surface roughness of the inner wall of the nozzle hole of Ra 75 of 6.1 μm.
(See Nos. 25 and 26). On the other hand, the generation limit current value of the series arc when using the nozzle of the present invention,
It was 270 A (see Nos. 27 and 28).
【００５７】[0057]
【発明の効果】本発明によれば、大電流での溶接が可能
になる。この結果、溶接速度を速くすることができるの
で、生産性が向上する。また、高速溶接のもとに健全な
溶接継手が得られる。According to the present invention, welding with a large current becomes possible. As a result, the welding speed can be increased, and the productivity is improved. Also, a sound welded joint can be obtained under the high-speed welding.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】プラズマアーク溶接用ノズルの一例を示す模式
的縦断面図である。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing an example of a plasma arc welding nozzle.
【図２】シリーズアークの発生限界電流とノズル本体に
穿設されたノズル孔内壁面の表面粗さとの関係を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a generation limit current of a series arc and a surface roughness of an inner wall surface of a nozzle hole formed in a nozzle body.
１：ノズル、 ２：タングステン電極、 １０：ノズル本体、 １０ａ：ノズル孔の内壁面、 １０ｂ：ノズル孔、 １０ｃ：冷却水通路、 １０ｄ：パッキン、 Ａ：アーク、 ＳＡ：シリーズアーク、 Ｍ：被溶接材料、 Ｗ：冷却水、 ＳＤ：シールドガス、 ＤＧ：動作ガス。 1: Nozzle, 2: Tungsten electrode, 10: Nozzle body, 10a: Inner wall surface of nozzle hole, 10b: Nozzle hole, 10c: Cooling water passage, 10d: Packing, A: Arc, SA: Series arc, M: Welded Material, W: Cooling water, SD: Shield gas, DG: Working gas.
Claims (2)
ズル本体に穿設されたノズル孔内壁面の表面粗さが、中
心線平均粗さ（Ｒａ75）で２μｍ以下であることを特徴
とするプラズマアーク溶接用ノズル。1. A plasma arc welding nozzle, wherein the surface roughness of the inner wall surface of the nozzle hole formed in the nozzle body is 2 μm or less in terms of center line average roughness (Ra 75 ). Nozzle for plasma arc welding.
溶接または製管溶接することを特徴とする金属材料のプ
ラズマアーク溶接方法。2. A plasma arc welding method for a metal material, which comprises butt welding or pipe-making welding using the nozzle according to claim 1.
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|---|---|---|---|
| JP12940696A JP3189678B2 (en) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | Nozzle for plasma arc welding and plasma arc welding method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP12940696A JP3189678B2 (en) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | Nozzle for plasma arc welding and plasma arc welding method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09314339A true JPH09314339A (en) | 1997-12-09 |
| JP3189678B2 JP3189678B2 (en) | 2001-07-16 |
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| JP (1) | JP3189678B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006519103A (en) * | 2002-11-12 | 2006-08-24 | プラズマ レーザー テクノロジーズ リミテッド | System for welding and method of use thereof |
| CN107734825A (en) * | 2017-10-30 | 2018-02-23 | 台州伟博环保设备科技有限公司 | The anode generator of plasma generator |
| US11484962B2 (en) * | 2016-03-04 | 2022-11-01 | Kobe Steel, Ltd. | Welding torch |
-
1996
- 1996-05-24 JP JP12940696A patent/JP3189678B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US11484962B2 (en) * | 2016-03-04 | 2022-11-01 | Kobe Steel, Ltd. | Welding torch |
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| JP3189678B2 (en) | 2001-07-16 |
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