JPS5915750B2 - welding equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、被加工母材上に肉盛溶接を施工する場合、
極めてなじみの良好な平滑ビードを得ることを可能とす
る画期的な溶接装置に関する。[Detailed Description of the Invention] This invention provides a method for overlay welding on a base material to be processed.
This invention relates to an epoch-making welding device that makes it possible to obtain a smooth bead with extremely good welding properties.

こ２０の発明を実施するにあたシ、逆極性ソフトプラズ
マアーク熱源を採用することが効果的なので、以下の説
明においては逆極性シフトプラズマトーチによる場合に
限つて述べることとするが、勿論これに限られるもので
はない。２５消耗電極式は言ラに及ばず、従来のＴＩＧ
アーク熱源など非消耗電極式アーク熱源を採用して肉盛
溶接を施工した場合、いかに入熱条件を匍卿したところ
で少なくとも７００〜１０００μ程度の溶込みが得られ
る上、凸形の肉盛形状を呈する。In carrying out this invention, it is effective to employ a reverse polarity soft plasma arc heat source, so the following explanation will be limited to the case using a reverse polarity shift plasma torch, but of course this is not limited to this. It is not limited to. 25 consumable electrode type is as good as conventional TIG
When overlay welding is performed using a non-consumable electrode type arc heat source such as an arc heat source, a penetration of at least 700 to 1000μ can be obtained no matter how the heat input conditions are adjusted, and a convex overlay shape can be obtained. present.

３０第１図は従来の肉盛溶接状況とその結果得られがち
な肉盛ビードの横断面例を模式的に示し、１はタングス
テン電極、２はシールドノズル６３は溶接アーク、４は
溶加材、５は母材、６は母材５の表面酸化皮膜、Ｔはア
ーク３に正極性で電力を３５供給する垂下特性直流溶接
電源、８は肉盛溶接ビード、９はアンダカツト、１０は
割れをそれぞれ示している。30 Figure 1 schematically shows a conventional overlay welding situation and a cross-sectional example of the overlay bead that tends to be obtained as a result. 1 is a tungsten electrode, 2 is a shield nozzle 63 is a welding arc, and 4 is a filler metal. , 5 is the base metal, 6 is the surface oxide film of the base metal 5, T is the drooping characteristic DC welding power source that supplies 35 times of positive polarity power to the arc 3, 8 is the overlay weld bead, 9 is the undercut, 10 is the crack are shown respectively.

通常の肉盛溶接では、このように凸形状を呈する肉盛溶
接ビード８は不都合であることは明らかであるが、溶込
み増大にともなう溶着金属の希釈率が上昇することは、
肉盛金属材料が要求される本来の性質を損なうこととな
ジ、とくに金属間化合物や偏析物を形成するような材料
の組合せの場合では，割れ１０を発生する。また、母材
５の表面に酸化皮膜を残存させたままで溶接を施工した
場合、溶接条件によつてはアンダカツト９を発生するこ
とがあｌ）、ますます不都合となる。これに対し、逆極
性ソフトプラズマアーク熱源の採用によつて，肉盛形状
｝よび溶込み形状はかなＤ改善されうる。In normal overlay welding, it is clear that the overlay weld bead 8 exhibiting such a convex shape is inconvenient, but the increase in the dilution rate of the weld metal as the penetration increases
Cracks 10 occur without impairing the original properties required of the overlay metal material, especially in the case of combinations of materials that form intermetallic compounds or segregations. Furthermore, if welding is carried out with the oxide film remaining on the surface of the base metal 5, undercuts 9 may occur depending on the welding conditions (l), which is even more inconvenient. On the other hand, by employing a reverse polarity soft plasma arc heat source, the build-up shape and the penetration shape can be improved.

第２図はこのことを説明するもので、１１は水冷銅電極
．１２はプラズマノズル．１３はプラズマガス．１４は
シールドガス．．１５はソフトアーク，１６はプラズマ
ジェット流、１７は陰極点、１８はソフトアーク１５に
逆極性の電力を供給する洛接電源をそれぞれ示している
。Figure 2 explains this, and 11 is a water-cooled copper electrode. 12 is a plasma nozzle. 13 is plasma gas. 14 is shielding gas. ．． 15 is a soft arc, 16 is a plasma jet stream, 17 is a cathode point, and 18 is a ground power source that supplies power of opposite polarity to the soft arc 15, respectively.

逆極性アークは、母材５の表面酸化皮膜６など仕事函数
の小さな物質上に陰極点１７を形成するとともに清浄作
用によつてこれらの不純物質を除去し６母材５の裸金属
面を露呈せしめる。また正極性アークと比較すると広い
入熱分布を呈する特性を有して｝Ｄ、これらの熱源特性
によつて比較的なじみ形状の良好な肉盛ビード８を形成
する。しかし、アーク１５中のプラズマジェット流１６
の有する高熱量と吹きつけ力のため、母材６に比較的大
きな溶込みを形成するため、このことにもとずく前述の
不都合を生じがちである。又６幅広の肉盛溶接ビード８
を得るための簡便な手段として従来よジ熱源の左右オシ
レーシヨンが広く採用されているが，逆極性アーク熱源
を採用した場合には、熱源の移動速度が高速となると陰
極点の形成分布が不安定となるために、アーク１５の安
定維持が困難となり、しばしばアーク切れを発生する。The reverse polarity arc forms a cathode spot 17 on a substance with a small work function, such as the surface oxide film 6 of the base material 5, and removes these impurities by a cleaning action, exposing the bare metal surface of the base material 5. urge Moreover, compared to a positive polarity arc, it has a characteristic of exhibiting a wide heat input distribution}D, and these heat source characteristics form a build-up bead 8 with a relatively conformable shape. However, the plasma jet stream 16 in the arc 15
Due to the high amount of heat and blowing force possessed by the blower, a relatively large penetration is formed in the base material 6, which tends to cause the above-mentioned disadvantages. Also 6 wide overlay weld bead 8
Conventionally, left-right oscillation of a reverse-polarity arc heat source has been widely adopted as a simple means to obtain the same polarity.However, when a reverse-polarity arc heat source is used, the formation distribution of cathode spots becomes unstable when the moving speed of the heat source becomes high. Therefore, it becomes difficult to maintain the arc 15 stably, and arc breakage often occurs.

したがつて、周期の低い範囲で左右オシレーシヨンを採
用することを余儀なくされているがこのような場合では
、肉盛溶接ビード８の表面に粗大なリツブルが形成され
６平滑さを欠いているために溶接後においてグラインダ
仕上げや機械加工工程が必要となる場合が少なくない。
この発明は従来の装置に訃ける上記のような欠点を解消
することを目的としたもので、巾広の入熱形態を得るこ
とのできる溶接装置を提供するものである。第３図は本
発明の一実施例を示し．２８はシールトソズルであり，
このシールドノズル２８の先端部には外周方向に突出す
るフランジ２８１が形成され６このフランジ２８１の外
周部には耐熱性材料で構成されて，ソフトアーク１５の
雰囲気を大気から絶縁するカーテン２９の上端部が取付
けられ６上記フランジ２８１とカーテン２９によつて，
シールドガスをアークの外周方向に広がらせる手段が構
成されている。Therefore, it is necessary to adopt left-right oscillation in a low period range, but in such cases, rough ripples are formed on the surface of the overlay weld bead 6 and it lacks smoothness. Grinding and machining processes are often required after welding.
The present invention aims to eliminate the above-mentioned drawbacks of conventional devices, and provides a welding device that can obtain a wide heat input form. Figure 3 shows an embodiment of the present invention. 28 is a seal sozzle,
A flange 281 is formed at the tip of the shield nozzle 28 and protrudes toward the outer circumference. 6 At the outer circumference of the flange 281 is an upper end of a curtain 29 that is made of a heat-resistant material and insulates the atmosphere of the soft arc 15 from the atmosphere. 6 is attached by the flange 281 and the curtain 29,
Means is configured to spread the shielding gas in the direction of the outer circumference of the arc.

而してこのカーテン２９によるシール方式は、従来の溶
接施工において採用されてきたアークおよび溶融池を被
包することによつて溶接ビード中に不純ガスの混入を防
止する目的とは全く異なつた概念のシールド方式であＶ
），その特徴とするところは逆極性のンフトアーク１５
の周囲を比較的広範囲にわたつて比較的高濃度の不活性
雰囲気とすることによＶ，ソフトアーク１５の電位傾度
を低下して安定化を図るとともに、その極点が必然的に
母材５の表面酸化皮膜６を求めて広範囲に分布すること
によｌ）．．ソフトアーク１５に幅広の入熱形態特性を
持たせるようにしたものである。This sealing method using the curtain 29 is a completely different concept from the conventional welding process, which aims to prevent impurity gas from entering the weld bead by covering the arc and molten pool. With the shield method of V
), its feature is the opposite polarity nft arc 15
By creating an inert atmosphere with a relatively high concentration over a relatively wide area around the V, the potential gradient of the soft arc 15 is lowered and stabilized, and its extreme point is inevitably located at the base material 5. By finding the surface oxide film 6 and distributing it over a wide range l). ．． The soft arc 15 is made to have a wide range of heat input form characteristics.

したがつて、当然シールドガスとしては，純Ａｒなど，
不活性でエンタルピ値の低い不活性ガスを用いる。また
，第４図は本発明の別の実施例を示し．３０は先端部が
外方に開いた特殊形状を呈するプラズマノズル、３１は
上記プラズマノズルの外周に沿つて設けられシールドガ
スを外方に開くよう放出させるような特殊形状を呈する
シールトソズルである。Therefore, as a shielding gas, pure Ar etc.
Use an inert gas with a low enthalpy value. Moreover, FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. Reference numeral 30 denotes a plasma nozzle having a special shape with an outwardly opened tip, and 31 a shield sozzle which is provided along the outer periphery of the plasma nozzle and has a special shape to release shielding gas outwardly.

これらの特殊な形状のプラズマノズル３０卦よびシール
トソズル３１の先端部によつてシールドガスをアークの
外周方向に広がらせる手段が構成されていることによジ
、シールドガスは、ンフトアーク１５の中心軸方向に対
して大きな角度を有する方向へ噴出され６Ｃ０２ガスな
どの活性ガスを混入したシールドガス２７を用いること
によつて陰極点１７の形成域を広範囲に分布させること
が可能で、したがつてソフトアーク１５の入熱形態を実
質的に幅広とすることができる。上記第３図の実施例で
は表面に酸化皮膜６を比較的多量に有している母材５、
（軟鋼、低合金鋼、アルミニウムなど）に対し特に顕著
な効果を発揮し、第４図の方法では、表面の酸化皮膜６
などの不純物量の比較的少ない母材５（鋼および表面処
理後の材料など）に対して特に顕著な効果を発揮する。
第５図は、この発明を実施することによつて得られる効
果に対し，母材５への入熱形態について従米法と比較し
ながら考案を行なつたもので、３２〜３４は各種非消耗
電極式アーク熱源による加熱で心線溶加方式による肉盛
溶接を施工することを想定した場合の母材５の表面温度
分布を示してお！）６３２はＴＩＧアーク熱源６３３は
通常の逆極性アーク熱源．３４はこの発明の方法を採用
した逆極性ソフトプラズマアーク熱源による場合をそれ
ぞれ示し．３５は各熱源の中心，．３６は母材５の融点
．３７は陰極点１７の形成による清浄化範囲を示してい
る。The specially shaped plasma nozzle 30 and the tip of the shield sozzle 31 constitute means for spreading the shielding gas in the direction of the outer circumference of the arc, so that the shielding gas is spread in the direction of the center axis of the shaft arc 15. By using the shielding gas 27 that is ejected in a direction having a large angle to the direction of the arc and mixed with an active gas such as 6C02 gas, it is possible to distribute the formation area of the cathode spots 17 over a wide range, thereby preventing a soft arc. 15 heat input configurations can be made substantially wider. In the embodiment shown in FIG. 3, the base material 5 has a relatively large amount of oxide film 6 on its surface;
(soft steel, low-alloy steel, aluminum, etc.).
This is particularly effective for base materials 5 (such as steel and materials after surface treatment) that have a relatively small amount of impurities such as.
Fig. 5 shows the effects obtained by carrying out this invention by comparing the form of heat input to the base material 5 with the conventional method, and 32 to 34 are various types of non-consumables. Shows the surface temperature distribution of the base material 5 assuming that overlay welding is performed using the core wire welding method using heating with an electrode-type arc heat source! ) 632 is a TIG arc heat source 633 which is a normal reverse polarity arc heat source. 34 shows the case using a reverse polarity soft plasma arc heat source using the method of this invention. 35 is the center of each heat source, . 36 is the melting point of base material 5. 37 indicates the cleaning range due to the formation of the cathode spot 17.

以上説明したように，この発明による溶接装置は．シー
ルドノズルの先端部またはシールトソズルとプラズマノ
ズルの先端部に、シールドガスをアークの外周方向に広
がらせる手段を設け．この手段でプラズマアークのまわ
９のソフトアークを被溶接部材の表面に広範囲に分布さ
せるようにしたので、肉厚溶接を行つた場合に、ビード
表面の平滑性およびなじみ形状を従来の溶接結果よりも
飛躍的に改善することが可能となつた。As explained above, the welding device according to the present invention is... A means is provided at the tip of the shield nozzle or at the tips of the shield sozzle and plasma nozzle to spread the shield gas toward the outer circumference of the arc. By this means, the soft arc around the plasma arc is distributed over a wide area on the surface of the workpiece, so when welding thick walls, the smoothness and conformation shape of the bead surface can be improved compared to conventional welding results. It has also become possible to improve this dramatically.

な於ここに挙げた実施例の他，各種材料および継手に対
応してこの発明の二つの方法（またはいずれか一つの方
法）の原理を利用することにより、各種の肉盛溶接結果
を改善することが可能であ１このような実施も当然この
発明の請求範囲内である。In addition to the embodiments mentioned here, various overlay welding results can be improved by utilizing the principles of the two methods (or any one method) of this invention in accordance with various materials and joints. 1. Such an implementation is naturally within the scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図及び第２図は従来の装置の説明図、第３図はこの
発明の一実施例の概略図、第４図はこの発明の別の実施
例の概略図、第５図は説明用の特性図である。 図に於て．１はタングステン電極、２はシールドノズル
％３は溶接アーク．４ぱ溶加材、５は母材．．６は表面
酸化皮膜．．７は溶接電極、８は肉盛溶接ビード．９は
アンダカツト、１０は割れ、１１は水冷銅電極．１２は
プラズマノズル．１３はプラズマガス、１４はシールド
ガス、１５はソフトアーク、１６はプラズマジェット流
．１７は陰極点．１８は溶接電源．２７はシールドガス
、２８はシールドノズル、２９はカーテン、３０はプラ
ズマノズル．３１はシールドノズル．３２〜３４は温度
分布曲線，３５は熱源の中心、３６は母材融点，３７は
清浄化範囲である。Figures 1 and 2 are explanatory diagrams of a conventional device, Figure 3 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention, Figure 4 is a schematic diagram of another embodiment of the present invention, and Figure 5 is for explanatory purposes. FIG. In the figure. 1 is a tungsten electrode, 2 is a shield nozzle, and 3 is a welding arc. 4 is filler material, 5 is base material. ．． 6 is a surface oxide film. ．． 7 is a welding electrode, and 8 is an overlay welding bead. 9 is an undercut, 10 is a crack, and 11 is a water-cooled copper electrode. 12 is a plasma nozzle. 13 is a plasma gas, 14 is a shielding gas, 15 is a soft arc, and 16 is a plasma jet flow. 17 is the cathode point. 18 is a welding power source. 27 is a shield gas, 28 is a shield nozzle, 29 is a curtain, and 30 is a plasma nozzle. 31 is a shield nozzle. 32 to 34 are temperature distribution curves, 35 is the center of the heat source, 36 is the melting point of the base material, and 37 is the cleaning range.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 電極と、この電極を包囲しプラズマガスを放出する
プラズマノズルと、このプラズマノズルを包囲し不活性
シールドガスを放出するシールドノズルとを有し、上記
電極と被溶接部材との間に逆極性ソフトプラズマアーク
を形成して被溶接部材を溶接する溶接装置において、上
記シールドノズルの先端部またはシールドノズルとプラ
ズマノズルの先端部に、上記シールドガスを上記アーク
の外周方向に広がらせる手段を設け、この手段でプラズ
マアークのまわりのソフトアークを被溶接部材の表面に
広範囲に分布させるようにしたことを特徴とする溶接装
置。 ２ シールドガスをアークの外周方向に広がらせる手段
は、シールドノズルの先端部に外周方向に突出するフラ
ンジを設け、このフランジの外周部にシールドガスを包
囲するカーテンを設けた特許請求の範囲第１項に記載の
溶接装置。 ３ シールドガスをアークの外周方向に広がらせる手段
は、プラズマノズルの先端部外周を外方に開く形状に形
成し、シールドノズルの先端部を上記プラズマノズルの
先端部外周形状に沿つてシールドガスを外方へ広がらせ
る形状に形成した特許請求の範囲第１項に記載の溶接装
置。[Scope of Claims] 1 An electrode, a plasma nozzle that surrounds the electrode and emits plasma gas, and a shield nozzle that surrounds the plasma nozzle and emits an inert shielding gas, the electrode and a member to be welded. In a welding device that welds parts to be welded by forming a soft plasma arc of opposite polarity between the shielding gas and the plasma nozzle, the shielding gas is applied to the tip of the shield nozzle or the tip of the shield nozzle and the plasma nozzle in the direction of the outer circumference of the arc. A welding device characterized in that a spreading means is provided, and the soft arc around the plasma arc is distributed over a wide range on the surface of a workpiece to be welded. 2. The means for spreading the shielding gas in the outer circumferential direction of the arc is provided by providing a flange projecting in the outer circumferential direction at the tip of the shielding nozzle, and providing a curtain surrounding the shielding gas on the outer circumference of the flange. Welding equipment as described in Section. 3. The means for spreading the shielding gas in the direction of the outer circumference of the arc is to form the outer periphery of the tip of the plasma nozzle into a shape that opens outward, and spread the shielding gas along the outer periphery of the tip of the plasma nozzle. The welding device according to claim 1, which is formed in a shape that expands outward.