JPH01197075A - 補修用熔接トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属構造物の表面或は表面近傍に存在する欠
陥を補修する際に使用する熔接トーチに関するものであ
る。

（従来の技術） 従来より、Ｐ　Ｔ　Ａ　（Ｐｌａｓｍａ　Ｔｒａｎｓｆ
ｅｒｒｅｄ＾ｒｅ）と呼ばれるプラズマ粉体肉盛り熔接
が知られている。

ＰＴＡ用の熔接トーチは、第１図に示す様に、タングス
テンの電極（１）の周囲に、ガスノズル（２）及び外筒
（３）を配備したものである。ガスノズル（２）には作
動ガス（４）、例えばＡｒガス、或はＡｒガスとＨｅガ
スとの混合ガスの供給源が接続され、外筒（３）には、
粉末状の溶加材、例えばステライト粉末を含むシールド
ガス（５）の供給源が接続される。

電極（１）にマイナス極、母材（６）にプラス極を接続
して、電極（１）と母材（６）との間にアークを飛ばす
と共に、ガスノズル（２）及び外筒（３）へ夫々所定の
ガス及び必要な合金粉末を供給することによって、ガス
ノズル（２）へ供給された作動ガス（４）が前記アーク
によってプラズマ化され、プラズマアーク（７）となっ
て母材表面へ噴出される。

又、外筒（３）に供給された合金粉末は前記プラズマ領
域にて溶融し、プラズマアーク（７）と共に母材（６）
へ向かって噴出され、母材（６）に肉盛り熔接が施され
るのである。

尚、従来のＰＴＡ熔接熔接チに於いては、ノズル孔（２
０）の単位面積当たりのアーク電流密度は、１０Ａ／ｍ
ｍ”以下に設定されていた。

（解決しようとする課題） 熔接トーチを用いて、母材の溶接箇所、特に表面から深
さ略１５ｍｍまでの表層部に存在するクラック、ブロー
等の欠陥を除去することが行なわれるが、この様な補修
を目的として上記ＰＴＡ熔接熔接−チを用いた場合、次
の様な問題があった。

即ち、従来の様に１０　Ａ　／　ｍｍ２以下のアーク電
流密度では、第７図に示す様に溶融プール（８）の溶込
み深さが不足して、欠陥（９）（９１）が残留する。

又、アーク電流密度を３０Ａ／ｍｍ２以上に設定すると
、第８図に示す様に溶は落ちが生じる。

しかし、電流密度を適性値に設定した場合でも、トーチ
のガスノズル（２）等の形状によって、第９図の様にプ
ラズマアーク（７）の抱束が過度に強くなって、母材（
６）の深さ方向への熱移動量が横方向の熱移動量に比べ
て過大となり、第１０図に示す様に溶接後の母材（６）
に凹み（６１）が生じたり、局部過熱に因る二次割れ（
９２）等が発生する問題が生じる。

逆にプラズマアーク（７）の抱束か弱くなって、母材（
６）の横方向への熱移動量が過大となった場合は、第１
１図の様に溶き込みが不足して、母材（６）の表面に凹
凸（６２）を生じる。

出願人は、上記問題を解決すべく種々の実験を繰り返し
、この結果、アーク電流密度のみならず電極及びガスノ
ズルの形状が、溶融プールの深さ及び広さに大きく影響
を及ぼすことを究明し、本発明の完成に至った。

（課題を解決する為の手段） 本発明に係る補修用熔接トーチは、電極（１）の先端（
１１）がガスノズル（２）の円筒状ノズル孔（２０）の
先端（２１〉から僅かに後退位置に形成されており、ノ
ズル孔り２０）の軸方向に沿う長さしと、ノズル先端（
２１）から電極先端（１１）までの軸方向の距離Ｈとが ０．５Ｌ≦Ｈ≦１．５Ｌ　　　　　　　・・・■の関係
を満たし、且つノズル孔（２０）の単位断面積当たりの
アーク電流密度Ｉ　（Ａ　／　＋＋ｖ＋”）が１０≦Ｉ
≦２０　　　　　　　・・・■の関係を満たす様に、電
極り１）及びガスノズル（２）の形状が規定されている
ことを特徴とする。

尚、電極先端（１１）と母材（６）との間に形成される
プラズマ領域には必要に応じて粉末状の溶加材が供給さ
れる。

（作　用） 第４図に示す様に欠陥（９）（９１）が存在する母材（
６）の表層部へ向かって本発明に係る熔接トーチを配備
し、母材く６）との間にプラズマアーク（７）を発生さ
せることにより、第５図に示す如く溶融プールく８）が
形成される。該溶融プール（８）は、電極及びガスノズ
ル形状が上記■、■式を満たす様に規定されていること
に基づいて、適正な深さ疎び広さに広がり、欠陥部はそ
の周辺部と共に溶融プール（８）に溶は込むことになる
。

その後、熔接トーチの動作を停止すると、プラズマアー
ムの圧力によって溶融プール（８）の中央部に形成され
ていた空洞は溶融金属で溝たされ、この結果、第６図の
様に欠陥の無い溶接部（８１）が形成されることになる
。

（発明の効果） 本発明に係る補修用熔接トーチによれば、上記の如く母
材（６）に適正な深さ及び広さの溶融プール（８）が形
成されるから、溶接部に残留欠陥や二次割れ等を生じる
ことなく、母材表層部の欠陥を。

完全に除去することが可能である。

（実施例） 第１図は本発明を実施したＰＴＡ熔接熔接チの構造を示
している。

又、第２図及び第３図は、第１図のトーチ構造に於いて
、電極く１）に流すべき電流Ｉ０、ノズル孔（２０）の
内径Ｄ、ノズル孔（２０）の軸方向の長さし、及び電極
先端（１１）とノズル先端（２１）との軸方向の距離Ｈ
を夫々変化させて、適正な広さ及び深さの溶融プールが
得られたか否かを調べ、その結果を図示したものであっ
て、適当な直線及び曲線を用いて適正領域を囲んでいる
。

第２図は、Ｌ＝５＋＋ｕ＋＋、Ｈ＝５ｍｍの条件の下で
、ノズル径Ｄ　（ｍｓ）及び電流Ｉ。（Ａ）を変化させ
た場合の適正領域を示している。

曲線Ｆ１及びＦ２で挟さまれた領域は、ノズル孔（２０
）での単位面積当たりの電流密度Ｉが、１０≦１≦２０
　　　　　　　・・・■の条件を満たす領域であって、
この領域で特に良好な結果が得られた。即ち、曲線Ｆ、
よりも上の領域では溶は込みが過大となり、曲線Ｆ２よ
りも下の領域では溶は込み不足となるのである。

尚、電流工。が５０ＯＡを越えると、電源容量の増大に
伴うコストアップの問題が生じ、１．が１００Ａ以下に
なると、溶接作業能率が悪化する問題が生じた。又、ノ
ズル径りが８１以上或は２．３ＩＩ１ｍ以下となると、
溶融プールが過大酸は過小となる傾向が現れた。

一方、第３図はノズル径りを６■、電流工。を４５ＯＡ
に設定して、電極先端とノズル先端との距離Ｈと、ノズ
ル孔の軸方向の長さしを変えた場合の適正領域を示して
いる。

直線Ｆ、及びＦ、で挟さまれな領域は、ノズル孔及び電
極先端の形状が、 ０．５Ｌ≦Ｈ≦１．５Ｌ　　　　　・・・■の関係を満
たす領域を示しており、この領域で特に良好な結果が得
られた。即ち、直線Ｆ、よりも上の領域では局部過熱に
伴う二次割れが生じ、直線Ｆ、よりも下の領域では溶は
込む不足が生じるのである。

尚、電極先端とノズル先端との距離Ｈが８１以上になる
と、パイロットアークの印加が困難となり、ノズルチッ
プの損耗が激しくなる傾向が現れた。又、Ｈが［Ｉ以下
になると、電流密度Ｉが低下して、溶は込み不足が生じ
る傾向が現れた。

従って、電極（１）及びガスノズル（２）の形状、電流
値等を第２図及び第３図に示された適正領域内に設定す
ることによって、優れた性能を発揮する補修用溶接トー
チが得られることなる。

本発明に係る本発明の各部構成は上記実施例に限らず、
特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可
能であ企ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る補修用溶接トーチの構造を示す断
面図、第２図及び第３図は良好な補修結果が得られるト
ーチ形状の領域を示すグラフ、第４図乃至第６図は本発
明の熔接トーチを用いた欠陥補修の様子を示す母材の断
面図、第７図乃至第１１図は従来の熔接トーチを用いた
欠陥補修の不具合を示す母材断面図である。 （１）・・・電極　　　　　　（２）・・・ガスノズル
（２０）・・・ノズル孔　　　（６）・・・母材くフ）
・・・プラズマアーク　（８）・・・溶融プール壊２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］母材へ向かってアークを発生すべき電極（１）の
   周囲に、電極先端部へ作動ガス（４）を供給すべきガス
   ノズル（２）を配備し、ガスノズル（２）から母材へ向
   かってプラズマアークを噴出する熔接トーチに於いて、
   電極先端（１１）はガスノズル（２）の円筒状ノズル孔
   （２０）の先端（２１）から僅かに後退位置に形成され
   、ノズル孔（２０）の軸方向に沿う長さＬと、ノズル先
   端（２１）から電極先端（１１）までの軸方向の距離Ｈ
   とが ０．５Ｌ≦Ｈ≦１．５Ｌ の関係を満たし、且つノズル孔（２０）の単位断面積当
   たりのアーク電流密度Ｉ（Ａ／ｍｍ＾２）が１０≦Ｉ≦
   ２０ の関係を満たす様に、電極（１）及びガスノズル（２）
   の形状が規定されていることを特徴とする補修用熔接ト
   ーチ。