JPH039897Y2 - - Google Patents

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JPH039897Y2
JPH039897Y2 JP1982154546U JP15454682U JPH039897Y2 JP H039897 Y2 JPH039897 Y2 JP H039897Y2 JP 1982154546 U JP1982154546 U JP 1982154546U JP 15454682 U JP15454682 U JP 15454682U JP H039897 Y2 JPH039897 Y2 JP H039897Y2
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welding torch
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sleeve
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/24—Features related to electrodes
    • B23K9/28—Supporting devices for electrodes
    • B23K9/29—Supporting devices adapted for making use of shielding means
    • B23K9/291—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas
    • B23K9/296—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas using non-consumable electrodes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この考案は、軸方向に配置された耐熱性電極、
及び前記電極と同心のスリーブとの間にあり、半
径に沿つて測定された巾が0.5mmないし1.5mmであ
る第１環状通路と、第１環状通路と同心で、スリ
ーブとトーチ・ノズルとの間にある第２環状通路
とを有する種類の二重シールドガス流路をもつた
アーク溶接トーチに関する。 〔従来技術〕 この種のアーク溶接トーチ（フランス国特許第
2243770号明細書参照）の場合には、ガス用の環
状中心通路は狭く、ガス流速自体は比較的大き
く、その結果必然的にアークの閉じ込めをもたら
す。ある範囲内の流量では、非常に規則的な流れ
とスリーブの強力な冷却によつて、中心のガス
は、アークの周りにほぼ層状に流出して、アーク
を効果的に閉じ込め、その結果アークの安定と、
したがつて溶込み力とを増すように十分に流され
る。 このアークの安定それ自体は、ビードの良好な
再現可能性へと導く。 そのために、この中心のガス流は、このガスが
溶融池全体を酸化から保護するには十分でないよ
うに比較的中程度の流量のままでなければならな
い。この保護シールドは、第２環状通路を通つて
流れる外側ガス流によつて保証される。前記の条
件では、この外側ガス流の乱流は、中心ガス流の
層流にはほとんど影響を及ぼさない。 このような種類の公知のトーチでは、優秀な結
果は、溶接電流が支配的要因である大出力自動溶
接装置の場合に得られた。 逆に、低出力手動溶接（150アンペアより小さ
い）では、出願人は、他のパラメータが溶接結果
とくにアークの溶込み力へ影響を及ぼす仮説を表
明した。 〔考案が達成しようとする課題〕 この考案の目的は、自動溶接のため十分な適合
可能性を保持したままで、手動溶接作業にも完全
に適したアーク溶接トーチを得ることである。 〔課題を解決するための手段〕 このためにこの考案は、前記した種類のアーク
溶接トーチにおいて、第２環状通路が、先細収束
角度αを有するスリーブ外壁と先細収束角度βを
有するノズル内壁との間に先細の全体形状を有
し、先細収束角度α及びβが、先細収束角度αを
示す横座標及び先細収束角度βを示す縦座標の直
角座標系において、次の四つの頂点 S′1：α′1＝17.5゜ β′1＝27.5゜ S′2：α′2＝7.5゜ β′2＝20゜ S′3：α′3＝7.5゜ β′3＝15゜ S′4：α′4＝17.5゜ β′4＝7.5゜ によつて限定された四辺形の内側で選ばれ、ま
たスリーブ出口の内径D1に対するスリーブの出
口の外径D2の比D2／D1が、1.6と2.1との間に含ま
れることを特徴としている。 さらに、スリーブ出口の外径D2に対するノズ
ル出口の内径D3の比D3／D2がが、同様に、1.6と
2.1との間に含まれるのが好ましい。このことは、
外側環状通路のガス流及び中心ガスとこのガスの
混合流の最適条件を決定する。 出願人は、外側環状ガスがノズルとスリーブと
の間を通路の断面が次第に小さくなる以外は流路
の障害に遭遇することなしに流出する距離Ｘは、
同様に溶接結果に影響を及ぼすことを確認した。 したがつて電極は、３mmと15mmとの間、好まし
くは３mmと６mmとの間に含まれる長さだけスリー
ブの先に突出させるのが有利である。 この考案のもう一つの目的は、10％を超えない
範囲で水素を含有してもよい不活性ガスを前記の
ように第１通路に供給し、治金学的に活性なガス
を含有してもよい不活性ガスを第２通路に供給す
ることによつて、加工材とトーチの電極との間に
電位差が生じるようなアーク溶接トーチを提供す
ることである。 この研究の結果の正しい解釈のために、試験条
件がどんなであり、ビードの質の評価基準がどん
なであつたかの明確化が必要なことは明らかであ
る。。 試験片は1.5mm，３mm及び４mmの厚さｅを有し、
1.5mm厚についてはXES級、３mm厚についてはTC
級、４mm厚については10C級（フランス国規格
A36301及びA36401による）の炭素鋼でつくられ
る。 これら全ての試験片は、タングステン電極への
炭素粒子付着を避けるためにあらかじめ汚れ落し
されていた。試験片は250mm×80mmの大きさであ
り、接合すべき縁部は、何の面取りもされていな
かつた。仮り付けが溶加材なしにTIG溶接法によ
つて行われた。溶加材は３mm及び４mm厚の試験片
を溶接するためにのみ用いられ、溶加材は、Ｃ≦
0.08％，Cr＝0.5％，Mo＝0.5％，Ｓ≦0.03％，Ｐ
≦0.03％の組成を有する直径２mmの金属棒で構成
されている。使用された溶接用シールドガスは、
中心流れには水素５％を含むアルゴン混合ガス、
外側環状流れには純アルゴンガスである。 試験は、水平位置で行われる手動溶接によつて
行われ、各試験について、溶接の全体速度ｖを決
めることができるように、溶接時間が記録され
た。 溶接の品質の評価基準は、次の五つである。 ―アークの溶込み力 ―アークの安定性 ―ビードの表面凸形（表面凸ビード） ―表面ビードの規則正しさ ―裏面ビードの規則正しさ これらの基準は、概略次のように明らかにでき
る。 ―溶接速度ｖが速くなるほど、 ―裏面ビード巾ｖが広くなるほど、 ―表面ビード巾ｄが狭くなるほど、 アークは、溶込み力が大きくなる。 その結果、式ｖ×ｖ／ｄによる全体的結果が考 慮に入れられ、表面より裏面の方が巾が広いとい
う例外的なビードを有利にしないために、比
ｖ／ｄ＞１は１へ下げられるように決められた。 試験結果の評価を容易にするために、アークの
溶込み力についてつぎの三つの評価レベルが採用
された。 良 好（＋＋） 許容できる（＋） 貧 弱（０） アークの安定性については、全溶接試験中に空
気中のアークの位置が変化しないままでいると
き、アークが安定していると認めるように決めら
れ、そこでつぎのように品質の三つの評価基準が
適用された。 良 好（＋＋）：不安定性なし 許容できる（＋）：少しの巾の不安定性 貧 弱（０）：場合によつては完全に制御で
きないように試験片の縁部の溶融を生ずる不安定
性の目立つた徴候 試験片の面上のビードの最高の高さによつて決
められる表面凸ビードについては、、凸ビードの
存在が、溶接された断面の減少によるであろう機
械的弱化に対する保証となり、したがつて凸ビー
ドの代りに落ちくぼみの存在が、当然不利になる
ように決められる。 ここでも、次の三つの評価基準が適用された。 良 好（＋＋）：均一なビード及び顕著な凸
ビード 許容できる（＋）：平らなビード又は局部的凸
ビード 貧 弱（０）：落ちくぼみを示すビード 注：溶加材なしに行われた1.5mm厚の試験片の
溶接は、表面凸ビードについては記録されなか
つた。 溶接パスが直線であればあるほど溶接が一層規
則的であるという事実（手動溶接方式による偶然
の障害を除いて）によつて定義される表面の規則
正しさと裏面の規則正しさについては、非常に主
観的な評価であり、ここで三つの基準が適用され
た。 良 好（＋＋） 許容できる（＋） 貧 弱（０） 添付の図面を参照して以下になされる記載によ
り、この考案について説明する。 第１図によれば、この考案のアーク溶接トーチ
は、円筒形状の内壁３と電極１の端部５の方へ収
束する円錘形状（角度α）の外壁４とをもつたス
リーブ２によつて１〜３mmの間隔（直径方向）で
取囲まれたタングステン電極１、及び同様に電極
１の端部の方向に向けられた収束角度βの円錐形
状の内壁８をもつた円錐形状中実体で構成された
ノズル７を有する。スリーブ２とノズル７との端
部面は、、トーチの軸と直角な同一平面に含まれ、
電極はその平面から３〜６mmだけ突出するように
されている。 一般的には、シールドガスは、電極１とスリー
ブ２との間に設けられた中心環状通路１０に導入
され、一方、第２のシールドガスは、スリーブ２
とノズル７との間に設けられた外側環状通路１１
に導入される。このために通路１０，１１は、そ
れぞれガス源１２，１３に接続される。 壁３，４及び８のそれぞれの出口径をD1，D2
及びD3によつて示すと、次の関係が成立する。 1.6≦D3／D2≦2.1 1.6≦D2／D1≦2.1 この実施態様では、スリーブ２の外壁４とノズ
ル７の内壁８とは13mmより小さくない軸方向距離
Ｘにわたつて正確に円錐形である。 後で記す試験結果では、角度α，βは10〜25゜
（5゜ずつの増加で）で変化させられ、実際には、
10゜，15゜，20゜，25゜の各角度αに対して、10゜の角
度βについては実施できなかつた25゜の角度αの
場合を除いて、10゜，15°，20゜，25゜の角度βで試
験が行われた。 これらの試験の結果は、次の表Ｉに記載してあ
り、またそれぞれ50アンペア、80アンペア、86ア
ンペアの溶接電流でアーク溶接した1.5mm，３mm，
４mmの試験片に対応する。結果は、最適値の正確
な範囲を十分確認できるα＝5゜（その結果は、表
に記載されている）及びβ＝0゜を含むさらに広
い角度範囲での他の試験によつて補足されてい
る。これらの試験が、86Aのアークで溶接された
４mm厚の試験片に関するものであることは注目す
べきである。 外側環状通路１１では、リツトル／分で表わさ
れるガス流量は、mmで表わされるノズル７の内径
D3と同じオーダーである。中心環状通路１０で
は、ガス流量は、1.5リツトル／分（アークを閉
じ込めるための最小値）と４リツトル／分（溶融
池を波立てないための最大値）との間に含まれ
る。これらの値は、ガスがアルゴンであるか、又
はアルゴンに近い比重をもつ場合に対応し、アル
ゴンに対して１とは明らかに異なる比重dArを有
するガスについては、それらの値を１／√Ar倍
しなければならない。 なお表、表において、ｅは試験片の板厚、
ｖは溶接速度、ｖは裏面ビード巾、ｄは表面
ビード巾を表わす。
【表】
【表】
〔考案の効果〕
以上述べたように、この考案によるアーク溶接
トーチは、スリーブの外壁及びノズルの内壁の各
先細収束角度が所望の範囲内で選ばれ、またスリ
ーブ出口の内径と外径との比がある範囲内に含ま
れるのでアークが効果的に閉じ込められることか
ら、表，に例示したように、溶込みが良好で
凸ビードも顕著なきわめて良好な溶接結果（溶接
品質）を得ることができた。 このトーチを用いることによりさらに厚い板の
溶接が可能となり、同一板厚であれば、従来のト
ーチよりも電力消費を減少し、、溶接速度を上げ
ることができるという利点がある。 さらにこのアーク溶接トーチは、自動溶接専用
というのではなく、手動溶接用にも非常に適した
ものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この考案によるアーク溶接トーチの
軸方向断面図、第２図は、非常に良好な結果を得
る好ましい区域及び角度α，βの最適選択区域を
規定する図である。 図中、１は電極、２はスリーブ、３は内壁、４
は外壁、５は先端部、７はノズル、１０は中心環
状通路、１１は外側環状通路、１２，１３はガス
源である。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 軸方向に配置された耐熱性非消耗電極１、及
    び前記電極１と同心のスリーブ２との間にあ
    り、半径方向に沿つて測定された巾が0.5mmな
    いし1.5mmである第１環状通路１０と、前記第
    １環状通路１０と同心で、前記スリーブ２とト
    ーチ・ノズル７との間にある第２環状通路１１
    とを有する種類の二重シールドガス流路をもつ
    たアーク溶接トーチにおいて、、前記第２環状
    通路１１が、先細収束角度αを有するスリーブ
    外壁４と先細収束角度βを有するノズル内壁８
    との間に先細の全体形状を有し、先細収束角度
    α及びβが、先細の収束角度αを示す横座標及
    び先細り収束角度βを示す縦座標の直角座標系
    において、次の四つの頂点 S′1：α′1＝17.5゜ β′1＝27.5゜ S′2：α′2＝7.5゜ β′2＝20゜ S′3：α′3＝7.5゜ β′3＝15゜ S′4：α′4＝17.5゜ β′4＝7.5゜ によつて限定された四辺形の内側で選ばれ、ま
    たスリーブ２の出口の内径D1に対するスリー
    ブ２の出口の外径D2の比（D2／D1）が、1.6と
    2.1との間に含まれることを特徴とするアーク
    溶接トーチ。 ２ 前記収束角度α及びβが、次の四つの頂点 S″1：α′1＝17.5゜ β″1＝22.5゜ S″2：α″2＝12.5゜ β″2＝22.5゜ S″3：α″3＝12.5゜ β″3＝12.5゜ S″4：α′4＝17.5゜ β″4＝12.5゜ によつて限定された四辺形の内側で選ばれるこ
    とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項
    記載のアーク溶接トーチ。 ３ 前記ノズル７の出口の内径D3に対する前記
    スリーブ２の出口の外径D2の比（D3：D2）が、
    1.6と2.1との間にあることを特徴とする実用新
    案登録請求の範囲第１項に記載のアーク溶接ト
    ーチ。 ４ 前記スリーブ２と前記ノズル７との端部面
    が、トーチの軸と直角である同一平面にほぼ配
    置されていることを特徴とする実用新案登録請
    求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に
    記載のアーク溶接トーチ。 ５ 前記電極１が、３mmと15mmとの間、好ましく
    は３mmと６mmとの間にある長さだけ前記スリー
    ブ２から突出することを特徴とする実用新案登
    録請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１
    項に記載のアーク溶接トーチ。 ６ 前記スリーブ２の外壁４と前記ノズル７の内
    壁８とが、少くとも13mmに等しい軸方向長さＸ
    にわたつて完全に円錐形であることを特徴とす
    る実用新案登録請求の範囲第１項ないし第５項
    のいずれか１項に記載のアーク溶接トーチ。 ７ 前記スリーブ２の内壁３の出口端部が、下方
    側に収束することを特徴とする実用新案登録請
    求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に
    記載のアーク溶接トーチ。 ８ 前記第１環状通路１０が、最大10％までの水
    素を含有してもよい第１不活性ガス源１２に接
    続され、前記第２環状通路１１が、治金的活性
    ガスを含有してもよい第２不活性ガス源１３に
    接続されることを特徴とする実用新案登録請求
    の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記
    載のアーク溶接トーチ。 ９ 前記第１ガス源１２が５％の水素を含有する
    アルゴン混合ガス源であり、前記第２ガス源が
    純アルゴンガス源であることを特徴とする実用
    新案登録請求の範囲第８項記載のアーク溶接ト
    ーチ。 10 前記第１ガス源１２が、アルゴンと70％のヘ
    リウムとの混合ガス源であり、前記第２ガス源
    １３が、純アルゴンガス源であることを特徴と
    する実用新案登録請求の範囲第８項記載のアー
    ク溶接トーチ。 11 dArが、アルゴンの比重に対する第１ガス源
    １２のガスの比重を示すとき、前記第１ガス源
    １２が、該ガス源のガスを1.5／√Arリツト
    ル／分と４／√Arリツトル／分との間にある
    流量で供給するように調節されていることを特
    徴とする実用新案登録請求の範囲第８項ないし
    第10項のいずれか１項に記載のアーク溶接トー
    チ。 12 D3が、mmで表わされた前記ノズル７の出口
    内径であるとき、前記第２ガス源１３が、ほぼ
    D3√Arリツトル／分の流量で該ガス源のガス
    を供給するように調節されていることを特徴と
    する実用新案登録請求の範囲第11項記載のアー
    ク溶接トーチ。
JP1982154546U 1981-10-14 1982-10-14 アーク溶接トーチ Granted JPS5871479U (ja)

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FR8119295A FR2514279B1 (fr) 1981-10-14 1981-10-14 Torche de soudage a arc
FR8119295 1981-10-14

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JPS5871479U JPS5871479U (ja) 1983-05-14
JPH039897Y2 true JPH039897Y2 (ja) 1991-03-12

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EP (1) EP0077705B1 (ja)
JP (1) JPS5871479U (ja)
AR (1) AR227857A1 (ja)
AT (1) ATE12599T1 (ja)
AU (1) AU553467B2 (ja)
BR (1) BR8205971A (ja)
CA (1) CA1198171A (ja)
DE (1) DE3263012D1 (ja)
ES (1) ES516189A0 (ja)
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