JPH0442067Y2 - - Google Patents

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JPH0442067Y2
JPH0442067Y2 JP1986141572U JP14157286U JPH0442067Y2 JP H0442067 Y2 JPH0442067 Y2 JP H0442067Y2 JP 1986141572 U JP1986141572 U JP 1986141572U JP 14157286 U JP14157286 U JP 14157286U JP H0442067 Y2 JPH0442067 Y2 JP H0442067Y2
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welding
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【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

〔産業上の利用分野〕 本考案は、炭酸ガスやアルゴンガスなどをシー
ルドガスとして用いるアーク溶接用の溶接ノズル
に関する。 〔従来の技術〕 金属を接合する場合、現在アーク溶接が広く行
なわれており、ブローホールなどの溶接不良を防
ぐため溶融金属部分に不活性ガスや炭酸ガスを供
給して溶接を行なう、ガスシールドアーク溶接法
が広く普及している。なかでも、炭酸ガスをシー
ルドガスとして使用する炭酸ガスアーク溶接法
は、シールドガスが安価であり、高溶着速度を得
ることができるところから、ガスシールド溶接法
の主流となつていて、全溶接材料の30%に使用さ
れている。例えば、炭酸ガスアーク溶接に用いる
シールドガスの価格は、炭酸ガスとアルゴンガス
との混合ガスをシールドガスとして用いるMAG
溶接の約1/10である。しかし、炭酸ガスアーク溶
接は、MAG溶接に比較してスパツタ量が3〜5
倍多いという欠点を有している。このスパツタ
は、溶接中に飛散するスラグ及び溶融金属のこと
であつて、溶融金属がその80%を占め、鉄が主成
分である。 炭酸ガスアーク溶接におけるスパツタの発生
は、主に次の4つの原因による。 溶接開始時または再アーク時に、溶接ワイヤ
の溶滴が冷い被溶接材に衝突し、飛び散ること
により生ずる。 溶融金属内からガスが吹き出し、このガスの
放出に伴いスパツタが発生する。 溶接中にアーク電圧が変動すると、溶接ワイ
ヤの送給量が変化し、溶接ワイヤの溶ける量が
多くなり、これがスパツタの原因になる。 アーク長が延び、ワイヤ端に懸垂した溶滴が
アーク力により横に吹き飛ばされる。 溶接時における溶接箇所は1700〜1800℃になり
溶融金属の温度は、1800〜2300℃にも達する。こ
の溶融金属がスパツタとして飛び散ると、コンタ
クトチツプや溶接ノズルに付着する。スパツタの
チツプやノズルへの付着原因については、冶金的
な原因と物理的な原因とがある。 冶金的な原因は、チツプやノズルに衝突した溶
融金属が、その熱によりチツプやノズルの表面を
溶かし、その表面に溶着してしまう。したがつ
て、スパツタの温度が高く、チツプやノズルの温
度が高くなるほど合金層が厚くなるため、スパツ
タの付着力が強く、取りにくくなる。また、物理
的な原因は、チツプやノズルの表面の荒さに起因
する機械的な付着である。 そこでスパツタの付着を少なくするため実開昭
61−77175号公報によつて開示されたように電極
チツプとトーチノズルに硬質セラミツクスの薄い
層で被覆したものや、特開昭61−111783号公報に
よつて開示された熱伝導度がよく、かつ低熱膨張
係数の非酸化物セラミツクスでノズルを作り、溶
接作業時に割れないようにしたものが知られてい
る。 〔考案が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記の銅系合金によるノズルは
熱伝導率が高く冷却性が良いのでスパツタがつき
にくいとされているが、硬度が低く、高温飛散ス
パツタに対して冶金的、物理的にスパツタが付着
(固着)し易く、結果的に耐久性に問題がある。 また、銅もしくは銅系合金はその物性上から加
工硬化及び加温軟化が生じる。前者は常温、後者
は200〜300℃程で生じる。加工されて作成された
直後のノズルは硬化しているために硬度は高い
が、熱放射及び熱を持つたスパツタとの接触によ
り、ノズルの温度は上昇し時間が経過するにつれ
軟化が促進されていく。 ノズルの清掃の場合、金ブラシ等を使用する
が、軟化が徐々に進行しているため、傷がつき易
くなる。傷がつくとそこにスパツタが付着し易く
なり、時間経過とともにスパツタが付着し、ノズ
ル口径が小さくなり、結果的にガスを絞りガスシ
ールド不足となりブローホールの発生原因とな
る。 一方、窒化ケイ素セラミツクノズルは冶金的、
物理的なスパツタの付着は解消されたが、必然的
に厚肉形状となり、熱伝導率が比較的低くスパツ
タの付着は取れ易いが充分とは言えない。 本考案は、上記の事情に鑑みなされてものであ
り、ノズルの耐久性を向上させるとともに、放熱
性をよくしスパツタの付着を少なくしたセラミツ
クコーテイングされた鉄または鉄系合金製溶接ノ
ズルを提供することを目的としている。 〔問題点を解決するための手段および作用〕 上記の目的を達成するための本考案は、中心部
に電極または溶接ワイヤが配置された電極チツプ
の周囲に設けられ、電極チツプとの間にガス通路
を形成する金属製溶接ノズルにおいて、前記ノズ
ルは肉厚が1mm乃至1.5mmの極薄肉の鉄または鉄
系合金で形成され、その内外周の全面に内層が炭
化チタン層、外層が窒化チタン層のセラミツクコ
ーテイングを施したものである。 そして、本考案で利用される金属としては、銅
または銅合金を除く例えば鉄、アルミニウム、チ
タン、ニツケル、クロム、亜鉛、スズ、これら金
属の合金を挙げることができる。また、セラミツ
クスは酸化物系ではアルミナが挙げられ、非酸化
物系では窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン、
窒化アルミニウム等が挙げられる。そして、本考
案の溶接ノズルは上記金属で形成したので、溶接
作業中に加温軟化が起りにくく、スパツタの付着
が防止できる。 一方、本考案で利用される金属は銅、銅系金属
に比して熱伝導率が小さいためスパツタと接触し
た直後の熱伝導(放熱)が悪く、また熱の蓄積が
生じ、ノズル自体の温度が上昇するが、これに対
して本考案は、内層が炭化チタン層、外層が窒化
チタン層のセラミツクコーテイングを施したスパ
ツタに反応しにくいセラミツクス層をノズルの全
面に形成し、さらにノズルの肉厚を2〜3mmある
従来の銅製ノズルの約1/2〜1/3の極薄肉厚とする
ことによつて対応し、温度上昇を防ぎ、スパツタ
の付着を防止している。 〔実施例〕 次に本考案の実施例を図を参照して説明する。 第1図は本考案の一実施例を示しており、鉄系
金属によつて形成した溶接ノズル1の内外周全面
はセラミツクコーテイング部3によつて被覆され
ている。 溶接ノズル1の基部内周には取りつけ用ねじ2
が切られている。 上記溶接ノズルは第2図に示す従来の銅系合金
によるノズル1aの肉厚に比して肉厚は約1/2〜
1/3の1mm〜1.5mmに形成されている。この値は移
動熱量Qから決定された。 移動熱量Q[KCaI]は次の(1)式から求める
ことができる。 Q=λSt1−t2/dτ …(1) 上記(1)式において λ;熱伝導率 〔KCaI/m・hr・℃〕 S;面積 〔m2〕 d;厚さ 〔m〕 t1,t2;内外の温度 〔℃〕 τ;時間 〔hr〕 であり、この式からQ∝λ/dの関係が判る。 次に、従来使用されている銅、銅系合金のノズ
ルと本実施例の鉄系合金(普通鋼,ダイス鋼)の
熱伝導率を計つた結果、第1表のようになつた。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a welding nozzle for arc welding using carbon dioxide gas, argon gas, or the like as a shielding gas. [Prior art] Arc welding is currently widely used when joining metals, and gas shielding is used to weld by supplying inert gas or carbon dioxide gas to the molten metal to prevent welding defects such as blowholes. Arc welding is widely used. Among these, carbon dioxide arc welding, which uses carbon dioxide as a shielding gas, has become the mainstream gas shield welding method because the shielding gas is inexpensive and it is possible to obtain a high welding rate. Used in 30%. For example, the price of the shielding gas used for carbon dioxide arc welding is the price of MAG, which uses a mixture of carbon dioxide and argon gas as the shielding gas.
It is about 1/10 of welding. However, carbon dioxide arc welding produces 3 to 5 spatter compared to MAG welding.
It has the disadvantage of being twice as large. This spatter refers to slag and molten metal that are scattered during welding, and molten metal accounts for 80% of it, with iron being the main component. The occurrence of spatter in carbon dioxide arc welding is mainly due to the following four causes. This occurs when welding wire droplets collide with the cold material to be welded and scatter when welding is started or when re-arcing. Gas blows out from within the molten metal, and spatter occurs as the gas is released. When the arc voltage fluctuates during welding, the amount of welding wire fed changes, increasing the amount of welding wire that melts, which causes spatter. The arc length increases, and the droplets suspended at the end of the wire are blown sideways by the arc force. During welding, the temperature at the welding point reaches 1,700 to 1,800 degrees Celsius, and the temperature of the molten metal reaches 1,800 to 2,300 degrees Celsius. When this molten metal spatters, it adheres to the contact tip and welding nozzle. The causes of spatter adhering to tips and nozzles include metallurgical causes and physical causes. The metallurgical cause is that the molten metal that collides with the chip or nozzle melts the surface of the chip or nozzle due to its heat, and welds to the surface. Therefore, the higher the temperature of the spatter and the higher the temperature of the chip or nozzle, the thicker the alloy layer becomes, which makes the adhesion of the spatter stronger and harder to remove. The physical cause is mechanical adhesion caused by the roughness of the chip or nozzle surface. Therefore, in order to reduce the adhesion of spatter, we
61-77175, where the electrode tip and torch nozzle are coated with a thin layer of hard ceramics, and JP-A-61-111783, which has good thermal conductivity and It is known that the nozzle is made of non-oxide ceramics with a low coefficient of thermal expansion to prevent it from cracking during welding. [Problem that the invention aims to solve] However, the nozzle made of the above-mentioned copper alloy has high thermal conductivity and good cooling performance, so it is said that spatter does not easily form. Metallurgically and physically, spatter easily adheres (fixes), resulting in a durability problem. Further, due to its physical properties, copper or copper-based alloys undergo work hardening and heating softening. The former occurs at room temperature, and the latter at around 200-300°C. Immediately after being processed and created, the nozzle is hardened and therefore has high hardness, but due to heat radiation and contact with hot spatter, the temperature of the nozzle rises and softens as time passes. go. When cleaning the nozzle, a gold brush or the like is used, but as the nozzle gradually softens, it becomes easily scratched. When scratches occur, spatter tends to adhere there, and as time passes, spatter adheres to the nozzle, reducing the nozzle diameter, resulting in gas restriction and insufficient gas shielding, which causes blowholes to occur. On the other hand, silicon nitride ceramic nozzles are metallurgical,
Although the physical adhesion of spatter was eliminated, it inevitably became thick-walled and had relatively low thermal conductivity, making it easy to remove spatter, but it was not sufficient. The present invention has been developed in view of the above circumstances, and provides a welding nozzle made of iron or iron-based alloy coated with ceramic, which improves the durability of the nozzle, improves heat dissipation, and reduces adhesion of spatter. The purpose is to [Means and effects for solving the problem] The present invention to achieve the above object is provided around an electrode tip in which an electrode or welding wire is arranged in the center, and a gas In a metal welding nozzle that forms a passage, the nozzle is made of ultra-thin iron or iron-based alloy with a wall thickness of 1 mm to 1.5 mm, and the inner layer is a titanium carbide layer and the outer layer is a titanium nitride layer on the entire inner and outer periphery. It has a ceramic coating. Examples of metals used in the present invention include iron, aluminum, titanium, nickel, chromium, zinc, tin, and alloys of these metals, excluding copper or copper alloys. In addition, oxide ceramics include alumina, and non-oxide ceramics include silicon nitride, silicon carbide, sialon, and
Examples include aluminum nitride. Since the welding nozzle of the present invention is made of the above-mentioned metal, it is unlikely to be softened by heating during welding work, and the adhesion of spatter can be prevented. On the other hand, the metal used in this invention has a lower thermal conductivity than copper and copper-based metals, so it has poor heat conduction (heat dissipation) immediately after contact with spatter, and heat accumulation occurs, causing the temperature of the nozzle itself to rise. In contrast, the present invention forms a ceramic layer on the entire surface of the nozzle that is less likely to react to spatter, with a ceramic coating consisting of a titanium carbide inner layer and a titanium nitride outer layer, and further reduces the thickness of the nozzle. This is achieved by making the nozzle extremely thin, about 1/2 to 1/3 the thickness of a conventional copper nozzle, which is 2 to 3 mm, to prevent temperature rise and spatter adhesion. [Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which the entire inner and outer periphery of a welding nozzle 1 made of ferrous metal is covered with a ceramic coating part 3. There are mounting screws 2 on the inner periphery of the base of the welding nozzle 1.
is cut. The welding nozzle has a wall thickness of approximately 1/2 to 1/2 of the thickness of the conventional copper alloy nozzle 1a shown in Fig. 2.
It is formed to 1/3 of 1 mm to 1.5 mm. This value was determined from the amount of heat transferred Q. The amount of transferred heat Q [KCaI] can be calculated from the following equation (1). Q=λSt 1 −t 2 /dτ …(1) In the above equation (1), λ: Thermal conductivity [KCaI/m・hr・℃] S: Area [m 2 ] d: Thickness [m] t 1 , t 2 ; internal and external temperature [°C]; τ; time [hr]; from this equation, the relationship Q∝λ/d can be understood. Next, the thermal conductivities of conventionally used copper and copper-based alloy nozzles and the iron-based alloy (common steel, die steel) of this example were measured, and the results were as shown in Table 1.

【表】 上記第1表の結果から熱伝導率λの比が約2で
あるから、ノズル肉厚を1/2とすることで温度上
昇に対応できることが判つた。 次にスパツタ付着の状況を調査した実験につい
て説明する。 実験においては、鉄もしくは鉄系合金の材料と
して普通鋼(SS)およびダイス鋼(SKD−11)
の2種類を用いて第1図に示した形状のノズル1
を作成し、化学蒸着(CVD)装置にて、第1に
炭化チタン層、第2に窒化チタン層を形成した
が、この時の炉内温度(反応温度)は1030℃に設
定して行なつた。 セラミツクコーテイングされたノズルのうち普
通鋼のノズルは500℃に再加熱した後油冷して焼
入れを行ない試験品とした。 一方、ダイス鋼のノズルは焼入れが終わつてい
るため200℃に焼戻しを行なつて試験品とした。 このようにして製作された2種類の試験品は現
業アーク溶接ラインにおいて従来の銅系合金ノズ
ルと同一工程、同一作業条件の下にリアアクスル
200台の溶接を行ない、スパツタ付着量について
第2表の結果を得た。
[Table] From the results in Table 1 above, it was found that since the ratio of thermal conductivity λ was approximately 2, it was possible to cope with the temperature rise by reducing the nozzle thickness to 1/2. Next, an experiment to investigate the state of spatter adhesion will be explained. In the experiment, ordinary steel (SS) and die steel (SKD-11) were used as materials for iron or iron-based alloys.
Nozzle 1 of the shape shown in Fig. 1 is made using two types of
The first layer of titanium carbide and the second layer of titanium nitride were formed using a chemical vapor deposition (CVD) device, with the furnace temperature (reaction temperature) set at 1030°C. Ta. Among the ceramic-coated nozzles, the common steel nozzle was reheated to 500°C, cooled in oil, and quenched to be used as a test product. On the other hand, since the die steel nozzle had already been quenched, it was tempered to 200°C and used as a test product. The two types of test products manufactured in this way were used in the same process and under the same working conditions as conventional copper-based alloy nozzles on an on-site arc welding line.
Welding was carried out on 200 units, and the results shown in Table 2 regarding the amount of spatter deposited were obtained.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

以上説明したように、本考案によれば、ノズル
は鉄または鉄系合金とし、肉厚が1mm乃至1.5mm
の極薄肉に形成されているから、鉄が熱伝導率の
低いのを総熱量移動により肉厚を極薄肉にするこ
とで銅系ノズルと同様に溶接時の温度上昇が防止
でき、かつ鉄系合金製であるから溶接時の加温軟
化がないためブローホールの発生が防止でき、銅
製ノズルより耐久性が大幅に改善され、さらに内
層が炭化チタン層、外層を窒化チタン層のセラミ
ツクコーテイングを施したから、セラミツクコー
テイング層が丈夫となり、熱伝導率が低く、特に
外層を窒化チタン層としたので硬く、その上にス
パツタが反応し難いためスパツタの付着を大幅に
少なくでき、これによつて溶接装置の稼働率を向
上させる大きな効果がある。 その上本考案に係る鉄または鉄系合金製溶接ノ
ズルの使用によつて銅系ノズルに比べてコストも
半減させることが可能である。
As explained above, according to the present invention, the nozzle is made of iron or an iron-based alloy, and has a wall thickness of 1 mm to 1.5 mm.
Because iron has a low thermal conductivity, by making the wall thickness extremely thin due to the total heat transfer, it is possible to prevent temperature rise during welding, similar to copper-based nozzles. Since it is made of alloy, it does not soften when heated during welding, which prevents the occurrence of blowholes, and the durability is significantly improved compared to copper nozzles. Furthermore, the inner layer is a titanium carbide layer, and the outer layer is a ceramic coating with a titanium nitride layer. Therefore, the ceramic coating layer is strong, has low thermal conductivity, and is particularly hard because the outer layer is made of titanium nitride, and since spatter does not easily react on it, the adhesion of spatter can be greatly reduced, which makes it possible to weld. This has a great effect of improving the operating rate of the equipment. Furthermore, by using the iron or iron-based alloy welding nozzle according to the present invention, the cost can be reduced by half compared to copper-based nozzles.

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

第1図は本考案に係るセラミツクコーテイング
された金属製溶接ノズルの実施例の一部断面にし
た正面図、第2図は従来の銅系合金製溶接ノズル
の一部断面した正面図である。 1……鉄系合金ノズル、(金属製ノズル)、1a
……銅系合金ノズル、3……セラミツクコーテイ
ング部。
FIG. 1 is a partially sectional front view of an embodiment of a ceramic-coated metal welding nozzle according to the present invention, and FIG. 2 is a partially sectional front view of a conventional copper alloy welding nozzle. 1... Iron-based alloy nozzle, (metal nozzle), 1a
...Copper alloy nozzle, 3...Ceramic coating part.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 中心部に電極または溶接ワイヤが配置された電
極チツプの周囲に設けられ、電極チツプとの間に
ガス通路を形成する金属製溶接ノズルにおいて、
前記ノズルは肉厚が1mm乃至1.5mmの極薄肉の鉄
または鉄系合金で形成され、その内外周の全面に
内層が炭化チタン層に、外層が窒化チタン層にセ
ラミツクコーテイングされていることを特徴とす
るセラミツクコーテイングされた金属製溶接ノズ
ル。
In a metal welding nozzle that is provided around an electrode tip with an electrode or welding wire arranged in the center and forms a gas passage between the electrode tip and the electrode tip,
The nozzle is made of ultra-thin iron or iron-based alloy with a wall thickness of 1 mm to 1.5 mm, and is characterized in that its inner and outer peripheries are coated with ceramic, with the inner layer being a titanium carbide layer and the outer layer being a titanium nitride layer. Metal welding nozzle with ceramic coating.
JP1986141572U 1986-09-16 1986-09-16 Expired JPH0442067Y2 (en)

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JPS6347074U JPS6347074U (en) 1988-03-30
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004108338A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Nozzle for processing machinery, contact tip for welding, method of manufacturing the nozzle for the processing machinery, and method of manufacturing the contact tip for welding

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