JPH0469031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、粉末を用いた肉盛溶接に使用され
るプラズマトーチの改良に関し、例えば自動車用
や船舶用のエンジンバルブのフエース面における
肉盛、その他各種の肉盛溶接に適用される粉末肉
盛溶接用プラズマトーチに関するものである。

（従来技術） 従来、例えば自動車用のエンジンバルブを製作
するに際しては、そのフエース面の耐熱および耐
摩耗性を高めるために肉盛り溶接を行うことが多
い。

この肉盛溶接においては、バルブ等の被肉盛材
に対する溶着が完全であること、および肉盛溶着
金属の成分が肉盛溶着前の肉盛材成分に近いこと
などが要求されるが、この肉盛溶接に際して粉末
を用いたプラズマ肉盛溶接を採用する試みも進ん
でいる。

この際に使用される粉末肉盛溶接用プラズマト
ーチとしては、棒状電極と、前記棒状電極の囲り
に配設したトーチ内筒との間からプラズマ作動ガ
スを供給すると共に、前記トーチ内筒とトーチ外
筒との間からプラズマアーク中に肉盛溶接用粉末
を供給し、前記トーチ外筒の端部より前記プラズ
マアークを取り囲むシールドガスを供給するシー
ルドガス供給路をそなえた構成のものがあり、前
記シールドガスにより外気を遮断しつつプラズマ
アークによつて前記肉盛溶接用粉末を溶解して被
肉盛材表面に溶接肉盛するものがあつた。

しかしながら、従来の粉末肉盛溶接用プラズマ
トーチでは、シールドガスがプラズマアークを均
一に取り囲まないことがあり、シールドガスの少
ない部分で外気との遮断が十分になされないこと
があるという問題点を有していた。そこで、シー
ルドガク供給路の開口端であるトーチ外筒の端部
にシールドガス整流体を設ける考えもあつたが、
肉盛溶接時に生ずる粉末および溶融金属のスプラ
ツシユが上記シールドガス整流体に付着して、こ
のシールドガス整流体内でのシールドガス通過抵
抗が大きくなり、シールドガスの供給を所要量だ
け円滑に行うことができなくなるなどの問題があ
つた。

そこで、シールドガス供給路をトーチ軸方向と
同一の方向のトーチ軸平行方向ガス供給路と、こ
れに角度をもつて連通し且つトーチ軸心方向に向
くトーチ軸求心方向ガス供給路とに形成し、トー
チ軸平行方向ガス供給路の内部にシールドガス整
流体を設ける考え方もあつた（実開昭54−184326
号）が、整流されたのちのシールドガスがトーチ
軸求心方向ガス供給路に流れる際に角度を持つて
流れることになると共に、シールドガス整流体か
らシールドガス供給路の開口端までの距離が大き
くなるため、整流状態のシールドガスをプラズマ
アークの囲りに供給できないことがあると共に、
少量のシールドガスではプラズマアークを均一に
取り囲んで外気と良好に遮断することができない
ことがあるという問題点があつた。

（発明の目的） この発明は、上述したような従来の問題点に着
目してなされたもので、プラズマアークおよび肉
盛溶接部分を外気と遮断するために流すシールド
ガスの供給量が少ないときであつても、このシー
ルドガスの送給を前記プラズマアークの周囲部分
で均一になすことができ、したがつて前記シール
ドガスの流れが水平断面において均一であるた
め、プラズマアークおよび肉盛溶接部分に対する
外気との遮断を著しく効果的にしかも長時間にわ
たつて行うことが可能であり、安定したプラズマ
アークを発生させることによつて粉末を用いた肉
盛溶射を著しく良好に行うことができると共にシ
ールドガスの供給量を少なくすることが可能であ
る粉末肉盛溶接用プラズマトーチを提供すること
を目的としている。

（発明の構成） この発明による粉末肉盛溶接用プラズマトーチ
は、棒状電極と、前記棒状電極の囲りに配設した
トーチ内筒との間からプラズマ作動ガスを供給す
ると共に、前記トーチ内筒とトーチ外筒との間か
らプラズマアーク中に肉盛溶接用粉末を供給し、
前記トーチ外筒の端部より前記プラズマアークを
取り囲むシールドガスを供給するシールドガス供
給路をそなえた構成の粉末肉盛溶接用プラズマト
ーチにおいて、前記シールドガス供給路は、その
開口端に向けて断面幅が漸次小さくなる絞つた形
状をなすと共に、前記シールドガス供給路に、前
記シールドガス供給路の開口端より内側部分でか
つ前記絞つた形状をなす部分にシールドガス整流
体を設けたことを特徴としている。

この発明によるプラズマトーチの電極は、棒状
をなすものであり、例えば、タングステン等の高
融点金属（または合金）から形成されたものが使
用される。この場合、電極の全体をタングステン
等の高融点材料から形成することも可能である
が、プラズマアーク発生部分を上記高融点材料か
ら形成し、その他の部分は導電性水冷パイプなど
から形成することもできる。

トーチ内筒は、前記棒状電極を囲むように配設
したものであり、棒状電極とトーチ内筒との間か
らプラズマ作動ガスを供給しうるようにしたもの
である。また、トーチ外筒は、前記トーチ内筒を
取り囲むように配設したものであり、トーチ内筒
とトーチ外筒との間からプラズマアーク中に肉盛
溶接用粉末を供給するようにしたものである。こ
の肉盛溶接用粉末は、肉盛用として使用される例
えば耐熱性合金や耐摩耗性合金などを液体噴霧や
気体噴霧等によつて粉末化したものが使用され
る。

さらに、前記トーチ外筒の端部より前記プラズ
マアークを取り囲むシールドガスを供給するシー
ルドガス供給路をそなえ、前記プラズマアークお
よび肉盛溶接部分が外気と遮断されるようにして
いる。

この場合、前記シールドガス供給路をその開口
端まで一定幅の断面とはせず、前記シールドガス
供給路をその開口端に向けて断面幅が漸次小さく
なる絞つた形状にし、シールドガスの供給量を少
なくしたときでも良好なシールド効果が得られる
ようにしている。

そして、シールドガスの流れが前記プラズマア
ークの周囲で均一になされ、シールドガスの濃淡
部分が形成されないように、シールドガス供給路
にシールドガス整流体を設けるが、肉盛溶接時に
生ずる粉末および溶融金属のスプラツシユが前記
シールドガス整流体に付着してシールドガス整流
体の通気抵抗が大きくならないように、シールド
ガス供給路の当該開口端よりも内側の前記絞つた
形状をなす部分の途中にシールドガス整流体を設
けるようにしている。このシールドガス整流体と
しては、金属あるいはセラミツク等からなる網状
体や焼結体などから形成されたものを使用するこ
とができる。

（実施例） 第１図および第２図はこの発明による粉末肉盛
溶接用プラズマトーチの一実施例を示す図であつ
て、このプラズマトーチ１は、図示しない電源の
陰極側と接続した棒状電極２を中心に備え、この
棒状電極２と同心状に且つ間隔をおいてトーチ内
筒３が配設してある。このトーチ内筒３は図示例
の場合、その下端にチツプ４を備えていてねじ止
めされているが、これらを一体化したものであつ
ても良い。そして、トーチ内筒３およびチツプ４
内には冷却水通路５が設けてあると共に、棒状電
極２とトーチ内筒３との間でプラズマ作動ガス流
通路６が形成してあり、さらにこの棒状電極２と
トーチ内筒３との間には、プラズマ作動ガス通過
孔７を複数設けたプラズマ作動ガス整流体８が配
設してある。このプラズマ作動ガス整流体８は、
周方向に等間隔で設けた複数のプラズマ作動ガス
通過孔７によつて、上部から矢印方向に供給され
たプラズマ作動ガスの流れを整流し、水平断面に
おいてプラズマ作動ガスの流れが均一化されるよ
うにするはたらきをもつていると共に、棒状電極
２の保持体としてもはたらき、棒状電極２を常に
トーチ内筒３と同心状態に保持して棒状電極２の
片減りを防いでいる。

さらに、トーチ内筒３の外周部には間隔をおい
てトーチ外筒１１が配設してあり、このトーチ外
筒１１の下端部分にノズル孔１２が形成してある
と共に、トーチ内筒３とトーチ外筒１１との間で
粉末供給路１３が形成してあり、肉盛溶接用の粉
末１４が供給できるようになつている。また、ト
ーチ外筒１１のノズル部分にも冷却水通路１５が
形成してある。さらにまた、トーチ外筒１１に
は、トーチの軸心に向く求心方向のシールドガス
供給路１７が設けてあるが、このシールドガス供
給路１７は、その開口端に向けてその断面幅が漸
次小さくなる絞つた形状となつており、シールド
ガスの供給量を少なくしたときでも良好なシール
ド効果が得られるようにしている。

そして、トーチ外筒１１に設けたシールドガス
供給路１７の内部には、ノズル孔１２と同心状
に、第２図に示すような環状形のシールドガス整
流体１６が設けてあり、シールドガス供給路１７
から供給されるシールドガスがプラズマアークの
周囲を濃淡なく均一にシールドするようにしてあ
る。このとき、肉盛溶接時に発生する粉末および
溶融金属のスプラツシユが前記シールドガス整流
体１６に付着してその通気抵抗を増大し、シール
ドガスの供給が不均一あるいは不十分となるのを
防ぐために、前記シールドガス整流体１６はシー
ルドガス供給路１７の開口端よりも内側に引込ん
だところに設けてあり、前記スプラツシユの付着
を防止してシールドガス整流体１６の通気抵抗を
常に一定に保ち、プラズマアークに対するシール
ド効果が常時良好に得られるようにしてある。な
お、シールドガス整流体１６は、網状体を重ねた
もの、あるいは適宜の通気度（密度）を有する金
属、セラミツクス等の焼結体などから形成され
る。

粉末肉盛溶接に際しては、図示しない電源の陰
極側の棒状電極２に接続すると共に、同電源の陽
極側を図示しない被肉盛材に接続し、棒状電極２
と被肉盛材との間でプラズマアークを発生させる
と同時に、シールドガス供給路１７よりシールド
ガスを供給して前記プラズマアークおよび被肉盛
部分を外気から遮断し、これと共に粉末供給空間
１３より、粉末１４をプラズマアーク中に供給し
て溶融させた状態として前記被肉盛材の表面で溶
着させる。

このとき、棒状電極２とトーチ内筒３との間に
プラズマ作動ガス整流体８が設けてあると共に、
シールドガス供給路１７にはシールドガス整流体
１６が設けてあるため、プラズマ作動ガスおよび
シールドガスは水平断面において濃淡のない均一
なものとなつており、棒状電極２の片減りを防止
し、粉末１４の供給を均一に行い、かつシールド
を効果的になすことによつて、良好な肉盛溶接が
可能となる。

そして、実施の一例によれば、シールガス供給
路１７をその開口端に向けて断面幅が一定となる
形状としたプラズマトーチに比べて、第１図に示
すようにシールドガス供給路１７をその開口端に
向けて断面幅が漸次小さくなる絞つた形状とした
プラズマトーチでは、シールドガス供給量を70〜
80％に減らしたときでも、シールド効果は同等の
ものが得られ、良好な粉末肉盛溶接を行うことが
できた。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明による粉末
肉盛溶接用プラズマトーチでは、棒状電極と、前
記棒状電極の囲りに配設したトーチ内筒との間か
らプラズマ作動ガスを供給すると共に、前記トー
チ内筒とトーチ外筒との間からプラズマアーク中
に肉盛溶接用粉末を供給し、前記トーチ外筒の端
部より前記プラズマアークを取り囲むシールドガ
スを供給するシールドガス供給路をそなえた構成
の粉末肉盛溶接用プラズマトーチにおいて、前記
シールドガス供給路は、その開口端に向けて断面
幅が漸次小さくなる絞つた形状をなすと共に、前
記シールドガス供給路に、前記シールドガス供給
路の開口端より内側部分でかつ前記絞つた形状を
なす部分にシールドガス整流体を設けるようにし
たから、プラズマアークおよび肉盛溶接部分を外
気と遮断するために流すシールドガスの供給量を
少なくしたときでも、このシールドガスの供給を
前記プラズマアークの周囲部分で均一になすこと
ができ、したがつて前記シールドガスの流れが水
平断面において濃淡なく均一であるため、プラズ
マアークおよび肉盛溶接部分に対する外気との遮
断を著しく効果的にしかも長時間にわたつて一定
して行うことが可能であり、安定したプラズマア
ークを発生させることによつて粉末を用いた肉盛
溶接を良好に行うことができ、ビード形状のすぐ
れた肉盛溶接を行うことが可能であると共に、シ
ールドガスの供給量を低減することが可能である
という非常に優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による粉末肉盛溶
接用プラズマトーチの縦断面図、第２図は第１図
に示すシールドガス整流体の平面図である。 １……粉末肉盛溶接用プラズマトーチ、２……
棒状電極、３……トーチ内筒、６……プラズマ作
動ガス流通路、１１……トーチ外筒、１３……粉
末供給路、１４……肉盛溶接用粉末、１６……シ
ールドガス整流体、１７……シールドガス供給
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 棒状電極と、前記棒状電極の囲りに配設した
   トーチ内筒との間からプラズマ作動ガスを供給す
   ると共に、前記トーチ内筒とトーチ外筒との間か
   らプラズマアーク中に肉盛溶接用粉末を供給し、
   前記トーチ外筒の端部より前記プラズマアークを
   取り囲むシールドガスを供給するシールドガス供
   給路をそなえた構成の粉末肉盛溶接用プラズマト
   ーチにおいて、前記シールドガス供給路は、その
   開口端に向けて断面幅が漸次小さくなる絞つた形
   状をなすと共に、前記シールドガス供給路に、前
   記シールドガス供給路の開口端より内側部分でか
   つ前記絞つた形状をなす部分にシールドガス整流
   体を設けたことを特徴とする粉末肉盛溶接用プラ
   ズマトーチ。