JPH05300Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

〔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ぶ溶融金属のこと
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となる。 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、治金的
な原因と物理的な原因とがある。 治金的な原因は、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。 一方、前記シールドガスを溶接トーチの先端に
案内するノズルは、溶接トーチ先端近くの溶接箇
所近傍が1700〜1800℃と高温になるため、放熱性
及び冷却性を考慮して従来は熱伝導率の高い銅ま
たは銅合金により形成されていた。この結果ノズ
ルの表面硬度が低くなり、前述したスパツタが付
着し易いという問題があつた。 この問題を解決するための提案としては、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
チノズルに硬度セラミツク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悲酸化物
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。また、本願
出願人が実開昭63−47074号公報により提案した
ように、鉄系金属で形成されたノズルの表面にセ
ラミツクコーテイングしたものである。 〔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
パツタに対して治金的、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治金的、
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
タの付着は取り易いが充分とは言えない。 また、実開昭63−47074号公報による提案は、
セラミツクコーテイングされた被膜が比較的薄い
ため、第３図に顕微鏡写真で示すように、溶融飛
散したスパツタによりセラミツクコーテイング層
が破損されるという欠点があつた。 本考案は上記事情に鑑みてなされたものであ
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金属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〕 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の極薄肉の鉄系金属で
形成され、その内外周の全面に炭化チタン及び窒
化チタンの２層からなるセラミツク層を複数層形
成したものである。 〔作用〕 上記の構成によると、溶接ノズルを鉄系金属で
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、鉄系金属は銅、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、また熱の畜積が生じ、ノズル自
体の温度が上昇するが、これに対し本考案は、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温度上昇
を防ぎ、表面にスパツタに反応しにくいセラミツ
ク層を形成することによつてスパツタの付着を防
ぎ、さらにセラミツク層を超硬質の炭化チタンと
窒化チタンの２層として形成し、このセラミツク
層を複数層ノズル表面に形成することによつてコ
ーテイング被膜の破損を防止している。 〔実施例〕 以下、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一実施例を図面を参照し
て説明する。 第１図に本考案の一実施例を示す。ほぼ円筒状
のノズル１は普通鋼（SS）を約500℃に加熱し油
冷するか、またはダイス鋼（SKD−11）を約200
℃で焼戻しするかして形成されている。このノズ
ル１の内外周全面には化学蒸着（CVD）法によ
り第１層に炭化チタン、第２層に窒化チタンが約
1030℃の温度で蒸着されており、１回の蒸着で約
8μmのセラミツク被膜２が形成されている。そし
てこの蒸着は５回繰返されて膜厚は約22μmに成
長されている。 また、ノズル１の肉厚は第２図に示す従来のノ
ズル３の肉厚の約1/2〜1/3の１〜1.5mmに形成さ
れている。そしてノズル１の基部内径側には従来
のノズル３と同様に取付け用ねじ４が形成されて
いる。 次に本実施例の作用及び効果を説明する。 鉄系金属で形成されたノズル１は銅系金属で形
成された従来のノズル４の肉厚の約1/2〜1/3とな
つているため、熱伝導率は25〜40Kcal／ｍ・
hr・℃となり、従来のノズル４の熱伝導率とほぼ
等しくなるので温度上昇に対応できる。 また、スパツタ付着量を現業ラインについて実
験した結果を下記の第１表に示す。

〔考案の効果〕

上述したように本考案によれば、溶接ノズルを
肉厚が１mm乃至1.5mmの極薄肉の鉄系金属で形成
し、表面に炭化チタン及び窒化チタンの２層から
なるセラミツク層を複数層形成したので、溶接時
の温度上昇を防ぎスパツタ付着量を低減し、スパ
ツタによるセラミツク層の破損を防止して、ノズ
ルの耐久性を大幅に向上し溶接装置の稼働率を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

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一実施例を示す一部断
面正面図、第２図は従来の銅系金属製溶接ノズル
を示す一部断面正面図である。 １……鉄系金属製ノズル、２……セラミツクコ
ーテイング被膜、３……銅系金属製ノズル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 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
   薄肉の鉄系金属で形成され、その内外周の全面
   に炭化チタン及び窒化チタンの２層からなるセ
   ラミツク層を複数層形成したことを特徴とする
   セラミツクコーテイングされた金属製溶接ノズ
   ル。 (2) 鉄系金属として普通鋼あるいはダイス鋼を用
   いることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載のセラミツクコーテイングされた金
   属製溶接ノズル。