JPH07246476A - 肉盛溶接装置の溶接トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チップの粉体噴射孔間の吹き溜まりに滞留す
る金属粉体を、速やかに除去することができる肉盛溶接
装置の溶接トーチを提供する。 【構成】 プラズマ化するガスを供給するガス供給路
と、該ガス供給路により供給されるガスに高電圧を印加
しプラズマアークとする電極と、溶接用金属粉体を搬送
ガスと共に前記プラズマアーク中に供給する粉体供給路
２７とを備えたノズル本体と、該ノズル本体の先端部に
設けられ、プラズマアーク中に溶接用金属粉体を噴射し
溶融するチップとを備え、粉体供給路２７に開閉手段２
８を設け、粉体供給路２７への溶接用金属粉体の供給を
停止した際に、開閉手段２８により粉体供給路２７を断
続的に開閉し、パルス状の搬送ガスを前記チップに供給
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接用金属粉末材料を
プラズマアークにより溶融させて被加工物の表面に肉盛
溶接する肉盛溶接装置の溶接トーチに係り、特に、内燃
機関の給気弁又は排気弁のバルブのバルブヘッドに溶接
用金属を肉盛溶接する際に用いて好適な肉盛溶接装置の
溶接トーチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の給気弁または排気弁の
バルブのバルブヘッドは、バルブシートと高速で当接を
繰り返しているので、該バルブヘッドには高い耐摩耗性
が要求される。そこで、図３に示すように、肉盛溶接す
べきバルブ（以下、素材バルブという；被加工物）１の
バルブヘッド２の外縁部に、例えば、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ−
Ｃ系合金等の耐摩耗性の高い溶接材料３を肉盛溶接し、
その後、該肉盛溶接部３に研削加工等の機械加工を施し
て所望の形状とするようにしている。

【０００３】図４は、前記肉盛溶接に用いられる溶接ト
ーチのノズル本体の先端部を示す断面図であり、図にお
いて、４は内面にディストリビュータ４ａが設けられ、
プラズマ化するアルゴンガスを供給するガス供給路、５
はガス供給路４の先端部に配置され、該ガス供給路４に
より供給されるアルゴンガスに高電圧を印加しプラズマ
アークとする電極、６はガス供給路４が挿入される孔が
中心軸に沿って形成された略円錐台状のトーチボディヘ
ッド、７はトーチボディヘッド６の周縁部に形成され、
溶接材料３となる金属粉体をアルゴン等のキャリアガス
（搬送ガス）と共に供給する一対の粉体供給路、８はト
ーチボディヘッド６の側面を囲む様に設けられたノズ
ル、９はアルゴンガス等のシールドガスを噴射するシー
ルドガス搬送路、１０はトーチボディヘッド６の先端部
にネジ止めされたチップである。

【０００４】チップ１０は、図５に示すように、円盤状
のチップ本体１１の中央部が筒部１２とされ、該筒部１
２にはプラズマアークを噴射するプラズマアーク噴射孔
１３が軸線に沿って形成されるとともに、外周部にネジ
止め用のネジ部１４が形成されている。そして、チップ
本体１１の筒部１２の周囲には溝１５が形成され、当該
溝１５には、前記粉体供給路７よりキャリアガスと共に
供給される金属粉体を噴射する断面楕円状の６つの粉体
噴射孔１６が同一円周上に等間隔に形成されている。こ
の粉体噴射孔１６は、入口側から出口側に向かって前記
プラズマアーク噴射孔１３に漸次近接する様に直線状に
形成されている。

【０００５】前記溶接トーチを用いて素材バルブ１のバ
ルブヘッド２の外縁部に溶接材料３を肉盛溶接するに
は、ガス供給路４によりアルゴンガスをプラズマアーク
噴射孔１３内に供給すると共に、電極５に高電圧を印加
して供給されるアルゴンガスをプラズマ化させてプラズ
マアークとする。同時にシールドガス搬送路９からアル
ゴンガス等のシールドガスを高速で噴射させ、プラズマ
アークが外部の気流を巻き込まない様に該プラズマアー
クをシールドする。次いで、粉体噴射孔１６より前記プ
ラズマアーク中にキャリアガスと共に供給される金属粉
体を噴射させて溶融させ、該溶融金属をバルブヘッド２
の外縁部に肉盛溶接する。その後、該肉盛溶接部３に研
削加工等の機械加工を施し所望の形状とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のチッ
プ１０では、粉体噴射孔１６はプラズマアーク噴射孔１
３に向かって直線状に形成されているために、粉体供給
路７，７より離れた側の粉体噴射孔１６，１６間に吹き
溜まり１７が形成され易く、供給された金属粉体が該吹
き溜まり１７に滞留するという問題点があった。吹き溜
まり１７に金属粉体が滞留した場合、該滞留した金属粉
体が搬送される金属粉体に対する障害となり、他の粉体
噴射孔１６，１６，…との間に金属粉体の供給量にバラ
ツキが生じることとなる。したがって、肉盛溶接部３の
肉盛の厚みや面積が不均一になるという問題点があっ
た。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、チップの粉体噴射孔間の吹き溜まりに滞留す
る金属粉体を速やかに除去することができる肉盛溶接装
置の溶接トーチを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な肉盛溶接装置の溶接トーチを採用
した。すなわち、請求項１記載の肉盛溶接装置の溶接ト
ーチは、溶接用金属粉体をプラズマアークにより溶融さ
せて被加工物の表面に肉盛溶接する肉盛溶接装置の溶接
トーチであって、プラズマ化するガスを供給するガス供
給路と、該ガス供給路の先端部に配置され、該ガス供給
路により供給されるガスに高電圧を印加しプラズマアー
クとする電極と、前記ガス供給路の先端部近傍に配置さ
れ、溶接用金属粉体を搬送ガスと共に前記プラズマアー
ク中に供給する粉体供給路とを備えたノズル本体と、該
ノズル本体の先端部に設けられ、プラズマアーク中に溶
接用金属粉体を噴射し溶融するチップとを備え、前記粉
体供給路に開閉手段を設け、該粉体供給路への溶接用金
属粉体の供給を停止した際に、前記開閉手段により該粉
体供給路を断続的に開閉し、パルス状の搬送ガスを前記
チップに供給することを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載の肉盛溶接装置の溶接
トーチは、請求項１記載の肉盛溶接装置の溶接トーチに
おいて、前記開閉手段に、前記粉体供給路への溶接用金
属粉体の供給を停止した際に、該粉体供給路を断続的に
開閉し、パルス状の搬送ガスを前記チップに供給する制
御部を設けたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１記載の肉盛溶接装置の溶接ト
ーチでは、前記粉体供給路に開閉手段を設け、該粉体供
給路への溶接用金属粉体の供給を停止した際に、前記開
閉手段により該粉体供給路を断続的に開閉し、パルス状
の搬送ガスを前記チップに供給することにより、該チッ
プの粉体噴射孔間の吹き溜まりにパルス状の搬送ガスを
供給し、吹き溜まりに滞留した金属粉体を吹き飛ばし、
速やかに除去する。これより、粉体噴射孔間の金属粉体
の供給量のバラツキがなくなり、肉盛溶接部の肉盛の厚
み及び面積が均一になり、製品の品質が向上する。

【００１１】また、請求項２記載の肉盛溶接装置の溶接
トーチでは、前記開閉手段に、前記粉体供給路への溶接
用金属粉体の供給を停止した際に、該粉体供給路を断続
的に開閉し、パルス状の搬送ガスを前記チップに供給す
る制御部を設けたことにより、粉体噴射孔間の吹き溜ま
りの金属粉体を、溶接作業の間に速やかに除去し、肉盛
溶接工程を停止する必要がなくなり、作業効率が低下す
るおそれがなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例の肉盛溶接装置の溶
接トーチについて図面を参照して説明する。図１は、本
実施例の溶接トーチが搭載された肉盛溶接装置の正面図
であり、肉盛溶接すべき素材バルブＡが貯蔵される素材
バルブストック手段１９と、素材バルブＡのバルブヘッ
ドに肉盛溶接を行う溶接手段２０と、該溶接手段２０の
トーチ２５に素材バルブＡのバルブヘッドが対向するよ
うに素材バルブＡを所定の角度傾けた状態で保持すると
ともにその軸線を中心として回転させる素材バルブ保持
手段３０と、前記溶接手段２０により肉盛溶接が成され
た製品バルブＢを貯蔵する製品バルブストック手段５０
と、前記素材バルブストック手段１０から前記素材バル
ブ保持手段３０に向けて素材バルブＡを搬送するととも
に、製品バルブＢを素材バルブ保持手段３０から前記製
品バルブストック手段５０に向けて搬送するバルブ搬送
手段６０と、溶接手段２０の溶接トーチ２５の位置やプ
ラズマガス条件等の溶接条件、粉体供給条件、素材バル
ブＡの回転条件等を制御する制御系を指令するための操
作盤７０とを備えている。

【００１３】前記素材バルブ保持手段３０は、素材バル
ブＡのバルブヘッド側の端面が当接する回転テーブル３
１と、該回転テーブル３１の斜め上方向に離間して設け
られ素材バルブＡのバルブステムを上方から押圧して前
記回転テーブル３１との間に素材バルブＡを着脱自在に
保持するバルブ着脱手段３２と、素材バルブＡを前記回
転テーブル３１の回転軸とほぼ同軸に位置決めして取り
付けるバルブ取付位置決め手段３３とを備えている。

【００１４】前記バルブ取付位置決め手段３３は、素材
バルブＡを斜めに支持する支持部材３４と、該支持部材
３４を素材バルブＡの軸線方向に移動させる軸方向移動
手段３５と、前記支持部材３４を素材バルブＡの径方向
に移動させる径方向移動手段３６とを備えている。前記
バルブ搬送手段６０は、固定側６１の一点６２を中心と
して前記素材バルブストック手段１０から素材バルブ保
持手段３０に向け、さらに前記素材バルブ保持手段３０
から製品バルブストック手段５０に向け、さらに前記製
品バルブストック手段５０から素材バルブストック手段
１０に向けて、揺動可能に取り付けられた揺動アーム６
３と、該揺動アーム６３の先端側に回転自在に取り付け
られた回転部材６４と、該回転部材６４の外周部の回転
部材６４の回転軸をはさんだ２位置に取り付けられ、素
材バルブＡ又は製品バルブＢのバルブステムを側面から
挟持する２個のチャック６５，６６とを備えている。

【００１５】前記溶接手段２０は、鉛直方向に立設され
たガイド柱２１と、このガイド柱２１に鉛直方向に移動
可能に取り付けられた移動台２２と、この移動台２２上
に水平方向に移動可能に取り付けられた移動台２３と、
この移動台２３の下端に固定されたブラケット２４と、
このブラケット２４の先端に鉛直方向を向けて取り付け
られた溶接トーチ２５と、この溶接トーチ２５にアルゴ
ンガス流により粉体状となった溶接材料を供給するホッ
パ２６とを備えている。

【００１６】そして、図２に示すように、前記溶接トー
チ２５とホッパ２６との間には、ホッパ２６に貯留され
た金属粉体をアルゴン等のキャリアガスと共に前記溶接
トーチ２５に供給する粉体供給管（粉体供給路）２７が
設けられ、該粉体供給管２７の前記溶接トーチ２５に近
接する位置には電磁弁（開閉手段）２８が設けられてい
る。この電磁弁２８は、該肉盛溶接装置の動作を制御す
る制御装置２９に接続されており、粉体供給管２７への
金属粉体の供給を停止した際に、該粉体供給管２７を断
続的に開閉し、パルス状のキャリア搬送ガスを前記チッ
プに供給する構成とされている。

【００１７】前記回転テーブル３１は、前記ガイド柱２
１に支持部３７ａにより回転自在に保持された揺動ブロ
ック３７と、この揺動ブロック３７に回転自在に取り付
けられた回転台３８と、揺動ブロック３７に固定され、
その回転軸が回転台３８にベルト３９ａを介して連結さ
れたモータ３９とを備えている。

【００１８】次に、本実施例の溶接トーチ２５を用いて
素材バルブ１のバルブヘッド２の外縁部に溶接材料３を
肉盛溶接する方法について説明する。まず、ガス供給路
４によりアルゴンガスをプラズマアーク噴射孔１３内に
供給すると共に、電極５に高電圧を印加して供給される
アルゴンガスをプラズマ化させてプラズマアークとす
る。同時にシールドガス搬送路９からアルゴンガス等の
シールドガスを高速で噴射させ、プラズマアークが外部
の気流を巻き込まない様に該プラズマアークをシールド
する。

【００１９】次に、揺動アーム６３のチャック６５を回
転台３８上に移動させ、該チャック６５により挟持され
た素材バルブＡを回転台３８の所定位置に載置する。次
に、モータ３９を回転させて回転台３８を一定の回転速
度で回転させ、移動台２２，２３を移動させて溶接トー
チ２５のプラズマアークをバルブヘッド２の外縁部に当
接させ、粉体噴射孔１６より前記プラズマアーク中にキ
ャリアガスと共に供給される金属粉体を噴射させて溶融
させ、該溶融金属をバルブヘッド２の外縁部に肉盛溶接
する。

【００２０】次に、肉盛溶接が完了したら、モータ３９
の回転を停止させて回転台３８の回転を停止させる。そ
して、揺動アーム６３を肉盛溶接がされた製品バルブＢ
に近接する方向に移動させて、素材バルブＡを挟持して
いないチャック６６を前記製品バルブＢの方に移動させ
て該製品バルブＢをチャック６６により挟持し、回転台
３８から除去する。

【００２１】次に、制御装置２９からの信号に基づき、
電磁弁２８を所定時間の間、断続的に作動させ、粉体供
給管２７を断続的に開閉させてパルス状のキャリア搬送
ガス（パルスガス）を発生させ、このパルスガスを溶接
トーチ２５に供給する。溶接トーチ２５では、このパル
スガスを粉体供給路７から粉体噴射孔１６に向かって噴
射させる。

【００２２】このパルスガスは、粉体供給路７から粉体
噴射孔１６に向かって噴射される間に、吹き溜まりに滞
留した金属粉体を吹き飛ばし、速やかに除去する。した
がって、粉体噴射孔１６，１６間の吹き溜まりには、滞
留した金属粉体が無くなり、粉体噴射孔１６，１６各々
の金属粉体の供給量のバラツキが極めて小さくなり、肉
盛溶接部３の肉盛の厚み及び面積が均一になり、製品の
品質が向上する。

【００２３】ここでは、制御装置２９からの信号に基づ
き、電磁弁２８を所定時間の間、断続的に作動させるこ
とにより、粉体噴射孔１６，１６間の吹き溜まりの金属
粉体を、溶接作業の間に速やかに除去することができる
ため、肉盛溶接工程を停止する必要がなくなる。したが
って、吹き溜まりの金属粉体を除去するために余分な時
間を掛ける必要がなくなり、作業効率が低下するおそれ
がなくなる。

【００２４】その後、該肉盛溶接部３に研削加工等の機
械加工を施し所望の形状とする。以上により、肉盛溶接
部３の肉盛の厚みおよび面積を均一にした、高品質のバ
ルブを製造することができる。

【００２５】以上説明したように、本実施例の溶接トー
チによれば、粉体供給管２７の前記溶接トーチ２５に近
接する位置に電磁弁２８を設け、該電磁弁２８を開閉す
ることにより発生するパルスガスを粉体供給路７から粉
体噴射孔１６に向かって噴射することとしたので、粉体
噴射孔１６，１６間の吹き溜まりに滞留した金属粉体を
吹き飛ばし、速やかに除去することができる。したがっ
て、粉体噴射孔１６，１６各々の金属粉体の供給量のバ
ラツキを極めて小さくすることができ、肉盛溶接部３の
肉盛の厚み及び面積を均一にすることができ、製品の品
質を向上させることができる。

【００２６】また、制御装置２９からの信号に基づき電
磁弁２８を断続的に作動させることとしたので、粉体噴
射孔１６，１６間の吹き溜まりの金属粉体を、溶接作業
の間に速やかに除去することができ、肉盛溶接工程を停
止する必要がなくなる。したがって、吹き溜まりの金属
粉体を除去するための時間が不要となり、作業効率を向
上させることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の肉盛溶接装置の溶接トーチによれば、前記粉体供
給路に開閉手段を設け、該粉体供給路への溶接用金属粉
体の供給を停止した際に、前記開閉手段により該粉体供
給路を断続的に開閉し、パルス状の搬送ガスを前記チッ
プに供給することとしたので、該チップの粉体噴射孔間
の吹き溜まりに滞留した金属粉体を吹き飛ばし、速やか
に除去することができる。したがって、粉体噴射孔各々
の金属粉体の供給量のバラツキを極めて小さくすること
ができ、肉盛溶接部の肉盛の厚み及び面積を均一にする
ことができ、製品の品質を向上させることができる。

【００２８】また、請求項２記載の肉盛溶接装置の溶接
トーチによれば、前記開閉手段に、前記粉体供給路への
溶接用金属粉体の供給を停止した際に、該粉体供給路を
断続的に開閉し、パルス状の搬送ガスを前記チップに供
給する制御部を設けたので、粉体噴射孔間の吹き溜まり
の金属粉体を、溶接作業の間に速やかに除去することが
でき、肉盛溶接工程を停止する必要がなくなる。したが
って、吹き溜まりの金属粉体を除去するための時間が不
要となり、作業効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の溶接トーチを搭載した肉盛
溶接装置を示す正面図である。

【図２】本発明の一実施例の溶接トーチの粉体供給管を
示す正面図である。

【図３】肉盛溶接が成されたバルブを示す一部破断側面
図である。

【図４】従来の溶接トーチのノズル本体の先端部を示す
断面図である。

【図５】従来の溶接トーチのチップを示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ バルブ ２ バルブヘッド ３ 肉盛溶接部 ４ ガス供給路 ５ 電極 ７ 粉体供給路 １０ チップ ２５ 溶接トーチ２５ ２７ 粉体供給管（粉体供給路） ２８ 電磁弁（開閉手段） ２９ 制御装置 Ａ 素材バルブ（被加工物）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接用金属粉体をプラズマアークにより
   溶融させて被加工物の表面に肉盛溶接する肉盛溶接装置
   の溶接トーチであって、 プラズマ化するガスを供給するガス供給路と、該ガス供
   給路の先端部に配置され、該ガス供給路により供給され
   るガスに高電圧を印加しプラズマアークとする電極と、
   前記ガス供給路の先端部近傍に配置され、溶接用金属粉
   体を搬送ガスと共に前記プラズマアーク中に供給する粉
   体供給路とを備えたノズル本体と、 該ノズル本体の先端部に設けられ、プラズマアーク中に
   溶接用金属粉体を噴射し溶融するチップとを備え、 前記粉体供給路に開閉手段を設け、 該粉体供給路への溶接用金属粉体の供給を停止した際
   に、前記開閉手段により該粉体供給路を断続的に開閉
   し、パルス状の搬送ガスを前記チップに供給することを
   特徴とする肉盛溶接装置の溶接トーチ。
2. 【請求項２】 前記開閉手段に、前記粉体供給路への溶
   接用金属粉体の供給を停止した際に、該粉体供給路を断
   続的に開閉し、パルス状の搬送ガスを前記チップに供給
   する制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載の肉
   盛溶接装置の溶接トーチ。