JPH07246477A - 溶接トーチ及びそれを備えた肉盛溶接装置 - Google Patents

溶接トーチ及びそれを備えた肉盛溶接装置

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JPH07246477A
JPH07246477A JP3891094A JP3891094A JPH07246477A JP H07246477 A JPH07246477 A JP H07246477A JP 3891094 A JP3891094 A JP 3891094A JP 3891094 A JP3891094 A JP 3891094A JP H07246477 A JPH07246477 A JP H07246477A
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実 中根
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博志 宮田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 チップの溝に吹き溜まりが形成され難い溶接
トーチ及びそれを備えた肉盛溶接装置を提供する。 【構成】 プラズマ化するガスを供給するガス供給路
と、ガス供給路の先端部に配置され前記ガスに高電圧を
印加しプラズマアークとする電極と、ガス供給路の先端
部に配置され、溶接用金属粉体を搬送ガスと共にプラズ
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、ノズル本体の先端部に設けられ、中央部にプラズマ
アーク噴射孔が形成されるとともに、該プラズマアーク
噴射孔の周囲の前記ノズル本体側の一主面に環状の溝1
5が形成され、溝15にプラズマアーク中に溶接用金属
粉体を噴射する複数の粉体噴射孔16が形成されたチッ
プ10とを備え、粉体供給路の少なくともその先端部7
1は、チップ10の溝15の底面15aの接線方向に対
して傾斜してな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
溶接する溶接トーチ及びそれを備えた肉盛溶接装置に係
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
溶接トーチ及びそれを備えた肉盛溶接装置に関するもの
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(被加工物)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4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。)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5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。前記粉体供給路7の先
端部7aは、ガス供給路4に向かって漸次近接する様に
直線状に形成されている。
【0004】チップ10は、図6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の周囲には環状の溝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、従来の溶接
トーチでは、粉体供給路7,7は前記溝15に対して垂
直に位置しているために、粉体供給路7,7の中間部近
傍の溝15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に滞留してしまい無駄に
なるという問題点があった。この吹き溜まり17に滞留
する金属粉体の量はかなりのものとなり、したがって、
該金属粉体の歩留まりが低下することとなり、特に高価
な金属粉体を用いた場合には、金属材料の歩留まりの低
下が製品のコストに跳ね返り、製品のコストダウンが困
難になるという問題が発生する。また、溝15に吹き溜
まり17が形成された場合、粉体噴射孔16,16,…
間に金属粉体の供給量にバラツキが生じることとなり、
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、チップの溝に吹き溜まりが形成され難い溶接
トーチ及びそれを備えた肉盛溶接装置を提供することを
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、本発明は次の様な溶接トーチ及びそれを備えた肉盛
溶接装置を採用した。すなわち、請求項1記載の溶接ト
ーチは、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、中央部にプラズマアークを噴射
するプラズマアーク噴射孔が形成されるとともに、該プ
ラズマアーク噴射孔の周囲の前記ノズル本体側の一主面
に環状の溝が形成され、当該溝に前記プラズマアーク中
に溶接用金属粉体を噴射する複数の粉体噴射孔が形成さ
れたチップとを備え、前記粉体供給路の少なくともその
先端部は、前記チップの溝の底面の接線方向に対して傾
斜してなることを特徴としている。
【0009】また、請求項2記載の溶接トーチは、請求
項1記載の溶接トーチにおいて、前記粉体供給路の少な
くともその先端部の前記溝の底面上の射影は、該底面の
接線方向と一致していることを特徴としている。
【0010】また、請求項3記載の溶接トーチは、請求
項1記載の溶接トーチにおいて、前記粉体供給路の少な
くともその先端部は、前記ガス供給路に対して螺旋状に
形成されていることを特徴としている。
【0011】また、請求項4記載の肉盛溶接装置は、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であって、前記被
加工物を保持し、該被加工物をその軸線を中心として回
転させる回転台と、請求項1ないし3のいずれか1項記
載の溶接トーチとを備え、該溶接トーチが、そのチップ
のプラズマアーク噴射孔を前記回転台に保持される被加
工物の肉盛溶接すべき位置に対向して配置されているこ
とを特徴としている。
【0012】
【作用】本発明の請求項1記載の溶接トーチでは、前記
粉体供給路の少なくともその先端部を前記チップの溝の
底面の周方向の接線に対して傾斜させたことにより、搬
送ガスと共に供給された溶接用金属粉体は、前記溝の底
面に対して斜めに噴射され、該金属粉体の流れの一部が
当該溝の底面を一方向に回転し回転流となる。したがっ
て、該回転流の発生により当該溝の底面に吹き溜まりが
形成され難くなる。これより、供給された金属粉体が該
吹き溜まりに滞留し難くなり、該金属粉体の供給歩留ま
りが向上し、肉盛溶接した製品のコストダウンが可能に
なる。また、チップの粉体噴射孔間の金属粉体の供給量
のバラツキが小さくなることにより、肉盛溶接部の肉盛
の厚みや面積が均一になり、製品の品質が向上する。
【0013】また、請求項2記載の溶接トーチでは、前
記粉体供給路の少なくともその先端部の前記溝の底面上
の射影を、該底面の接線方向と一致させたことにより、
搬送ガスと共に供給された溶接用金属粉体は、前記溝の
底面の周方向に対して斜めに噴射され、金属粉体の流れ
全体が当該溝の底面を一方向に回転する回転流となる。
したがって、当該溝の底面に吹き溜まりが形成されるお
それがなくなる。これより、供給された金属粉体が該吹
き溜まりに滞留することがなくなり、該金属粉体の供給
歩留まりが向上し、肉盛溶接した製品のコストダウンが
可能になる。また、チップの粉体噴射孔間の金属粉体の
供給量のバラツキが極めて小さくなることにより、肉盛
溶接部の肉盛の厚みや面積が均一になり、製品の品質が
向上する。
【0014】また、請求項3記載の溶接トーチでは、前
記粉体供給路の少なくともその先端部を前記ガス供給路
に対して螺旋状に形成したことにより、搬送ガスと共に
供給された溶接用金属粉体は、前記溝の底面の周方向に
対して斜めに噴射され、金属粉体の流れ全体が当該溝の
底面を一方向に回転する回転流となる。したがって、当
該溝の底面に吹き溜まりが形成されるおそれがなくな
る。これより、供給された金属粉体が該吹き溜まりに滞
留することがなくなり、該金属粉体の供給歩留まりが向
上し、肉盛溶接した製品のコストダウンが可能になる。
また、チップの粉体噴射孔間の金属粉体の供給量のバラ
ツキが極めて小さくなることにより、肉盛溶接部の肉盛
の厚みや面積が均一になり、製品の品質が向上する。
【0015】また、請求項4記載の肉盛溶接装置では、
請求項1ないし3のいずれか1項記載の溶接トーチのチ
ップのプラズマアーク噴射孔を、前記回転台に保持され
る被加工物の肉盛溶接すべき位置に対向して配置したこ
とにより、該被加工物の肉盛溶接すべき位置に供給され
る金属粉体の量が増加し、該金属粉体の供給歩留まりが
向上し、肉盛溶接された製品のコストダウンが可能にな
る。また、チップの粉体噴射孔間の金属粉体の供給量の
バラツキが小さくなり、被加工物の肉盛溶接部の肉盛の
厚みや面積が均一になり、品質が向上する。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例の肉盛溶接装置につ
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3
0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。
【0017】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2側の端面が当接する回転テーブル
(回転台)31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。
【0018】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個のチャック手段65,66とを備えてい
る。
【0019】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。
【0020】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。
【0021】前記溶接トーチ25は、従来の溶接トーチ
の粉体供給路7の先端部7aの形状を変えたものであ
り、それ以外の構成要素については従来の溶接トーチと
全く同一である。図2は、この溶接トーチ25の先端部
を示す一部破断側面図、図3は溶接トーチ25のノズル
本体の下面図であり、図において、71は電極5を挟ん
で対向配置された粉体供給路7の先端部であり、該先端
部71の溝15の底面15a上の射影が、該底面15a
の接線方向と一致するように構成されている。
【0022】次に、本実施例の肉盛溶接装置を用いて素
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。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。
【0023】この場合、前記金属粉体は、チップ10の
溝15の底面15aの周方向に対して斜めに噴射され、
該金属粉体の全量が当該溝15の底面15aを一方向に
回転し回転流となり、前記溝15には周方向に向かう気
流が形成されることとなり、従来の様に溝15に吹き溜
まりが形成されるおそれがなくなる。したがって、供給
された金属粉体は滞留することなく全量プラズマアーク
中に噴射されることとなり、該金属材料の歩留まりが向
上し、肉盛溶接した製品のコストダウンが可能になる。
【0024】また、溝15内の金属粉体の滞留がなくな
るので、チップ10の粉体噴射孔16,16,…間の金
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の肉盛の厚みや面積が均一になり、製品の品質が
向上する。
【0025】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。
【0026】以上説明したように、本実施例の溶接トー
チによれば、粉体供給路7の先端部71の溝15の底面
15a上の射影が、該底面15aの接線方向と一致する
ように構成することとしたので、金属粉体の全量が当該
溝15の底面15aを一方向に回転し回転流となり、従
来の様に溝15に吹き溜まりが形成されるおそれがなく
なる。したがって、供給された金属粉体を滞留すること
なく全量プラズマアーク中に噴射することができ、該金
属材料の歩留まりを向上させることができ、肉盛溶接し
た製品のコストダウンを図ることができる。
【0027】また、溝15内の金属粉体の滞留を防止す
ることができるので、チップ10の粉体噴射孔16,1
6,…間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の肉盛の厚みおよび面積
を均一にすることができ、得られた製品の品質を向上さ
せることができる。
【0028】また、本実施例の溶接トーチを備えた肉盛
溶接装置によれば、溶接トーチ25のチップ10のプラ
ズマアーク噴射孔13を、前記回転テーブル31に保持
される素材バルブAのバルブヘッド2の肉盛溶接すべき
位置に対向して配置したので、該素材バルブAのバルブ
ヘッド2の表面に供給される金属粉体の供給歩留まりを
向上させることができ、バルブ1を低価格で製造するこ
とができる。また、チップ10の粉体噴射孔16,1
6,…間の金属粉体の供給量のバラツキが小さくなるの
で、肉盛溶接部3の肉盛の厚みおよび面積の均一性に優
れたバルブ1を製造することができる。
【0029】なお、本実施例の溶接トーチ25の粉体供
給路7の先端部71は、上述した形状以外に様々な形状
に変形可能である。例えば、前記ガス供給路4に対して
螺旋状となる様に形成しても、全く同様の作用・効果を
奏することができる。
【0030】
【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
給路の少なくともその先端部を、前記チップの溝の底面
の接線方向に対して傾斜してなることとしたので、供給
された金属粉体が吹き溜まりに滞留し難くすることがで
き、該金属粉体の供給歩留まりを向上させることがで
き、肉盛溶接した製品のコストダウンを図ることができ
る。また、チップの粉体噴射孔間の金属粉体の供給量の
バラツキを小さくすることができ、肉盛溶接部の肉盛の
厚みおよび面積の均一性を向上させることができ、肉盛
溶接された製品の品質を向上させることができる。
【0031】また、請求項2記載の溶接トーチによれ
ば、前記粉体供給路の少なくともその先端部の前記溝の
底面上の射影を、該底面の接線方向と一致することとし
たので、供給された金属粉体が吹き溜まりに滞留するの
を防止することができ、該金属粉体の供給歩留まりをさ
らに向上させることができ、肉盛溶接した製品のコスト
ダウンを図ることができる。また、チップの粉体噴射孔
間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および面積の均一性
をさらに向上させることができ、肉盛溶接された製品の
品質をさらに向上させることができる。
【0032】また、請求項3記載の溶接トーチによれ
ば、前記粉体供給路の少なくともその先端部を、前記ガ
ス供給路に対して螺旋状に形成したので、供給された金
属粉体が吹き溜まりに滞留するのを防止することがで
き、該金属粉体の供給歩留まりをさらに向上させること
ができ、肉盛溶接した製品のコストダウンを図ることが
できる。また、チップの粉体噴射孔間の金属粉体の供給
量のバラツキを極めて小さくすることができ、肉盛溶接
部の肉盛の厚みおよび面積の均一性をさらに向上させる
ことができ、肉盛溶接された製品の品質をさらに向上さ
せることができる。
【0033】また、請求項4記載の肉盛溶接装置によれ
ば、被加工物を保持し、該被加工物をその軸線を中心と
して回転させる回転台と、請求項1ないし3のいずれか
1項記載の溶接トーチとを備え、該溶接トーチが、その
チップのプラズマアーク噴射孔を前記回転台に保持され
る被加工物の肉盛溶接すべき位置に対向して配置されて
いる構成としたので、被加工物の表面に供給される金属
粉体の供給歩留まりを向上させることができ、肉盛溶接
された製品を低価格で製造することができる。また、チ
ップの粉体噴射孔間の金属粉体の供給量のバラツキが小
さくなるので、肉盛溶接部の肉盛の厚みおよび面積の均
一性に優れた製品を製造することができる。
【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を示す一部破断
側面図である。
【図3】本発明の一実施例のトーチ本体を示す下面図で
ある。
【図4】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5】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6】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 11 チップ本体 12 筒部 13 プラズマアーク噴射孔 15 溝 15a 底面 71 先端部
フロントページの続き (72)発明者 宮田 博志 埼玉県桶川市上日出谷1230番地 三菱マテ リアル株式会社桶川製作所内 (72)発明者 岡 勉 埼玉県桶川市上日出谷1230番地 三菱マテ リアル株式会社桶川製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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、中央部にプラズマア
    ークを噴射するプラズマアーク噴射孔が形成されるとと
    もに、該プラズマアーク噴射孔の周囲の前記ノズル本体
    側の一主面に環状の溝が形成され、当該溝に前記プラズ
    マアーク中に溶接用金属粉体を噴射する複数の粉体噴射
    孔が形成されたチップとを備え、 前記粉体供給路の少なくともその先端部は、前記チップ
    の溝の底面の接線方向に対して傾斜してなることを特徴
    とする溶接トーチ。
  2. 【請求項2】 前記粉体供給路の少なくともその先端部
    の前記溝の底面上の射影は、該底面の接線方向と一致し
    ていることを特徴とする請求項1記載の溶接トーチ。
  3. 【請求項3】 前記粉体供給路の少なくともその先端部
    は、前記ガス供給路に対して螺旋状に形成されているこ
    とを特徴とする請求項1記載の溶接トーチ。
  4. 【請求項4】 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
    であって、 前記被加工物を保持し、該被加工物をその軸線を中心と
    して回転させる回転台と、 請求項1ないし3のいずれか1項記載の溶接トーチとを
    備え、 該溶接トーチが、そのチップのプラズマアーク噴射孔を
    前記回転台に保持される被加工物の肉盛溶接すべき位置
    に対向して配置されていることを特徴とする肉盛溶接装
    置。
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