JPH0810956A - 溶接トーチ及びそれを備えた肉盛溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極の先端部の溶損を防止することができ、
したがって、プラズマアークの軸線の偏りを防止するこ
とができ、しかも、金属粉体の供給歩留まりを向上させ
ることができる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４
と、ガス供給路４の先端部に配置され、ガス供給路４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７２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を噴射するプ
ラズマアーク噴射孔１１が形成されたチップ７５とを備
え、電極７２には、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７３が形成されて
い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。）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
ーチを示す断面図であり、図において、４は内面に断熱
材４ａ，４ｂが形成され、プラズマ化するアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを供給するガス供給路、５はガス供給路４内に
配置され、該ガス供給路４により供給されるＡｒガスに
高電圧を印加しプラズマアークとするタングステンから
なる電極、６はガス供給路４が挿入される孔が中心軸に
沿って形成され先端部が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Ａｒガス等のキャリアガス
（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Ａｒ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、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１１が形成され、周辺部にキャリアガス
と共に供給される金属粉体をプラズマアーク中に噴射す
る粉体噴射孔１２が形成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】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Ａｒガスをプラズマアーク噴射
孔１１内に供給すると共に、電極５に高電圧を印加しガ
ス供給路４より供給されるＡｒ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Ａｒ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１２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。

【０００５】

【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、プラズマアークの温度が５０００〜６００
０℃にもなるために、該プラズマアークにより前記電極
５の先端部が溶損するという問題点があった。電極５の
先端部が溶損した場合、前記プラズマアークの軸線が一
方向に偏り、溶接材料３が溶接箇所に正確に溶接され
ず、該溶接材料３が無駄になるとともに溶接箇所より逸
脱した溶接材料を除去するために機械加工工程が必要に
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、
キャリアガスと共に供給される金属粉体は、プラズマア
ーク中に噴射される際に、その一部が該チップ１０の溝
に滞留してしまい、該金属粉体の供給歩留まりが低下し
コストアップになるという問題点もあった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、電極の先端部の溶損を防止することができ、
したがって、プラズマアークの軸線の偏りを防止するこ
とができ、しかも、金属粉体の供給歩留まりを向上させ
ることができる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。

【０００７】

【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たチップとを備え、前記電極に
は、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が形成されていることを特徴
としている。

【０００８】請求項２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。

【０００９】

【作用】本発明の請求項１記載の溶接トーチでは、前記
電極に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を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、該電極内の
粉体供給路を通過する間に該電極の先端部を空冷し該先
端部の溶損を防止する。また、該溶接用金属粉体は粉体
供給路を通ってプラズマアークの中心軸に沿って噴射さ
れ、溶接箇所に正確に溶接される。したがって、溶接材
料の無駄が少なくなり、溶接箇所より逸脱した溶接材料
を除去するための機械加工工程に要する時間が大幅に短
縮される。また、従来の様にチップの溝に滞留すること
がなくなり、該金属粉体の供給歩留まりが向上する。こ
れより、製品のコストダウンが可能になる。

【００１０】請求項２記載の肉盛溶接装置では、請求項
１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、前記電極の先端部の溶
損がなくなりプラズマアークの軸線の偏りもなくなる。
また、溶接用金属粉体がチップの溝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、製品のコ
ストダウンが可能になる。また、プラズマアーク中の金
属粉体の供給量のバラツキが小さくなることにより、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。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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Ａｒ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２
６とを備えている。

【００１５】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。

【００１６】前記溶接トーチ２５は、図２に示す様に、
従来の溶接トーチを改良したものであり、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において、７２はガス供給路４内に配置され、その
軸線Ａｘに沿って溶接用金属粉体をキャリアガス（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７３が形成されたタングステンからなる電極、７４は
中心軸に沿ってガス供給路４が挿入される孔が形成され
先端部が略円錐台状のトーチボディヘッド、７５はトー
チボディヘッド７４の先端部にネジ止めされ、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１１が
形成されたチップである。

【００１７】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Ａｒガスをプラズマアーク噴射孔１１内に供給す
ると共に、電極７２に高電圧を印加して供給されるＡｒ
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Ａｒ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、
溶接用金属粉体をキャリアガスと共に粉体供給路７３に
供給し該粉体供給路７３内を電極７２の先端部７２ａに
向かって搬送する。先端部７２ａでは、該粉体供給路７
３の先端から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。

【００１８】この場合、キャリアガスと共に供給された
金属粉体は、該電極７２内の粉体供給路７３を通過する
間に該電極７２の先端部７２ａを空冷し該先端部７２ａ
の溶損を防止する。また、該金属粉体は粉体供給路７３
を通ってプラズマアークの中心軸に沿って噴射され、バ
ルブヘッド２の外縁部に正確に溶接される。したがっ
て、溶接材料３の無駄が少なくなり、溶接箇所より逸脱
した溶接材料３を除去するための機械加工工程に要する
時間が大幅に短縮される。また、従来の様にチップの溝
に滞留することがなくなり、該金属粉体の供給歩留まり
が向上する。これより、製品のコストダウンが可能にな
る。また、プラズマアーク中の金属粉体の供給量のバラ
ツキがさらに小さくなるので、肉盛溶接部３の肉盛の厚
みや面積が均一になり、品質が向上する。

【００１９】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。

【００２０】以上説明したように、本実施例の溶接トー
チによれば、電極７２に、その軸線Ａｘに沿って溶接用
金属粉体をキャリア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７３を形成したので、キャリアガス
と共に供給された金属粉体が粉体供給路７３を通過する
間に該電極７２の先端部７２ａを空冷し該先端部７２ａ
の溶損を防止することができる。また、該金属粉体は粉
体供給路７３を通ってプラズマアークの中心軸に沿って
噴射されるので、バルブヘッド２の外縁部に正確に溶接
され、溶接材料３の無駄が少なくなり、溶接箇所より逸
脱した溶接材料３を除去するための機械加工工程に要す
る時間を大幅に短縮することができる。また、従来の様
にチップの溝に滞留することがないので、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。

【００２１】また、プラズマアーク中の金属粉体の供給
量のバラツキを小さくするので、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。

【００２２】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、チップ７５のプラズマアーク噴射孔
１１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、プラズマアークの軸線の偏りがなくなると
ともに金属粉体の供給量のバラツキが小さくなり、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。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の溶接トーチによれば、前記電極に溶接用金属粉体
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
供給路を形成したので、搬送ガスと共に供給された金属
粉体が粉体供給路を通過する間に該電極の先端部を空冷
し該先端部の溶損を防止することができる。また、該金
属粉体は粉体供給路を通ってプラズマアークの中心軸に
沿って噴射されるので、被加工物の溶接すべき箇所に正
確に溶接され、溶接材料の無駄が少なくなり、溶接箇所
より逸脱した溶接材料を除去するための機械加工工程に
要する時間を大幅に短縮することができる。また、従来
の様にチップの溝に滞留することがないので、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。

【００２４】請求項２記載の肉盛溶接装置によれば、請
求項１記載の溶接トーチを、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したので、プラズマアークの
軸線の偏りがなくなるとともに金属粉体の供給量のバラ
ツキが小さくなり、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、肉盛溶接部
の肉盛の厚みおよび面積の均一性に優れた製品を低価格
で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断面図で
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】従来の溶接トーチを示す断面図である。

【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 １１ プラズマアーク噴射孔 ７２ 電極 ７３ 粉体供給路 ７５ チップ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (2)

【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たチッ
   プとを備え、 前記電極には、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が形成されている
   ことを特徴とする溶接トーチ。
2. 【請求項２】 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。