JPS62296972A - スパッタ付着防止型溶接用トーチノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスシール式溶接装置のトーチノズルの改良
に係わり、更に詳しくは表面にスパック付着防止処理を
施したスパッタ付着防止方法並びにその溶接用トーチノ
ズルに関する。

〔従来の技術〕

従来のガスシール式溶接用トーチノズルは、銅製ノズル
基材の表面にアルミニウム又はクロムを拡散浸遇させて
被覆層を形成した所謂カロライジング処理及びクロマイ
ジング処理を施したもの、あるいは表面に硬質クロムメ
ッキをしたものが提供されているが、ノズルの先端部に
スパッタが付着して目詰まりが起こり、シールドガスの
流出を阻害して溶着金属の中に空気が入り酸化及び窒化
現象による欠陥溶接になったり、また本来は電気絶縁さ
れているトーチノズルと溶接環がスパッタの付着で短絡
されスパークが発生して、該トーチノズルの表面が１旧
託し、更にスパックの付着を促進させるので、定期的に
溶接作業を停止してスパッタの除去作業が必要であり、
特に多数の溶接箇所を同時に制御して溶接する自動溶接
機に於いては、前述したトーチノズルの先端部へのスパ
ッタの付着は解決すべき最大課題であり、作業能率を高
める上で障害となっていた。その為、先端部を耐熱性、
滑動性に優れたセラミックスで形成した溶接用トーチノ
ズルが考慮されるが、スパッタの付着は比較的防止でき
るものの高温で焼成する等製造工程が複雑で高価になり
、安価でしがもスパッタの付着が極度に少ないスパック
付着防止方法並びにその溶接用トーチノズルの開発が望
まれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が前述の状況に爲み、解決しようとするところは
、従来の金泥製ノズル基材に表面処理を施し、ノズル表
面の滑落性を向上させスパッタの付着を極度に防止し且
つ付着しても自重により容易に剥離し得る安価で耐久性
の高いスパック付着防止方法並びにその溶接用トーチノ
ズルを提供する点にある。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、前述の問題解決の為に、ガスシール式金属製
溶接用ノズルの表面にフッ素系高分子化合物を含有させ
ることで、該溶接用ノズルへのスパッタの付着を防止す
る父バッタ付着防止方法であり、また溶接用ノズルの表
面にフッ素系高分子化合物の表面硬化層を形成するが又
は該フッ素系高分子化合物を金属中に含有又は共存する
表面便化層を形成してスパッタ付着防止型溶接用トーチ
ノズルでもある。

〔作用〕

以上の如き内容からなる本発明のスパッタ付着防止型溶
接用トーチノズルは、金属製トーチノズルの表面にフッ
素系高分子化合物を位置させ、該フッ素系高分子化合物
の素材自体のもつ低摩擦性によって、アーク発生部から
飛散する溶融金属、即ちスパッタのノズル先端部への付
着を防止し且つ付着しても滑落性がよいので溶融金属の
自重により容易に剥離するものであり、その為熔融金泥
のノズル先端部での滞留時間が短いので咳熔励金属から
ノズル先端部への熱の伝達が少な（、更に熱伝導性の良
い金属製ノズルを用いているので、内部を流れるシール
ドガスによりまた場合によっては水冷を行っており常に
該トーチノズルが冷却された状態にあり、熱の築中がな
く該１・−チノズルの温度上昇も少なく、金属と比較し
て低温度で溶融するフッ素系高分子化合物を有する表面
硬化層の熱ｉＭ　（Ｉｉも少ないものである。

〔実施例〕

次に添付図面に示した実施例に基づき更に本発明の詳細
な説明する。

第１図は本発明に係わるスパッタ付着防止型溶接用トー
チノズルの使用状態を図式的に示した省略断面図であり
、略円筒形の金属製トーチノズル１の中心部に、ノズル
先端部２方向へ順次送り出される溶接環３を配し、該溶
接棒３の先端と溶接物４，４の接合ｇｒｓｓ間にアーク
６を発生させて、溶接棒３の先端部を熔融し、前記接合
部５の溶融部７に順次供給するものであり、更に前記ト
ーチノズル１の内部からノズル先端部２方向へ炭酸ガス
、アルゴン及びヘリウム等のシールドガス８を噴出して
、空気から前記アーク６及び熔融部７を完全に遮断して
、該溶融部７の酸化及び窒化による欠陥溶接を防止する
とともに、前記シールドガス８雰囲気中で安定にアーク
６を発生させるものであり、この場合アーク６の衝撃に
より前記溶融部７から熔融金属が飛散し、即ちスパッタ
９が発生して、前記ノズル先端部２の内外面に該スパッ
タ９が衝突するものである。

第２図（ａｌ〜（ｄｌは、金属製ノズル基材１０の表面
処理の各種の態様を示したものである。

第１実施例 第２図（ａｌに示す如く、ノズル基材］０の表面にフッ
素系高分子化合物を、好ましくはポリテトラフルオロエ
チレンを数十μｍの厚さでコーティングして熱処理を行
い、フッ素系高分子化合物Ｆｉｌｌを形成したものであ
る。

第２実施例 第２図（ｂｌに示す如く、ノズル基材１０の表面を粗面
化した後、無電解ニッケルめっきを行ってニッケル層１
２を形成し、更にその上面に前記同様にフッ素系高分子
化合物をコーティング、熱処理を行いフッ素糸高分子化
合物屓１１を形成したものである。

第３実施例 第２図（Ｃ１に示す如く、ノズル基材１０の表面に硬質
クロムめっきを行って厚さ２０〜３０μｍのクロム５１
３を形成し、該クロム層１３に生じたクランク内に熱処
理を行いながらポリテトラフルオロエチレン等のフッ素
系高分子化合物１１゛を充填し、その後急冷却して前記
クロム層１３に該フッ素系高分子化合物１１′を埋設し
たものである。

第４実施例 第２図（ｄｌに示す如く、ニッケルめっき液中にポリテ
トラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレ
ン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−
ヘキサフルオロプロピレン共重合体から選んだ１種又は
２種以上のもののフッ素系高分子化合物微粒子１４を界
面活性剤で分散させためっき液を用いて、ノズル基材１
０の表面にめっきを行って共析させ、前記フッ素系高分
子化合物微粒子１４をニッケル１５中に点在分散させて
、厚さ数μｍ〜３０μｍの複合めっぎ層１６を形成した
ものであり、前記フッ素系高分子化合物微粒子１４の含
有量を１０〜４０体積％となし、更に好ましくは１５〜
２５体積％になるように設定したものである。

第５実施例 第２図（ｅｌに示す如く、ノズル基材１０の表面に硬質
クロムめっきをしてクロム層１７を形成し、その上に前
記第４実施例で示したフッ素系高分子化合物微粒子１４
とニッケル１５の複合めっき層１６を形成したものであ
る。

以上に述べた実施例の中で、特に第５実施例として示し
た金属製ノズル基材１０の表面に硬質クロムめっきを行
い、その上にフッ素系高分子化合物微粒子１４とニッケ
ル１５の複合メッキ層１６を形成する表面処理を施した
トーチノズル１と、従来の金属製ノズル基材１０の表面
にクロマイジング処理、クロマイジング処理及び硬質ク
ロムメッキ処理を施したトーチノズル１とを比較実験し
た結果を以下に述べる。第３〜７図は、同一の使用条件
で、各トーチノズル１．・・・のノズル先端部２へのス
パッタ９の付着状態を比較した写真であり、第３〜５図
の（ａｌはトーチノズル１の側面写真、（ｂｌはノズル
先端部２の拡大写真であり、第６．７図はトーチノズル
１の側面写真である。

サンプル■ 第３図（ａｌ、　（ｂｌは、銅製のノズル基材１０の表
面に従来のクロマイジング処理を施したもので、使用後
にはノズル先端部２とその内面にスパッタ９が強固に付
着しており、該トーチノズル１の冷却後でもスパッタ９
は容易に剥離せずペンチや二、２パーでも全て除去する
ことが困難であり、ノズル先端部２の表面状態もやや悪
くなっている。

サンプル■ 第４図（ａｌ、　（ｂｌは、銅製のノズル基材１０の表
面に従来のクロマイジング処理を施したもので、サンプ
ル■と同様に使用後にはノズル先端部２とその内面にス
パッタ９が付着しており、サンプル■に比べてスパッタ
９は剥離し易いが、剥離した後のノズル先端部２の表面
はノズル基材１０の銅が現れて、更にトーチノズル１表
面に無数の微細な凹部が生じており、表面処理が破壊さ
れたことを息味している。

サンプル■ 第５図（ａ）、　（ｂ）は、銅製のノズル基材ｌＯの表
面に従来の硬質クロムめっきを施して厚さ２０μｍのク
ロム層を形成したもので、サンプル■と同様にノズル先
端部２とその内面にスパッタ９が強固に付着しており、
またノズル先端部２が熔ｍし、スパッタ９の付着によっ
て該ノズル先端部２と溶接棒３とが短絡してスパークが
発生したことを意味し、トーチノズル１が高温になって
側面が熱により変色している。

サンプル■ 第６図は、銅製のノズル基材１０の表面に本発明の第５
実施例で示した表面処理を施したもので、ノズル基材１
０の表面に硬質クロムめっきを行い厚さ２０μｍのクロ
ム５１７を形成し、その上にフッ素系高分子化合物微粒
子１４とニッケル１５を共析させて厚さ８μｍの複合メ
ッキ層１６を形成し、また該複合メッキ層１６の前記フ
ッ素系高分子化合物微粒子１４の含有量を約２０体積％
となして、金属めっきの強度及び熱伝導性とフッ素系高
分子化合物の低摩擦性を備えたもので、使用後のノズル
先端部２の外面及び内面は、全くスパッタ９の付着がな
く使用前の光沢を保持し、処理した表面の劣化は全くな
く、また内面には使用中にスパッタ９が付着するが、た
だちに該スパッタ９の自重により容易に剥離した。

サンプル■ 第７図は、前記サンプル■と複合めっき層１６の厚さを
１５μｍとした以外は同じもので、使用後のノズル先端
部２の外面は、前記サンプル■と同様に全くスパッタ９
の付着がなく使用前の光沢を保持し、処理した表面の劣
化は全くなく、また内面には使用中にスパッタ９が付着
し、やはりただちに該スパッタ９の自重により剥離する
が、前記サンプル■と比較してエリ離性はやや劣り、更
に内面の表面状態が僅かに劣化している。

しかして、以上の各サンプルを同一条件で比較実験した
結果、サンプル■〜■で示した従来の溶接用トーチノズ
ル１は、そのノズル先端部２にスパッタ９が強固に付着
し、該スパッタ９も容易に剥離しないばかりか、トーチ
ノズル１の表面状態も大きく劣化して使用前の状態をと
どめてなく、更にノズル基材１０の一部が露出したり溶
損したりしており、付着したスパッタ９を除去しても再
度使用し得る表面状態ではなく、仮に使用したとしても
スパッタ９の付着はより激しく短時間で使用できなくな
るのに対し、サンプル■及び■で示した本発明を実施し
た溶接用トーチノズル１は、ノズル先端部２に全くスパ
ッタ９の付着がなく、また一時的に内面に付着しても該
スパッタ９の自重により容易に剥離するだけであるので
、トーチノズル１へのスパッタ９即ち熔融金属からの熱
伝達は少なく、即ち該トーチノズル１の温度上昇は少な
（、その為表面の劣化も殆どないものである。

また、前述のようにトーチノズル１の表面にスパッタ９
が殆ど付着しなく、該トーチノズル１の温度上昇も少な
いので、ノズル基材１ｏとして熱伝導の特に良い銅を用
いなくても、単価の安い鉄を用いることも可能である。

尚、サンプル■と■を比較すれば、前記複合めっき層１
６の厚みが薄い方のサンプル■が優れており、これによ
って該複合メッキ層１６の厚みをより厚くしても、めっ
き液を多（使用するだけでスパッタ９の付着防止効果は
少なく、その上限は厚さ３０μｍ程度であり、一方散μ
ｍ以下では複合メッキ層１６の強度が弱く、めっき処理
における厚みの制御も難しくて実用的でなく、従って数
μｍ〜３０μｍの厚さに複合メッキ層１６を形成するこ
とが好ましい。

〔発明の効果〕

以上にしてなる本発明のスパッタ付着防止方法及びスパ
ッタ付着防止型溶接用トーチノズルによれば、ガスシー
ル式金屈製溶接用ノズルの表面にフッ素系高分子化合物
の表面硬化層を形成するか又は該フッ素系高分子化合物
を金属中に含有又は共存する表面硬化層を形成してなる
ので、フッ素系高分子化合物の素材自体のもつ低摩擦性
によってｌ・−サンプルの表面を滑落性の高いものとす
ることができ、アーク発生部から飛散する熔融金属、即
ちスパッタのノズル先端部への付着を防止し且つ付着し
てもスパッタの自重により容易に剥離するものであり、
その為スパッタのノズル先端部での滞留時間が短いので
該スパッタからノズル先端部への熱の伝達が少な（、更
に熱伝導性の良い金属製ノズルを用いているので、熱が
拡散し易く熱の集中がなく該トーチノズルの温度上昇も
少なく、金泥と比較して低温度で溶融するフッ素系高分
子化合物を有する表面硬化層の熱損傷も少ないものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタ付着防止型溶接用トーチノズ
ルの使用状態を図式的に示した省略断面図、第２図（ａ
ｌ、　（ｂｌ、　（ｃｌ、　（ｄ）、　（ｅｌはトーチ
ノズルの表面処理状態を図式的に示した部分断面図、第
３図（ａ）、　（ｂ）は従来のクロマイジング処理した
トーチノズルの使用後の写真、第４図ｔａ）、　ｔｂ）
は従来の力ロライジング処理したトーチノズルの使用後
の写真、第５図（ａｌ、　（ｂｌは従来の硬質クロムめ
っき処理したトーチノズルの使用後の写真、第６図及び
第７図は本発明の表面処理したトーチノズルの使用後の
写真である。 にトーチノズル、　２：ノズル先端部、３；溶接棒、　
　　　　４；溶接物、 ５：接合部、　　　　６：アーク、 ７：溶融部、　　　　８：シールドガス、９ニスバツタ
、　　　１０：ノズル基材、１１：フッ素系高分子化合
物層、１２：ニッケル層、１３ニクロム層、１４：フッ
素系高分子化合物微粒子、１５：ニソケル、　　　１６
：複合めっき層、１７：クロム層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガスシール式金属製溶接用ノズルの表面にフッ素系
   高分子化合物を含有させて、該溶接用ノズルへのスパッ
   タの付着を防止するスパッタ付着防止方法。 ２）ガスシール式金属製溶接用ノズルの表面にフッ素系
   高分子化合物の表面硬化層を形成するか又は該フッ素系
   高分子化合物を金属中に含有又は共存する表面硬化層を
   形成してなるスパッタ付着防止型溶接用トーチノズル。 ３）前記表面硬化層として、ニッケルとフッ素系高分子
   化合物を共析した層を形成したものとしてなる特許請求
   の範囲第２項記載のスパッタ付着防止型溶接用トーチノ
   ズル。 ４）前記フッ素系高分子化合物として、ポリテトラフル
   オロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ
   フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフ
   ルオロプロピレン共重合体から選択した１種又は２種以
   上のものを用いてなる特許請求の範囲第２項又は第３項
   記載のスパッタ付着防止型溶接用トーチノズル。 ５）前記表面硬化層の厚みを数μｍ〜３０μｍとしてな
   る特許請求の範囲第３項記載のスパッタ付着防止型溶接
   用トーチノズル。 ６）フッ素系高分子化合物を表面付着又は微細な溝に埋
   設してなる特許請求の範囲第２項記載のスパッタ付着防
   止型溶接用トーチノズル。 ７）ノズル表面のクロマイジング処理した硬化層上に前
   記表面硬化層を形成してなる特許請求の範囲第２項又は
   第３項又は第４項又は第５項記載のスパッタ付着防止型
   溶接用トーチノズル。