JPS6247630B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマトーチに関するものであり、
特に狭開先の溶接に好適なものである。

従来狭開先を溶接するためのプラズマトーチと
しては、第１図に示すようなものがある。ａ図に
トーチの縦断面図、ｂ図はａ図のＡ−A′線に沿
う横断面図で、１は電極、２はプラズマガス通路
３を形成して設けたノズル、４はノズル２内に設
けられている冷却水通路、５はシールドガス通路
６を形成して設けたシールドキヤツプである。ノ
ズル２の先端はｂ図に示すように狭小になつてい
て、狭開先内に挿入するに適した形状をしてい
る。しかしこのような構成のものでは、アーク熱
の最も過熱されやすいノズル２の先端部に冷却水
が循環されていないために、大きな電流を流すこ
とができず、均一な裏波を有する深溶込みの溶接
が困難である。

また、溶接部を大気から保護するためにシール
ドガスを流すシールドガス通路６は、シールドキ
ヤツプ５が溶接材７，７′の表面上に位置してい
るので、シールド効果は十分に得られないという
欠点がある。特に、溶接材７，７′の板厚が厚い
場合には、シールド効果が著しく劣る。開先内へ
挿入できるプラズマトーチを実現するには、溶接
継手部を溶融して深い溶込みを得るのに必要なプ
ラズマアークの電流を確保するとともに、シール
ド効果も良好な構造にしなければならない。

一方、これに代わる他の溶接トーチとして、た
とえば実公昭52−50203号公報がある。これは、
偏平体のトーチ本体は水冷されているが、冷却水
孔はトーチ本体の両外側にＵ字形に設けられてお
り、中央のタングステン電極挿入部の周辺には冷
却水は流れない構造になつている。

タングステン電極自身はトーチ先端部に装備し
たコレツトチヤツクによつてチヤツクされている
ので、冷却も不十分で、あまり大きなアーク電流
を流すことはできない。

アークがノズルで絞られて電流密度の高いプラ
ズマアークと異なり、テイグ（TIG）アークはノ
ズルを用いないので電流密度は低く、溶接の溶け
込みが浅く速度も遅くなるという欠点がある。

本発明は上記に鑑みてなしたもので、溶接に必
要な電流容量と十分なシールド効果を確保したま
ま、トーチを開先内へ挿入でき、そして効率良く
溶接が行なえる薄型のプラズマトーチを提供する
ことを目的とする。

本発明は、ノズルを水冷却するプラズマトーチ
において、トーチ先端部にノズル孔を有するノズ
ル１２を設け、該ノズル１２周囲をシールドキヤ
ツプ１６にて覆い、該ノズル１２先端の空間３６
に前記ノズル孔２０を向けて電極８を内蔵せし
め、該電極８を固定する電極ホルダ９を該電極８
と同軸上に位置するように前記ノズル１２に内蔵
せしめ、同じく前記ノズル１２内に該電極８及び
電極ホルダ９を中心としてその両側に互いに独立
した２本のプラズマガス通路１９を形成し、該プ
ラズマガス通路１９は前記空間３６を介してノズ
ル孔２０に連通せしめ、更に同じく前記ノズル１
２内に前記電極８及び電極ホルダ９を中心として
かつ前記各プラズマガス通路１９の外側に冷却水
通路２１を形成し、両側の該冷却水通路２１を前
記ノズル孔２０周囲に設けた連絡通路２２にて連
通せしめ、前記ノズル孔１２と前記シールドギヤ
ツプ１６との間にシールドガス通路１８を形成す
るようにしたものである。以下図により本発明の
実施例について説明する。

第２図ａは本発明の一実施例に係る薄型プラズ
マトーチの縦断面図で、ｂ図はａ図のＡ−A′線
に沿う縦断面図で開先内へこのトーチ先端部を挿
入することができるようになつている。図におい
て、電極（タングステン）８は電極ホルダー９に
固定されている。インナチユーブ１０は電極ホル
ダー９内に挿入されて、冷却水通路１１を形成し
ており、冷却水２９を流すことによつて電極８に
は高電流のプラズマアークを発生することができ
る。偏平ノズル１２は横断面が偏平であり、トー
チ本体１３へ締結リング１４により固定されてい
る。絶縁スリーブ１５は、電極ホルダー９と偏平
ノズル１２との間にあつて両者を絶縁している。
シールドキヤツプ１６はトーチ本体１３へネジ１
７によつて固定され、偏平ノズル１２とシールド
ガス通路１６との間にはシールドガス通路１８が
形成されてシールドガス２８がトーチ先端部に流
れる。プラズマガス通路１９は電極８を中央に挿
入した偏平ノズルの長手方向の内側面に設けら
れ、空間３６を介してノズル孔２０と連絡してお
り、プラズマガス２７が流れる。

冷却水通路２１は、同様に、電極８を中心にし
てプラズマガス通路１９のさらに外方の両側に設
けられ、ノズル先端のノズル孔２０周辺に設けた
連絡通路２２と連絡しており、冷却水２９が矢印
のように流れる。

Ｏリング２４，２５，２６はそれぞれにおいて
シール作用をしている。

第３図は偏平ノズルの断面図で、ｂ図はａ図の
Ａ−A′線に沿う横断面図、ｃ図はＢ−B′線に沿
う横断面図である。前述のように、プラズマガス
通路１９および冷却水通路２１は、電極（図示せ
ず）を中心にその偏平ノズルの長手方向の両側に
設けるものである。さらに、連絡通路２２もノズ
ル孔２０の周辺を囲むように設けられる。

このような構成により、トーチを開先内へ挿入
可能な薄型にすることができ、しかもアーク熱で
過熱されやすいノズル先端部は水冷されているの
で高電流の負荷に耐えることができる。

第４図は偏平プラズマトーチの他の実施例で、
ａ図は縦断面図、ｂ図はａ図のＡ−A′線に沿う
横断面図である。実施例はノズル先端のみを交換
可能にし、かつシールドガスの通路をノズルの外
側面に溝を設けて形成することによつてさらにト
ーチ幅を狭く偏平な構造にしたものである。

図において、偏平ノズル１２の先端には横断面
が同一の偏平なノズルチツプ３０がネジ３１によ
つて偏平ノズル１２を合致するように固定されて
いる。偏平ノズル１９、チツプ３０の四隅には切
欠き部を形成し、シールドキヤツプ１６によつて
シールドガス通路３２を形成する。さらに側面に
も溝を設け、シールドガス通路３３を形成する。

このような構成により、使用中に熱によつてチ
ツプ３０が溶積しても容易に交換ができ、経済的
に使用できる。またシールドキヤツプ１６は水冷
されたノズルの外側面に密着させているので冷却
の向上がはかれる。

第５図は偏平プラズマトーチのさらに他の実施
例で、ａ図は縦断面図、ｂ図はａ図のノズル部分
のみの下面図である。

実施例はチツプの冷却効果をさらに向上させる
ために、連絡通路をノズル孔の周囲に効果的に設
けたものである。

図において偏平ノズルのチツプ３４には、ノズ
ル孔２０の周囲全周にわたつて連絡通路３５が設
けられている。二分割したものに溝加工を施し、
その後にロウ付けすることによつて容易に製作で
きる。

連絡通路３５がノズル孔２０の全周にわたつて
いるので冷却効果は高く、したがつて同寸法のト
ーチで大容量のトーチが得られる。

第６図は前述による本発明のトーチを使用して
狭開先溶接をした場合の施行例で、ａ図は溶接材
の寸法（mm）を示し、溶接のルートフエイスは７
mmである。ｂ図はステンレス鋼（SuS304）に施
行した場合の初層溶接の断面組織である。施行の
具体的条件は溶接速度；200mm／mm、プラズマ電
流；280A、プラズマ流量；Ar3／min、シール
ドガス流量；Ar＋５％H₂20／minである。

図からわかるように裏波を有する溶接部が均一
に得られ、その溶接外観も極めて良好である。な
お図示のものは板厚50mmであるが、偏平ノズルの
長さを延長することによつて、開先深さが150mm
を越える場合においても溶接に必要な電流容量と
十分なシールド効果がそのまま保持されているの
で、トーチを開先内へ挿入して良好に溶接が行な
える。

さらに、平板の溶接はもちろん、裏波を有する
キーホール溶接後のプラズマ溶接もワイヤを送給
することによつて施行できる。

以上説明したように、本発明の薄型プラズマト
ーチによれば、径の太い従来のプラズマトーチで
は溶接できなかつた厚板の開先溶接が容易に行な
えるようになり、溶接の能率が大幅に向上する。
偏平ノズルの長さを延長することにより開先深さ
が150mmを越える狭開先のキーホール溶接や、従
来のトーチと同様に浅い開先の溶接はもちろん、
裏波を有するキーホール溶接後の多層溶接もワイ
ヤを送給しながら施行できる。また、この施行を
スミ肉溶接にも応用することができる。

なお、本トーチは切断、溶射等に使用できるこ
とは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の狭開先の溶接を目的とするプ
ラズマトーチの縦断面図、ｂ図はａ図のＡ−
A′線に沿う横断面図、第２図ａは本発明の薄型
プラズマトーチの縦断面図、ｂ図はａ図のＡ−
A′線に沿う縦断面図、第３図ａは偏平ノズルの
縦断面図、ｂ図はａ図のＡ−A′線に沿う横断面
図、ｃ図はＢ−B′線に沿う横断面図、第４図は本
発明の薄型プラズマトーチの他の実施例で、ａ図
は縦断面図、ｂ図はａ図のＡ−A′線に沿う横断
面図、第５図は、さらに他の実施例で、ａ図は縦
断面図、ｂ図は偏平ノズル部分のみの下面図、第
６図ａは本発明トーチによる施行例、ｂ図は施行
例の金属断面組織である。 ８……電極、９……電極ホルダー、１０……イ
ンナチユーブ、１２……偏平ノズル、１３……ト
ーチ本体、１４……締結リング、１５……絶縁リ
ング、１６……シールドキヤツプ、１８，３２，
３３……シールドガス通路、１９，２３……プラ
ズマガス通路、２０……ノズル孔、２１……冷却
水通路、２２，３５……連絡通路、３０，３４…
…偏平なノズルチツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トーチ先端部にノズル孔を有するノズルを設
   け、該ノズル周囲をシールドキヤツプにて覆い、
   該ノズル先端の空間に前記ノズル孔に向けて電極
   を内蔵せしめ、該電極を固定する電極ホルダを該
   電極と同軸上に位置するように前記ノズルに内蔵
   せしめ、同じく前記ノズル内に該電極及び電極ホ
   ルダを中心としてその両側に互いに独立した２本
   のプラズマガス通路を形成し、該各プラズマガス
   通路は前記空間を介してノズル孔に連通せしめ、
   更に同じく前記ノズル内に前記電極及び電極ホル
   ダを中心としてかつ前記各プラズマガス通路の外
   側に冷却水通路を形成し、両側の該冷却水通路を
   前記ノズル孔周囲に設けた連絡通路にて連通せし
   め、前記ノズルと前記シールドキヤツプとの間に
   シールドガス通路を形成することを特徴とするプ
   ラズマトーチ。 ２ 前記シールドガス通路は前記ノズルの側面に
   形成した溝を前記シールドキヤツプにて覆うこと
   により形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のプラズマトーチ。 ３ 前記ノズルの先端に交換可能なノズルチツプ
   を設けることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のプラズマトーチ。