等离子焊炬及采用等离子焊炬的焊接方法

摘要

本发明提供能够比现有装置更小型化的等离子焊炬。若向非消耗式电极(13)的外周空间供给氩气等惰性气体(G)，则其中一部分被用作等离子气体(GP)，经由等离子贯通孔(51)在非消耗式电极(13)和母材(2)之间产生等离子电弧(PA)。维持着该状态，等离子焊炬(1)向图4中箭头的方向移动。此时，向气体流通部(21)供给的惰性气体(G)的一部分没有作为等离子气体(GP)使用，而是作为保护气体(GS)，经由保护贯通孔(52)向焊接方向的前方的母材(2)喷出。在利用该保护气体将等离子电弧(PA)和母材(2)从空气中隔断(保护)的状态下，对母材(2)进行焊接。

权利要求

1.一种等离子焊炬，包括非消耗式电极和流通惰性气体的喷嘴，在所述非消耗式电极与母材之间产生等离子电弧，其特征在于，所述喷嘴设有收容所述非消耗式电极且与外部贯通的第一贯通孔和从所述第一贯通孔的一部分向与所述非消耗式电极呈规定角度的方向延伸且与外部贯通的第二贯通孔，所述等离子焊炬相对于所述母材向规定方向移动时，在所述第一贯通孔中流通所述惰性气体，所述惰性气体的一部分作为等离子气体，经由所述第一贯通孔在所述非消耗式电极和所述母材之间产生等离子电弧，所述惰性气体的剩余部分作为保护气体，经由所述第二贯通孔至少向所述规定方向的所述母材喷出。

2.一种采用等离子焊炬的焊接方法，该等离子焊炬包括非消耗式电极和流通惰性气体的喷嘴，在所述非消耗式电极与母材之间产生等离子电弧，所述采用等离子焊炬的焊接方法的特征在于，使包括所述喷嘴的所述等离子焊炬相对于所述母材向规定方向移动，其中，所述喷嘴设有收容所述非消耗式电极且与外部贯通的第一贯通孔和从所述第一贯通孔的一部分向与所述非消耗式电极呈规定角度的方向延伸且与外部贯通的第二贯通孔，使惰性气体在所述第一贯通孔中流通，将所述惰性气体的一部分用作等离子气体，经由所述第一贯通孔在所述非消耗式电极和所述母材之间产生等离子电弧，将所述惰性气体的剩余部分用作保护气体，经由所述第二贯通孔至少向所述规定方向的所述母材喷出。

说明书

等离子焊炬及采用等离子焊炬的焊接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及对母材进行等离子电弧焊接的等离子焊炬及采用该等离子焊炬的焊接方法。详细地说，涉及能够比现有装置更小型化的等离子焊炬及采用该等离子焊炬的焊接方法。

背景技术

[0002] 现有已知一种采用在非消耗式电极和母材之间产生的等离子电弧，对母材进行焊接的技术(参照例如日本特开2008-238242号公报)。这种焊接通常被称作“等离子电弧焊接”。

[0003] 在等离子电弧焊接中，采用的是收纳有非消耗式电极的等离子焊炬。

[0004] 对现有的等离子焊炬供给等离子气体，以使在非消耗式电极和母材之间产生等离子电弧，同时也供给保护气体。该保护气体从现有的等离子焊炬喷出，由此能够防止在母材上形成的熔池氧化，其结果是确保了焊接品质。

[0005] 从而，在现有的等离子焊炬中包围着非消耗式电极设置用于等离子气体的喷嘴，还有，包围着用于该等离子气体的喷嘴设置用于保护气体的喷嘴。即，现有的等离子焊炬具有二重结构的喷嘴。

[0006] 然而，在有对处于狭窄地方的母材也要进行等离子电弧焊接这样的要求时，由于现有的等离子焊炬具有如上所述二重结构的喷嘴，因而，其前端直径变大。即，为了与该要求对应，需要更小型的等离子焊炬。

发明内容

[0007] 本发明是对母材进行等离子电弧焊接的等离子焊炬及采用该等离子焊炬的焊接方法，其目的在于提供能够比现有装置更小型化的等离子焊炬及采用该等离子焊炬的焊接方法。

[0008] 本发明的等离子焊炬(例如实施方式中的等离子焊炬1)包括在与母材(例如实施方式中的母材2)之间产生等离子电弧的非消耗式电极(例如实施方式中的非消耗式电极13)和流通惰性气体的喷嘴(例如实施方式中的喷嘴11)，这种等离子焊炬其特征在于，[0009] 所述喷嘴设有收容所述非消耗式电极且与外部贯通的第一贯通孔(例如实施方式中的等离子贯通孔51)和从所述第一贯通孔的一部分向与所述非消耗式电极形成规定角度的方向延伸且与外部贯通的第二贯通孔(例如实施方式中的保护贯通孔52)，[0010] 所述等离子焊炬相对于所述母材向规定方向移动时，在所述第一贯通孔中流通惰性气体，

[0011] 所述惰性气体的一部分作为等离子气体，经由所述第一贯通孔在所述非消耗式电极和所述母材之间产生等离子电弧，

[0012] 所述惰性气体的剩余部分作为保护气体，经由所述第二贯通孔至少向所述规定方向的所述母材喷出。

[0013] 根据该发明，在喷嘴上设有第一贯通孔及第二贯通孔，向第一贯通孔供给的惰性气体中的一部分被用作等离子气体，剩余部分从第二贯通孔中喷出，被用作保护气体。

[0014] 从而，不再需要在现有的等离子焊炬上所设置的用于保护气体的喷嘴。即只要有相当于在现有的等离子焊炬所设置的用于等离子气体的喷嘴的喷嘴，不仅可以供给等离子气体，还可以供给保护气体。

[0015] 其结果是，与现有装置比较能够小型地构成可进行良好品质焊接的等离子焊炬。

[0016] 本发明的采用等离子焊炬的焊接方法是采用上述本发明的等离子焊炬的焊接方法。从而，采用比现有装置小型的等离子焊炬，能够进行良好品质焊接。

[0017] 发明效果

[0018] 根据本发明，在喷嘴上设有第一贯通孔及第二贯通孔，向第一贯通孔供给的惰性气体中的一部分被用作等离子气体，剩余部分从第二贯通孔中喷出，被用作保护气体。

[0019] 从而，不再需要在现有的等离子焊炬上所设置的用于保护气体的喷嘴。即只要有相当于在现有的等离子焊炬所设置的用于等离子气体的喷嘴的喷嘴，不仅可以供给等离子气体，还可以供给保护气体。

[0020] 其结果是，与现有装置比较能够小型地构成可进行良好品质焊接的等离子焊炬。

附图说明

[0021] 图1是表示本发明的实施方式的等离子焊炬的简要构成的剖视图。

[0022] 图2是表示图1的等离子焊炬的喷嘴内部简要构成的剖视图。

[0023] 图3是表示图1的等离子焊炬的喷嘴外观简要构成的立体图。

[0024] 图4是表示图1的等离子焊炬在对母材进行焊接之际喷出的惰性气体状态的模式图。

[0025] 图5是表示图1的等离子焊炬中、关于等离子气体流量和保护气体流量的原始气体流量及喷嘴的第一贯通孔和第二贯通孔的开口面积比的关系的一例的图。

[0026] 图6是说明对图1的等离子焊炬的喷嘴的第二贯通孔的开口面积进行确定的要素的图。

具体实施方式

[0027] 以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

[0028] 图1是表示本发明一实施方式的等离子焊炬1的简要构成的剖视图。

[0029] 等离子焊炬1具备喷嘴11、焊炬主体部12、钨电极等的非消耗式电极13。

[0030] 图2是表示喷嘴11内部简要构成的剖视图。

[0031] 图3是表示喷嘴11外部简要构成的立体图。

[0032] 在此，将喷嘴11的端部中、当等离子焊炬1对母材2进行焊接时与母材2对置的端部11t以下称为“前端部11t”，将前端部相反侧的端部11b以下称为“基端部11b”。

[0033] 喷嘴11上，在从基端部11b朝向前端部11t的方向上设置连接部41和尖嘴部42。

[0034] 连接部41如图1所示，与焊炬主体部12的中央内部旋合，从而将喷嘴11连接在焊炬主体部12上。

[0035] 在连接部41和尖嘴部42的中央内部，设置从基端部11b贯通到前端部11t的等离子贯通孔51。利用该等离子贯通孔51和设置在焊炬主体部12中央内部的空间，形成后述惰性气体流通的气体流通部21。

[0036] 即，包括等离子贯通孔51的气体流通部21，收容有非消耗式电极13，与非消耗式电极13大致平行地延伸，在喷嘴11的前端部11t与外部贯通。

[0037] 在尖嘴部42中还设有保护贯通孔52，该保护贯通孔52从气体流通部21的一部分向与非消耗式电极13呈规定角度的方向延伸，在尖嘴部42的侧面与外部贯通。

[0038] 在此，图1所示的空心箭头的方向，是等离子焊炬1对母材2进行焊接时移动的方向，以下称为“焊接方向”。

[0039] 详细情况见后述，不过，若在以保护贯通孔52的开口部朝向该焊接方向的方式配置等离子焊炬1的状态下，等离子焊炬1对母材进行焊接，则在气体流通部21流通的惰性气体的一部分作为等离子气体，经由等离子贯通孔51在非消耗式电极13和母材2之间产生等离子电弧。另外，在气体流通部21流通的惰性气体的剩余部分作为保护气体，经由保护贯通孔52向焊接方向的母材2喷出。

[0040] 接下来，参照图4对以上等离子焊炬1的动作进行说明。

[0041] 图4是表示等离子焊炬1在对母材2进行焊接之际喷出的惰性气体G的状态的模式图。

[0042] 如图4所示，向非消耗式电极13的外周空间即气体流通部21供给少量氩气等惰性气体G，利用例如没有图示的电源装置在非消耗式电极13和喷嘴11之间施加高电压，在非消耗式电极13和喷嘴11的前端部11t的等离子贯通孔51附近之间产生小电流的导引电弧。

[0043] 在此状态下，增加惰性气体G的供给量，直到从等离子贯通孔51高速喷射的水平，利用例如没有图示的电源装置在非消耗式电极13和母材2之间施加高电压，从而，产生等离子电弧PA。

[0044] 维持着该状态，等离子焊炬1利用没有图示的驱动机构向焊接方向、即图4中空心箭头的方向移动。

[0045] 此时，向气体流通部21供给的惰性气体G的一部分没有作为等离子气体GP使用，而是作为保护气体GS，经由保护贯通孔52向焊接方向的前方的母材2喷出。如图4所示，在利用该保护气体GS将等离子电弧PA和母材2从空气中隔断(保护)的状态下，对母材2进行焊接。

[0046] 还有，图4的例中，惰性气体G是氩气，等离子焊炬1的移动速度为0.5m/分钟，惰性气体G的流量(后述的原始气体流量)为2升/分钟，等离子焊炬1的前方21mm周边的保护气体GS的浓度为约25％。

[0047] 像这样，本实施方式的等离子焊炬1，向气体流通部21供给的惰性气体G，一部分被用作等离子气体GP，剩余部分被用作保护气体GS。

[0048] 在此，为了在母材2的熔池中取得适当的焊透深度，而适当设计等离子气体GP的流量(以下，称为“等离子气体流量”)，从而，需要充分发挥等离子电弧PA熔化母材2、贯通母材2的能力(以下，称为“贯通能力”)。

[0049] 另一方面，为了防止母材2的熔池氧化，确保焊接品质即与焊接后的母材2外观和气孔相关的品质，而适当设计保护气体GS的流量(以下，称为“保护气体流量”)，从而，需要充分发挥将等离子电弧PA和母材2从空气中隔断(保护)的能力(以下，称为“保护能力”)。

[0050] 从而，为了同时发挥所要求的贯通能力和保护能力，必须使等离子气体流量和保护气体流量同样适当。

[0051] 为此，必须适当管理向气体流通部21供给的惰性气体G的流量(以下，称为“原始气体流量”)，且必须适当管理将该原始气体流量分配成等离子气体流量和保护气体流量的比率(以下，称为“气体分配比率”)。

[0052] 等离子气体流量依赖于喷出等离子气体GP的等离子贯通孔51的开口面积。同样，保护气体流量依赖于喷出保护气体GS的保护贯通孔52的开口面积。因而，通过变化等离子贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比，从而也能够变化气体分配比率。

[0053] 综合以上，适当管理原始气体流量及等离子贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比，从而，能够确保适当的等离子气体流量及保护气体流量，以同时发挥所要求的贯通能力和保护能力。

[0054] 还有，以下，参照图5，关于原始气体流量及等离子贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比的管理手法进行说明。

[0055] 图5是表示关于等离子气体流量和保护气体流量的原始气体流量及喷嘴贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比的关系的一例。

[0056] 图5中叙述为适当的范围，表示能够确保适当的等离子气体流量及保护气体流量，以同时发挥所要求的贯通能力和保护能力的范围。

[0057] 叙述为GS不足的范围，表示不能确保发挥所要求的保护能力所必须的保护气体流量的范围。

[0058] 叙述为GP不足的范围，表示不能确保发挥所要求的贯通能力所必须的等离子气体流量的范围。

[0059] 叙述为GS·GP不足的范围，表示不能确保发挥所要求的保护能力所必须的保护气体流量、且不能确保发挥所要求的贯通能力所必须的等离子气体流量的范围。

[0060] 因而，管理原始气体流量及等离子贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比，以使成为叙述为适当的范围，从而，能够同时确保适当的等离子气体流量及保护气体流量，以同时发挥所要求的贯通能力和保护能力。

[0061] 在此，相当于所谓喷嘴孔的等离子贯通孔51的开口面积，由喷嘴孔直径的规格决定。因而，要想变更等离子贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比，只要变更保护贯通孔52的开口面积即可。

[0062] 图6是说明确定保护贯通孔52的开口面积的要素的图。图6(a)表示喷嘴11的立体图，图6(b)表示喷嘴11的剖视图。

[0063] 图6(a)所示的开口角β是表示关于保护贯通孔52的开口部的水平方向的扩展程度的角度。即，以等离子贯通孔51的轴a和保护贯通孔52的轴b的交点为始点，以开口部的水平方向两端为终点，与保护贯通孔52的轴b平行地从始点到2个终点彼此连结的两条线段所形成的角度为开口角β。

[0064] 在此，存在保护贯通孔52的开口部由单一的狭缝形成的情况，即，在开口部的水平方向两端间连续开口的情况。这种情况下，保护贯通孔52的开口面积依赖于图6(a)所示的开口角β及图6(b)所示的开口厚度。所谓开口厚度是指保护贯通孔52的开口部的垂直方向的厚度。因而，通过变更开口角β、及开口厚度中至少1个要素，能够变更保护贯通孔52的开口面积，其结果是能够变更等离子贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比。

[0065] 另外，例如存在保护贯通孔52的开口部由多个孔(以下，称为“开口孔”)形成的情况，即在开口部的水平方向的两端间不连续开口的情况。这种情况下，确定保护贯通孔52开口面积的要素依赖于图6(a)所示的开口角β，还有图6(b)所示的多个开口孔的直径及个数。因而，通过变更开口角β、还有多个开口孔的直径及个数中至少1个要素，从而能够变更保护贯通孔52的开口面积，其结果是能够变更等离子贯通孔51和保护贯通孔52的开口面积比。

[0066] 还有，图6所示的倾斜角α及开口高度是相对于母材2确定保护气体GS到达范围的要素。在此，所谓倾斜角α是指等离子贯通孔51的轴a和保护贯通孔52的轴b所形成的角度。开口高度是指从喷嘴11的前端部11t到等离子贯通孔51的轴a和保护贯通孔52的轴b的交点的垂直方向长度。

[0067] 根据本实施方式，具有如下效果。

[0068] 即，在喷嘴11上设有等离子贯通孔51及保护贯通孔52，向等离子贯通孔51供给的惰性气体G中，一部分被用作等离子气体GP，剩余部分从保护贯通孔52中喷出，被用作保护气体GS。

[0069] 从而，不再需要在现有的等离子焊炬上所设置的用于保护气体的喷嘴。即只要有相当于在现有的等离子焊炬所设置的用于等离子气体的喷嘴的喷嘴11，不仅可以供给等离子气体GP，还可以供给保护气体GS。

[0070] 其结果是，与现有装置比较能够小型地构成可进行良好品质焊接的等离子焊炬1。

[0071] 还有，本发明并不限定于上述实施方式，在能够实现本发明目的的范围内所作的变形、改良等均包含在本发明中。

[0072] 例如，喷嘴11的保护贯通孔52的形成部位、个数、形态等，并不特别限定于上述附图所示的例子中，只要是至少向焊接方向喷出保护气体就足够了。因而，保护贯通孔52在喷嘴11上的形成例如还可以是，除了焊接方向以外还向其他方向、具体说是向例如相反方向等喷出保护气体。

[0073] 例如，在等离子贯通孔51及保护气体贯通孔52中流通的惰性气体G，在上述实施方式中采用了氩气等，不过，只要是被用作等离子气体GP及保护气体GS即可，并没有特别限定，也可以是其他例如氦。