プラズマ溶接方法，プラズマトーチ組体およびプラズマ溶接装置
【課題】 アーク安定性の向上。溶接作業性の向上。ホットワイヤ送給においても、アーク安定性の向上。
【解決手段】
複数のプラズマトーチ(1a,1b)からプラズマアークを、溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てて全プラズマアークに共通に作用する磁気ピンチ力によって前記同一位置にプラズマアークを集中させるとともに、前記複数のプラズマトーチの各インサートチップ(1ac,1bc)の外周まわりからシールドガスを前記溶接対象材(5)に向けて噴出するプラズマ溶接。プラズマアーク間に、溶接ワイヤ又は肉盛り粉体を垂直降下で送給。複数のプラズマトーチ(1a,1b)を１つのシールドカバー(4)に装着して１つのプラズマトーチ組体として、上記プラズマ溶接に用いる。
【解決手段】
複数のプラズマトーチ(1a,1b)からプラズマアークを、溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てて全プラズマアークに共通に作用する磁気ピンチ力によって前記同一位置にプラズマアークを集中させるとともに、前記複数のプラズマトーチの各インサートチップ(1ac,1bc)の外周まわりからシールドガスを前記溶接対象材(5)に向けて噴出するプラズマ溶接。プラズマアーク間に、溶接ワイヤ又は肉盛り粉体を垂直降下で送給。複数のプラズマトーチ(1a,1b)を１つのシールドカバー(4)に装着して１つのプラズマトーチ組体として、上記プラズマ溶接に用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ溶接において、複数のアークを重ね合わせて溶接を行う溶接方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ溶接には、溶接，肉盛り，切断などの高熱加工の種類に応じて、各種形態がある。特許文献１には、電極棒の先端直下に側方からワイヤを送り込んで、電極棒先端の下方にある母材（加工対象材）を、プラズマ溶接，ホットワイヤ形態のプラズマ溶接，プラズマＭＩＧ溶接あるいはプラズマワイヤ肉盛をする方法が記載されている。特許文献２には、インサートチップの中央のワイヤ送通孔から下方の母材に垂直にワイヤを送り出し、該ワイヤ送通孔が開いたプラズマ孔にプラズマを噴射してワイヤ先端を溶かすプラズマＭＩＧ溶接トーチが記載されている。特許文献３には、中心位置に電極棒を配置したインサートチップのプラズマノズルの下方に、側方からワイヤを送り込むホットワイヤ形態のプラズマ溶接方法及びプラズマワイヤ肉盛方法が記載されている。特許文献４には、インサートチップの中心位置に電極棒を配置したプラズマトーチのプラズマが形成したプールに向けて、該プラズマトーチの側方から消耗電極であるワイヤを送給するプラズマＭＩＧ溶接が記載されている。特許文献５には、インサートチップのプラズマ噴射ノズルの上方かつ中心に配置した有底筒状のプラズマ電極の、中心孔である底穴と、その下方のノズルプラズマ噴射ノズルを通して下方の母材に垂直にワイヤを送給し、該ワイヤをプラズマ電極が生成するプラズマで溶かすプラズマＭＩＧ溶接方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭３９− １５２６７号公報
【特許文献２】特開昭５２−１３８０３８号公報
【特許文献３】特開昭５３− ３１５４４号公報
【特許文献４】特表２００６−５１９１０３号公報
【特許文献５】特開２００８−２２９６４１号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９の（ａ）に示すように、１個のプラズマ溶接トーチ１の電極棒と溶接対象材である母材５との間にプラズマアークを発生させる場合は、プラズマアークは安定しており、電極棒の直下に円形の溶融プール８ができる。しかし、溶接ワイヤ９を用いる特許文献１〜４の溶接方法及びプラズマトーチの場合には図９の（ｃ）に示すように、電極棒が母材５との間に形成したプラズマ流に、電極棒／母材間の側方からワイヤ９を送給し通電するので、ワイヤ電流で発生した磁束とプラズマ電流で発生する磁束との相互作用で磁気的アンバランスが発生する。すなわち、ワイヤよりも上側（インサートチップ側）とワイヤよりも下側（母材側）でプラズマアーク状態が異なり、図９の（ｄ）に示すように、ワイヤの上側のプラズマはワイヤから離れる方向にアークカを受け、ワイヤの下側のプラズマはワイヤに近づく方向にアークカを受ける。母材５上の溶化材（ワイヤの溶滴）は、図９の（ｅ）に示すように、溶接方向ｙの下流方向に流れる。ワイヤ先端の溶融の動揺に伴い、母材に対するプラズマの作用位置が動揺するので、プラズマアークが不安定である。
【０００５】
特許文献５では、有底筒状のプラズマ電極の、底穴の円周エッジにアークが集中し、集中点が周方向に移動するので、やはりプラズマが動揺し、プラズマ電極における底穴の円周エッジとインサートチップにおけるノズル縁の激しい損耗と、溶融ワイヤのプラズマ電極やプラズマノズルへの付着がおこる。よって、長時間安定した溶接作業を維持できない。
【０００６】
また、プラズマアークには、図９の（ａ）および（ｂ）上に矢印で示すようにチップ孔から母材へ吹き付ける力が働いており、従来の、例えば特許文献３に記載の、側面からワイヤを供給し溶接を行うプラズマ溶接法では、溶滴を外側に吹き飛ばしてしまい、ビード中央部の高さを稼ぎづらい。これは、特に重ね隅肉溶接時の、咽厚を確保したいときに不利である。
【０００７】
本発明は、アーク安定性が高いプラズマ溶接法および装置を提供することを第１の目的とし、高能率且つ作業性が良く、ワイヤに通電する方法においても、磁気吹きによるアーク乱れを発生しない、安定性が高いプラズマ溶接法および装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）複数のプラズマトーチ(1a,1b)からプラズマアークを、溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てて全プラズマアークに共通に作用する磁気ピンチ力によって前記同一位置にプラズマアークを集中させるとともに、前記複数のプラズマトーチの各インサートチップ(1ac,1bc)の外周まわりからシールドガスを前記溶接対象材(5)に向けて噴出する、プラズマ溶接方法。
【０００９】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【発明の効果】
【００１０】
複数のプラズマトーチ(1a,1b)からプラズマアークを、溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てることにより、各プラズマアークによりプラズマトーチ(1a,1b)と溶接対象材(5)との間に形成される合成磁界により、図３の（ａ）に点線で示すような、全プラズマアークを一体として周回する磁束が流れる。該合成磁界と各アーク電流との間には、ローレンツ力すなわち周回磁束の周回中心にアークを収束させる力が発生し、プラズマトーチ(1a,1b)のプラズマアーク(7a,7b)が、図３の（ｂ）に示すように、溶接対象材５の表面近くで強く、プラズマアーク(7a,7b)を相対的に近づける方向に絞られる。そこで、溶接の進行方向をｙ方向とすると、図３の（ｃ）に示すように、溶融プール８は、溶接方向ｙと直交するｘ方向すなわち溶接ビードの幅方向ｘに収束したものとなり、ビード幅が狭くなる。溶接方向をプラズマトーチの並び方向であるｘ方向とすると、逆に、溶融プール８は溶接方向ｘと直交するｙ方向すなわち溶接ビードの幅方向ｙに広がったものとなり、ビード幅が広くなる。しかし、溶接方向を、プラズマトーチの並び方向であるｘ方向の溶接時、図１０のごとく溶接対象材５に対してプラズマアーク７ａ，７ｂが接する点を重ねない、少し離すようにノズル穴角度あけたインサートチップを用いると、溶接線に対して長細い熱源となり、高速溶接化に理想的な熱源が得られる。
【００１１】
プラズマトーチのプラズマアーク(7a,7b)間の中間点に溶接ワイヤ(9)を送給し、溶接対象材(5)と溶接ワイヤ(9)との間に電流を通電するホットワイヤ溶接の態様では、各プラズマアーク(7a,7b)と溶接ワイヤ(9)により形成される磁力線は、図７の（ａ）のようになる。このときワイヤ近傍では、磁力線の向きが互い違いなり打ち消しあうので、ワイヤを側方から供給する従来の方法と違い、磁力的アンバランスを起こさない。これに加えて、ワイヤ供給部を中心軸とする等角度ピッチにプラズマトーチが配置してあることで、すなわちトーチが対称に配置されているので、プラズマアークの指向安定性が高い。このことは、ワイヤを供給しない場合、又は粉体を供給する場合でも、中央上部でアーク同士の磁力線が打ち消し合い、同様の磁場になり、プラズマアークの指向安定性が高い。
【００１２】
溶接対象材の近傍では、各アークが収束するので、電流が同一方向の加算となり、アーク同士の合成磁束が発生する。この磁束は、単一アークの場合より強い磁気的ピンチ効果を得られるので、プラズマ溶接の特徴である熱収束効果がさらに高まる。
【００１３】
また、従来のワイヤを側方から供給する方法では、アークの吹き付け（図９の（ａ），（ｂ））により、ワイヤ溶滴がビードの外へ押しやられる方向に力が働くが（図９の（ｃ），（ｄ））、本発明の場合、吹き付けの方向が、図３の（ｃ）のようにビード（８対応）の中央向きになる。すると溶滴の流れはビード中央に残りやすい。よって、従来方法と比べ、通常の下向き溶接ではビード中央部の高さ、隅肉溶接では咽厚をより高くでき、より高強度なビードを得る効果がある。
【００１４】
本発明によれば、磁気的アンバランス解消によるアークの安定性向上，強い磁気ピンチカによる高熱収束，ワイヤ挿入方向の改善によって得られる良好なビード形状、を得ることが出来る。更に、相互のアーク照射点を広げて細長形状熱源とすること高速溶接ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例のプラズマ溶接装置の概要を示す平面図である。
【図２】図１に示すシールドカバー４の拡大横断面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すプラズマトーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃから出るプラズマアーク７ａ，７ｂに作用する電磁力を、（ｂ）は該電磁力により収束したプラズマアーク７ａ，７ｂを、（ｃ）は該プラズマアーク７ａ，７ｂにより形成される溶融プール８を、それぞれ示す。
【図４】本発明の第２実施例のプラズマ溶接装置の概要を示す平面図である。
【図５】図４に示すシールドカバー４の拡大横断面図である。
【図６】本発明の第３実施例のプラズマ溶接装置の概要を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、図６に示すプラズマトーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃから出るプラズマアーク７ａ，７ｂが誘起する磁束および溶接ワイヤ９に流れる電流が誘起する磁束を示す正面図、（ｂ）はプラズマアーク７ａ，７ｂが誘起する磁束の合成磁束を示す正面図、（ｃ）はプラズマアーク７ａ，７ｂにより形成される溶融プール８の平面図である。
【図８】本発明の第４実施例のプラズマ肉盛溶接装置の概要を示す平面図である。
【図９】（ａ）は、一本のプラズマトーチを用いるプラズマ溶接の、プラズマアーク形状を示す正面図、（ｂ）は溶融プール形状とそれにプラズマ吹きつけによって加わる力の向きを矢印で示す平面図である。（ｃ）は溶接ワイヤ８をプラズマアーク７ａに供給する場合の磁束を示す正面図、（ｄ）は該磁束によるプラズマアークの動揺を示す正面図、（ｅ）は溶融プールの形状を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第５実施例のプラズマ溶接の概要を示す縦断面図であり、（ｂ）は溶接対象材５に対する（ａ）に示すアーク７ａ，７ｂの照射点を示す拡大平面図、（ｃ）は１アークのみ例えばアーク７ａのみによる溶接でえられる溶接ビートの横断面図、（ｄ）は、（ａ）および（ｂ）に示す２アーク溶接の場合の先行アーク７ａにより形成されるビードと後行アーク７ｂにより形成されるビードを、模式的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（２）更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤ(9)を送給する、上記（１）に記載のプラズマ溶接方法。
【００１７】
（３）更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を送給する、上記（１）に記載のプラズマ溶接方法。
【００１８】
（４）前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電する、上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のプラズマ溶接方法。
【００１９】
（５）前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電し、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電する、上記（２）に記載のプラズマ溶接方法。
【００２０】
（６）溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に対して傾斜して前記溶接線を狙いかつ前記垂直線に関して対称に配置された複数のプラズマトーチ(1a,1b)；
前記複数のプラズマトーチの各先端部が挿入される開口と、挿入された各インサートチップ(1ac,1bc)の外周まわりにシールドガスを案内するガス流路があるシールドカバー(4)；および、
前記複数のプラズマトーチ(1a,1b)を一体のものとして前記溶接対象材に対して位置決めするために、前記複数のプラズマトーチ又は前記シールドカバーを保持する支持部材(2,3)；を備えるプラズマトーチ組体。
【００２１】
（７）更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤ(9)を案内するワイヤガイド(10)；を備える上記（６）に記載のプラズマトーチ組体。
【００２２】
（８）更に、前記複数のプラズマトーチのインサートチップのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を案内する粉体ガイド(14)；を備える上記（６）に記載のプラズマトーチ組体。
【００２３】
（９）上記（６）乃至（８）のいずれか１つに記載のプラズマトーチ組体；および、前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源(6a,6b)；を備えるプラズマ溶接装置。
【００２４】
（１０）上記（７）に記載のプラズマトーチ組体；前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源(6a,6b)；および、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電するホットワイヤ用電源(12)；を備えるプラズマ溶接装置。
【００２５】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【実施例】
【００２６】
−第１実施例−
図１に、第１実施例であるプラズマ溶接装置を示し、図２には、図１上のシールドカバー４部の横断面を示す。この実施例では２本のプラズマトーチ１ａ，１ｂがそれらのトーチホルダ１ａｈ，１ｂｈの部分で組体アーム２で支持されている。両トーチ１ａ，１ｂに共通の１個のシールドカバー４の上端面には、両トーチ１ａ，１ｂの先端部が挿入される１対の開口があり、該開口に連なる穴は、カバー４の下端面側で交わり、下端面では略８の字の開口を形成している。これら１対の穴は、溶接対象材５の垂直線ｚ（溶接線に対しても垂直線）に関して対称であり、しかも各穴の中心線は該垂直線ｚ上の同一位置で交わるように傾斜している。すなわち、プラズマトーチ１ａ，１ｂは、溶接対象材５の溶接線に垂直な垂直線ｚに対して傾斜して溶接線を狙いかつ垂直線ｚに関して対称に配置され、組体アーム２で一組のものとして支持されている。また、シールドカバー４は、組体アーム２に固定された垂直アーム３に固定され、これによっても、プラズマトーチ１ａ，１ｂは一組のものとして支持されている。トーチ先端から母材までの距離は、３〜１０ｍｍが適当である。各穴に挿入された各トーチ１ａ，１ｂのシールドガス流路端は、図２に示すように、シールドカバー４内で各穴に連続し、これにより、各トーチ１ａ，１ｂに外部から送り込まれたシールドガスは、各穴から、各トーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃの外周に沿って、溶接対象材５に向かって噴出する。トーチ先端（下端）から溶接対象材５の溶接線までの距離は、３〜１０ｍｍが適当である。
【００２７】
本実施例では、１対のプラズマトーチ１ａ，１ｂ，それらを支持する組体アーム２，両トーチに共通のシールドカバー４および垂直アーム３が、プラズマトーチ組体を構成している。
【００２８】
図１に示すように、プラズマトーチ１ａ，１ｂの各電極と溶接対象材５の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源６ａ，６ｂにより、電極にアークを発生すると、プラズマアーク電流が各電極と溶接対象材５の間に流れて、１プール２アーク溶接が実現する。プラズマトーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃの中の各電極と溶接対象材５との間を流れる各アーク電流には、図３の（ａ）に示すように、それぞれが誘起する磁束の合成磁束との間に、フレミングの左手の法則で表されるピンチ力が作用し、図３の（ｂ），（ｃ）に示すように、プラズマアーク７ａ，７ｂがトーチの並び方向ｘに絞られて溶接対象材５に対する熱収束効果（エネルギー密度）が高く、しかも作用位置がふらつくことが無いプラズマの安定性が高い。
【００２９】
なお、溶接方向が図３に示すｙ方向の場合は、上記ピンチ力によるプラズマアークの絞り方向が溶接方向ｙと直交するｘ方向となるので、ビード幅が狭い。しかし、溶接方向を図３に示すｘ方向とすると、上記ピンチ力によるプラズマアークの絞り方向が溶接方向ｘと直交するｙ方向となるので、ビード幅は広くなる。
【００３０】
−第２実施例−
図４に、第２実施例であるプラズマ溶接装置を示し、図５には、図４上のシールドカバー４部の横断面を示す。この実施例では、シールドカバー４は、プラズマトーチ１ａ，１ｂを挿入する１対の穴の中間に、垂直な中央孔を有しており、中央孔には溶接ワイヤ９を案内するワイヤガイド１０が挿入されている。ワイヤ供給部１１は、コンジットライナとワイヤカバー挿入部で構成されている。その他の構成は、第１実施例と同様である。
【００３１】
プラズマトーチ１ａ，１ｂ内の各電極と溶接対象材５の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源６ａ，６ｂにより、電極にアークを発生すると、プラズマアーク電流が各電極と溶接対象材５の間に流れて、１プール２アーク溶接が実現する。プラズマアーク７ａ，７ｂに溶接ワイヤ９が送給され、溶接ワイヤ９に対して各電極およびインサートチップ１ａｃ，１ｂｃのノズルが対称に位置するので、溶接ワイヤ９に対してプラズマが安定する。すなわち、各電極と溶接対象材５との間を流れる各アーク電流には、それぞれが誘起する磁束の合成磁束との間に、フレミングの左手の法則で表されるピンチ力が作用し、磁気的にバランスがとれ、プラズマの安定性が高い。つまり、磁気吹きによるアークのふらつきを生じない。ピンチ力が強く、溶接対象材５に対する熱収束効果（エネルギー密度）が高く、しかも作用位置がふらつくことが無い。尚かつ、溶接ワイヤ９は、プラズマアーク７ａ，７ｂの上端部より入り、溶融プール８に至る迄の間アークより熱を受けることになり、有効な予熱効果として働き、ワイヤの溶着効率がアップし、高速溶接や高能率溶接ができる。従来の、側方からのワイヤ送給の場合（図９の（ｃ））は、ワイヤ９はプラズマアークに対してほぼ直角に入るため、プラズマアークに入った僅かな距離で溶融プールに熔け落ちるようにしなければならず、ほとんどワイヤ９の予熱効果は無い。このため溶着効率は低く、溶接速度も遅い。
【００３２】
また第２実施例によれば、ワイヤ９が中央より垂直に挿入されるため、ワイヤの挿入方向性が無く、曲線溶接でもトーチを回転させる制御が不要である。従来は、ワイヤはトーチ進行方向より挿入することから、曲線溶接時には、トーチ又はワイヤを曲線に相対して回転制御する装置が必要であった。
【００３３】
−第３実施例−
図６に、第３実施例であるプラズマ溶接装置を示す。この実施例では、シールドカバ４は、プラズマトーチ１ａ，１ｂを挿入する１対の穴の中間に、垂直な中央孔を有しており、中央孔には溶接ワイヤ９を案内するワイヤガイド１０が挿入されている。ワイヤ供給部１１は、コンジットライナとワイヤ通電部とワイヤカバー挿入部で構成されている。ここまでの構成は第２実施例と同様であるが、第３実施例ではさらに、溶接ワイヤ９と溶接対象材５との間に、ワイヤ側が負で母材側が正の電流を流すホットワイヤ電源１２を備える。この電源１２が、ワイヤ９に通電してに余熱を行いワイヤの溶融を容易にする。その他の構成は、第１実施例と同様である。
【００３４】
ホットワイヤ電源１２は、ワイヤ供給部１１を通して溶接ワイヤ９に通電し、ワイヤ９をジュール熱で加熱し、プラズマアーク７ａ，７ｂで、プラズマトーチ１ａ，１ｂのプラズマアークと合流し、溶接対象材５に流入する。このとき、ホットワイヤ電流のジュール熱がプラズマ領域内で最大になる（集中する）ので、溶接入熱量が多く、高溶着量，高能率溶接となり、高速溶接が可能である。しかも、ホットワイヤ電流とプラズマアーク電流とは対称および同軸であることから、磁気的バランスがとれ、磁気吹きによるアークのふらつきが発生しない。その他の機能および作用効果は、第２実施例と同様である。
【００３５】
−第４実施例−
図８に、第４実施例であるプラズマ溶接装置を示す。この実施例では、シールドカバ４は、プラズマトーチ１ａ，１ｂを挿入する１対の穴の中間に、垂直な中央孔を有しており、中央孔には肉盛り用粉体の粉体ガイド１４を挿入している。粉体ガイド１４の下端の粉体供給口１５から、プラズマトーチ１ａ，１ｂのプラズマアーク間に粉体が送り込まれる。その他の構造は、第１実施例のものと同様である。粉体ガイド１４には、粉体槽１３にある粉体が定速度で送り込まれる。
【００３６】
プラズマ電源６ａ，６ｂが、プラズマトーチ１ａ，１ｂ内の電極と溶接対象材５の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流す。溶接対象材５に対して粉体流を垂直に送給するので、側方からプラズマアークに粉体を送給する従来例よりも、粉体の歩留りがよく、粉体がインサートチップ１ａｃ，１ｂｃのノズルに付着しにくく、また、粉体ガイドの粉体通路を太くでき、粉体ガイド１４が垂直かつ直線であることから、送給性の悪い切裁粉を使用することも出来る。溶接対象材５の真上で対称なプラズマアークが合流し衝突し合う為、溶接対象材５への下向きプラズマ流が弱くなるので、低希釈の粉体肉盛が可能である。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【００３７】
−第５実施例−
図１０の（ａ）に、第５実施例であるプラズマ溶接装置を示す。この実施例では、インサートチップ１ａｃ及び１ｂｃに、電極の延長線上に中心がある中央孔を有している。またトーチの位置は、前述のインサートチップ中央孔の角度でのアーク発生時に、アークの照射点間隔が第１実施例に比べ広く、且つ１プールになる位置にある。その他の構成は第１実施例のものと同様である。
【００３８】
第１実施例と同様に電流を流すと、図１０の（ｂ）のように、アークの照射点が重複しないアークが発生する。このとき溶接方向をＸ軸方向にすると、通常の溶融プールより、溶接線方向に細長い溶融プールが得られる。従来の高速溶接では、溶融プールがアークの吹き付けと表面張力によってアーク後方に盛り上がっているときに冷却が終了し、アンダーカットが発生しやすかったが、本実施例では、後方側アーク７ｂで加熱されることから溶融プールも長くなり、プールが重力で平坦になることができ、その後冷却が完了するので、アンダーカットの発生を防止する効果がある。また、従来の１アーク溶接と比較した場合、一本あたりの電流は小さくなることからビード幅が狭くできるので、溶接対象の歪が少ない。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ，１ｂ：プラズマトーチ
１ａｃ，１ｂｃ：インサートチップ
２：組体アーム
３：垂直アーム
４：シールドカバー
５：溶接対象材
６ａ，６ｂ：プラズマ電源
７ａ，７ｂ：プラズマアーク
８：溶融プール
９：溶接ワイヤ
１０：ワイヤガイド
１１：ワイヤ供給部
１２：ホットワイヤ電源
１３：粉体槽
１４：粉体ガイド
１５：粉体供給口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ溶接において、複数のアークを重ね合わせて溶接を行う溶接方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ溶接には、溶接，肉盛り，切断などの高熱加工の種類に応じて、各種形態がある。特許文献１には、電極棒の先端直下に側方からワイヤを送り込んで、電極棒先端の下方にある母材（加工対象材）を、プラズマ溶接，ホットワイヤ形態のプラズマ溶接，プラズマＭＩＧ溶接あるいはプラズマワイヤ肉盛をする方法が記載されている。特許文献２には、インサートチップの中央のワイヤ送通孔から下方の母材に垂直にワイヤを送り出し、該ワイヤ送通孔が開いたプラズマ孔にプラズマを噴射してワイヤ先端を溶かすプラズマＭＩＧ溶接トーチが記載されている。特許文献３には、中心位置に電極棒を配置したインサートチップのプラズマノズルの下方に、側方からワイヤを送り込むホットワイヤ形態のプラズマ溶接方法及びプラズマワイヤ肉盛方法が記載されている。特許文献４には、インサートチップの中心位置に電極棒を配置したプラズマトーチのプラズマが形成したプールに向けて、該プラズマトーチの側方から消耗電極であるワイヤを送給するプラズマＭＩＧ溶接が記載されている。特許文献５には、インサートチップのプラズマ噴射ノズルの上方かつ中心に配置した有底筒状のプラズマ電極の、中心孔である底穴と、その下方のノズルプラズマ噴射ノズルを通して下方の母材に垂直にワイヤを送給し、該ワイヤをプラズマ電極が生成するプラズマで溶かすプラズマＭＩＧ溶接方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭３９− １５２６７号公報
【特許文献２】特開昭５２−１３８０３８号公報
【特許文献３】特開昭５３− ３１５４４号公報
【特許文献４】特表２００６−５１９１０３号公報
【特許文献５】特開２００８−２２９６４１号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９の（ａ）に示すように、１個のプラズマ溶接トーチ１の電極棒と溶接対象材である母材５との間にプラズマアークを発生させる場合は、プラズマアークは安定しており、電極棒の直下に円形の溶融プール８ができる。しかし、溶接ワイヤ９を用いる特許文献１〜４の溶接方法及びプラズマトーチの場合には図９の（ｃ）に示すように、電極棒が母材５との間に形成したプラズマ流に、電極棒／母材間の側方からワイヤ９を送給し通電するので、ワイヤ電流で発生した磁束とプラズマ電流で発生する磁束との相互作用で磁気的アンバランスが発生する。すなわち、ワイヤよりも上側（インサートチップ側）とワイヤよりも下側（母材側）でプラズマアーク状態が異なり、図９の（ｄ）に示すように、ワイヤの上側のプラズマはワイヤから離れる方向にアークカを受け、ワイヤの下側のプラズマはワイヤに近づく方向にアークカを受ける。母材５上の溶化材（ワイヤの溶滴）は、図９の（ｅ）に示すように、溶接方向ｙの下流方向に流れる。ワイヤ先端の溶融の動揺に伴い、母材に対するプラズマの作用位置が動揺するので、プラズマアークが不安定である。
【０００５】
特許文献５では、有底筒状のプラズマ電極の、底穴の円周エッジにアークが集中し、集中点が周方向に移動するので、やはりプラズマが動揺し、プラズマ電極における底穴の円周エッジとインサートチップにおけるノズル縁の激しい損耗と、溶融ワイヤのプラズマ電極やプラズマノズルへの付着がおこる。よって、長時間安定した溶接作業を維持できない。
【０００６】
また、プラズマアークには、図９の（ａ）および（ｂ）上に矢印で示すようにチップ孔から母材へ吹き付ける力が働いており、従来の、例えば特許文献３に記載の、側面からワイヤを供給し溶接を行うプラズマ溶接法では、溶滴を外側に吹き飛ばしてしまい、ビード中央部の高さを稼ぎづらい。これは、特に重ね隅肉溶接時の、咽厚を確保したいときに不利である。
【０００７】
本発明は、アーク安定性が高いプラズマ溶接法および装置を提供することを第１の目的とし、高能率且つ作業性が良く、ワイヤに通電する方法においても、磁気吹きによるアーク乱れを発生しない、安定性が高いプラズマ溶接法および装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）複数のプラズマトーチ(1a,1b)からプラズマアークを、溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てて全プラズマアークに共通に作用する磁気ピンチ力によって前記同一位置にプラズマアークを集中させるとともに、前記複数のプラズマトーチの各インサートチップ(1ac,1bc)の外周まわりからシールドガスを前記溶接対象材(5)に向けて噴出する、プラズマ溶接方法。
【０００９】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【発明の効果】
【００１０】
複数のプラズマトーチ(1a,1b)からプラズマアークを、溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てることにより、各プラズマアークによりプラズマトーチ(1a,1b)と溶接対象材(5)との間に形成される合成磁界により、図３の（ａ）に点線で示すような、全プラズマアークを一体として周回する磁束が流れる。該合成磁界と各アーク電流との間には、ローレンツ力すなわち周回磁束の周回中心にアークを収束させる力が発生し、プラズマトーチ(1a,1b)のプラズマアーク(7a,7b)が、図３の（ｂ）に示すように、溶接対象材５の表面近くで強く、プラズマアーク(7a,7b)を相対的に近づける方向に絞られる。そこで、溶接の進行方向をｙ方向とすると、図３の（ｃ）に示すように、溶融プール８は、溶接方向ｙと直交するｘ方向すなわち溶接ビードの幅方向ｘに収束したものとなり、ビード幅が狭くなる。溶接方向をプラズマトーチの並び方向であるｘ方向とすると、逆に、溶融プール８は溶接方向ｘと直交するｙ方向すなわち溶接ビードの幅方向ｙに広がったものとなり、ビード幅が広くなる。しかし、溶接方向を、プラズマトーチの並び方向であるｘ方向の溶接時、図１０のごとく溶接対象材５に対してプラズマアーク７ａ，７ｂが接する点を重ねない、少し離すようにノズル穴角度あけたインサートチップを用いると、溶接線に対して長細い熱源となり、高速溶接化に理想的な熱源が得られる。
【００１１】
プラズマトーチのプラズマアーク(7a,7b)間の中間点に溶接ワイヤ(9)を送給し、溶接対象材(5)と溶接ワイヤ(9)との間に電流を通電するホットワイヤ溶接の態様では、各プラズマアーク(7a,7b)と溶接ワイヤ(9)により形成される磁力線は、図７の（ａ）のようになる。このときワイヤ近傍では、磁力線の向きが互い違いなり打ち消しあうので、ワイヤを側方から供給する従来の方法と違い、磁力的アンバランスを起こさない。これに加えて、ワイヤ供給部を中心軸とする等角度ピッチにプラズマトーチが配置してあることで、すなわちトーチが対称に配置されているので、プラズマアークの指向安定性が高い。このことは、ワイヤを供給しない場合、又は粉体を供給する場合でも、中央上部でアーク同士の磁力線が打ち消し合い、同様の磁場になり、プラズマアークの指向安定性が高い。
【００１２】
溶接対象材の近傍では、各アークが収束するので、電流が同一方向の加算となり、アーク同士の合成磁束が発生する。この磁束は、単一アークの場合より強い磁気的ピンチ効果を得られるので、プラズマ溶接の特徴である熱収束効果がさらに高まる。
【００１３】
また、従来のワイヤを側方から供給する方法では、アークの吹き付け（図９の（ａ），（ｂ））により、ワイヤ溶滴がビードの外へ押しやられる方向に力が働くが（図９の（ｃ），（ｄ））、本発明の場合、吹き付けの方向が、図３の（ｃ）のようにビード（８対応）の中央向きになる。すると溶滴の流れはビード中央に残りやすい。よって、従来方法と比べ、通常の下向き溶接ではビード中央部の高さ、隅肉溶接では咽厚をより高くでき、より高強度なビードを得る効果がある。
【００１４】
本発明によれば、磁気的アンバランス解消によるアークの安定性向上，強い磁気ピンチカによる高熱収束，ワイヤ挿入方向の改善によって得られる良好なビード形状、を得ることが出来る。更に、相互のアーク照射点を広げて細長形状熱源とすること高速溶接ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例のプラズマ溶接装置の概要を示す平面図である。
【図２】図１に示すシールドカバー４の拡大横断面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すプラズマトーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃから出るプラズマアーク７ａ，７ｂに作用する電磁力を、（ｂ）は該電磁力により収束したプラズマアーク７ａ，７ｂを、（ｃ）は該プラズマアーク７ａ，７ｂにより形成される溶融プール８を、それぞれ示す。
【図４】本発明の第２実施例のプラズマ溶接装置の概要を示す平面図である。
【図５】図４に示すシールドカバー４の拡大横断面図である。
【図６】本発明の第３実施例のプラズマ溶接装置の概要を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、図６に示すプラズマトーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃから出るプラズマアーク７ａ，７ｂが誘起する磁束および溶接ワイヤ９に流れる電流が誘起する磁束を示す正面図、（ｂ）はプラズマアーク７ａ，７ｂが誘起する磁束の合成磁束を示す正面図、（ｃ）はプラズマアーク７ａ，７ｂにより形成される溶融プール８の平面図である。
【図８】本発明の第４実施例のプラズマ肉盛溶接装置の概要を示す平面図である。
【図９】（ａ）は、一本のプラズマトーチを用いるプラズマ溶接の、プラズマアーク形状を示す正面図、（ｂ）は溶融プール形状とそれにプラズマ吹きつけによって加わる力の向きを矢印で示す平面図である。（ｃ）は溶接ワイヤ８をプラズマアーク７ａに供給する場合の磁束を示す正面図、（ｄ）は該磁束によるプラズマアークの動揺を示す正面図、（ｅ）は溶融プールの形状を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第５実施例のプラズマ溶接の概要を示す縦断面図であり、（ｂ）は溶接対象材５に対する（ａ）に示すアーク７ａ，７ｂの照射点を示す拡大平面図、（ｃ）は１アークのみ例えばアーク７ａのみによる溶接でえられる溶接ビートの横断面図、（ｄ）は、（ａ）および（ｂ）に示す２アーク溶接の場合の先行アーク７ａにより形成されるビードと後行アーク７ｂにより形成されるビードを、模式的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（２）更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤ(9)を送給する、上記（１）に記載のプラズマ溶接方法。
【００１７】
（３）更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を送給する、上記（１）に記載のプラズマ溶接方法。
【００１８】
（４）前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電する、上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のプラズマ溶接方法。
【００１９】
（５）前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電し、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電する、上記（２）に記載のプラズマ溶接方法。
【００２０】
（６）溶接対象材(5)の溶接線に垂直な垂直線に対して傾斜して前記溶接線を狙いかつ前記垂直線に関して対称に配置された複数のプラズマトーチ(1a,1b)；
前記複数のプラズマトーチの各先端部が挿入される開口と、挿入された各インサートチップ(1ac,1bc)の外周まわりにシールドガスを案内するガス流路があるシールドカバー(4)；および、
前記複数のプラズマトーチ(1a,1b)を一体のものとして前記溶接対象材に対して位置決めするために、前記複数のプラズマトーチ又は前記シールドカバーを保持する支持部材(2,3)；を備えるプラズマトーチ組体。
【００２１】
（７）更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤ(9)を案内するワイヤガイド(10)；を備える上記（６）に記載のプラズマトーチ組体。
【００２２】
（８）更に、前記複数のプラズマトーチのインサートチップのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を案内する粉体ガイド(14)；を備える上記（６）に記載のプラズマトーチ組体。
【００２３】
（９）上記（６）乃至（８）のいずれか１つに記載のプラズマトーチ組体；および、前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源(6a,6b)；を備えるプラズマ溶接装置。
【００２４】
（１０）上記（７）に記載のプラズマトーチ組体；前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源(6a,6b)；および、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電するホットワイヤ用電源(12)；を備えるプラズマ溶接装置。
【００２５】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【実施例】
【００２６】
−第１実施例−
図１に、第１実施例であるプラズマ溶接装置を示し、図２には、図１上のシールドカバー４部の横断面を示す。この実施例では２本のプラズマトーチ１ａ，１ｂがそれらのトーチホルダ１ａｈ，１ｂｈの部分で組体アーム２で支持されている。両トーチ１ａ，１ｂに共通の１個のシールドカバー４の上端面には、両トーチ１ａ，１ｂの先端部が挿入される１対の開口があり、該開口に連なる穴は、カバー４の下端面側で交わり、下端面では略８の字の開口を形成している。これら１対の穴は、溶接対象材５の垂直線ｚ（溶接線に対しても垂直線）に関して対称であり、しかも各穴の中心線は該垂直線ｚ上の同一位置で交わるように傾斜している。すなわち、プラズマトーチ１ａ，１ｂは、溶接対象材５の溶接線に垂直な垂直線ｚに対して傾斜して溶接線を狙いかつ垂直線ｚに関して対称に配置され、組体アーム２で一組のものとして支持されている。また、シールドカバー４は、組体アーム２に固定された垂直アーム３に固定され、これによっても、プラズマトーチ１ａ，１ｂは一組のものとして支持されている。トーチ先端から母材までの距離は、３〜１０ｍｍが適当である。各穴に挿入された各トーチ１ａ，１ｂのシールドガス流路端は、図２に示すように、シールドカバー４内で各穴に連続し、これにより、各トーチ１ａ，１ｂに外部から送り込まれたシールドガスは、各穴から、各トーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃの外周に沿って、溶接対象材５に向かって噴出する。トーチ先端（下端）から溶接対象材５の溶接線までの距離は、３〜１０ｍｍが適当である。
【００２７】
本実施例では、１対のプラズマトーチ１ａ，１ｂ，それらを支持する組体アーム２，両トーチに共通のシールドカバー４および垂直アーム３が、プラズマトーチ組体を構成している。
【００２８】
図１に示すように、プラズマトーチ１ａ，１ｂの各電極と溶接対象材５の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源６ａ，６ｂにより、電極にアークを発生すると、プラズマアーク電流が各電極と溶接対象材５の間に流れて、１プール２アーク溶接が実現する。プラズマトーチ１ａ，１ｂのインサートチップ１ａｃ，１ｂｃの中の各電極と溶接対象材５との間を流れる各アーク電流には、図３の（ａ）に示すように、それぞれが誘起する磁束の合成磁束との間に、フレミングの左手の法則で表されるピンチ力が作用し、図３の（ｂ），（ｃ）に示すように、プラズマアーク７ａ，７ｂがトーチの並び方向ｘに絞られて溶接対象材５に対する熱収束効果（エネルギー密度）が高く、しかも作用位置がふらつくことが無いプラズマの安定性が高い。
【００２９】
なお、溶接方向が図３に示すｙ方向の場合は、上記ピンチ力によるプラズマアークの絞り方向が溶接方向ｙと直交するｘ方向となるので、ビード幅が狭い。しかし、溶接方向を図３に示すｘ方向とすると、上記ピンチ力によるプラズマアークの絞り方向が溶接方向ｘと直交するｙ方向となるので、ビード幅は広くなる。
【００３０】
−第２実施例−
図４に、第２実施例であるプラズマ溶接装置を示し、図５には、図４上のシールドカバー４部の横断面を示す。この実施例では、シールドカバー４は、プラズマトーチ１ａ，１ｂを挿入する１対の穴の中間に、垂直な中央孔を有しており、中央孔には溶接ワイヤ９を案内するワイヤガイド１０が挿入されている。ワイヤ供給部１１は、コンジットライナとワイヤカバー挿入部で構成されている。その他の構成は、第１実施例と同様である。
【００３１】
プラズマトーチ１ａ，１ｂ内の各電極と溶接対象材５の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源６ａ，６ｂにより、電極にアークを発生すると、プラズマアーク電流が各電極と溶接対象材５の間に流れて、１プール２アーク溶接が実現する。プラズマアーク７ａ，７ｂに溶接ワイヤ９が送給され、溶接ワイヤ９に対して各電極およびインサートチップ１ａｃ，１ｂｃのノズルが対称に位置するので、溶接ワイヤ９に対してプラズマが安定する。すなわち、各電極と溶接対象材５との間を流れる各アーク電流には、それぞれが誘起する磁束の合成磁束との間に、フレミングの左手の法則で表されるピンチ力が作用し、磁気的にバランスがとれ、プラズマの安定性が高い。つまり、磁気吹きによるアークのふらつきを生じない。ピンチ力が強く、溶接対象材５に対する熱収束効果（エネルギー密度）が高く、しかも作用位置がふらつくことが無い。尚かつ、溶接ワイヤ９は、プラズマアーク７ａ，７ｂの上端部より入り、溶融プール８に至る迄の間アークより熱を受けることになり、有効な予熱効果として働き、ワイヤの溶着効率がアップし、高速溶接や高能率溶接ができる。従来の、側方からのワイヤ送給の場合（図９の（ｃ））は、ワイヤ９はプラズマアークに対してほぼ直角に入るため、プラズマアークに入った僅かな距離で溶融プールに熔け落ちるようにしなければならず、ほとんどワイヤ９の予熱効果は無い。このため溶着効率は低く、溶接速度も遅い。
【００３２】
また第２実施例によれば、ワイヤ９が中央より垂直に挿入されるため、ワイヤの挿入方向性が無く、曲線溶接でもトーチを回転させる制御が不要である。従来は、ワイヤはトーチ進行方向より挿入することから、曲線溶接時には、トーチ又はワイヤを曲線に相対して回転制御する装置が必要であった。
【００３３】
−第３実施例−
図６に、第３実施例であるプラズマ溶接装置を示す。この実施例では、シールドカバ４は、プラズマトーチ１ａ，１ｂを挿入する１対の穴の中間に、垂直な中央孔を有しており、中央孔には溶接ワイヤ９を案内するワイヤガイド１０が挿入されている。ワイヤ供給部１１は、コンジットライナとワイヤ通電部とワイヤカバー挿入部で構成されている。ここまでの構成は第２実施例と同様であるが、第３実施例ではさらに、溶接ワイヤ９と溶接対象材５との間に、ワイヤ側が負で母材側が正の電流を流すホットワイヤ電源１２を備える。この電源１２が、ワイヤ９に通電してに余熱を行いワイヤの溶融を容易にする。その他の構成は、第１実施例と同様である。
【００３４】
ホットワイヤ電源１２は、ワイヤ供給部１１を通して溶接ワイヤ９に通電し、ワイヤ９をジュール熱で加熱し、プラズマアーク７ａ，７ｂで、プラズマトーチ１ａ，１ｂのプラズマアークと合流し、溶接対象材５に流入する。このとき、ホットワイヤ電流のジュール熱がプラズマ領域内で最大になる（集中する）ので、溶接入熱量が多く、高溶着量，高能率溶接となり、高速溶接が可能である。しかも、ホットワイヤ電流とプラズマアーク電流とは対称および同軸であることから、磁気的バランスがとれ、磁気吹きによるアークのふらつきが発生しない。その他の機能および作用効果は、第２実施例と同様である。
【００３５】
−第４実施例−
図８に、第４実施例であるプラズマ溶接装置を示す。この実施例では、シールドカバ４は、プラズマトーチ１ａ，１ｂを挿入する１対の穴の中間に、垂直な中央孔を有しており、中央孔には肉盛り用粉体の粉体ガイド１４を挿入している。粉体ガイド１４の下端の粉体供給口１５から、プラズマトーチ１ａ，１ｂのプラズマアーク間に粉体が送り込まれる。その他の構造は、第１実施例のものと同様である。粉体ガイド１４には、粉体槽１３にある粉体が定速度で送り込まれる。
【００３６】
プラズマ電源６ａ，６ｂが、プラズマトーチ１ａ，１ｂ内の電極と溶接対象材５の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流す。溶接対象材５に対して粉体流を垂直に送給するので、側方からプラズマアークに粉体を送給する従来例よりも、粉体の歩留りがよく、粉体がインサートチップ１ａｃ，１ｂｃのノズルに付着しにくく、また、粉体ガイドの粉体通路を太くでき、粉体ガイド１４が垂直かつ直線であることから、送給性の悪い切裁粉を使用することも出来る。溶接対象材５の真上で対称なプラズマアークが合流し衝突し合う為、溶接対象材５への下向きプラズマ流が弱くなるので、低希釈の粉体肉盛が可能である。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【００３７】
−第５実施例−
図１０の（ａ）に、第５実施例であるプラズマ溶接装置を示す。この実施例では、インサートチップ１ａｃ及び１ｂｃに、電極の延長線上に中心がある中央孔を有している。またトーチの位置は、前述のインサートチップ中央孔の角度でのアーク発生時に、アークの照射点間隔が第１実施例に比べ広く、且つ１プールになる位置にある。その他の構成は第１実施例のものと同様である。
【００３８】
第１実施例と同様に電流を流すと、図１０の（ｂ）のように、アークの照射点が重複しないアークが発生する。このとき溶接方向をＸ軸方向にすると、通常の溶融プールより、溶接線方向に細長い溶融プールが得られる。従来の高速溶接では、溶融プールがアークの吹き付けと表面張力によってアーク後方に盛り上がっているときに冷却が終了し、アンダーカットが発生しやすかったが、本実施例では、後方側アーク７ｂで加熱されることから溶融プールも長くなり、プールが重力で平坦になることができ、その後冷却が完了するので、アンダーカットの発生を防止する効果がある。また、従来の１アーク溶接と比較した場合、一本あたりの電流は小さくなることからビード幅が狭くできるので、溶接対象の歪が少ない。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ，１ｂ：プラズマトーチ
１ａｃ，１ｂｃ：インサートチップ
２：組体アーム
３：垂直アーム
４：シールドカバー
５：溶接対象材
６ａ，６ｂ：プラズマ電源
７ａ，７ｂ：プラズマアーク
８：溶融プール
９：溶接ワイヤ
１０：ワイヤガイド
１１：ワイヤ供給部
１２：ホットワイヤ電源
１３：粉体槽
１４：粉体ガイド
１５：粉体供給口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプラズマトーチからプラズマアークを、溶接対象材の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てて全プラズマアークに共通に作用する磁気ピンチ力によって前記同一位置にプラズマアークを集中させるとともに、前記複数のプラズマトーチの各インサートチップの外周まわりからシールドガスを前記溶接対象材に向けて噴出する、プラズマ溶接方法。
【請求項２】
更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤを送給する、請求項１に記載のプラズマ溶接方法。
【請求項３】
更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を送給する、請求項１に記載のプラズマ溶接方法。
【請求項４】
前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマ溶接方法。
【請求項５】
前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電し、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電する、請求項２に記載のプラズマ溶接方法。
【請求項６】
溶接対象材の溶接線に垂直な垂直線に対して傾斜して前記溶接線を狙いかつ前記垂直線に関して対称に配置された複数のプラズマトーチ；
前記複数のプラズマトーチの各先端部が挿入される開口と、挿入された各インサートチップの外周まわりにシールドガスを案内するガス流路があるシールドカバー；および、
前記複数のプラズマトーチを一体のものとして前記溶接対象材に対して位置決めするために、前記複数のプラズマトーチ又は前記シールドカバーを保持する支持部材；を備えるプラズマトーチ組体。
【請求項７】
更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤを案内するワイヤガイド；を備える請求項６に記載のプラズマトーチ組体。
【請求項８】
更に、前記複数のプラズマトーチのインサートチップのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を案内する粉体ガイド；を備える請求項６に記載のプラズマトーチ組体。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１つに記載のプラズマトーチ組体；および、前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源；を備えるプラズマ溶接装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のプラズマトーチ組体；前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源；および、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電するホットワイヤ用電源；を備えるプラズマ溶接装置。
【請求項１】
複数のプラズマトーチからプラズマアークを、溶接対象材の溶接線に垂直な垂直線に関して対称にかつ該垂直線に対して傾斜して前記溶接線の同一位置に当てて全プラズマアークに共通に作用する磁気ピンチ力によって前記同一位置にプラズマアークを集中させるとともに、前記複数のプラズマトーチの各インサートチップの外周まわりからシールドガスを前記溶接対象材に向けて噴出する、プラズマ溶接方法。
【請求項２】
更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤを送給する、請求項１に記載のプラズマ溶接方法。
【請求項３】
更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を送給する、請求項１に記載のプラズマ溶接方法。
【請求項４】
前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマ溶接方法。
【請求項５】
前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電し、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電する、請求項２に記載のプラズマ溶接方法。
【請求項６】
溶接対象材の溶接線に垂直な垂直線に対して傾斜して前記溶接線を狙いかつ前記垂直線に関して対称に配置された複数のプラズマトーチ；
前記複数のプラズマトーチの各先端部が挿入される開口と、挿入された各インサートチップの外周まわりにシールドガスを案内するガス流路があるシールドカバー；および、
前記複数のプラズマトーチを一体のものとして前記溶接対象材に対して位置決めするために、前記複数のプラズマトーチ又は前記シールドカバーを保持する支持部材；を備えるプラズマトーチ組体。
【請求項７】
更に、前記複数のプラズマトーチのプラズマアーク間の中間点に溶接ワイヤを案内するワイヤガイド；を備える請求項６に記載のプラズマトーチ組体。
【請求項８】
更に、前記複数のプラズマトーチのインサートチップのプラズマアーク間の中間点に肉盛り用粉体を案内する粉体ガイド；を備える請求項６に記載のプラズマトーチ組体。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１つに記載のプラズマトーチ組体；および、前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源；を備えるプラズマ溶接装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のプラズマトーチ組体；前記溶接対象材と各プラズマトーチの電極との間に、溶接対象材側が正で電極側が負の電流を通電するプラズマ溶接電源；および、前記溶接対象材と前記溶接ワイヤとの間に、溶接対象材側が正で溶接ワイヤ側が負の電流を通電するホットワイヤ用電源；を備えるプラズマ溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１７７７４１（Ｐ２０１１−１７７７４１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４３６２３（Ｐ２０１０−４３６２３）
【出願日】平成２２年２月２７日（２０１０．２．２７）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２７日（２０１０．２．２７）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
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