プラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法

【課題】板厚差が大きいワークについても高品質の溶接を安定して実施可能なプラズマ溶接装置及びプラズマ溶接方法を提供する。
【解決手段】プラズマ溶接装置に備えられる溶接トーチ５Ａを、電極棒６と、先端に縮径部を有する円筒状に形成され、先端に円形の動作ガス噴射孔８ａが開設された第１ノズル８と、先端に縮径部を有する円筒状に形成され、先端に長円形のシールドガス噴射孔１１ａが開設された第２ノズル１１とから構成する。シールドガス噴出孔１１ａを第２ノズル１１の軸心から偏倚した位置に開設し、第１ノズル８と第２ノズル１１とを同心に配置して、シールドガス噴射孔１１ａにシールドガスの大流量部と小流量部を設ける。大流量部を板厚が大きいワーク３側に向けて、プラズマ溶接を実施する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法に係り、特に、板厚差が大きい中厚板の溶接部に対しても高品質なプラズマアーク溶接を可能にする溶接トーチの構造と、ワークに対する溶接トーチからのシールドガスの噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマアーク溶接は、タングステン電極等の非消耗電極とワークとの間に発生させたプラズマアークの熱を利用してワークを融接する溶接法であり、アークの安定性が高い、溶接速度が大きい、溶接幅及び熱影響範囲が狭い、板厚が大きい材料についても溶接できる、非消耗電極の消耗が少ない等の特徴を有している。溶接トーチには、動作ガス噴射用のノズルと、シールドガス噴射用のノズルとが備えられる。
【０００３】
図２０〜図２３に、従来知られているプラズマ溶接装置１Ｄと、これに備えられる溶接トーチ５Ｄを示す。図２０は従来例に係るプラズマ溶接装置の構成図、図２１は図２０のＧ−Ｇ端面図、図２２は図２０のＨ−Ｈ断面図、図２３は従来例に係る溶接トーチの先端部から噴射されるシールドガスの分布を示す図である。
【０００４】
図２０に示すように、従来例に係るプラズマ溶接装置１Ｄは、ワーク２の溶接部分と対向に配置される溶接トーチ５Ｄと、溶接トーチ５Ｄを構成する電極棒６とプラズマアーク拘束用の第１ノズル８との間、及び、電極棒６とワーク２との間に溶接電源を供給する電源供給手段１２と、第１ノズル８に形成された冷却水循環通路８ｂに冷却水９を循環させる冷却水循環制御装置１３と、電極棒６の外面と第１ノズル８の内面とをもって構成される動作ガス流路８ｃに動作ガス（プラズマガスとも呼ばれる）７を供給する動作ガス供給手段１４と、第１ノズル８の外面とその外周に配置された第２ノズル１１の内面とをもって構成されるシールドガス流路１１ｂにシールドガス１０を供給するシールドガス供給手段１５とを備えている。
【０００５】
第１ノズル８は、先端に縮径部を有する円筒状に形成されており、縮径部の先端には、円形の動作ガス噴出孔８ａが開設されている。また、第２ノズル１１は、先端に縮径部を有する円筒状に形成されており、縮径部の先端には、円形のシールドガス噴出孔１１ａが開設されている。図２１及び図２２に示すように、これら第１及び第２のノズル８，１１は同心に組み立てられ、動作ガス噴出孔８ａとシールドガス噴出孔１１ａとが同心に配置されている（例えば、特許文献１参照。）。したがって、シールドガス供給手段１５から溶接トーチ５のシールドガス流路１１ｂにシールドガス１０を供給したとき、図２３に示すように、シールドガス噴出孔１１ａからは、シールドガス噴出孔１１ａの周方向に関して、均等な分布ｘでシールドガス１０が噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−５８１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、油圧ショベル等の建設機械の製造には、十数ｍｍ以上の中厚板の溶接が必要であり、更に、例えば油圧ショベルにおけるフロント構造物の製造に際しては、数ｍｍ以上の板厚差がある中厚板どうしの溶接が必要となる。このように、数ｍｍ以上の板厚差がある中厚板どうしを上述した従来のプラズマ溶接装置を用いて溶接しようとすると、板厚が小さいワーク４側では、シールドガス噴出孔２３ａから噴射されたシールドガスが円滑に当該ワークの面方向に広がるのに対して、板厚が大きいワーク３側では、板厚が大きいワーク３と板厚が小さいワーク４との突き合わせ部分に形成される段差がシールドガス１０の流を妨げる抵抗となるため、シールドガス噴出孔１１ａから噴射されたシールドガス１０が、図２４に符号Ｓ４で示すように、溶接方向と直交する方向に広がりにくく、板厚が大きいワーク３側におけるシールドガス１０の層が薄くなって、シールドガス１０によるプラズマアークのシールド効果が弱くなる。
【０００８】
このような不都合を解消するため、図２０に示すように、板厚が大きいワーク３の開先３ａに続く部分に傾斜面３ｃを形成し、板厚差によるシールドガス流の乱れを緩和するという手段をとることも考えられるが、シールドガス流の乱れを十分に緩和するためには、傾斜面３ｃの勾配を小さくして、傾斜面３ｃの形成範囲を広くしなければならず、コスト高の原因となるため、実際上は傾斜面３ｃの勾配を十分に小さくすることは困難である。したがって、仮に板厚が大きいワーク３にコスト上許容される範囲で傾斜面３ｃを形成した場合には、シールドガス流の乱れを十分に緩和することはできず、図２５に示すように、シールドガス噴出孔１１ａから板厚が大きいワーク３側に噴射されたシールドガス１０に、ワーク３の傾斜面３ｃ及び開先面３ａに沿って溶接部（ワーク３，４の突き合わせ部）側に向かう流れＳ２が生じ、この流れＳ２に空気が巻きこまれるため、プラズマアーク１６が不安定になって、高品質の溶接を実施することが困難になりやすい。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、板厚差が大きいワークについても高品質の溶接を安定して実施可能なプラズマ溶接装置及びプラズマ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、プラズマ溶接装置に関しては、溶接トーチと、電源供給手段と、動作ガス供給手段と、シールドガス供給手段とを備えたプラズマ溶接装置において、前記溶接トーチは、先端部に動作ガス噴出孔を有する筒状に形成され、中心部に配置された電極棒との間に動作ガス流路が形成されたプラズマアーク拘束用の第１ノズルと、先端部にシールドガス噴出孔を有する筒状に形成され、前記第１ノズルの外周に配置されて前記第１ノズルとの間にシールドガス流路を形成する第２ノズルとを備え、前記シールドガス流路の出口に、シールドガスの噴射量が大きい大流量部と、シールドガスの噴射量が少ない小流量部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
上述のように、シールドガス流路の出口からシールドガス噴出孔２３ａの周方向に関してシールドガス１０を均等に噴射すると、板厚差が大きいワークを溶接する場合、板厚が大きいワークの面方向に広がろうとするシールドガスの流れが、板厚が大きいワークと板厚が小さいワークとの段差によって阻害されるため、板厚が大きいワーク側におけるシールドガス層が薄くなって、十分なプラズマアークのシールド効果が得られなくなる。これに対して、シールドガス流路の出口にシールドガスの噴射量が大きい大流量部とシールドガスの噴射量が少ない小流量部を設けると、大流量部を板厚が大きいワーク側に向け、小流量部を板厚が小さいワーク側に向けることにより、板厚が大きいワーク側におけるシールドガスの流量不足が解消され、高品質な溶接を安定して行うことが可能になる。
【００１２】
また本発明は、前記構成のプラズマ溶接装置において、前記シールドガス流路の出口の半周を前記大流量部とし、残りの半周を前記小流量部としたことを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によると、電極棒を中心とする対象位置に大流量部と小流量部とを形成することができるので、溶接部を介して対象に配置される板厚が大きいワーク及び板厚が小さいワークに対する大流量部と小流量部との位置付けを容易なものにすることができ、溶接作業の複雑化を防止することができる。
【００１４】
また本発明は、前記構成のプラズマ溶接装置において、前記シールドガス噴出孔を長円形又は楕円形に形成すると共に、前記第１ノズルを前記シールドガス噴出孔の中心よりも一方側に偏倚した位置に配置し、前記シールドガス流路の出口に、開口面積が大きい部位と開口面積が小さい部位とを形成したことを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によっても、電極棒を中心とする対象位置に大流量部と小流量部を形成することができる。
【００１６】
また本発明は、前記構成のプラズマ溶接装置において、前記動作ガス噴出孔及び前記シールドガス噴出孔をそれぞれ円形に形成し、これら動作ガス噴出孔及びシールドガス噴出孔を同心に配置すると共に、前記第２ノズルの先端部に、前記シールドガス流路の出口の開口面積を調整する開口面積調整部材を取り付け、前記シールドガス流路の出口に、開口面積が大きい部分と小さい部分とを形成することを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によっても、電極棒を中心とする対象位置に大流量部と小流量部を形成することができる。また、かかる構成によると、動作ガス噴出孔とシールドガス噴出孔とがそれぞれ円形に形成され、かつこれらの各ガス噴出孔が同心に配置された汎用的な溶接トーチを利用することができるので、プラズマ溶接装置の低コスト化を図ることができる。
【００１８】
また本発明は、前記構成のプラズマ溶接装置において、前記開口面積調整部材は、長円形又は楕円形の開口面積調整孔を有し、該開口面積調整孔と前記シールドガス流路の出口との重ね合わせを調整することにより、開口面積が大きい部分及び前記開口面積が小さい部分を形成することを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によると、開口面積調整部材に開設された長円形又は楕円形の開口面積調整孔とシールドガス流路の出口との重ね合わせを調整することにより、開口面積が大きい部分及び開口面積が小さい部分を自在に形成することができるので、溶接条件に応じた最適なシールドガス流量の分布を有する溶接トーチを作製することができる。
【００２０】
また本発明は、前記構成のプラズマ溶接装置において、前記動作ガス噴出孔及び前記シールドガス噴出孔をそれぞれ円形に形成し、これら動作ガス噴出孔及びシールドガス噴出孔を同心に配置すると共に、前記第１ノズルの外面と前記第２ノズルの内面との間に２枚の仕切り板を対向に形成して、２つの独立したシールドガス流路を形成し、これら２つのシールドガス流路の一方には前記シールドガス供給手段から高圧のシールドガスを供給し、他方には前記シールドガス供給手段から低圧のシールドガスを供給することを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によっても、電極棒を中心とする対象位置に大流量部と小流量部を形成することができる。また、かかる構成によると、各シールドガス流路へのシールドガスの供給圧力を調整することにより、各シールドガス流路の出口から噴射されるシールドガス流量を厳密に制御することができるので、プラズマアークのシールドを確実に行うことができる。
【００２２】
さらに本発明は、前記の課題を解決するため、プラズマ溶接方法に関しては、溶接トーチ、電源供給手段、動作ガス供給手段及びシールドガス供給手段を備えたプラズマ溶接装置を用いて、板厚差が大きいワークの突き合わせ部をプラズマ溶接するプラズマ溶接方法において、前記溶接トーチとして、先端部に動作ガス噴出孔を有する筒状に形成され、中心部に配置された電極棒との間に動作ガス流路が形成されたプラズマアーク拘束用の第１ノズルと、先端部にシールドガス噴出孔を有する筒状に形成され、前記第１ノズルの外周に配置されて前記第１ノズルとの間にシールドガス流路を形成する第２ノズルとを備え、前記シールドガス流路の出口に、シールドガスの噴射量が大きい大流量部と、シールドガスの噴射量が少ない小流量部を設けたものを用い、前記大流量部を板厚が大きい第１のワーク側に向け、かつ前記小流量部を板厚が小さい第２のワーク側に向けて、前記溶接トーチを前記突き合わせ部の上方に配置し、前記電極棒と前記ワークとの間に前記動作ガス噴出孔より噴出された動作ガスにより拘束されたプラズマアークを発生させ、前記シールドガス流路より前記ワークの表面にシールドガスを噴出しながら、前記溶接トーチを前記突き合わせ部に沿って移動することを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によると、溶接トーチに形成されたシールドガスの大流量部を板厚が大きいワーク側に向け、シールドガスの小流量部を板厚が小さいワーク側に向けて、板厚差が大きいワークのプラズマ溶接を実行するので、板厚が大きいワーク側におけるシールドガスの流量不足が解消され、プラズマアークをシールドガスにて十分にシールドすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のプラズマ溶接装置は、溶接トーチにおけるシールドガス流路の出口にシールドガスの噴射量が大きい大流量部とシールドガスの噴射量が少ない小流量部を設けるので、大流量部を板厚が大きいワーク側に向け、小流量部を板厚が小さいワーク側に向けることにより、板厚が大きいワーク側におけるシールドガスの流量不足を解消することができ、シールドガスによりプラズマアークを十分にシールドすることができて、高品質な溶接を安定して行うことが可能になる。
【００２５】
本発明のプラズマ溶接方法は、板厚差が大きいワークのプラズマ溶接に際し、溶接トーチに形成されたシールドガスの大流量部を板厚が大きいワーク側に向け、シールドガスの小流量部を板厚が小さいワーク側に向けるので、板厚が大きいワーク側におけるシールドガスの流量不足が解消され、高品質な溶接を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るプラズマ溶接装置及びプラズマ溶接方法を用いて作製される油圧ショベルフロント構造物の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施例１に係るプラズマ溶接装置の構成図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ端面図である。
【図５】実施例１に係る溶接トーチから噴射されるシールドガスの分布を示す要部断面図である。
【図６】実施例１に係る溶接トーチを板厚差が大きいワークの溶接に適用した場合におけるワーク表面のシールドガス分布を示す図である。
【図７】実施例１に係るプラズマ溶接装置の効果を示す要部断面図である。
【図８】実施例１に係るプラズマ溶接装置の効果を示す一部破断した斜視図である。
【図９】実施例１に係るプラズマ溶接装置及びプラズマ溶接方法を用いて溶接されたワークの溶接部の状態を示す要部断面図である。
【図１０】実施例２に係るプラズマ溶接装置の構成図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ端面図である。
【図１２】図１０のＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】図１２のＥ−Ｅ端面図である。
【図１４】実施例２に係る溶接トーチから噴射されるシールドガスの分布を示す要部断面図である。
【図１５】実施例２に係る溶接トーチを板厚差が大きいワークの溶接に適用した場合におけるワーク表面のシールドガス分布を示す図である。
【図１６】実施例３に係るプラズマ溶接装置の構成図である。
【図１７】図１０のＦ−Ｆ端面図である。
【図１８】実施例３に係る溶接トーチから噴射されるシールドガスの分布を示す要部断面図である。
【図１９】実施例３に係る溶接トーチから噴射されるシールドガスの分布を示す要部平面図である。
【図２０】従来例に係るプラズマ溶接装置の構成図である。
【図２１】図２０のＧ−Ｇ端面図である。
【図２２】図２０のＨ−Ｈ断面図である。
【図２３】従来例に係る溶接トーチから噴射されるシールドガスの分布を示す要部断面図である。
【図２４】従来例に係る溶接トーチを板厚差が大きいワークの溶接に適用した場合におけるワーク表面のシールドガス分布を示す図である。
【図２５】従来例に係る溶接トーチを板厚差が大きいワークの溶接に適用した場合に生じる不都合を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係るプラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法は、数ｍｍ以上の板厚差を有し、かつ板厚がそれぞれ十数ｍｍ以上の中厚板からなるワークの接合に適用される。建設機械の分野においては、例えば図１に示す油圧ショベルのフロント構造物（ブーム及びアーム等）１における基部１ａと本体部１ｂとの接合に、この種のプラズマ溶接が利用されている。基部１ａには板厚が大きい中厚板が用いられ、本体部１ｂにはこれよりも板厚が小さい中厚板が用いられる。
【００２８】
図２に示すように、板厚が大きいワーク３と板厚が小さいワーク４には、それぞれ開先３ａ，４ａが形成されており、板厚が大きいワーク３には、開先３ａに続いて、シールドガスの面方向への流れを円滑にするための傾斜面３ｃが形成されている。これら板厚が大きいワーク３と板厚が小さいワーク４とは、開先３ａ，４ａに続くルート面３ｂ，４ｂで突き合され、この突き合わされたルート面３ｂ，４ｂがプラズマ溶接される。なお、以下に説明するプラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法は、傾斜面３ｃが形成されていないワーク２、及びルート面３ｂ，３ｂを有しないワーク２についても適用することができる。
【００２９】
以下、本発明に係るプラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法を、実施例ごとに説明する。
【実施例１】
【００３０】
図３〜図９に、実施例１に係るプラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法を示す。図３に示すように、本例のプラズマ溶接装置１Ａも基本的な構成に関しては図２０に示した従来例に係るプラズマ溶接装置と同じであり、溶接トーチ５Ａと、溶接トーチ５Ａを構成する電極棒６とプラズマアーク拘束用の第１ノズル８との間、及び、電極棒６とワーク２との間に溶接電源を供給する電源供給手段１２と、第１ノズル８に開設された冷却水循環通路８ｂに冷却水９を循環させる冷却水循環制御装置１３と、電極棒６の外面と第１ノズル８の内面とをもって構成される動作ガス流路８ｃに動作ガス７を供給する動作ガス供給手段１４と、第１ノズル８の外面とその外周に配置された第２ノズル１１の内面とをもって構成されるシールドガス流路１１ｂにシールドガス１０を供給するシールドガス供給手段１５とを備えている。
【００３１】
実施例１に係るプラズマ溶接装置１Ａは、溶接トーチ５Ａを構成する第２ノズル１１の構成、より正確には、第２ノズル１１に形成されるシールドガス噴出孔１１ａの形状が、図２０に示した従来例に係るプラズマ溶接装置１Ｄと異なっている。即ち、実施例１に係る溶接トーチ５Ａの第２ノズル１１は、先端に縮径部を有する円筒状に形成されているが、縮径部の先端には、長円形のシールドガス噴出孔１１ａが、第２ノズル１１の軸心から偏倚した位置に開設されている。その他については、図２０に示した従来例に係るプラズマ溶接装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３２】
第１ノズル８と第２ノズル１１とは同心に配置される。したがって、図４から明らかなように、実施例１に係る溶接トーチ５Ａにおいては、シールドガス噴出孔１１ａの開口面積が、第１ノズル８と第２ノズル１１の軸心を通りかつ長円形のシールドガス噴出孔１１ａの短径方向に伸びる直線Ｙ−Ｙを介して、第１ノズル８に対するシールドガス噴出孔１１ａの偏倚方向については広くなり、それと反対方向については狭くなる。このため、実施例１に係る溶接トーチ５Ａにおいては、シールドガス流路１１ｂの出口から噴射されるシールドガス１０の分布ｘが、シールドガス噴出孔１１ａの周方向に関して均等にならず、図５及び図６に示すように、開口面積が大きい側で多く、開口面積が小さい側で少なくなる。なお、図６の符号Ｓ１は、ワーク２の面方向に広がるシールドガス１０の流量分布を示している。
【００３３】
このように、実施例１に係る溶接ノズル５Ａは、シールドガス噴出孔１１ａからのシールドガス１０の噴射量が、シールドガス噴出孔１１ａの周方向に関し、開口面積が大きい側で多く、開口面積が小さい側で少なくなるようにしたので、図７及び図８に示すように、板厚差が大きい中厚板のワークの溶接に適用する場合において、シールドガス噴出孔１１ａの開口面積が大きい側を板厚が大きいワーク３側に向け、シールドガス噴出孔１１ａの開口面積が小さい側を板厚が小さいワーク４側に向けることにより、板厚が大きいワーク３に形成された傾斜面３ｃに多くのシールドガス１０を吹き付けることができる。したがって、板厚が大きいワーク３と板厚が小さいワーク４との間に形成される段差により、板厚が大きいワーク３の面方向に広がろうとするシールドガス１０の流れがある程度阻害されたとしても、プラズマアーク１６の周囲に十分なシールドガス１０の層を形成することができるので、プラズマアーク１６への空気２２の巻き込みを防止できて、プラズマアーク１６を安定化することができ、その結果、図８及び図９に示すように、表裏面にそれぞれ溶接ビード２５及び裏波ビード１７が均一に形成された良好な溶接品を得ることができる。
【００３４】
電極棒６とワーク２との間におけるプラズマアーク１６の発生は、電源供給手段１２に備えられた切替スイッチ１２ａを閉成し、電極棒６と第１ノズル８との間でアークを発生させた後、切替スイッチ１２ａを開成し、アークを電極棒６とワーク２との間に移行させることにより行われる。この方式は、電極棒６と第１ノズル８との間にのみアークを発生させるプラズマジェット方式と、電極棒６とワーク２との間にのみアークを発生させるプラズマアーク方式の中間形と呼ばれるが、本発明に係るプラズマ溶接装置は、この中間形のものに限定されるものではなく、プラズマアーク方式を採用するものについても適用することができる。
【００３５】
なお、本実施例においては、シールドガス噴出孔１１ａの形状を長円形としたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、楕円形その他の非円形形状とすることもできる。
【実施例２】
【００３６】
図１０〜図１５に、実施例２に係るプラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法を示す。図１０〜図１３に示すように、本例のプラズマ溶接装置１Ｂは、２つのシールドガス流路１１ｂ１，１１ｂ２を有する溶接トーチ５Ｂを備えたこと、及び、これら２つのシールドガス流路１１ｂ１，１１ｂ２にそれぞれ適量のシールドガス１０を供給する２つのシールドガス供給手段１５ａ，１５ｂを備えたことを特徴とする。その他については、実施例１に係るプラズマ溶接装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３７】
即ち、実施例２に係るプラズマ溶接装置の溶接トーチ５Ｂは、図１０に示すように、先端に縮径部を有する円筒状に形成され、縮径部の先端に円形の動作ガス噴出孔８ａが開設された第１ノズル８と、先端に縮径部を有する円筒状に形成され、縮径部の先端に円形のシールドガス噴出孔１１ａが開設された第２ノズル１１とを有しており、これら第１及び第２のノズル８，１１は同心に組み立てられて、動作ガス噴出孔８ａとシールドガス噴出孔１１ａとが同心に配置されている。また、第１ノズル８の外面と第２ノズル１１の内面との間には、図１１〜図１３に示すように、電極棒６の中心を通る直線上に２枚の仕切り板１８が設けられ、これにより仕切られた２つのシールドガス流路１１ｂ１，１１ｂ２が形成されている。したがって、図１４及び図１５に示すように、２つのシールドガス供給手段１５ａ，１５ｂからこれら２つのシールドガス流路１１ｂ１，１１ｂ２のそれぞれに、流量Ｑ１，Ｑ２（Ｑ１＞Ｑ２）のシールドガス１０を供給することにより、シールドガス噴出孔１１ａから噴射されるシールドガス１０の流量を、シールドガス噴出孔１１ａの周方向に関して不均等化することができる。なお、図１５の符号Ｓ２は、ワーク２の面方向に広がるシールドガス１０の流量分布を示している。
【００３８】
このような構成において、図１０に示すように、シールドガス１０の噴出流量が大きい一方のシールドガス流路（図１０の例では、シールドガス流路１１ｂ１）の出口を板厚が大きいワーク３側に向け、シールドガス１０の噴出流量が小さい他方のシールドガス流路（図１０の例では、シールドガス流路１１ｂ２）の出口を板厚が小さいワーク４側に向けることにより、板厚が大きいワーク３に形成された傾斜面３ｃに多くのシールドガス１０を吹き付けることができて、プラズマアーク１６の周囲に十分なシールドガス１０の層を形成することができる。よって、プラズマアーク１６への空気２２の巻き込みを防止でき、プラズマアークを安定化することができて、良好な溶接品を得ることができる。
【実施例３】
【００３９】
図１６〜図１９に、実施例３に係るプラズマ溶接装置及びこれを用いたプラズマ溶接方法を示す。図１６及び図１７に示すように、本例のプラズマ溶接装置１Ｃは、先端部に開口面積調整部材２１が取り付けられた溶接トーチ５Ｃを備えたことを特徴とする。その他については、実施例１に係るプラズマ溶接装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４０】
即ち、実施例３に係るプラズマ溶接装置の溶接トーチ５Ｃは、先端に縮径部を有する円筒状に形成され、縮径部の先端に円形の動作ガス噴出孔８ａが開設された第１ノズル８と、先端に縮径部を有する円筒状に形成され、縮径部の先端に円形のシールドガス噴出孔１１ａが開設された第２ノズル１１とを有しており、これら第１及び第２のノズル８，１１は同心に組み立てられて、動作ガス噴出孔８ａとシールドガス噴出孔１１ａとが同心に配置されている。また、第２ノズル１１の先端部には、図１７に示すように、長円形の開口面積調整孔２１ａが開設された円板状の開口面積調整部材２１が取り付けられている。開口面積調整孔２１ａは、円板状に形成された開口面積調整部材２１の中心から一方向に偏倚した位置に開設されており、第２ノズル１１と開口面積調整部材２１とは、同心に配置される。
【００４１】
したがって、図１７に示すように、実施例３に係る溶接トーチ５Ｃにおいては、第１ノズル８と第２ノズル１１の軸心を通りかつ長円形の開口面積調整孔２１ａの短径方向に伸びる直線Ｙ−Ｙを介して、開口面積調整部材２１の軸心に対する開口面積調整孔２１ａの偏倚方向については、シールドガス噴出孔１１ａと開口面積調整孔２１ａとの重なり面積が広くなり、それと反対方向については狭くなる。このため、実施例３に係る溶接トーチ５Ｃにおいても、シールドガス噴出孔１１ａからのシールドガス１０の噴射量が、シールドガス噴出孔１１ａの周方向に関して均等にならず、図１８及び図１９に示すように、シールドガス噴出孔１１ａと開口面積調整孔２１ａとの重なり面積が広い側で多く、それらの重なり面積が小さい側で少なくなる。なお、図１９の符号Ｓ３は、ワーク２の面方向に広がるシールドガス１０の流量分布を示している。
【００４２】
このような構成において、図１６に示すように、シールドガス１０の噴出流量が大きい溶接トーチ５Ｃの片側を板厚が大きいワーク３側に向け、シールドガス１０の噴出流量が小さい溶接トーチ５Ｃの他の片側を板厚が小さいワーク４側に向けることにより、板厚が大きいワーク３に形成された傾斜面３ｃに多くのシールドガス１０を吹き付けることができるので、プラズマアーク１６（図７参照）の周囲に十分なシールドガス１０の層を形成することができる。よって、プラズマアーク１６への空気２２の巻き込みを防止でき、プラズマアーク１６を安定化することができて、良好な溶接品を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施例においては、開口面積調整孔２１ａの形状を長円形としたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、楕円形その他の非円形形状とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、建設機械の製造などで実施される板厚差が大きい中厚板のプラズマ溶接に利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１油圧ショベルのフロント構造物
１ａ基部
１ｂ本体部
２ワーク
３板厚が大きいワーク
４板厚が小さいワーク
３ａ，４ａ開先
３ｂ，４ｂルート面
３ｃ傾斜面
５Ａ〜５Ｄ溶接トーチ
６電極棒
７動作ガス
８第１ノズル
８ａ動作ガス噴出孔
８ｂ冷却水循環通路
８ｃ動作ガス流路
９冷却水
１０シールドガス
１１第２ノズル
１１ａシールドガス噴出孔
１１ｂ，１１ｂ１，１１ｂ２シールドガス流路
１２電源供給手段
１３冷却水循環制御装置
１４動作ガス供給手段
１５，１５ａ，１５ｂシールドガス供給手段
１６プラズマアーク
１８仕切り板
２１開口面積調整部材
２１ａ開口面積調整孔

【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチと、電源供給手段と、動作ガス供給手段と、シールドガス供給手段とを備えたプラズマ溶接装置において、
前記溶接トーチは、先端部に動作ガス噴出孔を有する筒状に形成され、中心部に配置された電極棒との間に動作ガス流路が形成されたプラズマアーク拘束用の第１ノズルと、先端部にシールドガス噴出孔を有する筒状に形成され、前記第１ノズルの外周に配置されて前記第１ノズルとの間にシールドガス流路を形成する第２ノズルとを備え、前記シールドガス流路の出口に、シールドガスの噴射量が大きい大流量部と、シールドガスの噴射量が少ない小流量部を設けたことを特徴とするプラズマ溶接装置。
【請求項２】
前記シールドガス流路の出口の半周を前記大流量部とし、残りの半周を前記小流量部としたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶接装置。
【請求項３】
前記シールドガス噴出孔を長円形又は楕円形に形成すると共に、前記第１ノズルを前記シールドガス噴出孔の中心よりも一方側に偏倚した位置に配置し、前記シールドガス流路の出口に、開口面積が大きい部位と開口面積が小さい部位とを形成したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶接装置。
【請求項４】
前記動作ガス噴出孔及び前記シールドガス噴出孔をそれぞれ円形に形成し、これら動作ガス噴出孔及びシールドガス噴出孔を同心に配置すると共に、前記第２ノズルの先端部に、前記シールドガス流路の出口の開口面積を調整する開口面積調整部材を取り付け、前記シールドガス流路の出口に、開口面積が大きい部分と小さい部分とを形成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶接装置。
【請求項５】
前記開口面積調整部材は、長円形又は楕円形の開口面積調整孔を有し、該開口面積調整孔と前記シールドガス流路の出口との重ね合わせを調整することにより、開口面積が大きい部分及び前記開口面積が小さい部分を形成することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ溶接装置。
【請求項６】
前記動作ガス噴出孔及び前記シールドガス噴出孔をそれぞれ円形に形成し、これら動作ガス噴出孔及びシールドガス噴出孔を同心に配置すると共に、前記第１ノズルの外面と前記第２ノズルの内面との間に２枚の仕切り板を対向に形成して、２つの独立したシールドガス流路を形成し、これら２つのシールドガス流路の一方には前記シールドガス供給手段から高圧のシールドガスを供給し、他方には前記シールドガス供給手段から低圧のシールドガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶接装置。
【請求項７】
溶接トーチ、電源供給手段、動作ガス供給手段及びシールドガス供給手段を備えたプラズマ溶接装置を用いて、板厚差が大きいワークの突き合わせ部をプラズマ溶接するプラズマ溶接方法において、
前記溶接トーチとして、先端部に動作ガス噴出孔を有する筒状に形成され、中心部に配置された電極棒との間に動作ガス流路が形成されたプラズマアーク拘束用の第１ノズルと、先端部にシールドガス噴出孔を有する筒状に形成され、前記第１ノズルの外周に配置されて前記第１ノズルとの間にシールドガス流路を形成する第２ノズルとを備え、前記シールドガス流路の出口に、シールドガスの噴射量が大きい大流量部と、シールドガスの噴射量が少ない小流量部を設けたものを用い、
前記大流量部を板厚が大きい第１のワーク側に向け、かつ前記小流量部を板厚が小さい第２のワーク側に向けて、前記溶接トーチを前記突き合わせ部の上方に配置し、前記電極棒と前記ワークとの間に前記動作ガス噴出孔より噴出された動作ガスにより拘束されたプラズマアークを発生させ、前記シールドガス流路より前記ワークの表面にシールドガスを噴出しながら、前記溶接トーチを前記突き合わせ部に沿って移動することを特徴とするプラズマ溶接方法。

【図１】