JP2013123740A - Welding method by two-electrode plasma torch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2個の電極配置空間と各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズルとを有するインサートチップを備えた2電極プラズマトーチを用いて、2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、トーチと溶接対象材の少なくとも一方を溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極でプラズマアークを発生して溶接する、2電極プラズマトーチによる溶接方法に関する。 The present invention uses a two-electrode plasma torch having an insert tip having two electrode arrangement spaces and two nozzles communicating with each of the electrode arrangement spaces, and the arrangement direction of the two nozzles is determined as a weld line. A welding method using a two-electrode plasma torch in which at least one of the torch and the welding target material is driven to run in a direction along the welding line while generating a plasma arc at each electrode in each electrode arrangement space About.
従来の1電極トーチによるプラズマアーク溶接のプラズマアークの横断面は略円形である。板厚3mm未満ではプラズマアークによるキーホール溶接は不可能なため、なめ付け溶接(熱伝導型溶接)を採用するが、キーホール溶接及びなめ付け溶接では、高速化すると、
イ)アンダーカットが発生し、
ロ)なめ付け溶接では、広幅ビードによる高温割れが発生しやすい。高速溶接では電流が高電流で広幅アークとなるため、広幅浅溶け込みのビード形状となって、凝固時に高温割れが発生しやすい。
The cross section of the plasma arc of the plasma arc welding by the conventional one-electrode torch is substantially circular. If the plate thickness is less than 3 mm, keyhole welding by plasma arc is impossible, so tanning welding (heat conduction type welding) is adopted. However, in keyhole welding and tanning welding, if speed is increased,
B) Undercut occurs,
B) Hot-cracking due to wide beads tends to occur during tanning welding. In high-speed welding, the current is a high current and a wide arc, so a wide, shallow bead shape is formed, and high temperature cracking is likely to occur during solidification.
従来の1電極トーチによるプラズマアーク溶接では、3〜10mmの板厚でキーホール溶接を高速化すると、ビード形状が、中央部が盛り上がった凸形状で縁部が下がったアンダーカットができるため、高速化が難しい。2本トーチによるワンプール高速化もあるが、ワンプールとするにはトーチ同士を大きく傾けなければならず、引き合うアーク力と傾けたことによる磁気吹きで、アークが乱れやすく、不安定であった。 In conventional plasma arc welding with a one-electrode torch, if the speed of keyhole welding is increased with a plate thickness of 3 to 10 mm, the bead shape can be raised with a convex shape with a raised central portion, and an undercut with a lowered edge portion. Difficult to make. Although there is a one-pool speedup with two torches, torches must be tilted greatly to make a one-pool, and the arc is easily disturbed and unstable due to the attracting arc force and magnetic blown by tilting.
そこで本発明者等は、安定したアークで高温割れやアンダーカットのない高速溶接を実現することができるインサートチップおよびこれを用いるプラズマトーチを提供した(特許文献1)。裏波形成しながらの溶接法には、キーホール溶接となめ付け溶接があるが、以後の説明では便宜上、裏波形成はキーホール溶接で表すものとする。 Therefore, the present inventors have provided an insert tip capable of realizing high-speed welding without a hot crack and undercut with a stable arc, and a plasma torch using the insert tip (Patent Document 1). The welding method while forming the back wave includes keyhole welding and butt welding, but in the following description, for the sake of convenience, the back wave formation is represented by keyhole welding.
特許文献1のプラズマトーチは、2個の電極配置空間と、同一直径線上に分布し各電極配置空間にそれぞれが連通し前記直径線と平行な溶接線に対向して開いた2個のノズルと、を備えるインサートチップおよび該チップを装備し各電極配置空間に各電極を挿入したプラズマトーチである。このプラズマトーチによれば、2つのアークで1つの溶融プールを形成する、ワンプール2アークの溶接をすることができる。プラズマアークの横断面は、溶接の進行方向(y)に長細い熱源となるため、熱量に対するビード幅(x方向)は狭く抑えられ、高速化しても、高温割れが発生しない。また、ワンプール2アークとすることで、後行プラズマアークによる再溶融により表ビードを平らにすることができる。ある程度距離を離した2本のプラズマトーチを用いる並行溶接でやや類似の効果を得ることは出来るが、溶接の進行方向のアーク間隔が広くなるため、短い溶接長のワーク(母材:溶接対象材)では、同一パスでの溶接が不可能であり、二パス溶接が必要となり、高速化は難しい。また、アーク間隔が広いため、後行アークは一度凝固したビードを再溶融しなければならず、後行溶接に高入熱が必要である。特許文献1に提示した、1チップに2個のノズルを備えるインサートチップを用いるワンプール2アーク溶接によれば、ノズル間隔が短いので、これらの問題が解消する。
The plasma torch of
ところで1個のインサートチップで2アークのプラズマアーク溶接ではインサートチップに加わる熱負荷が大きくなる。より高速化するためには、インサートチップの冷却能力を向上する必要がある。 By the way, in two arc plasma arc welding with one insert tip, the heat load applied to the insert tip becomes large. In order to increase the speed, it is necessary to improve the cooling capacity of the insert tip.
そこで本発明者等は、安定したアークで高温割れやアンダーカットのない溶接をより高速で行うことができる、冷却能力が高いインサートチップを提供した(特許文献2)。このインサートチップは、2個の電極配置空間と、各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズルおよび該2個のノズルの中間点で該2個のノズルが分布する平面に対して交差する平面にあって冷却水が折り返すV型の冷却水流路を備える。これにより、チップ先端面(母材対向面)近くで冷却水が円滑に折返し、局所的に水あるいは泡が滞留することはなく、チップの冷却能力が高い。チップ端面に対して斜めにしかも先端部で交わるように穴開けすることでV型の冷却水流路を安価に形成できる。よって、溶接電流を大きくしてより高速に溶接を行うことができる。特許文献2にはさらに、チップ基体に1対のノズル部材を着脱可に結合したインサートチップも提示した。これによれば、高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したとき、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。
Therefore, the present inventors have provided an insert tip having a high cooling capacity that can perform welding without a high-temperature crack or undercut with a stable arc at a higher speed (Patent Document 2). This insert tip intersects two electrode arrangement spaces, two nozzles respectively communicating with each electrode arrangement space, and a plane in which the two nozzles are distributed at an intermediate point between the two nozzles. A V-shaped cooling water flow path is provided which is flat and the cooling water is turned back. Thereby, the cooling water smoothly turns back near the tip end surface (base material facing surface), the water or bubbles do not stay locally, and the chip cooling ability is high. A V-shaped cooling water flow path can be formed at low cost by making a hole obliquely with respect to the end surface of the chip and intersecting at the tip. Therefore, welding can be performed at a higher speed by increasing the welding current.
また、インサートチップの損耗交換コストを低減するため、本発明者等は、中央にノズルが開いた笠部,該笠部に連続する幹部および該幹部に連続する雄ねじ部があって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材があり、内部に前記ノズルに連通する電極配置空間がある、2個のノズル部材を、インサートチップ基体に対して着脱可としたインサートチップを提供した(特許文献3)。高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したとき、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。 Further, in order to reduce the wear replacement cost of the insert tip, the present inventors have a cap portion with a nozzle open at the center, a trunk portion continuing to the cap portion, and a male screw portion continuing to the trunk portion, An insert chip is provided in which two nozzle members are detachably attached to the insert chip base body with a sealing material between male screw portions and an electrode arrangement space communicating with the nozzle inside (Patent Document 3). . When the nozzle portion at the lower end of the nozzle member is deformed or damaged by high heat, the nozzle member can be replaced with a new one, and the chip base can be used as it is, thereby reducing the maintenance cost.
ところが、2電極プラズマトーチの2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチと溶接対象材の少なくとも一方を溶接線に沿う方向に走行駆動する2電極プラズマ溶接では例えば、図19の(a)に示すように、溶接方向y(溶接線が延びる方向)で先行して溶接線に作用する先行極(ノズル部材20bの内部の電極棒12b:図2)が発生するプラズマアーク19bで溶接対象材である溶接片31a,31b間の突き当て端面(溶接線)の上側の表面を予熱し、後行極(ノズル部材20aの内部の電極棒12a:図2)が発生するプラズマアーク19aで溶接線をキーホール溶接する態様では、先行ノズル部材20bと後行ノズル部材20aとの距離と溶接方向yのノズル角度に対応する予熱タイムラグにより、溶接線の始端部で入熱不足による裏波形成不足(残し)を生じやすい。この入熱不足(裏波形成不足:残し)は、図19の(b)に示すように、溶接速度が高いほど大きい。
However, in the two-electrode plasma welding in which the arrangement direction of the two nozzles of the two-electrode plasma torch is parallel to the welding line and at least one of the torch and the welding target material is driven to run along the welding line, for example, FIG. As shown in FIG. 2A, a
また例えば、図18の(a)に示すように、溶接方向y(溶接線が延びる方向)で先行して溶接線に作用する先行極が発生するプラズマアークで溶接線をキーホール溶接し、後行極が発生するプラズマアークで溶接線を加熱(なめ付け)する態様では、先行のキーホール溶接で生成した溶融プールの溶融金属が後行のなめ付けプラズマアークのプールに吸い込まれて、キーホール溶接部となめ付け溶接部との間Aで先行極側から後行極側への溶融金属の流動があり、溶接線の後端部では減肉状態で溶接が終わる。 Further, for example, as shown in FIG. 18 (a), the welding line is keyhole welded by a plasma arc in which a leading electrode that acts on the welding line precedes in the welding direction y (the direction in which the welding line extends) is generated. In the aspect in which the welding line is heated (tanned) by the plasma arc in which the row electrode is generated, the molten metal in the molten pool generated by the preceding keyhole welding is sucked into the pool of the subsequent tanned plasma arc, and the keyhole is obtained. There is a flow of molten metal from the leading electrode side to the trailing electrode side between the welded portion and the butt welded portion A, and the welding ends in a reduced thickness state at the rear end portion of the weld line.
すなわち、2電極プラズマトーチによる溶接では、溶接片の先端(溶接線の始端),後端(溶接線の終端)で溶接不良を生じ易い。溶接による連続造管では、溶接始端および終端は切除するので、始端,終端の溶接不良は格別な問題とはならないが、短尺材の場合は、始端,終端の切除は、素材の歩留りを悪くするばかりでなく、切除作業が加わる分、コスト高になる。 That is, in welding with a two-electrode plasma torch, poor welding tends to occur at the front end (starting end of the weld line) and the rear end (end end of the weld line) of the weld piece. In continuous pipe making by welding, the welding start and end are cut off, so poor welding at the start and end is not a special problem, but in the case of short materials, cutting off the start and end makes the material yield worse. In addition to the excision work, the cost increases.
そこで本発明者等は、溶接対象材の端部における溶接不良を改善するために、2個の電極配置空間(2a,2b)と各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズルとを有するインサートチップを備えた2電極プラズマトーチを用いて、2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチと溶接対象材の少なくとも一方を溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極でプラズマアークを発生して溶接線を溶接する、2電極プラズマトーチによる溶接方法において、
(1)各電極の一方を、溶接線の延びる方向で先行する電極すなわち先行極として溶接対象材を予熱するプラズマアーク発生に設定し、他方を、後行する電極すなわち後行極として裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該後行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、前記先行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に走行駆動を開始し、先行極および後行極のプラズマアークは、各極が溶接対象材の後端以降にあるときに停止する、2電極プラズマトーチによる溶接方法,および、
(2)各電極の一方を、溶接線の延びる方向で先行する電極すなわち先行極として裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、他方を、後行する電極すなわち後行極として溶接線をなめ付けするプラズマアークに設定し、先行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、後行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に走行駆動を開始し、先行極および後行極のプラズマアークは、各極が溶接対象材の後端以降にあるときに停止する、2電極プラズマトーチによる溶接方法、を提示した(特許文献4)。
Therefore, the present inventors have two electrode arrangement spaces (2a, 2b) and two nozzles that communicate with each electrode arrangement space in order to improve poor welding at the end of the material to be welded. Using a two-electrode plasma torch with an insert tip, the arrangement direction of the two nozzles is parallel to the weld line, and at least one of the torch and the material to be welded is driven to run along the weld line, In a welding method using a two-electrode plasma torch in which a plasma arc is generated at each electrode in the electrode arrangement space to weld a welding line,
(1) One electrode of each electrode is set to generate a plasma arc that preheats the material to be welded as the preceding electrode, that is, the leading electrode in the direction in which the welding line extends, and the other wave is formed as the following electrode, that is, the trailing electrode. When the trailing electrode set to welding plasma arc and set to back wave forming welding is before the tip of the material to be welded, the plasma arc of back wave forming welding by the following electrode is started, and the leading electrode The plasma arc is started simultaneously with or before the generation of the plasma arc in the back wave forming welding, and the driving is started simultaneously with or after the start of the preceding or simultaneous plasma arc. The plasma arc is stopped when each pole is after the rear end of the material to be welded, and a welding method using a two-electrode plasma torch, and
(2) One electrode of each electrode is set to a plasma arc of back wave forming welding as the preceding electrode or leading electrode in the direction in which the welding line extends, and the other is tanned with the welding line as the following electrode or trailing electrode. The plasma arc of the back electrode forming welding with the leading electrode is started, and the plasma arc of the trailing electrode is activated at the same time as the plasma arc of the back electrode forming welding or at the tip of the material to be welded. Start, and start driving simultaneously with or after the start of the preceding or simultaneous plasma arc, and the plasma arc of the leading electrode and the trailing electrode is when each pole is after the rear end of the material to be welded A stopping method by a two-electrode plasma torch was proposed (Patent Document 4).
上記(1)によれば、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図19の(b))を生ずるが、この予熱の無い冷えた鋼板区間は、走行駆動の速度を低くすることにより、溶接対象材先端での裏波形成不良を少なくできる。予熱タイムラグ区間を過ぎると先行極の予熱効果により後行極での鋼板は溶け易くなり走行駆動速度を上げて、溶接の生産性を高くすることができる。溶接対象材の後端は低速,低電流のクレータ処理により、高速,高電流で後行の裏波形成アーク(例えばキーホールアーク)の後方に長く延びた溶融プールを短くし、後方に流れていた溶湯を後行裏波アーク側に引き戻すことで、後端表面の窪みを平坦に修正して、後端不良を少なく出来る。これらにより、溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りをよくすることができる。 According to the above (1), a preheating time lag corresponding to the distance between the leading electrode and the trailing electrode is generated ((b) in FIG. 19). In this cold steel plate section without preheating, the traveling drive speed is reduced. Therefore, it is possible to reduce the back wave formation failure at the tip of the material to be welded. After the preheating time lag interval, the steel plate at the trailing electrode is easily melted by the preheating effect of the leading electrode, so that the traveling drive speed can be increased and the productivity of welding can be increased. The rear end of the material to be welded has a low-speed, low-current crater treatment that shortens the molten pool that extends at the high-speed, high-current back behind the back wave forming arc (for example, keyhole arc) and flows backward. By pulling the molten metal back to the trailing back-arc arc side, the dent on the rear end surface can be corrected to be flat, and rear end defects can be reduced. By these, the yield of the raw material of the front-end | tip of a welding object material and a rear end can be improved.
先行極(予熱用)が溶接対象材の先端にあるときに先行極(予熱用)にプラズマアーク(予熱)を起動することにより、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図19の(a))による溶接対象材先端での裏波形成不良(図19の(b))を回避できる。後行極によりキーホールが形成されると先行局の予熱効果により後行極での鋼板は溶け易くなり走行駆動速度を上げることにより、溶接の生産性を高くすることができる。溶接対象材の後端は低速,低電流のクレータ処理により、高速,高電流で後行の裏波形成アークの後方に長く延びた溶融プールを短くし、後方に流れていた溶湯を後行裏波アーク側に引き戻すことで、後端表面の窪みを平坦に修正して、後端不良を少なくできる。これらにより、溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りをよくすることができる。 By starting a plasma arc (preheating) on the leading electrode (for preheating) when the leading electrode (for preheating) is at the tip of the material to be welded, a preheating time lag corresponding to the distance between the leading electrode and the trailing electrode (see FIG. 19). It is possible to avoid the back wave formation failure ((b) of FIG. 19) at the tip of the welding target material due to (a)). When the keyhole is formed by the trailing electrode, the steel plate at the trailing electrode is easily melted by the preheating effect of the leading station, and the traveling drive speed is increased, so that the productivity of welding can be increased. The rear end of the material to be welded has a low-speed, low-current crater treatment to shorten the molten pool that extends long behind the back-forming arc at a high speed, high current, and the molten metal that flows backward By pulling back to the wave arc side, the recess on the rear end surface can be corrected to be flat, and rear end defects can be reduced. By these, the yield of the raw material of the front-end | tip of a welding object material and a rear end can be improved.
上記(2)によれば、溶接対象材の先端から後端に渡って、後行極のパイロットガス流量が少なく電流も低いソフトなプラズマアークで、先行の裏波形成アークのすぐ後方近傍で表面のみアーク溶融することで溶接表面がなめ付けされて、高速溶接でも、アンダーカットの少ない表面ビードが得られる。後行極が溶接対象材の先端に達すると先行極のプラズマアーク電流を高く切換え同時に走行駆動速度を上げることにより、先端部の裏波溶接の残し(図19の(b))を少なくし溶接の生産性を高くすることができる。 According to the above (2), a soft plasma arc with a low pilot gas flow rate and a low current at the trailing electrode from the front end to the rear end of the material to be welded. Only by arc melting, the welding surface is tanned, and surface beads with less undercut can be obtained even in high-speed welding. When the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded, the plasma arc current of the leading electrode is switched to a higher value and the traveling drive speed is increased at the same time, thereby reducing the remainder of the back end welding (FIG. 19 (b)). Productivity can be increased.
しかし、溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りがかなり改善し溶接の生産性をかなり高くすることができるが、後端のアンダーカットの抑制は、改善があるものの更に効果的に抑制することが望まれる。そこで後端のアンダーカット発生について研究して次の知見を得た。 However, although the yield of the material at the front and rear ends of the material to be welded can be significantly improved and the productivity of welding can be considerably increased, the suppression of the undercut at the rear end can be further effectively suppressed although there is improvement. It is hoped that. Therefore, the following knowledge was obtained by studying the occurrence of undercut at the rear end.
図21の(a)に示す2電極プラズマトーチ30によるプラズマ溶接中(定常状態)では、プラズマアークを周回する磁束が発生するが、図上に点線で示す溶融プールおよびその近傍は、磁気変体温度(約730°C)以上の高温であって磁束は通り難いので、周回磁束は図21の(b)に示すように、後行極(T)の後方でプラズマフレームから遠くなる。しかし、2電極ともにプラズマアーク電流が流れるので、2電極のプラズマフレーム(アーク電流)が相互に引き合っており、後行極(T)のプラズマフレームは溶接の進行方向yに引かれている。溶接ビードは図21の(c)に示すように、アンダーカットの無いものとなる。
During plasma welding by the two-
ところが、トーチ30が溶接対象材の後端位置となり、図22の(a)に示すように、先行極(L)が溶接対象材の後端より前方となって先行極のアークが停止すると、後行極のプラズマフレームを周回する磁束は、図22の(b)に示すように後行極のプラズマフレームによって発生するものだけになる。後行極のプラズマフレームは、先行極のプラズマフレームによる引きがなくなり、自己のプラズマフレームが発生する周回磁束との相互作用により、後行極(T)の後方に振れる。このプラズマフレームの後方偏向により、溶融プール中央を上に押し上げる。これにより表面ビードが後方に長細くなる為、ビード両サイドの湯(溶融金属)はビード中央に吸い寄せられて、ビード断面が、図22の(c)に示すように、アンダーカットの深い形状となる。このアンダーカットは、溶接部の強度を下げるので問題となり得る。
However, when the
本発明は、2電極プラズマトーチによる溶接において、溶接対象材の尾端のアンダーカット発生を更に抑制することを第1の目的とする。2電極プラズマトーチによる溶接において、溶接対象材の両端部における溶接不良を更に改善することを第2の目的とする。 A first object of the present invention is to further suppress the occurrence of an undercut at the tail end of a material to be welded in welding using a two-electrode plasma torch. In welding by a two-electrode plasma torch, a second object is to further improve the welding failure at both ends of the material to be welded.
(1)2個の電極配置空間(2a,2b)と各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル(3a,3b)とを有するインサートチップ(1)を備えた2電極プラズマトーチ(30)を用いて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチと溶接対象材(31a,31b)の少なくとも一方を溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極(12a,12b)でプラズマアークを発生して溶接線を溶接する、2電極プラズマトーチによる溶接方法において、
前記溶接対象材(31a,31b)の溶接方向の後端に後端タブ(39a,39b)を設けて、溶接線の延びる方向で後行する電極すなわち後行極が前記後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、溶接線の延びる方向で先行する電極すなわち先行極のプラズマアークを継続する、ことを特徴とする2電極プラズマトーチによる溶接方法(図7,図9,図11,図14,図16)。
(1) A two-electrode plasma torch (30) having an insert tip (1) having two electrode arrangement spaces (2a, 2b) and two nozzles (3a, 3b) communicating with each electrode arrangement space, respectively ), The arrangement direction of the two nozzles is made parallel to the weld line, and at least one of the torch and the welding target material (31a, 31b) is driven and driven in the direction along the weld line. In a welding method using a two-electrode plasma torch that generates a plasma arc at each electrode (12a, 12b) in space and welds a weld line,
A rear end tab (39a, 39b) is provided at the rear end of the welding target material (31a, 31b) in the welding direction, and the electrode that follows in the direction in which the weld line extends, i.e., the trailing electrode finishes welding at the rear end. The two-electrode plasma torch welding method (FIGS. 7, 9, 11, and 14) is characterized in that the preceding electrode, that is, the leading electrode plasma arc is continued in the direction in which the weld line extends until the plasma arc is stopped. , FIG. 16).
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又は相当要素の記号もしくは対応事項を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。 In addition, in order to facilitate understanding, in parentheses, the correspondence of the examples shown in the drawings and described later, or the symbols or corresponding matters of corresponding elements are added for reference. The same applies to the following.
後行極が溶接対象材の後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、先行極のプラズマアークを継続するので、溶接対象材の溶接を終了するまで、後行極のプラズマフレームと先行極のプラズマフレームとが引き合い、後端での後行極のプラズマフレームの後方偏向を生じないので(図20)、後端で表面ビードが後方に長細くなることはなく、後端部のアンダーカットがなくなる。 Since the plasma electrode of the leading electrode is continued until the trailing electrode finishes welding at the rear end of the material to be welded and stops the plasma arc, the plasma frame and the leading electrode of the trailing electrode are continued until the welding of the material to be welded is completed. Since the plasma frame attracts the back and the rear end of the plasma frame of the trailing pole at the rear end does not cause rearward deflection (FIG. 20), the surface bead is not elongated rearward at the rear end, and the rear end is undercut. Disappears.
(2)前記後行極による前記後端の溶接を終了したとき、前記先行極および後行極のプラズマアークを停止し、その後に前記走行駆動を停止する、上記(1)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図7,図9,図11,図14,図16)。 (2) The two electrodes according to (1), wherein when the rear end welding by the trailing electrode is finished, the plasma arc of the leading electrode and the trailing electrode is stopped, and then the traveling drive is stopped. A welding method using a plasma torch (FIGS. 7, 9, 11, 14, and 16).
(3)前記溶接対象材および後端タブを、溶接対象材の先端よりも後端が低くなる姿勢に傾けて、前記走行駆動を溶接線と平行な方向とする、上記(1)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図18の(b))。溶接対象材を水平とした場合、溶接対象材の後端部で、裏波形成プラズマによって生ずるプールの溶融金属がなめ付け溶接のプールに吸い込まれて後端部のビードが減肉状態となりやすく、これは、厚板であるほどまた粘性が低い金属ほど顕著になる。本実施態様のように溶接対象材を傾けると、重力によりプールの溶融金属に溶接方向に向かう力が加わって上記吸い込みが抑制され、後端部ビードの減肉が低減し後端部のビード表面が平坦になる。 (3) The welding target material and the rear end tab are inclined to a posture in which the rear end is lower than the front end of the welding target material, and the traveling drive is set in a direction parallel to the welding line. A welding method using a two-electrode plasma torch (FIG. 18B). When the material to be welded is horizontal, the molten metal in the pool caused by the back surface forming plasma is sucked into the pool for tanning welding at the rear end of the material to be welded, and the bead at the rear end tends to be thinned. This becomes more prominent with thicker plates and lower viscosity metals. When the material to be welded is tilted as in this embodiment, gravity is applied to the molten metal in the pool in the welding direction to suppress the suction, reducing the thinning of the rear end bead and reducing the rear bead surface. Becomes flat.
(4)前記2電極プラズマトーチ(30)は、溶接対象材の表面に対して垂直姿勢である、上記(3)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。これによれば、2電極プラズマトーチ30が溶接片31a,31bの表面に対して垂直姿勢であるので、先行極の裏波形成溶接条件および後行極のなめ付け溶接条件の設定又は調整が容易である。
(4) The welding method by the two-electrode plasma torch according to the above (3), wherein the two-electrode plasma torch (30) is in a vertical posture with respect to the surface of the material to be welded. According to this, since the two-
(5)前記先行極を溶接対象材を予熱するプラズマアーク発生に設定し、前記後行極を裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、
裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該後行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図7,図9,図16)。
(5) The leading electrode is set to generate a plasma arc for preheating the welding target material, and the trailing electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding,
When the trailing electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded (including the tip), the plasma arc of back wave forming welding by the following electrode is started,
The plasma electrode of the leading electrode is started at the same time or before the plasma arc generation of the back wave forming welding, and starts the traveling drive at the same time or after the start of the preceding or simultaneous plasma arc.
A welding method using the two-electrode plasma torch according to any one of the above (1) to (4) (FIGS. 7, 9, and 16).
これによれば、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図19の(a),(b)の残し)を生ずるが、この予熱の無い冷えた鋼板区間は、走行駆動の速度を低くすることにより、溶接対象材先端での裏波形成不良を少なくできる。予熱タイムラグ区間を過ぎると先行極の予熱効果により後行極での鋼板は溶け易くなり走行駆動速度を上げて、溶接の生産性を高くすることができる。 According to this, a preheating time lag corresponding to the distance between the leading electrode and the trailing electrode (remaining (a) and (b) in FIG. 19) is generated, but the cooled steel plate section without preheating has a speed of traveling driving. By making it low, it is possible to reduce the back wave formation failure at the tip of the material to be welded. After the preheating time lag interval, the steel plate at the trailing electrode is easily melted by the preheating effect of the leading electrode, so that the traveling drive speed can be increased and the productivity of welding can be increased.
先行極(予熱用)が溶接対象材の先端にあるときに先行極(予熱用)にプラズマアーク(予熱)を起動することにより、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図19の(a))による溶接対象材先端での裏波形成不良(図19の(b)の残し)を回避できる。後行極によりキーホールが形成されると先行極の予熱効果により後行極での鋼板は溶け易くなり走行駆動速度を上げることにより、溶接の生産性を高くすることができる。 By starting a plasma arc (preheating) on the leading electrode (for preheating) when the leading electrode (for preheating) is at the tip of the material to be welded, a preheating time lag corresponding to the distance between the leading electrode and the trailing electrode (see FIG. 19). It is possible to avoid the back wave formation failure at the tip of the material to be welded due to (a)) (remaining in FIG. 19B). When the keyhole is formed by the trailing electrode, the steel plate at the trailing electrode is easily melted by the preheating effect of the leading electrode, and the productivity of welding can be increased by increasing the traveling drive speed.
溶接対象材の後端を低速,低電流のクレータ処理を施すことにより(図7,図8,表1)、高速,高電流で後行の裏波形成アーク(例えばキーホールアーク)の後方に長く延びた溶融プールを短くし、後方に流れていた溶湯を後行裏波アーク側に引き戻すことで、後端表面の窪みを平坦に修正して、後端不良を少なく出来る。これらにより、溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りをよくすることができる。 By applying a low-speed, low-current crater treatment to the rear end of the material to be welded (Fig. 7, Fig. 8, Table 1), a high-speed, high-current rear wave forming arc (for example, keyhole arc) is placed behind By shortening the molten pool that has been extended for a long time and pulling back the molten metal that has flowed backward to the trailing back-arc arc side, the recess on the rear end surface can be corrected to be flat, and rear end defects can be reduced. By these, the yield of the raw material of the front-end | tip of a welding object material and a rear end can be improved.
(6)前記先行極を裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、前記後行極を溶接線をなめ付けするプラズマアークに設定し、
裏波形成溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該先行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図11,図14)。
(6) The leading electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding, and the trailing electrode is set to a plasma arc for tanning a welding line,
When the leading electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded (including the tip), a plasma arc of back wave forming welding by the leading electrode is started,
The plasma electrode of the trailing electrode is activated at the same time as the activation of the plasma arc of the back wave forming welding or at the tip of the material to be welded, and at the same time as or after the activation of the preceding or simultaneous plasma arc. Start driving,
A welding method using the two-electrode plasma torch according to any one of the above (1) to (4) (FIGS. 11 and 14).
これによれば、溶接対象材の先端から後端に渡って、後行極のパイロットガス流量が少なく電流も低いソフトなプラズマアークで、先行の裏波形成アークのすぐ後方近傍で表面のみアーク溶融することで溶接表面がなめ付けされて、高速溶接でも、アンダーカットの少ない表面ビードが得られる。後行極が溶接対象材の先端に達すると先行極のプラズマアーク電流を高く切換え同時に走行駆動速度を上げることにより、先端部の裏波溶接の残し(図19の(b))を少なくし溶接の生産性を高くすることができる。 According to this, a soft plasma arc with a low pilot gas flow rate at the trailing electrode and a low current from the front end to the rear end of the material to be welded, and only the surface melts in the vicinity immediately behind the preceding back-wave forming arc. By doing so, the weld surface is tanned, and a surface bead with less undercut is obtained even in high-speed welding. When the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded, the plasma arc current of the leading electrode is switched to a higher value and the traveling drive speed is increased at the same time, thereby reducing the remainder of the back end welding (FIG. 19 (b)). Productivity can be increased.
溶接対象材の後端を低速,低電流のクレータ処理を施すことにより(図11,図12,表3)、高速,高電流で後行の裏波形成アーク(例えばキーホールアーク)の後方に長く延びた溶融プールを短くし、後方に流れていた溶融を後行裏波アーク側に引き戻すことで、後端表面の窪みを平坦に修正して、後端不良を少なく出来る。これらにより、溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りをよくすることができる。 By applying low-speed, low-current crater processing to the rear end of the material to be welded (FIGS. 11, 12, and Table 3), the high-speed, high-current rear wave forming arc (for example, keyhole arc) is placed behind By shortening the melt pool that has been extended for a long time and pulling back the melt that has flowed backward to the trailing back wave arc side, the recess on the rear end surface can be corrected to be flat, and the rear end defects can be reduced. By these, the yield of the raw material of the front-end | tip of a welding object material and a rear end can be improved.
(7)前記後行極が溶接対象材の先端にあるときに、前記先行極および後行極のプラズマアークを同時に起動し、この起動と同時に前記走行駆動を低速で開始し、
前記先行極がプラズマアークを起動した位置に前記後行極が到達すると、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極が該後端に達すると前記走行駆動の速度を下げ、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極によるクレータ処理期間後に、先行極および後行極のプラズマアークを停止する、上記(5)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図7,表1)。
(7) When the trailing electrode is at the tip of the material to be welded, simultaneously start the plasma arc of the leading electrode and the trailing electrode, and simultaneously start the traveling drive at a low speed,
When the trailing electrode reaches the position where the leading electrode has started the plasma arc, the traveling drive is switched at a high speed and both or one of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the trailing electrode are switched high.
Immediately before the leading electrode reaches the rear end of the material to be welded, both or one of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the leading electrode is decreased, and when the trailing electrode reaches the trailing end, the traveling drive speed is decreased, and The two-electrode plasma according to (5), wherein both or one of the plasma arc current and plasma gas flow rate of the trailing electrode is lowered, and the plasma arc of the leading electrode and the trailing electrode is stopped after the crater treatment period by the trailing electrode. Welding method with torch (Fig. 7, Table 1).
これによれば、溶接対象材の先端より溶接対象材領域に入り込んだ先行極(予熱用)と溶接対象材の先端にある後行極(裏波形成溶接用)が同時にプラズマアークを起動するので、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図16の(b)の残し)を生ずるが、走行駆動の速度が低いので、溶接対象材先端での裏波形成不良が少ない。予熱タイムラグ区間を過ぎると走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性は高い。溶接対象材の後端は低速、ならびに、低電流又は低プラズマガス流量、のクレータ処理により、後端表面の窪みが平坦に修正され、後端不良が少ない。これらにより、溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りがよくなる。 According to this, since the leading electrode (for preheating) that enters the welding target material region from the tip of the welding target material and the trailing electrode (for back wave forming welding) at the leading end of the welding target material simultaneously activate the plasma arc. Although a preheating time lag corresponding to the distance between the leading electrode and the trailing electrode is generated (remaining in (b) of FIG. 16), the traveling drive speed is low, so that the back-wave formation failure at the tip of the material to be welded is small. Since the traveling drive speed is increased after the preheating time lag section, the welding productivity is high. The rear end of the material to be welded is cratered at a low speed and with a low current or low plasma gas flow rate, so that the recess on the rear end surface is corrected to be flat, and there are few rear end defects. By these, the yield of the raw material of the front-end | tip of a welding object material and a rear end improves.
(8)前記先行極が溶接対象材の先端にあるときに、先行極のプラズマアーク(予熱)を起動すると同時に前記走行駆動を低速で開始し、前記後行極が溶接対象材の先端に達すると後行極のプラズマアークを起動し、
前記後行極によりキーホールが形成されるときに、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換える、上記(5)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図9,図10,表2)。
(8) When the leading electrode is at the tip of the material to be welded, the plasma drive (preheating) of the leading electrode is started and simultaneously the traveling drive is started at a low speed, and the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded. Then, the plasma arc of the trailing electrode is activated,
The two electrodes according to (5), wherein when the keyhole is formed by the trailing electrode, the traveling drive is switched at a high speed and either or both of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the trailing electrode are switched to high. Welding method using plasma torch (FIGS. 9, 10, Table 2).
これによれば、先行極(予熱用)が溶接対象材の先端にあるときに先行極(予熱用)がプラズマアーク(予熱)を起動するので、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図16の(b))による溶接対象材先端での裏波形成不良を生じない。後行極により裏波(例えばキーホール)が形成されると走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性は高い。 According to this, since the leading electrode (for preheating) activates the plasma arc (preheating) when the leading electrode (for preheating) is at the tip of the material to be welded, a preheating time lag corresponding to the distance between the leading electrode and the trailing electrode. The back wave formation defect at the tip of the material to be welded due to ((b) of FIG. 16) does not occur. When a back wave (for example, a keyhole) is formed by the trailing electrode, the traveling drive speed is increased, so that the welding productivity is high.
(9)前記先行極が溶接対象材の先端にあるときに、先行極のプラズマアーク(裏波形成溶接)を起動すると同時に前記走行駆動を低速で開始し、前記後行極が溶接対象材の先端に達すると後行極のプラズマアーク(なめ付け)を起動し、
前記後行極が溶接対象材の先端に達すると前記走行駆動を高速に、かつ先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ前記走行駆動を低速に切換えて後端で先行極および後行極のプラズマアークを停止する、上記(6)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図11,図12,表3)。
(9) When the leading electrode is at the tip of the material to be welded, the plasma drive (back wave forming welding) of the leading electrode is started and simultaneously the traveling drive is started at a low speed. When it reaches the tip, it activates the plasma arc (tanning) of the trailing electrode,
When the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded, the traveling drive is switched at high speed, and the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the leading electrode are switched to high or both,
Immediately before the leading electrode reaches the rear end of the material to be welded, both or one of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the leading electrode is lowered to switch the traveling drive to a low speed and the plasma arc of the leading and trailing electrodes at the rear end. The welding method using the two-electrode plasma torch described in the above (6) (FIGS. 11, 12, and Table 3).
これによれば、溶接対象材の先端から後端に渡って、後行極のプラズマによって溶接表面がなめ付けされて、高速溶接でも、アンダーカットの少ない表面ビードが得られる。溶接の生産性が高い。後行極が溶接対象材の先端に達すると先行極のプラズマアーク電流を高く切換え同時に走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性が高い。溶接対象材の後端は低速、ならびに、低電流又は低プラズマガス流量、のクレータ処理により、後端表面の窪みが平坦に修正され、後端不良が少ない。これらにより、溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りがよくなる。 According to this, the welding surface is tanned by the plasma of the trailing electrode from the front end to the rear end of the material to be welded, and a surface bead with less undercut is obtained even in high-speed welding. High welding productivity. When the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded, the plasma arc current of the leading electrode is switched high and the traveling drive speed is increased at the same time, so that the welding productivity is high. The rear end of the material to be welded is cratered at a low speed and with a low current or low plasma gas flow rate, so that the recess on the rear end surface is corrected to be flat, and there are few rear end defects. By these, the yield of the raw material of the front-end | tip of a welding object material and a rear end improves.
(10)前記溶接対象材(31a,31b)の溶接方向の先端に先端タブ(38a,38b)を設けて、前記先行極および後行極が前記溶接対象材(31a,31b)の先端以前(先端を含む)にあるときに両極に同時にプラズマアークを起動する、上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図13,図14,図16)。 (10) A tip tab (38a, 38b) is provided at the tip of the welding target material (31a, 31b) in the welding direction, and the leading electrode and the trailing electrode are located before the tip of the welding target material (31a, 31b) ( The welding method using the two-electrode plasma torch according to any one of the above (1) to (4), wherein a plasma arc is simultaneously started in both electrodes when the electrode is in a position (including the tip) (FIGS. 13, 14, and 16) .
これによれば、溶接対象材の先端,後端の外側でプラズマアークの起動と停止が行われるので、先端,後端に溶接不良を生じない。溶接対象材の先端,後端の素材の歩留りがよくなる。板厚や材質によっては、先端および後端で、後行裏波形成溶接側の電流やプラズマガス流量,溶接速度を低くし、先端部の溶接残しや、後端部のクレータ処理を行う。 According to this, since the plasma arc is started and stopped outside the front end and rear end of the material to be welded, poor welding does not occur at the front end and rear end. The yield of the material at the front and rear ends of the material to be welded is improved. Depending on the plate thickness and material, the current, plasma gas flow rate, and welding speed on the trailing back wave forming welding side are lowered at the leading and trailing edges, and the welding residue at the leading edge and the crater treatment at the trailing edge are performed.
(11)両極に同時にプラズマアークを起動すると前記走行駆動を開始する、上記(4)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図14,図16)。 (11) The welding method using the two-electrode plasma torch according to the above (4), wherein the traveling drive is started when the plasma arc is simultaneously activated in both electrodes (FIGS. 14 and 16).
(12)前記先行極を裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、前記後行極を溶接線をなめ付けするプラズマアークに設定し、
裏波形成溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該先行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(10)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図14,図15,表4)。
(12) The leading electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding, and the trailing electrode is set to a plasma arc for tanning a welding line,
When the leading electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded (including the tip), a plasma arc of back wave forming welding by the leading electrode is started,
The plasma electrode of the trailing electrode is activated at the same time as the activation of the plasma arc of the back wave forming welding or at the tip of the material to be welded, and at the same time as or after the activation of the preceding or simultaneous plasma arc. Start driving,
A welding method using the two-electrode plasma torch described in (10) above (FIGS. 14 and 15 and Table 4).
(13)前記先行極を溶接対象材を予熱するプラズマアーク発生に設定し、前記後行極を裏波形成溶接のプラズマアークに設定し、
裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前(先端を含む)にあるときに、該後行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
上記(10)に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法(図16,図17)。
(13) The leading electrode is set to generate a plasma arc for preheating the welding target material, and the trailing electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding,
When the trailing electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded (including the tip), the plasma arc of back wave forming welding by the following electrode is started,
The plasma electrode of the leading electrode is started at the same time or before the plasma arc generation of the back wave forming welding, and starts the traveling drive at the same time or after the start of the preceding or simultaneous plasma arc.
A welding method using the two-electrode plasma torch described in (10) above (FIGS. 16 and 17).
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。 Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
図1の(a)に、本発明の2電極プラズマトーチによる溶接方法を実施する溶接装置のシステム構成の一例を示す。この例では、紙面と垂直な水平方向xで対向端面が突き当てられて溶接線を形成する溶接片31aおよび31bは固定で、2電極プラズマトーチ30が、図示を省略した走行機構で支持されトーチ走行モータ36で、該溶接線に対向して溶接線の左側の始端(溶接片の先端)よりも左側から右側の終端(溶接片の後端)の右側まで、溶接線と平行な方向yに、走行駆動される。なお、本発明を実施する態様には、2電極プラズマトーチ30を走行駆動するのに代えて、図1の(b)に示すように、2電極プラズマトーチ30を固定設置して、溶接片31a,31bを走行台で支持し走行台を走行機構を介してワーク走行モータで、溶接片の始端がトーチ30よりも右側となる位置から、溶接片の始端がトーチ30よりも左側となる位置まで、溶接線と平行な方向yに、走行駆動する態様もある。しかし説明を簡易にするため、以下には、前者すなわち2電極プラズマトーチ30を走行駆動する態様を示す。
FIG. 1 (a) shows an example of the system configuration of a welding apparatus for carrying out the welding method using the two-electrode plasma torch of the present invention. In this example, welded
図1の(a)を再度参照すると、溶接制御を行う並列運転制御盤35は、CPUおよびメモリを内蔵するシーケンサ(マイコン),ディスプレイおよび操作ボード(タッチパネルなど)を主要素とするコンピュータ制御回路であり、オペレータがプログラムした2電極プラズマアーク溶接制御シーケンスを実行する。2電極プラズマトーチ30は2組のプラズマアーク発生機構を内蔵しており、一方の組と他方の組のプラズマアーク起動,停止を、それぞれ溶接電流・ガス供給装置32aおよび32bが実行する。
Referring again to FIG. 1 (a), the parallel operation control panel 35 that performs welding control is a computer control circuit that includes a sequencer (microcomputer) incorporating a CPU and memory, a display, and an operation board (such as a touch panel) as main elements. Yes, a two-electrode plasma arc welding control sequence programmed by the operator is executed. The two-
これらの溶接電流・ガス供給装置32a,32bのそれぞれには並列運転制御盤35が、各プラズマアーク電流,各プラズマガス流量ならびに起動,停止を指令し、溶接電流・ガス供給装置32a,32bは各指令に従って各プラズマアークを起動,プラズマアーク電流切換え,ガス流量切換えおよび停止を行い、また、各組の状態情報を並列運転制御盤35に与える。並列運転制御盤35はまた、トーチ走行モータ36の駆動,停止および速度制御を行うモータドライバ(モータ制御器:図示略)に、起動(走行),停止および速度を指令し、該モータドライバが指令に従ってモータ36の起動,停止および速度変更を行いしかも、トーチ30の走行駆動の位置(溶接片に対する溶接方向yの位置)を計測して位置データを並列運転制御盤35に与える。並列運転制御盤35はこの位置データを参照してシーケンス制御の内容を切換える(図8,表1)。
Each of these welding current /
図2に、図1に示す2電極プラズマトーチ30の一部の縦断面を拡大して示す。インサートチップのチップ基体1は、インサートキャップ6をチップ台5にねじ締めすることにより、チップ台5に固定されている。チップ台5は絶縁本体7に固定され、絶縁本体7に電極台10a,10bおよび絶縁スペーサ11が固定されている。
FIG. 2 shows an enlarged longitudinal section of a part of the two-
シールドキャップ8は絶縁本体7に固定されている。2つ割で外筒14の直径方向に分離した第1電極台10aと第2電極台10bは、絶縁スペーサ11で分離されている。
The
図示のインサートチップは、チップ基体1に2個のノズル部材20a,20bを装着したものであり、詳細を示す図5を参照すると、各ノズル部材20a,20bには、中央にノズル3a,3bが開いた笠部21a,21b,該笠部に連続する幹部22a,22bおよび該幹部に連続する雄ねじ部24a,24bがあって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材であるOリング23a,23bがあり、内部に前記ノズル3a,3bに連通する電極配置空間2a,2bがある。
The illustrated insert chip is obtained by mounting two
チップ基体1には、各ノズル部材の前記雄ねじ部から幹部までが挿通する各ノズル部材挿入穴18a,18b,各ノズル部材挿入穴に挿通した各ノズル部材の笠部が先端平面1d,1eに当接することにより閉じられる、ノズル部材挿入穴の一部をなし幹部との間に冷却水通流空間を形成する冷却水循環穴1f,1g,水受穴1h(図4),水出穴1i,隣り合う冷却水循環穴をつなぐ横通水穴1j,冷却水循環穴1fを水受穴1hにつなぐ横通水穴1k、および、冷却水循環穴1gを水出穴1iにつなぐ横通水穴1lがある。
In the
図5の(a)に示すように、ノズル部材20a,20bの雄ねじ部24a,24bにナット25a,25bをねじ結合してチップ基体1に締め付けることにより、ノズル部材20a,20bをチップ基体1に結合している。
As shown in FIG. 5A, the
図2を再度参照すると、ノズル部材20a,20bの電極配置空間2a,2bは、チップ基体1の中心軸(z)と直交する同一直径線(y)に分布し、該中心軸から等距離にあって中心軸(z)に平行に延びる。電極配置空間2a,2bに連続するノズル3a,3bはこの実施例では、電極配置空間2a,2bの中心軸と同心であって、図示しない母材に対向する。これらのノズル3a,3bも、本実施例では、チップ基体(外筒14)の中心軸(z)と直交する同一直径線(y)上に分布し、該中心軸に平行かつそれから等距離にある。
Referring to FIG. 2 again, the
各電極配置空間2a,2bに先端部が挿入された第1電極12a,第2電極12bが、絶縁本体7を貫通し各電極台10a,10bにねじ13a,13bで固定され、各電極配置空間2a,2bの軸心位置に、センタリングストーン9a,9bで位置決めされている。チップ基体1の、母材(図示せず)に対向する先端面(下端面)には、各電極配置空間2a,2bにつながったノズル3a,3bが開口している。ノズル3a,3bを結ぶ直線(y)が延びる方向が溶接方向である。チップ基体1は、該直線(y)が延びる方向(溶接方向)には図2に示すように広幅であるが、該直線(y)と直交する方向(x)すなわち溶接対象の開先の幅方向では楔状であって側面が傾斜面1a,1b(図4の(a))となっている。
A
トーチ先端面(図2上ではノズルが開いた下端面)を示す図4の(a)も参照すると、
チップ基体1の先端の中心軸位置には先端突起1cがあり、溶接方向となるy方向で該先端突起1cの両側に、ノズル部材20a,20bの笠21a,21bの裏面をうける先端平面1d,1eがある。各先端平面1d,1eの中央位置に、ノズル部材挿入穴18a,18b(図5の(b))がある。ノズル部材挿入穴18a,18bに挿入されたノズル部材20a,20bの笠部21a,21bの、円弧の一部を直線状に削除した切欠面26a,26bが、先端突起1cの側面である係止面にぴったり接触する。すなわち係合する。これによりチップ基体1に対するノズル部材20a,20bの、中心軸を中心とする回転が阻止される。この係合は、ノズル部材20a,20bをチップ基体1に挿入してナット25a,25bでねじ締め付けして固定するときのノズル部材20a,20bの廻り止め、および、ノズル部材20a,20bをチップ基体1から取り外すためにナット25a,25bを緩め廻しするときのノズル部材20a,20bの廻り止め、として機能する。この係合は更に、ノズル軸がチップ基体中心軸(z)に対して傾斜したノズル部材20c,20d(図6)の該ノズル軸の傾斜方向を溶接方向(y)に固定(設定)する機能もある。
Referring also to FIG. 4 (a) showing the tip surface of the torch (the lower end surface where the nozzle is open in FIG. 2),
There is a
ノズル部材挿入穴18a,18bの、先端平面1d,1e側の部分は大径の冷却水循環穴1f,1gとなっており、冷却水循環穴1f,1gとその中を貫通した幹部22a,22bの外周面との間に冷却水通流空間(冷媒通流空間)が形成される。
The portions of the nozzle
図4の(c)に、チップ基体1の横断面(図2上のIVc−IVc線断面)を示す。チップ基体1には、水受穴1h,水出穴1i,冷却水循環穴1f,1gをつなぐ横通水穴1j,冷却水循環穴1fを水受穴1jにつなぐ横通水穴1k、および、冷却水循環穴1gを水出穴1iにつなぐ横通水穴1lがある。
FIG. 4C shows a cross section of the chip substrate 1 (IVc-IVc line cross section in FIG. 2). The
図3に、図2の断面と直交する断面を示す。チップ基体1の水受穴1hは水流管16aに、水出穴1iは水流管16bに連通している。図4の(c)も参照すると、水流管16aに注入された冷却水は、電極台10a,絶縁本体7およびチップ台5の水流路を通ってチップ基体1の水受穴1hに入って穴底に至り、そこから横通水穴1kを通って、水循環穴1fと幹部22aの外周面との間の冷却水通流空間に入り、つぎに横通水穴1jを通って、水循環穴1gと幹部22bの外周面との間の冷却水通流空間に入り、つぎに横通水穴1lを通って水出穴1iに入りそして水流管16bに流れ、そしてトーチ外部に流出する。
FIG. 3 shows a cross section orthogonal to the cross section of FIG. The
冷却水が、水循環穴1fと幹部22aの外周面との間の冷却水通流空間と、水循環穴1gと幹部22bの外周面との間の冷却水通流空間を流れている間に、ノズル部材20a,20bの幹部22a,22bが効果的に冷却され、しかも冷却水が、水受穴1h,横通水穴1k,水循環穴1f,横通水穴1j,水循環穴1g,横通水穴1lおよび水出孔1iを流れている間に、チップ基体1が効果的に冷却されるので、インサートチップの冷却能力が高い。溶接時にはノズル部材20a,20bが最も加熱されるが、その外周面が直接に冷却水に触れて冷却されるので、ノズル部材20a,20bの使用寿命が長い。
While the cooling water flows through the cooling water flow space between the
再度図2を参照すると、パイロットガスは、パイロットガス管15a,15bおよび電極挿入空間を通って電極配置空間2a,2bに入り、電極先端部でプラズマアークとなってノズル3a,3bを通ってトーチの先端面から噴出する。シールドガスは、シールドガス管17を通って、インナーキャップ7とシールドキャップ8との間の円筒状の空間に入り、そしてトーチの先端から溶接対象材である溶接片31a,31bに向けて噴出する。
Referring to FIG. 2 again, the pilot gas enters the
図2に示すように、電極12a,12bとチップ20との間にパイロットアークを発生させるパイロット電源34a,34b、および、電極12a,12bと溶接片31a,31bの間に、電極側が負で溶接片側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマアーク電源33a,33bがある。パイロット電源34a,34bおよびプラズマアーク電源33a,33bは、溶接電流・ガス供給装置32a,32bにあり、プラズマアーク電源33a,33bはいずれも、予熱,キーホール溶接(本溶接)およびなめ付けの溶接条件を設定できるものであり、2電極12a,12bのいずれを溶接方向で先行する先行極とするか、また、先行極と後行極の何れをキーホール溶接に設定し、他の極が先行極となる場合はそれを予熱に後行極となる場合はそれをなめ付けに設定し各プラズマアーク電流を設定することができる。図2は、先行極12bを予熱に、後行極12aをキーホール溶接に設定した溶接態様を示している。プラズマアーク19aと19bは、お互いの磁気干渉で引き合う力が働き、アークが図の様に多少曲がったアークとなる。
As shown in FIG. 2, the
各パイロット電源34a,34bにより各電極12a,12bとチップ1との間にパイロットアークを発生させて、電極12a,12bと溶接片31a,31bとの間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流す、溶接方向で先行の電極12bに給電するプラズマアーク電源33bおよび溶接方向で後行の電極12aに給電するプラズマアーク電源33aにより、溶接アーク(プラズマアーク)を発生させると、プラズマアーク電流が各電極12a,12bと溶接片31a,31bの間に流れて、1プール2アーク溶接が実現する。図2は、先行極12bで予熱し、後行極12aでキーホール溶接(本溶接)する態様を示すが、先行極12bでキーホール溶接し、後行極12aでなめ付け溶接(平滑化溶接)する態様も実施できる。すなわち、先行する電極12bのキーホール溶接で生成した溶融プールに後行する電極12aのなめ付けのプラズマアークが当たって、例えば高速でのキーホール溶接で発生する表ビードの深いアンダーカットを後行のなめ付け溶接が均す。これにより、高速でも、アンダーカットの少ない溶接ビードが得られる。
A pilot arc is generated between each
図6の(b1)に、図2に示すノズル部材20aおよび又は20bに置換して用いる第1変形形態のノズル部材20cの縦断面を、図6の(b2)には該ノズル部材20cの底面(先端面)を示す。図2に示すノズル部材20a,20bのノズル3a,3bの中心軸は、ノズル部材の中心軸と同心である。しかし、ノズル部材20cのノズル3cは、ノズル部材20cの中心軸に対して傾斜しているので、このノズル部材20cをチップ基体1に装着すると、その切欠面26cがチップ基体1の先端突起1cに係合した状態で、ノズル3cの中心軸はチップ基体の中心軸(ノズル部材挿入穴の中間点)から離れる方向に傾斜したものとなる。すなわち、チップ基体1の中心軸に対して溶接方向(y)の前方側(先行ノズルとなる場合)又は後方側(後行ノズルとなる場合)に傾斜したものとなり、極間(前後溶接点間の距離)を広げた溶接が可能となる。
6 (b1) shows a longitudinal section of the
図6の(c1)に、図2に示すノズル部材20aおよび又は20bに置換して用いる第2変形形態のノズル部材20dの縦断面を、図6の(c2)には該ノズル部材20dの底面(先端面)を示す。ノズル部材20dのノズル3dは、ノズル部材20dの中心軸に対してノズル3cとは逆方向に傾斜しているので、このノズル部材20dをチップ基体1に装着すると、その切欠面26dがチップ基体1の先端突起1cに係合した状態で、ノズル3dの中心軸はチップ基体1の中心軸(ノズル部材挿入穴の中間点)に近づく方向に傾斜したものとなる。すなわち、溶接方向(y)でチップ基体1の中心軸に近づくように傾斜したものとなり、後行極のプラズマアークは、溶接の進行方向に対して前進角となり、溶接が寄り安定した状態となる。
6 (c1) shows a longitudinal section of the
なお、ノズル部材をチップ基体1に装着したインサートチップとしては、
(1)図2,図5に示す態様,
(2)図2に示すノズル部材20aをノズル部材20cに置換し、ノズル部材20cを溶接方向(y)で先行ノズルとする態様,
(3)図2に示すノズル部材20bをノズル部材20cに置換し、ノズル部材20cを後行ノズルとする態様,
(4)図2に示すノズル部材20a,20bを共にノズル部材20cの形態とする態様,
(5)図2に示すノズル部材20aをノズル部材20dに置換し、ノズル部材20dを先行ノズルとする態様,
(6)図2に示すノズル部材20bをノズル部材20dに置換し、ノズル部材20dを後行ノズルとする態様,
(7)図2に示すノズル部材20a,20bを共にノズル部材20dの形態とする態様,
(8)図2に示すノズル部材20a,20bをノズル部材20c,20dに置換し、ノズル部材20cを先行ノズルとする態様、および、
(9)図2に示すノズル部材20a,20bをノズル部材20c,20dに置換し、ノズル部材20dを先行ノズルとする態様、
がある。溶接対象板厚ならびに所望の溶接電流,溶接速度および溶接品質(例えば所望ビード形状)に対応して、上記(1)〜(9)の態様のいずれかを選択することができる。図20〜図22には、図2に示すノズル部材20aを図6の(c1),(c2)に示すノズル部材20dに置換し、図2に示すノズル部材20bを図6の(b1),(b2)に示すノズル部材20cに置換した態様を示す。なお、以下の実施例のいずれも、図20〜図22に示す態様と同様に、図2に示すノズル部材20aを図6の(c1),(c2)に示すノズル部材20dに置換し、図2に示すノズル部材20bを図6の(b1),(b2)に示すノズル部材20cに置換した、前進角ノズルを用いる態様である。次に、2電極プラズマトーチを用いる本発明の溶接方法の実施例を示す。
In addition, as an insert chip in which the nozzle member is mounted on the
(1) The embodiment shown in FIGS.
(2) A mode in which the
(3) A mode in which the
(4) A mode in which the
(5) A mode in which the
(6) A mode in which the
(7) A mode in which the
(8) A mode in which the
(9) A mode in which the
There is. Any of the above aspects (1) to (9) can be selected in accordance with the thickness of the plate to be welded and the desired welding current, welding speed and welding quality (for example, the desired bead shape). 20 to 22, the
−第1実施例−
1.後行キーホールモード(先行極,後行極同時着火)−図7,図8,表1−
第1実施例は、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、溶接片31a,31bの後端に後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチ30を溶接片31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
-1st Example-
1. Subsequent keyhole mode (simultaneous ignition of leading electrode and trailing electrode)-FIG. 7, FIG. 8, Table 1
The first embodiment uses a two-
本実施例ならびに後述の全実施例において、後端タブ39a,39bは、プラズマフレーム直下となる位置にスリットが開いた水冷銅タブであり、後述の先端タブ38a,38bも同様な水冷銅タブであるが、スリットの代わりにそこに凹溝を形成したものを使用する態様もある。
In this embodiment and all the embodiments described later, the
第1実施例では、先行極は予熱プラズマアークに、後行極はキーホールプラズマアークに設定して、図7の(1)に示すように、後行極(ノズル部材20a)が溶接片31a,31bの始端にあるときに、先行極(ノズル部材20b)および後行極のプラズマアークを同時に起動し、この起動と同時に2電極プラズマトーチ30の走行駆動を低速で開始する。
In the first embodiment, the leading electrode is set to a preheated plasma arc, the trailing electrode is set to a keyhole plasma arc, and the trailing electrode (
図7の(2)に示すように後行極が、先行極がプラズマアークを起動した位置に到達すると、トーチ30の走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流および後行極のプラズマガス流量を高く切換える。その後は図7の(3)に示すように、同じ条件を継続する。そして、図7の(4)に示すように先行極が溶接片31a,31bの後端に達する直前に、先行極のプラズマアーク電流を下げて、溶接片31a,31bの後端で先行極のプラズマアークを停止し、図7の(5)に示すように後行極が該後端に達すると前記走行駆動の速度を下げ、かつ後行極のプラズマアーク電流を下げ、後行極によるクレータ処理期間後に、後行極のプラズマアークを停止する。そしてその後に、トーチの走行駆動を停止する(図7の(6))。
As shown in (2) of FIG. 7, when the trailing pole reaches the position where the leading pole has started the plasma arc, the driving drive of the
図8には、先行極が図7の(3)〜(6)に示す各位置に到達したタイミングT1〜T4での溶接電流,プラズマガス流量および溶接速度の切換えの基本パターンを示し、表1に、第1実施例で採用した溶接条件値を示す。これは、溶接片31a,31bを板厚3.6mm(厚板),長さ200mmの軟鋼として、溶接シーケンスプログラムに、溶接開始(STEP1)から溶接終了(STEP12)まで12ステップの各ステップにつき溶接条件値を設定したものである。ステップ間では先行ステップの溶接条件値が継続して維持される。なお、ノズル傾斜角20°前進角とは、ノズルが溶接方向yの前方方向に20°傾斜したものであり、図2に示す先行極12bが進入するノズル部材20bを図6の(b1),(b2)に示すノズル部材20cに交換し、図2に示す後行極12aが進入するノズル部材20aを図6の(c1),(c2)に示すノズル部材20dに交換することによってノズル傾斜角20°前進角を実現した。
FIG. 8 shows a basic pattern of switching of the welding current, the plasma gas flow rate, and the welding speed at timings T1 to T4 when the leading electrode reaches each position shown in (3) to (6) of FIG. Shows the welding condition values employed in the first embodiment. The
第1実施例によれば、溶接対象材である溶接片31a,31bの先端より溶接片領域に入り込んだ予熱用の先行極と溶接片の先端にあるキーホール用の後行極が同時にプラズマアークを起動するので、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図16の(b))を生ずるが、走行駆動の速度が低いので、溶接片先端での裏波形成不良が少ない。予熱タイムラグ区間を過ぎると走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性は高い。溶接片31a,31bの後端は低速,低電流のクレータ処理により、後端表面の窪みが平坦に修正され、しかも、後行極が溶接対象材の後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、先行極のプラズマアークを継続するので、溶接対象材の溶接を終了するまで、後行極のプラズマフレームと先行極のプラズマフレームとが引き合い、後端での後行極のプラズマフレームの後方偏向を生じないので、後端で表面ビードが後方に長細くなることはなく、後端部のアンダーカットがなくなる。これらにより、溶接片31a,31bの先端,後端の素材の歩留りがよくなる。
According to the first embodiment, the preheating leading electrode that has entered the welding piece region from the tip of the
−第2実施例−
2.後行キーホールモード(先行極先行着火)−図9,図10,表2−
第2実施例も、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、溶接片31a,31bの後端に後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチ30を溶接片31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
-Second Example-
2. Subsequent keyhole mode (preceding lead preceding ignition)-FIG. 9, FIG. 10, Table 2-
The second embodiment also uses a two-
先行極は予熱プラズマアークに、後行極はキーホールプラズマアークに設定して、低速でトーチ30の走行駆動を開始して、図9の(1)に示すように、先行極(ノズル部材20b)が溶接片31a,31bの先端にあるときに、先行極のプラズマアークを起動する。図9の(2)に示すように、後行極が溶接片31a,31bの始端に達すると後行極のプラズマアークを起動し、後行極によりキーホールが形成されるときに、走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流および後行極のプラズマガス流量を高く切換える。その後は図9の(3)に示すように、同じ条件を継続する。そして、図9の(4)に示すように、後行極が溶接片31a,31bの後端に達すると先行極および後行極のプラズマアークを停止する。そしてその後に、トーチの走行駆動を停止する(図9の(5))。
The leading electrode is set to a preheating plasma arc, the trailing electrode is set to a keyhole plasma arc, and the traveling drive of the
図10には、先行極が図7の(3)〜(5)に示す各位置に到達したタイミングT1〜T3での溶接電流,プラズマガス流量および溶接速度の切換えの基本パターンを示し、表2に、第2実施例で採用した溶接条件値を示す。これは、溶接片31a,31bを板厚2.3mm(薄板),長さ220mmの軟鋼として、溶接シーケンスプログラムに、溶接開始(STEP1)から溶接終了(STEP13)まで13ステップの各ステップにつき溶接条件値を設定したものである。ステップ間では先行ステップの溶接条件値が継続して維持される。
FIG. 10 shows a basic pattern of switching of the welding current, the plasma gas flow rate, and the welding speed at the timings T1 to T3 when the leading electrode reaches each position shown in (3) to (5) of FIG. Shows the welding condition values employed in the second embodiment. This is because
第2実施例によれば、先行極(予熱用)が溶接片31a,31bの先端にあるときに先行極(予熱用)がプラズマアーク(予熱)を起動するので、先行極/後行極間距離相当の予熱タイムラグ(図16の(b))による溶接片31a,31bの先端での裏波形成不良を生じない。後行極によりキーホールが形成されると走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性は高い。後行極が溶接対象材の後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、先行極のプラズマアークを継続するので、溶接対象材の溶接を終了するまで、後行極のプラズマフレームと先行極のプラズマフレームとが引き合い、後端での後行極のプラズマフレームの後方偏向を生じないので、後端で表面ビードが後方に長細くなることはなく、後端部のアンダーカットがなくなる。これらにより、溶接片31a,31bの先端,後端の素材の歩留りがよくなる。
According to the second embodiment, since the leading electrode (for preheating) activates the plasma arc (preheating) when the leading electrode (for preheating) is at the tip of the welded
−第3実施例−
3.先行キーホールモード(先行極先行着火)−図11,図12−
第3実施例も、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、溶接片31a,31bの後端に後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチ30を溶接片31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
-Third Example-
3. Leading keyhole mode (leading lead preceding ignition)-Fig. 11 and Fig. 12-
The third embodiment also uses a two-
先行極はキーホールプラズマアークに、後行極はなめ付けプラズマアークに設定して、低速でトーチの走行駆動を開始し、図11の(1)に示すように、先行極(ノズル部材20b)が溶接片31a,31bの始端にあるときに、先行極のプラズマアーク(キーホール溶接)を起動し、図11の(2)に示すように後行極が溶接片31a,31bの始端に達すると後行極のプラズマアーク(なめ付け)を起動し、走行駆動を高速に、かつ先行極のプラズマアーク電流および先行極のプラズマガス流量を高く切換え、その後は図11の(3)に示すように、同じ条件を継続する。そして、図11の(4)に示すように先行極が溶接片31a,31bの後端に達する直前に、先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量を下げ走行駆動を低速に切換え、図11の(5)に示すように後行極が該後端に達すると後行極のプラズマアーク電流を下げ、後行極によるクレータ処理期間後に、先行極および後行極のプラズマアークを停止する。そしてその後に、トーチの走行駆動を停止する(図11の(6))。
The leading electrode is set to a keyhole plasma arc, the trailing electrode is set to a tanning plasma arc, and the driving drive of the torch is started at a low speed. As shown in FIG. 11 (1), the leading electrode (
図12には、先行極が図11の(3)〜(6)に示す各位置に到達したタイミングT1〜T4での溶接電流,プラズマガス流量および溶接速度の切換えの基本パターンを示し、表3に、第3実施例で採用した溶接条件値を示す。これは、溶接片31a,31bを板厚5.0mm(厚板),長さ300mmの軟鋼として、溶接シーケンスプログラムに、溶接開始(STEP1)から溶接終了(STEP15)まで15ステップの各ステップにつき溶接条件値を設定したものである。ステップ間では先行ステップの溶接条件値が継続して維持される。
FIG. 12 shows a basic pattern of switching of the welding current, the plasma gas flow rate, and the welding speed at timings T1 to T4 when the leading electrode reaches each position shown in (3) to (6) of FIG. Shows the welding condition values employed in the third example. The
第3実施例によれば、溶接片31a,31bの先端から後端に渡って、後行極のプラズマによって溶接表面がなめ付けされて、高速溶接でも、アンダーカットの少ない表面ビードが得られる。溶接の生産性が高い。後行極が溶接片31a,31bの先端に達すると先行極のプラズマアーク電流を高く切換え同時に走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性が高い。後行極が溶接対象材の後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、先行極のプラズマアークを継続するので、溶接対象材の溶接を終了するまで、後行極のプラズマフレームと先行極のプラズマフレームとが引き合い、後端での後行極のプラズマフレームの後方偏向を生じないので、後端で表面ビードが後方に長細くなることはなく、後端部のアンダーカットがなくなる。これらにより、溶接片31a,31bの先端,後端の素材の歩留りがよくなる。
According to the third embodiment, the weld surface is tanned by the plasma of the trailing electrode from the front end to the rear end of the
−第4実施例−
4.先行キーホールモード(タブ材使用;先行極,後行極同時着火)
第4実施例は、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、図13に示すように溶接片31a,31bの先端および後端に、先端タブ38a,38bおよび後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチ30を溶接片31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
-Fourth embodiment-
4). Leading keyhole mode (using tab material; simultaneous ignition of leading and trailing electrodes)
The fourth embodiment uses a two-
先行極はキーホールプラズマアークに、後行極はなめ付けプラズマアークに設定して、図14の(1)に示すように、先行極(ノズル部材20b)が溶接片31a,31bの始端にあるときに、先行極のプラズマアーク(キーホール溶接)および後行極のプラズマアーク(なめ付け溶接)を起動するともにトーチの走行駆動を低速で開始し、図14の(2)に示すように後行極が溶接片31a,31bの始端に達すると、走行駆動を高速に、かつ先行極のプラズマアーク電流および先行極のプラズマガス流量を高く切換え、その後は図14の(3)に示すように、同じ条件を継続する。そして、図14の(4)に示すように後行極が溶接片31a,31bの後端に達すると、先行極および後行極のプラズマアークを停止する。そしてその後に、トーチの走行駆動を停止する(図14の(5))。
The leading electrode is set to a keyhole plasma arc, the trailing electrode is set to a tanned plasma arc, and the leading electrode (
図15には、先行極が図11の(3)〜(5)に示す各位置に到達したタイミングT1〜T3での溶接電流,プラズマガス流量および溶接速度の切換えの基本パターンを示し、表4に、第4実施例で採用した溶接条件値を示す。これは、溶接片31a,31bを板厚1.4mm(薄板),長さ300mmの軟鋼として、溶接シーケンスプログラムに、溶接開始(STEP1)から溶接終了(STEP11)まで11ステップの各ステップにつき溶接条件値を設定したものである。ステップ間では先行ステップの溶接条件値が継続して維持される。
FIG. 15 shows a basic pattern of switching of the welding current, plasma gas flow rate, and welding speed at the timings T1 to T3 when the leading electrode reaches each position shown in (3) to (5) of FIG. Shows the welding condition values employed in the fourth embodiment. This is because the
第4実施例によれば、溶接片31a,31bの先端から後端に渡って、後行極のプラズマによって溶接表面がなめ付けされて、高速溶接でも、アンダーカットの少ない表面ビードが得られる。溶接の生産性が高い。後行極が溶接片31a,31bの先端に達すると先行極のプラズマアーク電流を高く切換え同時に走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性が高い。溶接対象材の先端および後端に、先端タブ38a,38bおよび後端タブ39a,39bを設けて、先行極が溶接対象材の先端にあるときから後行極が溶接対象材の後端にあるときまで、先行極および後行極のプラズマアークを継続するので、溶接対象材の溶接を開始し終了するまで、後行極のプラズマフレームと先行極のプラズマフレームとが引き合い、溶接対象材の先端,後端で、後行極のプラズマフレームの先方偏向,後方偏向を生じないので、先端直後および後端で表面ビードが後方に長細くなることはなく先端部,後端部のアンダーカットがなくなる。これらにより、溶接片31a,31bの先端,後端の素材の歩留りがよくなる。
According to the fourth embodiment, the weld surface is tanned by the plasma of the trailing electrode from the front end to the rear end of the
−第5実施例−
5.後行キーホールモード(タブ材使用;先行極,後行極同時着火)
第5実施例も、2個の電極配置空間2a,2bと各電極配置空間にそれぞれが連通する2個のノズル3a,3bとを有するインサートチップ1を備えた2電極プラズマトーチ30を用い、図13に示すように溶接片31a,31bの先端および後端に、先端タブ38a,38bおよび後端タブ39a,39bを設けて、前記2個のノズルの並び方向を溶接線と平行にして、該トーチ30を溶接片31a,31bに対して溶接線に沿う方向に走行駆動しつつ、各電極配置空間にある各電極12a,12bでプラズマアークを発生して溶接線を溶接する。
-Fifth embodiment-
5. Subsequent keyhole mode (using tab material; simultaneous ignition of leading and trailing electrodes)
The fifth embodiment also uses a two-
先行極は予熱プラズマアークに、後行極はキーホールプラズマアークに、設定する。図16の(1)に示すように、先行極が溶接片31a,31bの先端に、後行極が先端タブ38a,38bのスリットに対向する位置で先行極,後行極のプラズマアークを起動して2電極プラズマトーチ30の走行駆動を開始し、図16の(3)に示すように後行極が溶接片31a,31bの後端に達し、そして後端の溶接を終了すると各極のプラズマアークを停止する。図17には、先行極が図16の(1)〜(4)に示す各位置に到達したタイミングT1〜T4での溶接電流,プラズマガス流量および溶接速度の切換えの基本パターンを示す。
The leading electrode is set to a preheated plasma arc, and the trailing electrode is set to a keyhole plasma arc. As shown in FIG. 16 (1), the leading and trailing electrode plasma arcs are activated at positions where the leading electrode faces the tips of the
第5実施例によれば、溶接片31a,31bの先端から後端に渡って、先行極のプラズマによって溶接対象材が予熱されて、高速溶接でも、アンダーカットの少ない表面ビードが得られる。溶接の生産性が高い。後行極が溶接片31a,31bの先端に達すると先行極のプラズマアーク電流を高く切換え同時に走行駆動速度を上げるので、溶接の生産性が高い。先行極が溶接片31a,31bの始端にあり後行極が先端タブ38a,38bのスリットに対向するときに先行極および後行極のプラズマアークが起動され、後行極が溶接片31a,31bの後端にあり先行極が後端タブ38a,38bのスリットに対向するときに先行極および後行極のプラズマアークの停止が行われるので、溶接対象材の溶接を開始し終了するまで、後行極のプラズマフレームと先行極のプラズマフレームとが引き合い、溶接対象材の先端,後端で、後行極のプラズマフレームの先方偏向,後方偏向を生じないので、先端直後および後端で表面ビードが後方に長細くなることはなく先端部,後端部のアンダーカットがなくなる。これらにより、溶接片31a,31bの先端,後端の素材の歩留りがよくなる。
According to the fifth embodiment, the welding target material is preheated by the plasma of the leading electrode from the front end to the rear end of the
なお、第4,第5実施例に関して、先行極と後行極は同時着火,同時停止とするばかりでなく、各極がともに先端タブ材の領域にあるときに別々に着火してもよく、また、各極がともに後端タブ材の領域にあるときに別々に停止してもよい。また、後端で後行極のクレータ処理を行うこともできる。 Regarding the fourth and fifth embodiments, not only the leading electrode and the trailing electrode are simultaneously ignited and simultaneously stopped, but each electrode may be ignited separately when both are in the region of the tip tab material, Moreover, you may stop separately when each pole exists in the area | region of a rear-end tab material. Further, crater processing of the trailing electrode can be performed at the rear end.
−第1〜5実施例の変形−
2電極プラズマトーチ30を用いる溶接では、先行極/後行極間距離が短いので、溶接条件によっては、図18の(a)に示すように、先行のキーホール溶接で生成した溶融プールの溶融金属が後行のなめ付けプラズマアーク直下に吸い込まれて、キーホール溶接部となめ付け溶接部との間Aで先行極側から後行極側への溶融金属の流動があり、溶接線の後端部では減肉状態で溶接が終わることがある。これは厚板であるほどまた粘性が低い金属ほど顕著になる。これを回避するために、溶接片31a,31bを先端よりも後端が低くなる姿勢に傾けて、2電極プラズマトーチ30を溶接片31a,31bの表面に対して垂直姿勢としてその走行駆動を溶接線と平行な方向とする。このように、溶接片を傾けると、重力によりプールの溶融金属に溶接方向に向かう力が加わって上記吸い込みが抑制され、後端部ビードの減肉が低減し後端部のビード表面が平坦になる。2電極プラズマトーチ30が溶接片31a,31bの表面に対して垂直姿勢であるので、先行極のキーホール溶接条件および後行極のなめ付け溶接条件の設定又は調整が容易である。
-Modification of the first to fifth embodiments-
In the welding using the two-
上述の実施例1〜5ならびに変形例のいずれにおいても、材質,板厚によっては、後端のクレータ処理を行っても表ビードの減肉が多い場合、後端部へワイヤを送給し余盛することもできる。以上には、平板同士の溶接を示したが、本発明はこれに限らず、筒状に曲げた一枚板の両端部の突合せ溶接やパイプ同士の突合せ溶接,重ね隅肉溶接等の円周溶接にも適応できる。 In any of the above-described Examples 1 to 5 and the modified examples, depending on the material and the plate thickness, when the thickness of the front bead is large even after the rear end crater treatment, the wire is fed to the rear end portion. It can also be served. In the above, welding between flat plates has been shown. However, the present invention is not limited to this. Circumferences such as butt welding at both ends of a single plate bent into a cylindrical shape, butt welding between pipes, lap fillet welding, etc. It can also be applied to welding.
1:チップ基体
1a,1b:傾斜面
1c:先端突起
1d,1e:先端平面
1f,1g:水循環穴
1h:水受穴
1i:水出穴
1j,1k,1l:横通水穴
2a〜2d:電極配置空間
3a〜3d:ノズル
5:チップ台
6:インナーキャップ
7:絶縁本体
8:シールドキャップ
9a,9b:センタリングストーン
10a,10b:電極台
11:絶縁スペーサ
12a,12b:電極
13a,13b:押さえねじ
14:外筒
15a,15b:パイロットガス管
16a,16b:水流管
17:シールドガス管
18a,18b:ノズル部材挿入穴
19a,19b:プラズマアーク
20a〜20d:ノズル部材
21a〜21d:笠部
22a〜22d:幹部
23a〜23d:Oリング
24a〜24d:雄ねじ部
25a,25b:ナット
26a〜26d:切欠面
30:トーチ
31a,31b:溶接片
31p:プール
32a,32b:溶接電流・ガス供給装置
33a,33b:溶接電源
34a,34b:パイロット電源
35:並行運転制御盤
36:トーチ走行モータ
37:ワーク走行モータ
38a,38b:先端タブ
39a,39b:後端タブ
1:
Claims (13)
前記溶接対象材の溶接方向の後端に後端タブを設けて、溶接線の延びる方向で後行する電極すなわち後行極が前記後端で溶接を終えプラズマアークを停止するまで、溶接線の延びる方向で先行する電極すなわち先行極のプラズマアークを継続する、ことを特徴とする2電極プラズマトーチによる溶接方法。 Using a two-electrode plasma torch having an insert tip having two electrode arrangement spaces and two nozzles communicating with each electrode arrangement space, the arrangement direction of the two nozzles is made parallel to the weld line. Welding by a two-electrode plasma torch that welds the welding line by generating a plasma arc at each electrode in each electrode arrangement space while driving at least one of the torch and the material to be welded in a direction along the welding line In the method
A rear end tab is provided at the rear end in the welding direction of the material to be welded, and until the electrode that follows in the direction in which the weld line extends, that is, the rear electrode finishes welding at the rear end and stops the plasma arc, A welding method using a two-electrode plasma torch, characterized in that the preceding electrode, that is, the plasma arc of the leading electrode is continued in the extending direction.
裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該後行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 The leading electrode is set to generate a plasma arc for preheating the material to be welded, and the trailing electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding,
When the trailing electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded, the plasma arc of back wave forming welding by the following electrode is started,
The plasma electrode of the leading electrode is started at the same time or before the plasma arc generation of the back wave forming welding, and starts the traveling drive at the same time or after the start of the preceding or simultaneous plasma arc.
The welding method by the two-electrode plasma torch as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
裏波形成溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該先行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 The leading electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding, and the trailing electrode is set to a plasma arc for tanning a welding line,
When the leading electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded, a plasma arc of back wave forming welding with the leading electrode is started,
The plasma electrode of the trailing electrode is activated at the same time as the activation of the plasma arc of the back wave forming welding or at the tip of the material to be welded, and at the same time as or after the activation of the preceding or simultaneous plasma arc. Start driving,
The welding method by the two-electrode plasma torch as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
前記先行極がプラズマアークを起動した位置に前記後行極が到達すると、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極が該後端に達すると前記走行駆動の速度を下げ、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ、後行極によるクレータ処理期間後に、先行極および後行極のプラズマアークを停止する、請求項5に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 When the trailing electrode is at the tip of the material to be welded, simultaneously start the plasma arc of the leading electrode and the trailing electrode, and simultaneously start the traveling drive at a low speed,
When the trailing electrode reaches the position where the leading electrode has started the plasma arc, the traveling drive is switched at a high speed and both or one of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the trailing electrode are switched high.
Immediately before the leading electrode reaches the rear end of the material to be welded, both or one of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the leading electrode is decreased, and when the trailing electrode reaches the trailing end, the traveling drive speed is decreased, and 6. The two-electrode plasma torch according to claim 5, wherein both or one of the plasma arc current and plasma gas flow rate of the trailing electrode is lowered and the plasma arc of the leading electrode and the trailing electrode is stopped after the crater treatment period by the trailing electrode. Welding method by.
前記後行極によりキーホールが形成されるときに、前記走行駆動を高速に、かつ後行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換える、請求項5に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 When the leading electrode is at the tip of the material to be welded, the plasma arc of the leading electrode is started and at the same time the traveling drive is started at a low speed, and when the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded, the plasma of the trailing electrode Start the arc and
6. The two-electrode plasma according to claim 5, wherein when the keyhole is formed by the trailing electrode, the traveling drive is switched at a high speed and both or one of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the trailing electrode is switched high. Welding method with torch.
前記後行極が溶接対象材の先端に達すると前記走行駆動を高速に、かつ先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を高く切換え、
前記先行極が溶接対象材の後端に達する直前に先行極のプラズマアーク電流およびプラズマガス流量の両方又は片方を下げ前記走行駆動を低速に切換えて後端で先行極および後行極のプラズマアークを停止する、請求項6に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 When the leading electrode is at the tip of the material to be welded, the plasma arc of the leading electrode is started and at the same time the traveling drive is started at a low speed, and when the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded, the plasma of the trailing electrode Start the arc and
When the trailing electrode reaches the tip of the material to be welded, the traveling drive is switched at high speed, and the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the leading electrode are switched to high or both,
Immediately before the leading electrode reaches the rear end of the material to be welded, both or one of the plasma arc current and the plasma gas flow rate of the leading electrode is lowered to switch the traveling drive to a low speed and the plasma arc of the leading and trailing electrodes at the rear end. The welding method by the two-electrode plasma torch according to claim 6, wherein
裏波形成溶接に設定した先行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該先行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記後行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアークの起動と同時又は溶接対象材の先端にあるときに起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項10に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 The leading electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding, and the trailing electrode is set to a plasma arc for tanning a welding line,
When the leading electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded, a plasma arc of back wave forming welding with the leading electrode is started,
The plasma electrode of the trailing electrode is activated at the same time as the activation of the plasma arc of the back wave forming welding or at the tip of the material to be welded, and at the same time as or after the activation of the preceding or simultaneous plasma arc. Start driving,
A welding method using the two-electrode plasma torch according to claim 10.
裏波形成溶接に設定した後行極が溶接対象材の先端以前にあるときに、該後行極による裏波形成溶接のプラズマアークを起動し、
前記先行極のプラズマアークは、裏波形成溶接のプラズマアーク発生と同時又はその前に起動し、先行の又は同時のプラズマアークの起動と同時又は該起動の後に前記走行駆動を開始する、
請求項10に記載の2電極プラズマトーチによる溶接方法。 The leading electrode is set to generate a plasma arc for preheating the material to be welded, and the trailing electrode is set to a plasma arc for back wave forming welding,
When the trailing electrode set for back wave forming welding is before the tip of the material to be welded, the plasma arc of back wave forming welding by the following electrode is started,
The plasma electrode of the leading electrode is started at the same time or before the plasma arc generation of the back wave forming welding, and starts the traveling drive at the same time or after the start of the preceding or simultaneous plasma arc.
A welding method using the two-electrode plasma torch according to claim 10.
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