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JP3189678B2 - Nozzle for plasma arc welding and plasma arc welding method - Google Patents

Nozzle for plasma arc welding and plasma arc welding method

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JP3189678B2
JP3189678B2 JP12940696A JP12940696A JP3189678B2 JP 3189678 B2 JP3189678 B2 JP 3189678B2 JP 12940696 A JP12940696 A JP 12940696A JP 12940696 A JP12940696 A JP 12940696A JP 3189678 B2 JP3189678 B2 JP 3189678B2
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arc
welding
plasma arc
arc welding
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洋次 稲葉
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、肉厚が10mm以
下というような比較的薄肉の金属材料のプラズマアーク
溶接に適用して好適なノズルと、このノズルを用いるプ
ラズマアーク溶接方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nozzle suitable for plasma arc welding of a relatively thin metal material having a thickness of 10 mm or less, and a plasma arc welding method using the nozzle.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマアーク溶接法は、通常、肉厚が
2〜10mm程度のステンレス鋼や高合金鋼などの溶接
に適用されている。このプラズマアーク溶接法は、片面
からの裏波溶接が可能であり、かつ良好な清浄度の溶接
金属が得られるという特徴を有している。このことか
ら、従来より高級ステンレス溶接鋼管の製管溶接に用い
られている。
2. Description of the Related Art The plasma arc welding method is generally applied to welding of stainless steel or high alloy steel having a thickness of about 2 to 10 mm. This plasma arc welding method is characterized in that backside welding from one side is possible and that a weld metal with good cleanliness can be obtained. For this reason, it has been conventionally used for pipe welding of high-grade stainless steel welded steel pipes.

【0003】周知のように、上記のプラズマアーク溶接
法は、TIG溶接(Tungsten InertGas Weld )におけ
る本アークを緊縮させることによって本アークの貫通能
力を高めた溶接方法である。
As is well known, the plasma arc welding method described above is a welding method in which the main arc in TIG welding (Tungsten Inert Gas Weld) is contracted to enhance the penetration capability of the main arc.

【0004】すなわち、TIG溶接法では、タングステ
ン電極(陰極)と被溶接材料(陽極)との間で100〜
300A程度のアークを点弧させ、このアークの近傍を
Arなどの不活性ガスでシールドしながら溶接を行う方
法である。しかし、この場合、そのアークの貫通能力
は、比較的小さい。
That is, in the TIG welding method, a distance between a tungsten electrode (cathode) and a material to be welded (anode) is 100 to 100 mm.
In this method, an arc of about 300 A is ignited, and welding is performed while shielding the vicinity of the arc with an inert gas such as Ar. However, in this case, the arc penetration capability is relatively small.

【0005】これに対し、プラズマアーク溶接法は、次
のようにして溶接を行う。
On the other hand, in the plasma arc welding method, welding is performed as follows.

【0006】図1は、プラズマアーク溶接法を説明する
ための縦断面図であり、図に示すよに、シールドガスS
Gと動作ガスDGを供給するノズル1内にタングステン
電極2を配置し、このタングステン電極2に沿ってAr
などの不活性ガスである動作ガスDGを高速で供給する
方法である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining the plasma arc welding method. As shown in FIG.
A tungsten electrode 2 is arranged in a nozzle 1 for supplying G and an operating gas DG, and Ar
In this method, the working gas DG, which is an inert gas, is supplied at a high speed.

【0007】従って、プラズマアーク溶接法では、タン
グステン電極2と被溶接材料Mとの間に、供給される動
作ガスDGの高速ガス気流で覆われてその高速気流の冷
却効果により、径の絞られたアークAが点弧する。その
結果、アークAのエネルギー密度が増加するので、プラ
ズマアーク溶接法の方がTIG溶接法に比べて本アーク
Aの貫通能力が大きくなるのである。
Therefore, in the plasma arc welding method, the diameter between the tungsten electrode 2 and the workpiece M is covered with a high-speed gas stream of the supplied working gas DG, and the diameter is reduced by the cooling effect of the high-speed gas stream. Arc A fires. As a result, the energy density of the arc A increases, so that the penetration capability of the arc A is larger in the plasma arc welding method than in the TIG welding method.

【0008】なお、上記の動作ガスDGは、溶融金属や
アークAを大気から遮断するためのシールドガスSGと
は当然に区別される。また、この動作ガスDGは、その
ほとんどがプラズマ状態とになり、通常その直径dが約
1〜4mm程度のノズル孔10bから噴出する。
The operating gas DG is naturally distinguished from the shielding gas SG for shielding the molten metal and the arc A from the atmosphere. Most of the operating gas DG is in a plasma state, and is normally ejected from a nozzle hole 10b having a diameter d of about 1 to 4 mm.

【0009】また、ノズル本体10は、内部に冷却水通
路10cを有し、冷却水Wを供給することにより、プラ
ズマ化した動作ガスDGの熱によって溶損しないように
なっている。なお、ノズル本体10は、その内部に上記
の冷却水通路10cを有しないものもある。
Further, the nozzle body 10 has a cooling water passage 10c therein, and by supplying the cooling water W, the nozzle body 10 is prevented from being melted and damaged by the heat of the working gas DG converted into plasma. In some cases, the nozzle body 10 does not have the above-described cooling water passage 10c therein.

【0010】以上の説明から明らかなように、プラズマ
アーク溶接法は、アークAの貫通能力が大きい。このた
め、プラズマアーク溶接法は、TIG溶接法が最大肉厚
4mm程度の溶接にしか適用できないのに対し、最大肉
厚10mm程度までの溶接に適用可能であり、溶接速度
も飛躍的に向上させ得るという利点がある。
As is apparent from the above description, the plasma arc welding method has a large arc A penetration capability. For this reason, the plasma arc welding method can be applied to welding up to a maximum thickness of about 10 mm, while the TIG welding method can be applied only to welding having a maximum thickness of about 4 mm, and the welding speed is dramatically improved. There is an advantage of gaining.

【0011】しかし、プラズマアーク溶接法は、電流を
増加させてアークAの貫通能力をさらに高めて高速溶接
しようとすると、ノズル本体10の電圧が上昇し、シリ
ーズアークと称される異常放電現象が発生するという欠
点を有している。
However, in the plasma arc welding method, when the current is increased to further increase the penetration capability of the arc A and high-speed welding is performed, the voltage of the nozzle body 10 increases, and an abnormal discharge phenomenon called a series arc occurs. It has the disadvantage of occurring.

【0012】すなわち、前述の図1に示すように、ノズ
ル本体10の中央から噴出する正常なアークAとは異な
り、タングステン電極2とノズル本体10との間、およ
びノズル本体10と被溶接材料Mとの間に、上記のシリ
ーズアークと称される異常なアークSAが発生する。
That is, as shown in FIG. 1 described above, unlike the normal arc A which is ejected from the center of the nozzle body 10, the gap between the tungsten electrode 2 and the nozzle body 10, and between the nozzle body 10 and the material M to be welded. An abnormal arc SA referred to as the series arc is generated during the period.

【0013】このシリーズアークSAが発生し始める限
界電流値は、ノズル本体10の材質、動作ガスDGの流
量、ノズル孔10bの直径などによって多少変化し、
必ずしも一定でないが、電流の増加に伴って必ず発生す
る。
The limit current value at which the series arc SA begins to occur slightly varies depending on the material of the nozzle body 10, the flow rate of the working gas DG, the diameter d of the nozzle hole 10b, and the like.
Although not always constant, it always occurs as the current increases.

【課題を解決する手段】[Means to solve the problem]

【0014】そして、シリーズアークSAが発生する
と、正常なアークAの電流値が減少し、不貫通ビードな
どの溶接欠陥が発生する。
When the series arc SA occurs, the current value of the normal arc A decreases, and a welding defect such as a non-penetrating bead occurs.

【0015】このシリーズアークを防止する方法として
は、従来から種々の方法が提案されている(例えば、特
開昭63−5882号公報、特開平5−8047号公
報)。
Various methods have been conventionally proposed to prevent this series arc (for example, JP-A-63-5882 and JP-A-5-8047).

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
方法は、その効果が不十分で、より効果的にシリーズア
ークの発生を防止し得る方法の提供が望まれているのが
実情である。
However, these conventional methods are insufficient in their effect, and in fact, it is desired to provide a method capable of more effectively preventing the generation of a series arc.

【0017】本発明は、上記の実情に鑑みてなされたも
ので、その課題は、シリーズアークが発生し始める限界
電流値を可及的に高めることが可能なプラズマアーク溶
接用ノズルと、このノズルを用いたプラズマアーク溶接
方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a plasma arc welding nozzle capable of increasing a limit current value at which a series arc starts to be generated as much as possible, and a nozzle for the plasma arc welding. And a plasma arc welding method using the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の課題
を解決すべく種々の実験を行った結果、次のことを知見
し、本発明をなすに到った。
Means for Solving the Problems The inventors have conducted various experiments to solve the above problems, and as a result, have found the following, and have accomplished the present invention.

【0019】前述したように、シリーズアークは、タン
グステン電極〜ノズル本体間アークと、ノズル本体〜被
溶接材料間アークの直列アークである。従って、2ヶ所
に発生するアークのうち、いずれか一方のアークを防止
すれば、電気的に閉回路が形成されなくなるので、他方
のアークも発生しなくなり、シリーズアークの発生自体
を防ぐことが可能になるはずである。
As described above, the series arc is a series arc of an arc between the tungsten electrode and the nozzle body and an arc between the nozzle body and the material to be welded. Therefore, if one of the two arcs is prevented, an electrically closed circuit will not be formed, so that the other arc will not be generated and the series arc itself can be prevented. Should be.

【0020】そこで、本発明者らは、タングステン電極
〜ノズル本体間アークに注目した。
Therefore, the present inventors have paid attention to the arc between the tungsten electrode and the nozzle body.

【0021】すなわち、タングステン電極〜ノズル本体
間でアークが発生するためには、陰極点、アーク柱およ
び陽極点のいずれもが安定に維持されている必要があ
る。
That is, in order for an arc to be generated between the tungsten electrode and the nozzle body, it is necessary that all of the cathode point, the arc column, and the anode point be stably maintained.

【0022】ここで、陰極点は、赤熱したタングステン
電極であり、そのプラズマアーク溶接中、常に電子放出
能を有した状態で安定に維持されている。
Here, the cathode spot is a red-hot tungsten electrode, and is constantly and stably maintained in a state having electron emission capability during the plasma arc welding.

【0023】また、アーク柱は、供給される動作ガス流
によってノズル本体のノズル孔出口端方向(下方)に吹
き流される傾向はあるものの、アークを安定に維持でき
る環境にあることは間違いない。
Although the arc column tends to be blown toward the nozzle hole exit end (downward) of the nozzle body by the supplied operating gas flow, there is no doubt that the arc is in an environment where the arc can be stably maintained.

【0024】従って、ここで問題となるのは、陽極点
(ノズル本体)である。陽極点が安定に維持されるため
には、電子の流入衝撃によって形成される陽イオン層が
陽極表面に安定に滞留することが必要である。換言すれ
ば、アークは全体として中性であり、電子流の流れに対
して逆向きに陽イオン流が生じており、この陽イオンの
発生源が陽極点である。
Therefore, what matters here is the anode point (nozzle body). In order to stably maintain the anode spot, it is necessary that the cation layer formed by the impact of the inflow of electrons stably stays on the anode surface. In other words, the arc is neutral as a whole, and a cation flow is generated in a direction opposite to the electron flow, and the source of the cations is the anode point.

【0025】かかる観点から、ノズル本体のノズル孔内
壁面が陽極点になり得るかどうかを考察すると、ノズル
孔内壁表面の温度は、ノズル本体が通常内部より水冷さ
れているので、かなり低いと推定される。また、ノズル
孔内壁表面の陽イオン層は、ノズル孔内をArガスなど
の動作ガスが流れているので、安定に維持されている可
能性は比較的低い。
From this viewpoint, considering whether the inner wall surface of the nozzle hole of the nozzle body can be an anode point, it is estimated that the temperature of the inner wall surface of the nozzle hole is considerably lower because the nozzle body is usually water-cooled from the inside. Is done. In addition, the cation layer on the inner wall surface of the nozzle hole is relatively unlikely to be stably maintained because an operating gas such as Ar gas flows in the nozzle hole.

【0026】しかし、電流を増加させていくとシリーズ
アークが発生するということは、電流値がある限界を超
えると、ノズル孔内壁面の陽イオン層が安定化して陽極
点が安定に維持されるようになるためと考えられる。
However, the fact that a series arc is generated when the current is increased means that when the current value exceeds a certain limit, the cation layer on the inner wall surface of the nozzle hole is stabilized and the anode point is stably maintained. It is thought to be like this.

【0027】以上のことから、ノズル孔内壁面が陽極点
にならないようにするための手段を種々検討した結果、
ノズル孔内壁面の表面粗さを、JIS−B601(19
94)に規定された方法により測定される中心線平均粗
さ(Ra75)で2μm以下にすると、シリーズアークの
発生限界電流を高め得ることを見いだした。
From the above, as a result of various studies on means for preventing the inner wall surface of the nozzle hole from becoming the anode point,
The surface roughness of the inner wall surface of the nozzle hole is measured according to JIS-B601 (19).
It has been found that when the center line average roughness (Ra 75 ) measured by the method specified in 94) is 2 μm or less, the generation limit current of the series arc can be increased.

【0028】また、このノズルを用いて突合わせ溶接ま
たは製管溶接すると、その溶接速度を速くすることがで
き、生産性を高め得ることを見いだした。
It has also been found that butt welding or pipe making using this nozzle can increase the welding speed and increase productivity.

【0029】上記の知見に基づく、本発明の要旨は、次
の(1)および(2)のプラズマアーク溶接用ノズルと
プラズマアーク溶接方法にある。
The gist of the present invention based on the above findings is the following (1) and (2) a plasma arc welding nozzle and a plasma arc welding method.

【0030】(1)軸心部に電極が配置される金属製の
プラズマアーク溶接用ノズルであって、金属製のノズル
本体に穿設されたノズル孔内壁面の表面粗さを、中心線
平均粗さ(Ra75)で2μm以下にしたことを特徴と
するプラズマアーク溶接用ノズル。
(1) A metal-made plasma arc welding nozzle in which an electrode is disposed at an axial center portion, wherein the surface roughness of the inner wall surface of the nozzle hole formed in the metal nozzle body is reduced. And a center line average roughness (Ra 75 ) of 2 μm or less.

【0031】(2)上記(1)のノズルを用いて突合わ
せ溶接または製管溶接することを特徴とするプラズマア
ーク溶接方法。
(2) A plasma arc welding method characterized by performing butt welding or pipe welding using the nozzle of (1).

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかわるノズル
を、前述した図1を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a nozzle according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0033】図1に示すように、本発明のノズル1は、
例えば、銅、銀、金、白金、パラジウムなどの金属製の
ノズル本体10の軸心部に穿設されたノズル孔10bの
内壁面10aが、JIS−B601(1994)に規定
された方法により測定される中心線平均粗さ(Ra75
で2μm以下の表面粗さに鏡面仕上げされている。
As shown in FIG. 1, the nozzle 1 of the present invention
For example, the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b formed in the axial center of the nozzle body 10 made of metal such as copper, silver, gold, platinum, and palladium is measured by a method specified in JIS-B601 (1994). Center line average roughness (Ra 75 )
Is mirror-finished to a surface roughness of 2 μm or less.

【0034】このように、ノズル孔10bの内壁面10
aの表面を鏡面仕上げした場合、シリーズアークSAが
発生しなくなるのは、詳細には不明であるが、次に述べ
る理由によると推定される。
As described above, the inner wall surface 10 of the nozzle hole 10b is
The reason why the series arc SA does not occur when the surface of a is mirror-finished is unknown in detail, but is presumed to be due to the following reason.

【0035】すなわち、ノズル孔10bの内壁面10a
の表面粗さを滑らかにすると、ノズル孔10bに供給さ
れた動作ガスDGの表面近傍の流速が増大し、陽イオン
層の安定滞留が抑制されて陽極が安定維持されなくなる
結果、溶接電流を高くしてもシリーズアークSAが発生
しなくなるためと推定される。
That is, the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b
Smoothing the surface roughness of the nozzle, the flow velocity near the surface of the working gas DG supplied to the nozzle hole 10b increases, the stable stagnation of the cation layer is suppressed, and the anode is not maintained stably. As a result, the welding current increases. It is presumed that the series arc SA no longer occurs.

【0036】ここで、ノズル孔10bの内壁面10aの
表面粗さが、上記中心線平均粗さ(Ra75)で2μm超
であると、シリーズアークSAの発生限界電流を高くす
ることはできない。換言すれば、溶接電流を高めると、
シリーズアークSAが発生する。このことは、図2に示
す実験結果から明らかである。
Here, if the surface roughness of the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b exceeds 2 μm in the center line average roughness (Ra 75 ), the generation limit current of the series arc SA cannot be increased. In other words, when the welding current is increased,
A series arc SA occurs. This is clear from the experimental results shown in FIG.

【0037】図2は、ノズル孔10bの内壁面10aの
表面粗さ、すなわち中心線平均粗さ(Ra75)を種々変
えた場合におけるシリーズアークSAの発生限界電流を
調べた結果を示している。
FIG. 2 shows the results of examining the limit current of the series arc SA when the surface roughness of the inner wall surface 10a of the nozzle hole 10b, that is, the center line average roughness (Ra 75 ) is variously changed. .

【0038】図2から明らかなように、内壁面10aの
表面粗さが、中心線平均粗さ(Ra75)で2μmを超え
る3.5μm以上のノズル本体10を用いた場合、シリ
ーズアークSAの発生限界電流は160Aである。これ
に対し、その表面粗さが、中心線平均粗さ(Ra75)で
2μm以下のノズル本体10を用いた場合、そのシリー
ズアークSAの発生限界電流は200Aであり、大電流
での溶接が可能であることがわかる。
As is clear from FIG. 2, when the nozzle body 10 having a surface roughness of the inner wall surface 10a of 3.5 μm or more with a center line average roughness (Ra 75 ) exceeding 2 μm is used, the series arc SA The generation limit current is 160A. On the other hand, when the nozzle body 10 having a surface roughness of 2 μm or less in center line average roughness (Ra 75 ) is used, the generation limit current of the series arc SA is 200 A, and welding with a large current is difficult. It turns out that it is possible.

【0039】なお、実験は、肉厚3mmのSUS304
製の板材を対象に、ノズル孔10bの直径dが2.4m
mの銅製のノズル本体10を用い、動作ガスDGとして
常温のArガスを1リットル/minで供給する条件の
もとに行った。
The experiment was conducted on a SUS304 having a thickness of 3 mm.
The diameter d of the nozzle hole 10b is 2.4 m for a plate material made of
The operation was performed under the condition that a normal temperature Ar gas was supplied at 1 liter / min as an operating gas DG using a copper nozzle body 10 of m.

【0040】ところで、シリーズアークSAの発生限界
電流を高める方法としては、従来から行われているよう
に、動作ガスDGの流量を多くする方法やノズル孔10
bの直径dを大きくする方法がある。
As a method of increasing the generation limit current of the series arc SA, a method of increasing the flow rate of the working gas DG or a method of increasing the nozzle hole 10 as in the related art has been used.
There is a method of increasing the diameter d of b.

【0041】しかし、前者の方法は、溶接ビード形成の
面で問題があり、流量を多くしすぎるとアンダカットな
どの溶接欠陥が多発する。このため、その流量増加には
限界があり、シリーズアークSA発生限界電流をあまり
高めることができない。
However, the former method has a problem in the formation of a weld bead, and if the flow rate is too large, welding defects such as undercut occur frequently. Therefore, there is a limit to the increase in the flow rate, and the series arc SA generation limit current cannot be increased much.

【0042】また、後者の方法は、ノズル孔10bの直
径dを大きくしすぎると、動作ガスの流速が遅くなるた
めにアークAの縮径程度が小さくなり、その貫通能が低
下する。このため、その直径dの大径化には限界があ
る。
In the latter method, if the diameter d of the nozzle hole 10b is too large, the flow rate of the working gas becomes slow, so that the diameter of the arc A is reduced, and the penetrating ability is reduced. For this reason, there is a limit in increasing the diameter d.

【0043】本発明のノズルは、図1に示すように、ノ
ズル本体10に穿設されたノズル孔1bの全ての内壁
面1aの表面粗さを、中心線平均粗さ(Ra75)で
2μm以下の鏡面に仕上げるのが最も好ましい。しか
し、必ずしも全表面を2μm以下の鏡面に仕上げる必要
はなく、例えば予め実験を行ってシリーズアークSAの
発生部位を確認し、その部分の表面のみを2μm以下の
鏡面に仕上げたものであってもよい。これは、ノズル孔
bの形状や寸法などによってシリーズアークSAの
発生部位が微妙に異なるからである。この場合には、全
表面を2μm以下の鏡面に仕上げる場合に比べてその加
工費が少なくてすむので、ノズル自体の製造コスト上昇
を抑制することができる。
The nozzle of the present invention, as shown in FIG. 1, all the inner wall surface 1 0 a surface roughness of the nozzle holes 1 0 b bored in the nozzle body 10, the center line average roughness (Ra 75 ) It is most preferable to finish the mirror surface of 2 μm or less. However, it is not always necessary to finish the entire surface to a mirror surface of 2 μm or less. For example, even if the surface where the series arc SA is generated is confirmed by conducting an experiment in advance and only the surface of that portion is finished to a mirror surface of 2 μm or less. Good. This occurrence site of series arc SA depending on the shape and size of the nozzle holes 1 0 b is from slightly different. In this case, the processing cost can be reduced as compared with the case where the entire surface is finished to a mirror surface of 2 μm or less, so that an increase in the manufacturing cost of the nozzle itself can be suppressed.

【0044】本発明のノズルを用い、相互に突合わせ当
接された板材の当接線に沿ってプラズマアーク溶接する
場合、あるいは成形ロール群によって連続的にオープン
パイプ状に曲成される金属帯両エッジの当接部をプラズ
マアーク溶接して製管溶接する場合には、シリーズアー
クの発生を懸念することなく大電流での溶接が可能とな
る。この結果、溶接速度を速くすることができ、生産性
が大幅に向上するのみならず、健全な溶接継手を得るこ
とが可能になる。
When the nozzle of the present invention is used to perform plasma arc welding along the contact line of mutually butted abutting plate members, or both metal strips continuously bent into an open pipe shape by a group of forming rolls. When pipe contact welding is performed by plasma arc welding of the contact portion of the edge, welding with a large current can be performed without concern about generation of a series arc. As a result, the welding speed can be increased, and not only the productivity is significantly improved, but also a sound welded joint can be obtained.

【0045】[0045]

【実施例】肉厚が2mmのSUS304製の鋼板の突合
わせ溶接と、外径が50.8mmで、肉厚が2mmと3
mmのSUS304製の製管溶接を行った。
Example: Butt welding of a SUS304 steel plate having a thickness of 2 mm, an outer diameter of 50.8 mm, a thickness of 2 mm and a thickness of 3 mm.
SUS304 pipe was welded.

【0046】この際、ノズルとしては、図1に示す直径
dが2.4mmと3.2mmで、銅製のノズル本体10
に穿設されたノズル孔1bの全内壁面1aの表面粗
さをRa75で0.7〜2.0μmの範囲で種々変えた
本発明のノズルと、その表面粗さがRa75で3.6〜
12.5μmの範囲である市販の従来ノズルを用いた。
At this time, the nozzle d is 2.4 mm and 3.2 mm as shown in FIG.
A nozzle of the present invention variously changed in the range of 0.7~2.0μm all inner wall surfaces 1 0 a surface roughness of the drilled nozzle holes 1 0 b at Ra 75 to, the surface roughness Ra It is 3.6 at 75
Commercially available conventional nozzles in the range of 12.5 μm were used.

【0047】また、動作ガスとして常温のArガスを用
い、その流量を1.0リットル/minと1.2リット
ル/minの2通りに変化させた。さらに、溶接電流
は、120〜270Aの範囲で種々変化させた。また更
に、溶接速度は、肉厚2mmの材料については1m/m
in、肉厚3mmの材料については0.8m/minと
した。
Further, a normal temperature Ar gas was used as an operating gas, and its flow rate was changed in two ways, 1.0 liter / min and 1.2 liter / min. Further, the welding current was varied in the range of 120 to 270A. Furthermore, the welding speed is 1 m / m for a 2 mm thick material.
in, and 0.8 m / min for a material having a thickness of 3 mm.

【0048】なお、比較のため、前述の特開平5−80
47号公報に提案されたノズルであり、その被膜が5μ
mのCBN被膜であるノズルを用い、上記と同様の溶接
を行った。
Incidentally, for comparison, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 47, which has a coating of 5 μm.
Welding was performed in the same manner as described above, using a nozzle which was a CBN coating of m.

【0049】そして、シリーズアークの発生有無を目視
観察し、シリーズアーク発生時の限界電流値を確認し
た。また、得られた溶接継手のアンダーカットの発生有
無を調べ、シリーズアークもアンダーカットも発生しな
かった場合を「良好」として評価した。
Then, the occurrence of a series arc was visually observed, and the limit current value at the time of occurrence of the series arc was confirmed. Further, the occurrence of undercut in the obtained welded joint was examined, and a case where neither a series arc nor an undercut occurred was evaluated as “good”.

【0050】その結果を、用いたノズル本体の諸元およ
びその他の溶接条件とともに、表1に示した。
The results are shown in Table 1 together with the specifications of the nozzle body used and other welding conditions.

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】表1に示す結果から明らかなように、板突
合わせ溶接では、動作ガスの流量が1.0リットル/m
inの場合、市販の従来ノズルを用いたときのシリーズ
アークの発生限界電流値は140〜160Aであった
(No. 1〜8参照)。
As is clear from the results shown in Table 1, in the plate butt welding, the flow rate of the operating gas was 1.0 liter / m.
In the case of "in", the generation limit current value of the series arc when a commercially available conventional nozzle was used was 140 to 160 A (see Nos. 1 to 8).

【0053】これに対し、本発明のノズルを用いたとき
のシリーズアークの発生限界電流の最大値は220Aで
あった(No. 9〜16参照)。
On the other hand, when the nozzle of the present invention was used, the maximum value of the generation limit current of the series arc was 220 A (see Nos. 9 to 16).

【0054】さらに、ノズル孔内壁面の表面粗さがRa
75で5.8μmの市販従来ノズルを用い、動作ガスの流
量を1.2リットル/minに増量した場合、シリーズ
アークの発生限界電流の最大値は160Aから180A
に上昇したが、アンダーカットが発生し、健全な溶接継
手が得られなかった(No. 5、6およびNo. 18、19
参照)。なお、CBN被膜ノズルでは、シリーズアーク
の発生限界電流値が160Aから180Aに上昇したの
みであった(No. 17参照)。
Further, the surface roughness of the inner wall surface of the nozzle hole is Ra.
When a commercial conventional nozzle of 75 and 5.8 μm is used and the flow rate of the working gas is increased to 1.2 liter / min, the maximum value of the series arc generation limit current is from 160 A to 180 A.
, But undercuts occurred and sound welded joints could not be obtained (Nos. 5, 6 and 18, 19)
reference). In the case of the CBN coating nozzle, the generation limit current value of the series arc only increased from 160 A to 180 A (see No. 17).

【0055】また、製管溶接では、肉厚2mmの場合に
おけるシリーズアークの発生限界電流値は、ノズル孔内
壁面の表面粗さがRa75で5.8μmの市販従来ノズル
では160Aであった(No. 21、22参照)。これに
対し、本発明のノズル使用時のシリーズアークの発生限
界電流値は、220Aであった(No. 23、24参
照)。
In pipe welding, the limiting current value of the series arc at a wall thickness of 2 mm was 160 A for a commercially available conventional nozzle having an inner wall surface of the nozzle hole having a surface roughness of Ra 75 and 5.8 μm ( Nos. 21 and 22). On the other hand, the limit current value for series arc generation when the nozzle of the present invention was used was 220 A (see Nos. 23 and 24).

【0056】さらに、肉厚3mmの場合におけるシリー
ズアークの発生限界電流値は、ノズル孔内壁面の表面粗
さがRa75で6.1μmの市販従来ノズルでは220A
であった(No. 25、26参照)。これに対し、本発明
のノズル使用時のシリーズアークの発生限界電流値は、
270Aであった(No. 27、28参照)。
Further, the generation limit current value of the series arc in the case of a wall thickness of 3 mm is 220 A for a commercially available conventional nozzle whose surface roughness of the inner surface of the nozzle hole is Ra 75 and 6.1 μm.
(See Nos. 25 and 26). On the other hand, when the nozzle of the present invention is used, the generation limit current value of the series arc is
270A (see Nos. 27 and 28).

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明によれば、大電流での溶接が可能
になる。この結果、溶接速度を速くすることができるの
で、生産性が向上する。また、高速溶接のもとに健全な
溶接継手が得られる。
According to the present invention, welding with a large current becomes possible. As a result, the welding speed can be increased, and the productivity is improved. In addition, a sound welded joint can be obtained under high-speed welding.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】プラズマアーク溶接用ノズルの一例を示す模式
的縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a plasma arc welding nozzle.

【図2】シリーズアークの発生限界電流とノズル本体に
穿設されたノズル孔内壁面の表面粗さとの関係を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a generation limit current of a series arc and a surface roughness of an inner wall surface of a nozzle hole formed in a nozzle body.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ノズル、 2:タングステン電極、 10:ノズル本体、 10a:ノズル孔の内壁面、 10b:ノズル孔、 10c:冷却水通路、 10d:パッキン、 A:アーク、 SA:シリーズアーク、 M:被溶接材料、 W:冷却水、 SD:シールドガス、 DG:動作ガス。 1: nozzle, 2: tungsten electrode, 10: nozzle body, 10a: inner wall surface of nozzle hole, 10b: nozzle hole, 10c: cooling water passage, 10d: packing, A: arc, SA: series arc, M: welded Material, W: cooling water, SD: shielding gas, DG: operating gas.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 10/00 B23K 10/02 H05H 1/34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 10/00 B23K 10/02 H05H 1/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】軸心部に電極が配置される金属製のプラズ
マアーク溶接用ノズルであって、金属製のノズル本体に
穿設されたノズル孔内壁面の表面粗さが、中心線平均粗
さ(Ra75)で2μm以下であることを特徴とするプ
ラズマアーク溶接用ノズル。
1. A metal plasma arc welding nozzle having an electrode disposed at an axial center thereof, wherein a surface roughness of an inner wall surface of a nozzle hole formed in a metal nozzle body has a surface roughness of: A nozzle for plasma arc welding, wherein the center line average roughness (Ra 75 ) is 2 μm or less.
【請求項2】請求項1に記載のノズルを用いて突合わせ
溶接または製管溶接することを特徴とする金属材料のプ
ラズマアーク溶接方法。
2. A plasma arc welding method for a metal material, comprising performing butt welding or pipe making welding using the nozzle according to claim 1.
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