專利名稱：等離子焊炬及采用等離子焊炬的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)母材進(jìn)行等離子電弧焊接的等離子焊炬及采用該等離子焊炬的焊接方法。詳細(xì)地說(shuō)，涉及能夠比現(xiàn)有裝置更小型化的等離子焊炬及采用該等離子焊炬的焊接方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有已知一種采用在非消耗式電極和母材之間產(chǎn)生的等離子電弧，對(duì)母材進(jìn)行焊接的技術(shù)(參照例如日本特開(kāi)2008-238242號(hào)公報(bào))。這種焊接通常被稱作“等離子電弧
焊接”。在等離子電弧焊接中，采用的是收納有非消耗式電極的等離子焊炬。對(duì)現(xiàn)有的等離子焊炬供給等離子氣體，以使在非消耗式電極和母材之間產(chǎn)生等離子電弧，同時(shí)也供給保護(hù)氣體。該保護(hù)氣體從現(xiàn)有的等離子焊炬噴出，由此能夠防止在母材上形成的熔池氧化，其結(jié)果是確保了焊接品質(zhì)。從而，在現(xiàn)有的等離子焊炬中包圍著非消耗式電極設(shè)置用于等離子氣體的噴嘴， 還有，包圍著用于該等離子氣體的噴嘴設(shè)置用于保護(hù)氣體的噴嘴。即，現(xiàn)有的等離子焊炬具有二重結(jié)構(gòu)的噴嘴。然而，在有對(duì)處于狹窄地方的母材也要進(jìn)行等離子電弧焊接這樣的要求時(shí)，由于現(xiàn)有的等離子焊炬具有如上所述二重結(jié)構(gòu)的噴嘴，因而，其前端直徑變大。即，為了與該要求對(duì)應(yīng)，需要更小型的等離子焊炬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對(duì)母材進(jìn)行等離子電弧焊接的等離子焊炬及采用該等離子焊炬的焊接方法，其目的在于提供能夠比現(xiàn)有裝置更小型化的等離子焊炬及采用該等離子焊炬的焊接方法。本發(fā)明的等離子焊炬(例如實(shí)施方式中的等離子焊炬1)包括在與母材(例如實(shí)施方式中的母材2)之間產(chǎn)生等離子電弧的非消耗式電極(例如實(shí)施方式中的非消耗式電極13)和流通惰性氣體的噴嘴(例如實(shí)施方式中的噴嘴11)，這種等離子焊炬其特征在于，所述噴嘴設(shè)有收容所述非消耗式電極且與外部貫通的第一貫通孔(例如實(shí)施方式中的等離子貫通孔51)和從所述第一貫通孔的一部分向與所述非消耗式電極形成規(guī)定角度的方向延伸且與外部貫通的第二貫通孔(例如實(shí)施方式中的保護(hù)貫通孔52)，所述等離子焊炬相對(duì)于所述母材向規(guī)定方向移動(dòng)時(shí)，在所述第一貫通孔中流通惰性氣體，所述惰性氣體的一部分作為等離子氣體，經(jīng)由所述第一貫通孔在所述非消耗式電極和所述母材之間產(chǎn)生等離子電弧，所述惰性氣體的剩余部分作為保護(hù)氣體，經(jīng)由所述第二貫通孔至少向所述規(guī)定方向的所述母材噴出。
根據(jù)該發(fā)明，在噴嘴上設(shè)有第一貫通孔及第二貫通孔，向第一貫通孔供給的惰性氣體中的一部分被用作等離子氣體，剩余部分從第二貫通孔中噴出，被用作保護(hù)氣體。從而，不再需要在現(xiàn)有的等離子焊炬上所設(shè)置的用于保護(hù)氣體的噴嘴。即只要有相當(dāng)于在現(xiàn)有的等離子焊炬所設(shè)置的用于等離子氣體的噴嘴的噴嘴，不僅可以供給等離子氣體，還可以供給保護(hù)氣體。其結(jié)果是，與現(xiàn)有裝置比較能夠小型地構(gòu)成可進(jìn)行良好品質(zhì)焊接的等離子焊炬。本發(fā)明的采用等離子焊炬的焊接方法是采用上述本發(fā)明的等離子焊炬的焊接方法。從而，采用比現(xiàn)有裝置小型的等離子焊炬，能夠進(jìn)行良好品質(zhì)焊接。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在噴嘴上設(shè)有第一貫通孔及第二貫通孔，向第一貫通孔供給的惰性氣體中的一部分被用作等離子氣體，剩余部分從第二貫通孔中噴出，被用作保護(hù)氣體。從而，不再需要在現(xiàn)有的等離子焊炬上所設(shè)置的用于保護(hù)氣體的噴嘴。即只要有相當(dāng)于在現(xiàn)有的等離子焊炬所設(shè)置的用于等離子氣體的噴嘴的噴嘴，不僅可以供給等離子氣體，還可以供給保護(hù)氣體。其結(jié)果是，與現(xiàn)有裝置比較能夠小型地構(gòu)成可進(jìn)行良好品質(zhì)焊接的等離子焊炬。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的等離子焊炬的簡(jiǎn)要構(gòu)成的剖視圖。圖2是表示圖1的等離子焊炬的噴嘴內(nèi)部簡(jiǎn)要構(gòu)成的剖視圖。圖3是表示圖1的等離子焊炬的噴嘴外觀簡(jiǎn)要構(gòu)成的立體圖。圖4是表示圖1的等離子焊炬在對(duì)母材進(jìn)行焊接之際噴出的惰性氣體狀態(tài)的模式圖。圖5是表示圖1的等離子焊炬中、關(guān)于等離子氣體流量和保護(hù)氣體流量的原始?xì)怏w流量及噴嘴的第一貫通孔和第二貫通孔的開(kāi)口面積比的關(guān)系的一例的圖。圖6是說(shuō)明對(duì)圖1的等離子焊炬的噴嘴的第二貫通孔的開(kāi)口面積進(jìn)行確定的要素的圖。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的等離子焊炬1的簡(jiǎn)要構(gòu)成的剖視圖。等離子焊炬1具備噴嘴11、焊炬主體部12、鎢電極等的非消耗式電極13。圖2是表示噴嘴11內(nèi)部簡(jiǎn)要構(gòu)成的剖視圖。圖3是表示噴嘴11外部簡(jiǎn)要構(gòu)成的立體圖。在此，將噴嘴11的端部中、當(dāng)?shù)入x子焊炬1對(duì)母材2進(jìn)行焊接時(shí)與母材2對(duì)置的端部lit以下稱為“前端部lit”，將前端部相反側(cè)的端部lib以下稱為“基端部lib”。噴嘴11上，在從基端部lib朝向前端部lit的方向上設(shè)置連接部41和尖嘴部42。連接部41如圖1所示，與焊炬主體部12的中央內(nèi)部旋合，從而將噴嘴11連接在焊炬主體部12上。在連接部41和尖嘴部42的中央內(nèi)部，設(shè)置從基端部lib貫通到前端部lit的等離子貫通孔51。利用該等離子貫通孔51和設(shè)置在焊炬主體部12中央內(nèi)部的空間，形成后述惰性氣體流通的氣體流通部21。S卩，包括等離子貫通孔51的氣體流通部21，收容有非消耗式電極13，與非消耗式電極13大致平行地延伸，在噴嘴11的前端部lit與外部貫通。在尖嘴部42中還設(shè)有保護(hù)貫通孔52，該保護(hù)貫通孔52從氣體流通部21的一部分向與非消耗式電極13呈規(guī)定角度的方向延伸，在尖嘴部42的側(cè)面與外部貫通。在此，圖1所示的空心箭頭的方向，是等離子焊炬1對(duì)母材2進(jìn)行焊接時(shí)移動(dòng)的方向，以下稱為“焊接方向”。詳細(xì)情況見(jiàn)后述，不過(guò)，若在以保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口部朝向該焊接方向的方式配置等離子焊炬ι的狀態(tài)下，等離子焊炬1對(duì)母材進(jìn)行焊接，則在氣體流通部21流通的惰性氣體的一部分作為等離子氣體，經(jīng)由等離子貫通孔51在非消耗式電極13和母材2之間產(chǎn)生等離子電弧。另外，在氣體流通部21流通的惰性氣體的剩余部分作為保護(hù)氣體，經(jīng)由保護(hù)貫通孔52向焊接方向的母材2噴出。接下來(lái)，參照?qǐng)D4對(duì)以上等離子焊炬1的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。 圖4是表示等離子焊炬1在對(duì)母材2進(jìn)行焊接之際噴出的惰性氣體G的狀態(tài)的模式圖。如圖4所示，向非消耗式電極13的外周空間即氣體流通部21供給少量氬氣等惰性氣體G，利用例如沒(méi)有圖示的電源裝置在非消耗式電極13和噴嘴11之間施加高電壓，在非消耗式電極13和噴嘴11的前端部lit的等離子貫通孔51附近之間產(chǎn)生小電流的導(dǎo)引電弧。在此狀態(tài)下，增加惰性氣體G的供給量，直到從等離子貫通孔51高速噴射的水平， 利用例如沒(méi)有圖示的電源裝置在非消耗式電極13和母材2之間施加高電壓，從而，產(chǎn)生等離子電弧PA。維持著該狀態(tài)，等離子焊炬1利用沒(méi)有圖示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)向焊接方向、即圖4中空心箭頭的方向移動(dòng)。此時(shí)，向氣體流通部21供給的惰性氣體G的一部分沒(méi)有作為等離子氣體GP使用， 而是作為保護(hù)氣體GS，經(jīng)由保護(hù)貫通孔52向焊接方向的前方的母材2噴出。如圖4所示， 在利用該保護(hù)氣體GS將等離子電弧PA和母材2從空氣中隔斷(保護(hù))的狀態(tài)下，對(duì)母材 2進(jìn)行焊接。還有，圖4的例中，惰性氣體G是氬氣，等離子焊炬1的移動(dòng)速度為0. 5m/分鐘，惰性氣體G的流量(后述的原始?xì)怏w流量)為2升/分鐘，等離子焊炬1的前方21mm周邊的保護(hù)氣體GS的濃度為約25%。像這樣，本實(shí)施方式的等離子焊炬1，向氣體流通部21供給的惰性氣體G，一部分被用作等離子氣體GP，剩余部分被用作保護(hù)氣體GS。在此，為了在母材2的熔池中取得適當(dāng)?shù)暮竿干疃?，而適當(dāng)設(shè)計(jì)等離子氣體GP的流量(以下，稱為“等離子氣體流量”)，從而，需要充分發(fā)揮等離子電弧PA熔化母材2、貫通母材2的能力(以下，稱為“貫通能力”)。另一方面，為了防止母材2的熔池氧化，確保焊接品質(zhì)即與焊接后的母材2外觀和氣孔相關(guān)的品質(zhì)，而適當(dāng)設(shè)計(jì)保護(hù)氣體GS的流量(以下，稱為“保護(hù)氣體流量”)，從而，需要充分發(fā)揮將等離子電弧PA和母材2從空氣中隔斷(保護(hù))的能力(以下，稱為“保護(hù)能力”)。從而，為了同時(shí)發(fā)揮所要求的貫通能力和保護(hù)能力，必須使等離子氣體流量和保護(hù)氣體流量同樣適當(dāng)。為此，必須適當(dāng)管理向氣體流通部21供給的惰性氣體G的流量(以下，稱為“原始?xì)怏w流量”)，且必須適當(dāng)管理將該原始?xì)怏w流量分配成等離子氣體流量和保護(hù)氣體流量的比率(以下，稱為“氣體分配比率”)。等離子氣體流量依賴于噴出等離子氣體GP的等離子貫通孔51的開(kāi)口面積。同樣， 保護(hù)氣體流量依賴于噴出保護(hù)氣體GS的保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積。因而，通過(guò)變化等離子貫通孔51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比，從而也能夠變化氣體分配比率。綜合以上，適當(dāng)管理原始?xì)怏w流量及等離子貫通孔51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比，從而，能夠確保適當(dāng)?shù)牡入x子氣體流量及保護(hù)氣體流量，以同時(shí)發(fā)揮所要求的貫通能力和保護(hù)能力。還有，以下，參照?qǐng)D5，關(guān)于原始?xì)怏w流量及等離子貫通孔51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比的管理手法進(jìn)行說(shuō)明。圖5是表示關(guān)于等離子氣體流量和保護(hù)氣體流量的原始?xì)怏w流量及噴嘴貫通孔 51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比的關(guān)系的一例。圖5中敘述為適當(dāng)?shù)姆秶?，表示能夠確保適當(dāng)?shù)牡入x子氣體流量及保護(hù)氣體流量，以同時(shí)發(fā)揮所要求的貫通能力和保護(hù)能力的范圍。敘述為GS不足的范圍，表示不能確保發(fā)揮所要求的保護(hù)能力所必須的保護(hù)氣體流量的范圍。敘述為GP不足的范圍，表示不能確保發(fā)揮所要求的貫通能力所必須的等離子氣體流量的范圍。敘述為GS -GP不足的范圍，表示不能確保發(fā)揮所要求的保護(hù)能力所必須的保護(hù)氣體流量、且不能確保發(fā)揮所要求的貫通能力所必須的等離子氣體流量的范圍。因而，管理原始?xì)怏w流量及等離子貫通孔51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比，以使成為敘述為適當(dāng)?shù)姆秶?，從而，能夠同時(shí)確保適當(dāng)?shù)牡入x子氣體流量及保護(hù)氣體流量，以同時(shí)發(fā)揮所要求的貫通能力和保護(hù)能力。在此，相當(dāng)于所謂噴嘴孔的等離子貫通孔51的開(kāi)口面積，由噴嘴孔直徑的規(guī)格決定。因而，要想變更等離子貫通孔51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比，只要變更保護(hù)貫通孔 52的開(kāi)口面積即可。圖6是說(shuō)明確定保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積的要素的圖。圖6(a)表示噴嘴11的立體圖，圖6(b)表示噴嘴11的剖視圖。圖6(a)所示的開(kāi)口角β是表示關(guān)于保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口部的水平方向的擴(kuò)展程度的角度。即，以等離子貫通孔51的軸a和保護(hù)貫通孔52的軸b的交點(diǎn)為始點(diǎn)，以開(kāi)口部的水平方向兩端為終點(diǎn)，與保護(hù)貫通孔52的軸b平行地從始點(diǎn)到2個(gè)終點(diǎn)彼此連結(jié)的兩條線段所形成的角度為開(kāi)口角β。在此，存在保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口部由單一的狹縫形成的情況，即，在開(kāi)口部的水平方向兩端間連續(xù)開(kāi)口的情況。這種情況下，保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積依賴于圖6(a)所示的開(kāi)口角β及圖6(b)所示的開(kāi)口厚度。所謂開(kāi)口厚度是指保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口部的垂直方向的厚度。因而，通過(guò)變更開(kāi)口角β、及開(kāi)口厚度中至少1個(gè)要素，能夠變更保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積，其結(jié)果是能夠變更等離子貫通孔51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比。另外，例如存在保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口部由多個(gè)孔(以下，稱為“開(kāi)口孔”)形成的情況，即在開(kāi)口部的水平方向的兩端間不連續(xù)開(kāi)口的情況。這種情況下，確定保護(hù)貫通孔52 開(kāi)口面積的要素依賴于圖6(a)所示的開(kāi)口角β，還有圖6(b)所示的多個(gè)開(kāi)口孔的直徑及個(gè)數(shù)。因而，通過(guò)變更開(kāi)口角β、還有多個(gè)開(kāi)口孔的直徑及個(gè)數(shù)中至少1個(gè)要素，從而能夠變更保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積，其結(jié)果是能夠變更等離子貫通孔51和保護(hù)貫通孔52的開(kāi)口面積比。還有，圖6所示的傾斜角α及開(kāi)口高度是相對(duì)于母材2確定保護(hù)氣體GS到達(dá)范圍的要素。在此，所謂傾斜角α是指等離子貫通孔51的軸a和保護(hù)貫通孔52的軸b所形成的角度。開(kāi)口高度是指從噴嘴11的前端部lit到等離子貫通孔51的軸a和保護(hù)貫通孔 52的軸b的交點(diǎn)的垂直方向長(zhǎng)度。根據(jù)本實(shí)施方式，具有如下效果。S卩，在噴嘴11上設(shè)有等離子貫通孔51及保護(hù)貫通孔52，向等離子貫通孔51供給的惰性氣體G中，一部分被用作等離子氣體GP，剩余部分從保護(hù)貫通孔52中噴出，被用作保護(hù)氣體GS。從而，不再需要在現(xiàn)有的等離子焊炬上所設(shè)置的用于保護(hù)氣體的噴嘴。即只要有相當(dāng)于在現(xiàn)有的等離子焊炬所設(shè)置的用于等離子氣體的噴嘴的噴嘴11，不僅可以供給等離子氣體GP，還可以供給保護(hù)氣體GS。其結(jié)果是，與現(xiàn)有裝置比較能夠小型地構(gòu)成可進(jìn)行良好品質(zhì)焊接的等離子焊炬1。還有，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，在能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的的范圍內(nèi)所作的變形、改良等均包含在本發(fā)明中。例如，噴嘴11的保護(hù)貫通孔52的形成部位、個(gè)數(shù)、形態(tài)等，并不特別限定于上述附圖所示的例子中，只要是至少向焊接方向噴出保護(hù)氣體就足夠了。因而，保護(hù)貫通孔52在噴嘴11上的形成例如還可以是，除了焊接方向以外還向其他方向、具體說(shuō)是向例如相反方向等噴出保護(hù)氣體。例如，在等離子貫通孔51及保護(hù)氣體貫通孔52中流通的惰性氣體G，在上述實(shí)施方式中采用了氬氣等，不過(guò)，只要是被用作等離子氣體GP及保護(hù)氣體GS即可，并沒(méi)有特別限定，也可以是其他例如氦。
權(quán)利要求
1.一種等離子焊炬，包括在與母材之間產(chǎn)生等離子電弧的非消耗式電極和流通惰性氣體的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴設(shè)有收容所述非消耗式電極且與外部貫通的第一貫通孔和從所述第一貫通孔的一部分向與所述非消耗式電極呈規(guī)定角度的方向延伸且與外部貫通的第二貫通孔，所述等離子焊炬相對(duì)于所述母材向規(guī)定方向移動(dòng)時(shí)，在所述第一貫通孔中流通所述惰性氣體，所述惰性氣體的一部分作為等離子氣體，經(jīng)由所述第一貫通孔在所述非消耗式電極和所述母材之間產(chǎn)生等離子電弧，所述惰性氣體的剩余部分作為保護(hù)氣體，經(jīng)由所述第二貫通孔至少向所述規(guī)定方向的所述母材噴出。
2.一種采用等離子焊炬的焊接方法，該等離子焊炬包括在與母材之間產(chǎn)生等離子電弧的非消耗式電極和流通惰性氣體的噴嘴，所述采用等離子焊炬的焊接方法的特征在于，使包括所述噴嘴的所述等離子焊炬相對(duì)于所述母材向規(guī)定方向移動(dòng)，其中，所述噴嘴設(shè)有收容所述非消耗式電極且與外部貫通的第一貫通孔和從所述第一貫通孔的一部分向與所述非消耗式電極呈規(guī)定角度的方向延伸且與外部貫通的第二貫通孔，使惰性氣體在所述第一貫通孔中流通，將所述惰性氣體的一部分用作等離子氣體，經(jīng)由所述第一貫通孔在所述非消耗式電極和所述母材之間產(chǎn)生等離子電弧，將所述惰性氣體的剩余部分用作保護(hù)氣體，經(jīng)由所述第二貫通孔至少向所述規(guī)定方向的所述母材噴出。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠比現(xiàn)有裝置更小型化的等離子焊炬。若向非消耗式電極(13)的外周空間供給氬氣等惰性氣體(G)，則其中一部分被用作等離子氣體(GP)，經(jīng)由等離子貫通孔(51)在非消耗式電極(13)和母材(2)之間產(chǎn)生等離子電弧(PA)。維持著該狀態(tài)，等離子焊炬(1)向圖4中箭頭的方向移動(dòng)。此時(shí)，向氣體流通部(21)供給的惰性氣體(G)的一部分沒(méi)有作為等離子氣體(GP)使用，而是作為保護(hù)氣體(GS)，經(jīng)由保護(hù)貫通孔(52)向焊接方向的前方的母材(2)噴出。在利用該保護(hù)氣體將等離子電弧(PA)和母材(2)從空氣中隔斷(保護(hù))的狀態(tài)下，對(duì)母材(2)進(jìn)行焊接。
文檔編號(hào)B23K10/02GK102189319SQ20111004553
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者北川純, 村松祐輔, 松本克也, 瀨戶田啟志 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社