专利名称：采用双电极等离子体喷枪的焊接方法
技术领域：
本发明是关于一种采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其使用具备镶装刀片的双电极等离子体喷枪，该镶装刀片具有2个电极配置空间和分别连通于各电极配置空间的2个喷嘴；使2个喷嘴的排列方向与焊接线平行，并使喷枪和焊接对象材料中的至少一者在沿焊接线的方向，一面进行行走驱动，一面用位于各电极配置空间的各电极产生等离子体电弧，将焊接线加以焊接。
背景技术：
采用现有的单电极喷枪的等离子体电弧的横截面大致是圆形。如果板厚低于3_，由于不可能采用等离子体电弧进行穿透焊接，因此虽采用共同焊接(热传导型焊接)，但如果进行穿透焊接及共同焊接，只要进行高速化，就会I)发生凹陷，2)如果进行共同焊接，就会因为宽广的接缝而容易产生高温裂痕。如果进行高速焊接，由于电流是高强度电流而形成宽广的电弧，因此成为宽广的浅熔入的接缝形状，在凝固时容易发生高温裂痕。如果采用现有的单电极喷枪的等离子体电弧焊接，只要以3 IOmm的板厚高速地进行穿透焊接，就会以中央部隆起的凸形状形成边缘部下降的凹陷，因此不易进行高速化。虽然也可以使两个喷枪的单熔融池高速化，但为作为单熔融池，必须加大喷枪彼此之间的倾斜，因而倾斜成相互牵引的电弧力所造成的磁吹，使得电弧容易错乱而不稳定。因此，本发明人等提供使用镶装刀片及使用其的等离子体喷枪，能实现以稳定电弧进行无高温裂痕或无凹陷的高速焊接(专利文献I)。在形成里波的焊接法中，虽然有穿透焊接和共同焊接，但为便于以下说明，用穿透焊接来表示里波形成。专利文献I的等离子体喷枪是镶装刀片及装备该刀片且将各电极插入各电极配置空间的等离子体喷枪，该镶装刀片具备:2个电极配置空间；以及分布于同一条直径线上的分别与各电极配置空间连通且与平行于所述直径线的焊接线相对而张开的2个喷嘴。若依据该等离子体喷枪，就能以2个喷枪形成I个熔融池，进行单熔融池双电弧的焊接。等离子体喷枪的横截面在焊接的进行方向(y)呈细长热源，因此对热量的接缝宽度(X方向)被抑制而比较狭窄，即使高度地进行也不会发生高温裂缝。另外，通过单熔融池双电弧，采用后行等离子体电弧进行再熔融，就能使表面接缝平坦(进行共同焊接)。使用相距某种程度的距离的2个等离子体火矩进行并行焊接，虽能获得大致类似的效果，但焊接进行方向的电弧间隔变宽，因此如果短焊接的长工件(母材:焊接对象材料)，不可能用同一路径进行焊接，必须是双路径焊接，从而难以高速进行。另外，由于电弧间隔较宽，后行电弧必须将凝固过一次的接缝再次进行熔融，必须在后行焊接中输入高热。只要使用专利文献I的双电极等离子体喷枪，就能同时进行穿透焊接和共同焊接，因此进行一次焊接即可，不费时，而且，在采用穿透焊接的熔融池冷却前，进行共同焊接，因此只要输入较少的焊接热即可，有着节能的效果。
然而，如果用I个镶装刀片进行双电弧的等离子体电弧焊接，施加于镶装刀片的热负荷就会变大。为了更闻速地进行，必须提闻键装刀片的冷却能力。因此，本发明人等提供冷却能力较高的镶装刀片，能以稳定电弧更高速地进行无高温裂痕或无凹陷的焊接(专利文献2)。该镶装刀片具备:2个电极配置空间；分别与各电极配置空间连通的2个喷嘴；以及在2个喷嘴的中间点的与该2个喷嘴分布的平面交叉的平面使冷却水返回的V型冷却水流路。由此，在刀片前端面(母材相对面)附近，冷却水平稳地返回，水或泡沫不会发生局部滞留，刀片的冷却能力较高。通过进行钻孔以便对刀片端面倾斜且在前端部进行交叉，由此能低价地形成V型冷却水流路。因此，增加焊接电流就能更高速进行焊接。在专利文献2中，也进一步示出镶装刀片，将I对喷嘴构件以可装卸方式结合于刀片基体。如此一来，当因高热而使喷嘴构件下端的喷嘴部分受到变形或熔损时，更换一个新的该喷嘴构件，仍旧使用刀片基体，能降低维护成本。再者，为减少镶装刀片的损耗更换成本，本发明人等提供一种镶装刀片，其中央部具有:喷嘴张开的伞部、连结于该伞部的干部、以及连结于该干部的阳螺纹部；在所述干部与阳螺纹部的间具有密封材料，在内部有与所述喷嘴连通的电极配置空间，能对镶装刀片基体装卸2个喷嘴构件(专利文献3)。当因高热而使喷嘴构件下端的喷嘴部分受到变形或熔损时，将更换一个新的该喷嘴构件，仍旧使用镶装刀片基体，能降低维护成本。然而，如果使双电极等离子体喷枪的2个喷嘴的排列方向与焊接线平行，并使该喷枪与焊接对象材料中的至少一方在沿焊接线方向进行行走驱动的双电极等离子体焊接，例如，如图19(a)所示，在焊接方向y(焊接线延伸方向)，先行用作用于焊接线的先行极(喷嘴构件20b内部的电极棒12b:图2)所产生的等离子体电弧19b将焊接对象材料即焊接片31a、31b间的接触端面(焊接线)上侧的表面加以预热，用后行极(喷嘴构件20a内部的电极棒12a:图2)所产生的等离子体电弧19a将焊接线进行穿透焊接的状态中，由于对应于先行喷嘴构件20b和后行喷嘴构件20a的距离和焊接方向I的喷嘴角度的预热时滞，在焊接线的始端部因输入热不足而容易产生里波形成不足(残留)。这种输入热不足(里波形成不足:残留)是如图19(b)所示，焊接速度越高就越大。另外，例如，如图18(a)所示，在焊接方向y(焊接线延伸方向)，先行用作用于焊接线的先行极所产生的等离子体电弧将焊接线进行穿透焊接，用后行极所产生的等离子体电弧将焊接线进行加热(共同焊接)的状态中，用先行的穿透焊接所生成的熔融池的熔融金属被吸入于后行的共同焊接等离子体电弧的熔融池内，在穿透焊接部和共同焊接部之间的A处，熔融金属从先行极侧往后行极侧流动，在焊接线的后端部以减厚状态结束焊接。也就是说，如果采用双电极等离子体喷枪的焊接，在焊接片的前端(焊接线的始端)、后端(焊接线的终端)容易产生焊接不良。如果通过溶接的连续制管，由于切除焊接始端及终端，因此始端、终端的焊接不良不会成为特别的问题，但在短条材料的情况下，切除始端、终端不仅使原材料的成品率变低，而且加上进行切除工作的那部分，成本变高。因此，本发明人等，为改善焊接对象材料端部的焊接不良，使用具备镶装刀片的双电极等离子体喷枪，该镶装刀片具有2个电极配置空间(2a、2b);以及分别与各电极配置空间连通的的2个喷嘴；使2个喷嘴的排列方向与焊接线平行，并使该喷枪和焊接对象材料中的至少一者在沿焊接线的方向，一面进行行走驱动，一面用位于各电极配置空间的各电极产生等离子体电弧，对将焊接线进行焊接的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法中，示出了(I) 一种采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，将各电极中的一个在焊接线的延伸方向作为先行电极(也就是说先行极)，设定于产生预热焊接对象材料的等离子体电弧，将各电极中的另一个作为后行电极(也就是说后行极)，设定于里波形成焊接的等离子体电弧，当设定于里波形成焊接的后行极位于焊接对象材料的前端以前时，通过该后行极启动里波形成焊接的等离子体电弧，所述先行极的等离子体电弧在产生里波形成焊接的等离子体电弧的同时或是在之前进行启动，在先行或同时启动等离子体电弧的同时或在该启动之后，开始行走驱动，当各极位于焊接对象材料的后端以后时，停止先行极及后行极的等离子体电弧；以及(2) 一种采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，将各电极中的一个在焊接线的延伸方向作为先行电极(也就是说先行极)，设定于里波形成焊接的等离子体电弧，将各电极中的另一个作为后行电极(也就是说后行极)，设定于将焊接线进行共同焊接的等离子体电弧，通过先行极启动里波形成焊接的等离子体电弧，在启动里波形成焊接的等离子体电弧的同时或是位于焊接对象材料的前端时，启动后行极的等离子体电弧，在先行或同时启动等离子体电弧的同时或在该启动之后，开始行走驱动，当各极位于焊接对象材料的后端以后时，停止先行极及后行极的等离子体电弧(专利文献4)。若依据上述(I)，虽产生相当于先行极/后行极间距离的预热时滞(图19(b))，但是在没有这种预热的冷钢板区间，通过降低行走驱动的速度，能减少焊接对象材料前端的里波形成不良。只要超过预热时滞区间，就能通过先行极的预热效果，在后行极的钢板变得容易焊接，提高行走驱动速度，能提高焊接的生产性。焊接对象材料的后端通过低速、低电流的焊接口处理，用高速、高强度电流来缩短延长于后行的里波形成电弧(例如穿透电弧)后方的熔融池，将流进后方的熔液拉回于后行里波电弧侧，由此将后端表面的凹陷修正成平坦，能减少后端不良。由此能提高焊接对象材料前端、后端的原材料成品率。当先行极(预热用)位于焊接对象材料的前端时，在先行极(预热用)启动等离子体电弧(预热)，由此能回避因相当于先行极/后行极间距离的预热时滞(图19(a))所造成的焊接对象材前端的里波形成不良(图19(b))。只要通过后行极形成穿透，就能通过先行极的预热效果，在后行极的钢板变得容易焊接，提高行走驱动速度，由此能提高焊接的生产性。焊接对象材料的后端，通过低速、低电流的焊接口处理，用高速、高强度电流来缩短延长于后行的里波形成电弧后方的熔融池，将流进后方的熔液拉回于后行里波电弧侧，由此将后端表面的凹陷修正成平坦，能减少后端不良。由此能提高焊接对象材料前端、后端的原材料成品率。若依据上述(2)，则从焊接对象材料的前端到后端，用后行极的引火气体流量较少且电流也较低的稳定等离子体电弧，在先行的里波形成电弧的紧邻后方附近，仅在表面进行电弧熔融，由此焊接表面受到共同焊接，即使高速焊接，也能获得凹陷较少的表面接缝。只要后行极到达焊接对象材料的前端，就能提高切换先行极的等离子体电弧电流，同时提高行走驱动速度，由此减少先端部的里波焊接的残留(图19(b))，能提高焊接的生产性。然而，焊接对象材料前端、后端的原材料成品率能有很大改善，且能大幅度提高焊接的生产性，但后端凹陷的抑制虽有改善，但期待进一步有效地加以抑制。因此，研究后端凹陷的产生后，得到以下的见解。
在采用图21 (a)所示的双电极等离子体喷枪30的等离子体焊接(稳定状态)中，虽产生绕等离子体电弧旋转的磁通，但图上用虚线表示的熔融池及其附近有着磁变体温度(约730°C)以上的高温，磁通不易通过，因此绕等离子体电弧旋转的磁通是如图21(b)所示，在后行极(T)的后方，离等离子体火焰较远。然而，双电极都流过等离子体电弧电流，因此双电极的等离子体火焰(电弧电流)彼此相互牵引，后行极(T)的等离子体火焰被牵引至焊接的进行方向I。焊接缝如图21(c)所示，没有凹陷。然而，喷枪30成为焊接对象材料的后端位置，如图22 (a)所示，先行极(L)比焊接对象材料的后端更往前，只要先行极的电弧停止，绕后行极的等离子体火焰旋转的磁通就如图22(b)所示，仅通过后行极的等离子体火焰而产生。后行极的等离子体火焰因先行极的等离子体火焰的牵引而消失，通过与产生自我等离子体火焰的绕等离子体火焰旋转的磁通的相互作用而偏向后行极(T)的后方。通过这种等离子体火焰的偏向后方，将熔融池中央往上推。由此，表面接缝在后方形成为细长状，因此接缝两侧的熔液(熔融金属)被吸引到接缝中央，接缝截面如图22(c)所示，成为深的凹陷的形状。由于这种凹陷降低了焊接部的强度，因此产生了问题。然而，在钢制品或钢构件的连续生产线，焊接对象材料(钢制品或钢构件)被相继移送至焊接载台。例如，如果在将平板弯成筒状的气缸的制造过程中，弯成筒状的原来的平板的侧面彼此间的接触面的焊接，在各气缸焊接前，将电弧启动用的前端接头暂时焊接增加了生产工序数，降低生产效率而带来生产成本的上升。不使用前端接头而用焊接对象材料的焊接始端启动焊接电弧时，使用一个单电极焊接喷枪时，在启动电弧时也可能失败，而且，焊接始端的接缝形状容易产生不良。此时，在焊接后必须要有后续工序，用以切除焊接始端。尤其是在使用专利文献I所揭示的双电极等离子体喷枪的情况下，如图30所示，形成有等离子体电弧电流的磁通虽绕先行穿透焊接的等离子体电弧PA — L(先行)及后行共同焊接的等离子体电弧PA — T (后行)的整体外侧旋转，但在高热传导体即铜制的前端接头113的前端抵接于焊接对象材料W的焊接始端的舌片部113p具有低导磁率，因此如果舌片部113p接触于焊接始端的焊接始端范围TP - A，则磁通聚集于后行等离子体电弧PA - T侧，磁通密度较高，也就是说磁场较强。由此，后行等离子体电弧PA - T被强力推向靠近先行等离子体电弧PA - L的方向而进行横偏向，后行喷嘴构件3紧邻下方的熔融池的熔融金属被强力推向同方向，在焊接始端范围TP - A，焊接缝凹陷。进行焊接时，只要后行等离子体电弧PA — T从焊接始端范围TP — A离开，紧靠后行等离子体电弧PA — T外侧的磁通通过焊接对象材料的焊接缝紧邻下方的导磁率较高的固体部及硬化后的焊接缝，从后行等离子体电弧PA — T离开，因此作用于后行等离子体电弧PA - T的磁场减低，后行等离子体电弧PA - T的横偏向变小，焊接缝变平坦。因用来结束焊接的气缸而造成焊接始端的焊接缝的上述凹陷成为问题时，必须要有后续工序，用以切除凹陷。一般已知，为稳定进行焊接电弧的启动，使前端接头接触焊接对象材料的焊接始端，并将焊接喷枪置于前端接头上方，启动焊接电弧，焊接电弧启动后，对焊接对象材料相对地移送焊接喷枪，或是对焊接喷枪相对地移送焊接对象材料，对焊接线进行焊接(例如专利文献5)。在专利文献5中揭示有多电极焊接装置，将3个焊接喷枪串联排列，在前端接头上，使电弧启动同步，同时往同方向移送，同时进行并行，进行多层的焊接。
现有技术文献〔专利文献〕专利文献1:日本特开2011 - 50982号专利文献2:日本特开2012 - 130965号专利文献3:日本特开2012 — 157868号专利文献4:日本特愿2011 - 243218号专利文献5:日本特开2012 — 61497号
发明内容
〔发明的概要〕〔发明所要解决的问题〕本发明的第I目的是在采用双电极等离子体喷枪的焊接中，进一步抑制焊接对象材料的尾端产生凹陷。本发明的第2目的是在采用双电极等离子体喷枪的焊接中，进一步改善焊接对象材料两端部的焊接不良。本发明的第3目的是对焊接对象材料能简易装卸前端接头，本发明的第4目的是使焊接始端范围的焊接缝形状良好。〔用以解决问题的手段〕(I) 一种采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，使用具备镶装刀片⑴的双电极等离子体喷枪(30)，该镶装刀片(I)具有2个电极配置空间(2a、2b)及分别与各电极配置空间连通的2个喷嘴(3a、3b);使所述2个喷嘴的排列方向与焊接线平行，并使该喷枪和焊接对象材料(31a、31b)中的至少一者在沿焊接线的方向，一面进行行走驱动，一面用位于各电极配置空间的各电极(12a、12b)产生等离子体电弧，对焊接线进行焊接，其特征在于，后端接头(39a、39b)设置于所述焊接对象材料(31a、31b)的焊接方向的后端，在焊接线的延伸方向，后行电极(也就是说后行极)在所述后端结束焊接，直到停止等离子体电弧为止，在焊接线的延伸方向，继续先行电极(也就是说先行极)的等离子体电弧(图7、图9、图 11、图 14、图 16)。另外，为容易理解，在括号内附注了图面所示出的后述的实施例的对应或相当组件的记号或对应事项，作以例示供参考。以下也一样。〔发明的效果〕后行极在焊接对象材料的后端结束焊接，直到停止等离子体电弧为止，继续先行极的等离子体电弧，因此直到结束焊接对象材料的焊接为止，后行极的等离子体火焰和先行极的等离子体火焰相互牵引，由于后端的后行极的等离子体火焰不产生后方偏向(图20)，因此在后端，表面接缝在后方不变成细长状，后端部的凹陷消失。〔发明的实施形态〕(2)根据上述(I)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，当通过所述后行极结束所述后端的焊接时，停止所述先行极及后行极的等离子体电弧，其后，停止所述行走驱动(图7、图9、图11、图14、图16)。(3)根据上述⑴所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，将所述焊接对象材料及后端接头以焊接对象材料的后端比前端低的姿势倾斜，使所述行走驱动成为与焊接线平行的方向(图18(b))。当把焊接对象材料设置成水平时，在焊接对象材料的后端部，通过里波形成等离子体所产生的熔融池的熔融金属被吸入于共同焊接池内，后端部的接缝容易变成减厚状态，板越厚且黏性低的金属越明显。如本实施方式这样，只要使焊接对象材料倾斜，就会通过重力而使朝向焊接方向的力施加于熔融池的熔融金属中，上述吸入受到抑制，减低后端部接缝的减厚，后端部的接缝表面变平坦。(4)根据上述(3)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，所述双电极等离子体喷枪(30)呈垂直于焊接对象材料表面的姿势。由此，双电极等离子体喷枪(30)呈垂直于焊接片31a、31b表面的姿势，因此容易地设定或调整先行极的里波形成焊接条件及后行极的共同焊接条件。(5)根据上述(I) (4)中任一项所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，将所述先行极设定在产生对焊接对象材料进行预热的等离子体电弧，将所述后电极设定在里波形成焊接的等离子体电弧，当设定于里波形成焊接的后行极位于焊接对象材料的前端之前(含前端)时，通过该后行极启动里波形成焊接的等离子体电弧，所述先行极的等离子体电弧在产生里波形成焊接的等离子体电弧的同时或其产生前进行启动，在先行或同时启动等离子体电弧的同时或该启动后，开始所述行走驱动(图7、图9、图16)。若依据此，虽产生相当于先行极/后行极间距离的预热时滞(图19 (a)、(b)的残留)，但该无预热的冷钢板区间降低了行走驱动的速度，由此能减少焊接对象材料前端的里波形成不良。只要超过预热时滞区间，就会通过先行极的预热效果，在先行极容易地焊接钢板，提闻行走驱动速度，能提闻焊接的生广性。当先行极(预热用)位于焊接对象材料的前端时，在先行极(预热用)启动等离子体电弧(预热)，由此能回避因相当于先行极/后行极间距离的预热时滞(图19(a))所造成的焊接对象材料前端的里波形成不良(图19(b)的残留)。只要通过后行极形成穿透，则通过先行极的预热效果，在后行极容易地焊接钢板，提高行走驱动速度，由此能提高焊接生产性。将焊接对象材料后端施以低速、低电流的焊接口处理(图7、图8、表I)，由此用高速、高强度电流缩短延长至后行里波形成电弧(例如穿透电弧)后方的熔融池，将流入后方的熔液拉回于后行里波电弧侧，由此能将后端表面的凹陷修正成平坦，能减少后端不良。由此，能提闻焊接对象材料如端、后端的原材料成品率。(6)根据上述⑴ ⑷项中任一项所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，将所述先行极设定在里波形成焊接的等离子体电弧，将所述后行极设定在将焊接线共同焊接的等离子体电弧，当设定于里波形成焊接的先行极位于焊接对象材料的前端之前(包含前端)时，通过该先行极启动里波形成焊接的等离子体电弧，所述后行极的等离子体电弧在启动里波形成焊接的等离子体电弧的同时或是位于焊接对象材料的前端时进行启动，在先行或同时启动等离子体电弧的同时或该启动后，开始所述行走驱动(图11、图14)。由此，则从焊接对象材料的前端交给后端，用后行极的引火气体流量较少且电流也较低的平稳等离子体电弧，在先行的里波形成电弧的紧邻后方附近，仅表面进行电弧熔融，由此使焊接表面被共同焊接，即使高速焊接也能获得凹陷较少的表面接缝。只要后行极到达焊接对象材料的前端，则提高切换先行极的等离子体电弧电流，同时提高行走驱动速度，由此能减少前端部的里波焊接的残留(图19(b))，能提高焊接的生产性。将焊接对象材料后端施以低速、低电流的焊接口处理(图11、图12、表3)，由此用高速、高强度电流缩短延长至后行的里波形成电弧(例如穿透电弧)后方的熔融池，将流入后方的熔液拉回于后行里波电弧侧，由此能将后端表面的凹陷修正成平坦，能减少后端不良。由此，能提闻焊接对象材料如端、后端的原材料成品率。(7)根据上述(5)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，当所述后行极位于焊接对象材料的前端时，同时启动所述先行极及后行极的等离子体电弧，在该启动的同时，以低速开始所述行走驱动，只要所述后行极到达所述先行极启动等离子体电弧的位置，就以高速切换所述行走驱动，且提高切换后行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者，在所述先行极即将到达焊接对象材料的后端前，将先行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者降低，只要后行极到达该后端，则将所述行走驱动的速度降低，且将后行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者降低，通过后行极的焊接口处理期间后，停止先行极及后行极的等离子体电弧(图7、表I)。若依据此，从焊接对象材料前端进入焊接对象材料范围的先行极(预热用)和位于焊接对象材料前端的后行极(里波形成焊接用)同时启动等离子体电弧，因此虽产生相当于先行极/后行极间距离的预热时滞(图16(b)的残留)，但由于行走驱动速度较低，因此焊接对象材料前端的里波形成不良减少。只要超过预热时滞区间，则由于提高行走驱动速度，因此焊接的生产性变高。焊接对象材料的后端通过低速、低电流或等离子体气体流量的焊接口处理，后端表面的凹陷被修正成平坦，后端不良变少。由此，能提高焊接对象材料前端、后端的原材料成品率。(8)根据上述(5)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，当所述先行极位于焊接对象材料的前端时，只要启动先行极的等离子体电弧(预热)，就同时以低速开始所述行走驱动，只要所述后行极到达焊接对象材料的前端，就启动后行极的等离子体电弧，当通过所述后行极形成穿透时，以高速切换所述行走驱动，且提高切换后行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者(图9、图10、表2)。若依据此，当先行极(预热用)位于焊接对象材料的前端时，由于先行极(预热用)启动等离子体电弧(预热)，因此不因相当于先行极/后行极间距离的预热时滞(图16(b))而造成焊接对象材料前端的里波形成不良。只要通过后行极形成里波(例如穿透)，则提闻行走驱动速度，因此焊接生广性提闻。(9)根据上述(6)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，当所述先行极位于焊接对象材料的前端时，只要启动先行极的等离子体电弧(里波形成焊接)，就同时以低速开始所述行走驱动，只要所述后行极到达焊接对象材的前端，就启动后行极的等离子体电弧(共同焊接)，只要所述后行极到达焊接对象材的前端，就以高速切换所述行走驱动，且提高切换后行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者，在所述先行极即将到达焊接对象材料的后端前，将先行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量的两者或一者降低，且以低速切换所述行走驱动，在后端，停止先行极及后行极的等离子体电弧(图11、图12、表3)。由此，则从焊接对象材料的前端至后端，通过后行极的等离子体，使焊接表面被共同焊接，即使高速焊接也能获得凹陷较少的表面接缝，焊接的生产性提高。只要后行极到达焊接对象材料的前端，就提高切换先行极的等离子体电弧电流，且同时提高行走驱动速度，因此焊接生产性提高。焊接对象材料的后端，通过低速、低电流或低等离子体气体流量的焊接口处理，将后端表面的凹陷修正成平坦，后端不良减少。由此，能提高焊接对象材料前端、后端的原材料成品率。(10)根据上述(I) ⑷项中任一项所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，将前端接头(38a、38b)设置于所述焊接对象材料(31a、31b)的焊接方向前端，当所述先行极及后行极位于所述焊接对象材料(31a、31b)的前端之前(包含前端)时，在两极同时启动等尚子体电弧(图13、图14、图16)。由此，则在焊接对象材料的前端、后端的外侧进行等离子体电弧的启动和停止，因此在如端、后端不广生焊接不良。焊接对象材料如端、后端的原材料成品率提闻。依照板厚或材质，在前端及后端，减低后行里波形成焊接侧的电流或等离子体气体的流量、焊接速度，进行前端部的焊接残留或后端部的焊接口处理。(11)根据(4)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，只要两极同时启动等离子体电弧，就开始所述行走驱动(图14、图16)。(12)根据上述(10)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，将所述先行极设定在里波形成焊接的等离子体电弧，将所述后行极设定将焊接线共同焊接的等离子体电弧，当设定于里波形成焊接的先行极位于焊接对象材料的前端之前(包含前端)时，通过该先行极启动里波形成焊接的等离子体电弧，所述后行极的等离子体电弧在启动里波形成焊接的等离子体电弧的同时或位于焊接对象材料的前端时进行启动，在先行启动或同时启动等离子体电弧的同时或在该启动后，开始所述行走驱动(图14、图15、表4)。(13)根据上述(10)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，将所述先行极设定在产生预热焊接对象材料的等离子体电弧，将所述后行极设定在里波形成焊接的等离子体电弧，当设定于里波形成焊接的后行极位于焊接对象材料的前端以前(包含前端)时，通过该后行极启动里波形成焊接的等离子体电弧，所述先行极的等离子体电弧在产生里波形成焊接的等离子体电弧的同时或在其前进行启动，在先行启动或同时启动等离子体电弧的同时或在该启动后，开始所述行走驱动(图16、图17)。(14)根据上述(I)所述的采用双电极等离子体喷枪(30)的焊接方法，其中，在焊接中的双电极等离子体喷枪(30)和焊接对象材料(W)的相对移动中，前端接头(113)的前端面与焊接对象材料(W)的始端相对，并且该前端接头(113)与所述双电极等离子体喷枪
(30)的前端相对，从焊接电弧进行启动的待机位置(图二 13)，在所述相对的移动方向(y)向所述前端面从所述双电极等离子体喷枪(30)及焊接对象材料(W)离开的退避位置(图二 18)，或者相反方向，以可移动方式支承所述接头(113)，通过所驱动的前端接头驱动单元(105、111)，将所述前端接头(113)置于所述待机位置(图二 13)，所述焊接对象材料(W)的所述相对移动的方向(y)的前端抵接于所述前端接头(113)的前端面时，或是即将该抵接前或即将该抵接后，在先行极(20b)及后行极(20a)启动等离子体电弧(图23至图28)。由此，则在双电极等离子体喷枪(30)和前端接头(113)的间产生等离子体电弧，启动电弧的稳定性较高。电弧启动后，通过焊接对象材料，将前端接头(113)推向退避方向，或是用驱动单元(105、111)将前端接头(113)驱动至退避方向，只要前端接头(113)的前端面从双电极等离子体喷枪(30)离开，就能用驱动单元(105、111)将前端接头(113)驱动至退避位置。驱动至退避位置后，只要焊接结束后的焊接对象材料(W)相对地通过前端接头(113)，就会用驱动单元(105、111)使前端接头(113)返回待机位置，等待下一个焊接对象材料的到来，能同样进行焊接对象材料的焊接。前端接头(113)的待机位置/退避位置间的移动通过驱动单元(105、111)自动进行，因此能稳定启动焊接电弧，而且能高效率进行多数个短条状产品的连续性生产。(15)根据上述(14)所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其中，所述前端接头驱动单元(105、111)包含 第I驱动单元(111)，从所述待机位置(图二 13)，在所述相对移动的方向(y)向该前端接头的前端面从所述双电极等离子体喷枪(30)离开的设定位置(图二 17)，或者相反方向，以可移动方式支承并驱动所述前端接头(113);以及第2驱动单元(105)，从作用位置(图23至图27)到非作用位置(图28)，或者沿相反方向，以可移动方式支承并驱动该第I驱动单元(图23至图28)，该作用位置是将所述前端接头(113)从所述待机位置向所述设定位置(图27)或沿相反方向驱动的位置(图23至图27)，该非作用位置是所述前端接头(113)成为所述退避位置的位置。(16)根据上述(15)所述的采用双电极等离子体喷枪(30)的焊接方法，其中，第I驱动单元(111)及第2驱动单元(105)分别包含气缸(图23至图28)。(17)根据上述(14)所述的采用双电极等离子体喷枪(30)的焊接方法，其中，所述前端接头(113)是用高导磁率的盖(114)被覆抵接于高热传导性基体中的至少所述焊接对象材料(W)始端的前端部(113p)的下面。由此，即使当焊接电弧(PA - T)位于焊接对象材料(W)的焊接始端部(TP - A)时，亦如图29所示，电弧所感应的磁通移动到前方高导磁率的盖(114)而往前方扩散，因此与作用于焊接电弧(PA — T)的焊接对象材料移送方向(y箭头方向)反向的力较小，焊接电弧(PA - T)的横偏向变小，焊接始端的焊接缝变平坦。(18)根据上述(17)所述的采用双电极等离子体喷枪(30)的焊接方法，其中，在所述双电极等离子体喷枪装备有所述前端接头装置(图23至图28)。(19)根据上述(14)所述的采用双电极等离子体喷枪(30)的焊接方法，其中，将前端接头(113p)置于所述待机位置，在移送的所述焊接对象材料(W)的始端抵接于该前端接头(113p)的前端面时或是在其即将抵接前或其即将抵接后，在先行焊接电极和该前端接头(113p)之间，启动穿透焊接等离子体电弧，且在后行电极和该前端接头(113p)之间，启动共同焊接等离子体电弧，所述焊接对象材料(W)的始端通过所述2个喷嘴的紧邻下方，且所述前端接头(113p)的前端面成为不干涉所述等离子体喷枪(30)的位置后，将所述先端接头(113p)向所述退避位置驱动，只要所述焊接对象材料(W)的终端脱离等离子体电弧，则停止等离子体电弧，其后，焊接对象材料(W)移动至不干涉所述前端接头往所述待机位置移动的位置后，将该前端接头(113p)置于所述待机位置(图25)。
由此，穿透焊接及共同焊接的等离子体电弧(PA — L、PA — T)的启动稳定，并且能高效率进行多数个短条状产品的连续性生产。尤其是，当使用上述(17)的前端接头装置时，当后行等离子体电弧(PA - T)位于焊接对象材料(W)的焊接始端部(TP - A)时，也如图29所示，电弧所感应的磁通移至前方的高导磁率的盖(114)而往前方扩散，因此与作用于后行等离子体电弧(PA - T)的焊接对象材料移送方向(y箭头方向)反向的力变小，后行等离子体电弧(PA — T)的横偏向变小，焊接始端的焊接缝变平坦。本发明的其它目的及特征，参照附图，依据以下实施例的说明应能明了。
图1(a)是框图，表示实施本发明的双电极等离子体喷枪的焊接方法的焊接装置的系统构成的一个例子，表示对焊接对象材料即焊接片31a、31b，将双电极等离子体喷枪30进行行走驱动的状态。图1(b)是框图，表示对双电极等离子体喷枪30，将焊接片31a、31b进行行走驱动的状态。图2是图1所示的双电极等离子体喷枪30的纵截面y — ζ的放大图。图3是图1所示的双电极等离子体喷枪30的纵截面X - ζ的放大图。图4(a)是在IVa — IVa线方向，仰视图2所示的双电极等离子体喷枪30前端的仰视图，图4(b)是在图3所示的IVb -1Vb线方向仰视图2所示的双电极等离子体喷枪30前端的仰视图，图4(c)是在IVc -1Vc线方向，俯视图2所示的双电极等离子体喷枪30前端的横截面图。图5(a)是表示从喷枪本体拆下图2所示的等离子体喷枪前端的镶装刀片及内罩6的纵截面图，图5(b)是仅表示图5(a)所示的刀片基体I和内罩6的纵截面图，图5(c)是从喷嘴构件20a、20b拆下图5 (a)所示的螺帽25a、25b，从刀片基体I拔出喷嘴构件，同时表示螺帽25a、25b的前视图(外观图)。图6 (al)是图5 (C)所示的喷嘴构件20a的纵截面图，图6 (a2)是该喷嘴构件20a的仰视图。图6(bl)是取代图2所示的喷嘴构件20a、20b中的一者或两者，能装备于刀片基体I的第I变形形态的喷嘴构件20c的纵截面图，图6(b2)是该喷嘴构件20c的仰视图。图6 (Cl)是取代图2所示的喷嘴构件20a、20b中的一者或两者，能装备于刀片基体I的第2变形形态的喷嘴构件20d的纵截面图，图6(c2)是该喷嘴构件20d的仰视图。图7是使用图1(a)所示的焊接装置，实施本发明的第I实施例的焊接方法时，表示双电极等离子体喷枪30对焊接片31a、31b的相对位置，图7(1)是表示将进行穿透焊接的后行极置于焊接片31a、31b的前端，开始焊接的位置，图7(2)是表示开始焊接时，在进行预热的先行极相对向的位置，后行极到达相对的位置，图7(3)是表示稳定焊接状态的位置，图7(4)是表示先行极即将到达焊接片31a、31b的后端前的位置，图7 (5)是表示后行极到达焊接片31a、31b的后端的位置，以及图7(6)是表示焊接结束后，停止行走驱动的位置。图8是时序图，表示本发明第I实施例的焊接方法的焊接电流及等离子体气体对先行极、后行极的供应量切换的时点及停止时点、及焊接行走(速度)的停止时点的概要(基本图形)，时点Tl T4是先行极分别对应图7 (3)至图7 (6)所示的位置。图9是使用图1(a)所示的焊接装置，实施本发明的第2实施例的焊接方法时，表示双电极等离子体喷枪30对焊接片31a、31b的相对位置，图9 (I)是表示将进行预热的先行极置于焊接片31a、31b的始端，开始焊接的位置，图9(2)是表示进行穿透焊接的后行极到达焊接片31a、31b的前端的位置，图9(3)是表示稳定焊接状态的位置，图9 (4)是表示后后行极到达焊接片31a、31b的后端的位置，以及图9(5)是表示焊接结束后，停止行走驱动的位置。
图10是时序图，表示本发明第2实施例的焊接方法的焊接电流及等离子体气体对先行极、后行极的停止时点及焊接行走(速度)的停止时点的概要(基本图形)，时点Tl T3是先行极分别对应图9(3)至图9(5)的位置。图11是使用图1 (a)所示的焊接装置，实施本发明的第3实施例的焊接方法时，表示双电极等离子体喷枪30对焊接片31a、31b的相对位置，图11 (I)是表示将进行穿透焊接的先行极置于焊接片31a、31b的前端，开始焊接的位置，图11 (2)是表示进行预热的后行极到达焊接片31a、31b前端的位置，图11 (3)是表示稳定焊接状态的位置，图11 (4)是表示先行极即将到达焊接片31&、3113后端的位置，图11(5)是表示后行极即将到达焊接片31a、31b后端的位置，以及图11(6)是表示焊接结束后，停止行走驱动的位置。图12是时序图，表示本发明第3实施例的焊接方法的焊接电流及等离子体气体对先行极、后行极的供应量切换的时点及停止时点、以及焊接行走速度的切换时点的概要(基本图形)，时点Tl T4是分别对应图九(3) 图九(6)的位置。图13是使用图一(a)所示的焊接装置及前端、后端接头，实施本发明的焊接方法时，表示双电极等离子体喷枪30对焊接片31a、31b的相对位置，图13(a)是表示开始焊接时点的焊接线截面，图13(b)是表示焊接线的平面(焊接片的表面)。图13(c)是表示焊接结束时点的焊接线截面。图14是使用图一(a)所示的焊接装置，实施本发明的第4实施例的焊接方法时，表示双电极等离子体喷枪30对焊接片31a、31b的相对位置，图14(1)是表示将进行穿透焊接的先行极置于焊接片31a、31b的前端，开始焊接的位置，图14(2)是表示进行预热的后行极到达焊接片31a、31b前端的位置，在进行预热的先行极相对的位置，图14(3)是表示稳定焊接状态的位置，图14(4)是表示后行极到达焊接片31a、31b后端的位置，以及图14 (5)是表示焊接结束后，停止行走驱动的位置。图15是时序图，表示本发明第4实施例的焊接方法的焊接电流及等离子体气体对先行极、后行极的供应、停止时点和供应量切换的时点以及焊接速度的切换时点的概要(基本图形)，时点Tl T3是对应图14所示的时点Tl T3。图16是使用图1(a)所示的焊接装置，实施本发明第5实施例的焊接方法时，表示双电极等离子体喷枪30对焊接片31a、31b的相对位置，图16(1)是表示将进行共同焊接的先行极置于焊接片31a、31b的前端，开始焊接的位置，图16(2)是表示稳定焊接状态的位置，图16(3)是表示进行穿透焊接的后行极到达焊接片31a、31b后端的位置，以及图16(4)是表示焊接结束后，停止行走驱动的位置。图17是时序图，表示本发明第5实施例的焊接方法的焊接电流及等离子体气体对先行极、后行极的停止时点和焊接行走的停止时点的概要(基本图形)，时点Tl T4是分别对应图16所示的(I) (4)的位置。图18(a)是表示先行极的穿透焊接的熔融池的熔融金属被吸入于后行极的共同焊接的熔融池的状态的焊接线部位的截面图。图18(b)是表示为防止吸入，焊接片31a、31b及双电极等离子体喷枪30朝下进行方向倾斜状态的焊接线部位的截面图。图19(a)是表示对进行预热的先行极，使进行穿透焊接的后行极离开，由此将后行极置于焊接片31a、31b的前端，与先行极同时启动焊接时，焊接片前端部的预热时滞(预热不足范围)的截面图。图19(b)是用虚线表示因预热时滞所造成的穿透焊接不良范围(残留)的侧视图。图20(a)是表示，依据本发明，将后端接头设置于焊接片31a、31b的后端，后行极的等离子体火焰位于焊接片范围之间，当先行极的等离子体火焰位于拆下焊接片的后端接头39a、39b的范围时也继续先行极的等离子体电弧，双电极等离子体喷枪30对焊接片31a、31b的相对位置的纵截面图，图20(b)是表示图20(a)上的B — B线截面的焊接缝的横截面图。图21 (a)是表示双电极等离子体喷枪30位于焊接片31a、31b的前端和后端间的稳定焊接区域之间的先行极、后行极的等离子体火焰相互作用的纵截面图，图21(b)是表示，通过先行极、后行极的等离子体火焰被焊接片感应的磁通分布的平面图，图21(c)是表示图21 (a)上的C 一 C线截面的焊接缝的横截面图。图22 (a)是表示双电极等离子体喷枪30到达焊接片未附后端接头的后端，由于先行极拆下该后端，因此停止先行极的等离子体电弧时，后行极的等离子体火焰偏向后方时的焊接片31a、31b和双电极等离子体喷枪30的纵截面图，图22(b)是表示通过后行极的等离子体火焰被焊接片感应的磁通分布的平面图，图22(c)是表示图22(a)上的C 一 C线截面出现有凹陷的焊接缝的横截面图。图23是本发明第6实施例所使用的前端接头装置的侧视图，焊接对象材料是平行于图23的纸面从左往右(在y箭头方向)被运送。图24(a)是表示将图23所示的前端接头113放大的立体图，图24(b)及图24(c)是表示将前端接头113分解的立体图，图24(b)是表示前端接头113的基体113b(高热传导体)，图24(c)是表示覆盖基体113b的突出舌片部113p的下面和两侧面的高导磁率的软铁制的盖114。图25是图23所示的前端接头装置动作的时序图。图26是表示，在图23所示的前端接头装置的前端接头113的前端面，抵接往y方向运送的焊接对象材料W的前端面的等离子体喷枪30启动电弧的瞬间的侧视图。图27是表示通过所启动的等离子体电弧进行焊接，前端接头113的前端面从等离子体喷枪30的紧邻下方拆下的瞬间，图23所示的前端接头装置的侧视图。图28是表示将图23所示的前端接头装置的前端接头113置于退避位置的状态的侧视图。图29(a)是如图27所示，焊接对象材料W的前端部相对于后行喷嘴构件20b下方时，表示后行等离子体电弧PA - T的形状和磁通分布的概要的放大纵截面图，图29(b)是放大平面图。图30(a)是表示使用省略高导磁率的盖114的低导磁率的前端接头113时，焊接对象材料W的前端部相对向于后行喷嘴构件20b下方时，表示后行等离子体电弧PA — T的形状和磁通分布的概要的放大纵截面图，图30(b)是放大平面图。
具体实施例方式(实施例)图1(a)是表示实施本发明的双电极等离子体喷枪的焊接方法的焊接装置的系统构成的一个例子，在本实施例中，在与纸面垂直的水平方向X，相对端面进行接触而形成焊接线的焊接片31a及31b固定，双电极等离子体喷枪30用省略图示的行走机构支承，以喷枪行走用马达36相对于该焊接线，从比焊接线左侧的始端(焊接片前端)更左侧到右侧终端(焊接片后端)的右侧，在平行于焊接线的方向y进行行走驱动。另外，在本发明的实施方式中，也可以是这样一种方式，取代行走驱动双电极等离子体喷枪30，如图一(b)所示，固定设置双电极等离子体喷枪30，用行走台支承焊接片31a及31b，经由行走机构，用工件行走用马达从焊接片的始端比喷枪30更右侧的位置到焊接片的始端比喷枪30更左侧的位置，在平行于焊接线的方向y，使行走台进行行走驱动。然而，为了便于说明，以下，表示行走驱动前者即双电极等离子体喷枪30的状态。再次参照图1 (a)，进行焊接控制的并列运转控制盘35是计算机控制电路，其主要组件有CPU及内置了内存的程序器(微机)、显示器及操作板(触控面板等)，操作者执行程序化的双电极等离子体电弧焊接控制程序。双电极等离子体喷枪30内设2组等离子体电弧产生机构，焊接电流-气体供应装置32a及32b执行一组和另一组的等离子体电弧的
启动、停止。并列运转控制盘35对这些焊接电流-气体供应装置32a及32b分别给予各等离子体电弧电流、各等离子体气体流量及启动、停止指令，焊接电流-气体供应装置32a、32b依照各指令，启动各等离子体电弧，进行切换等离子体电弧电流-切换气体流量及进行停止，再者，将各组的状态信息提供给并列运转控制盘35。并列运转控制盘35也对进行喷枪行走用马达36的驱动、停止及速度控制的马达驱动器(马达控制器:图标略)，给予启动(行走)、停止及速度的指令，该马达驱动器依照指令，进行马达36的启动、停止及速度变更，并且测量喷枪30的行走驱动位置(在焊接方向y相对于焊接片的位置)，将位置数据提供给并列运转控制盘35。并列运转控制盘35参照该位置数据，用以切换过程控制的内容(图
8、表 I)。图2是表示图1所示的双电极等离子体喷枪30 —部分的纵截面放大图。镶装刀片的刀片基体I将嵌入罩6用螺丝锁紧于刀片台5，由此固定于刀片台5。刀片台5被固定于绝缘本体7，在绝缘本体7固定有电极台10a、10b及绝缘垫片11。屏蔽罩8固定于绝缘本体7。2分割为在外筒14的直径方向分离的第I电极台IOa和第2电极台IOb,以绝缘垫片11进行分离。图示的镶装刀片在刀片基体I安装2个喷嘴构件20a、20b，详细参照的图5，在各喷嘴构件20a、20b中，在其中央，有喷嘴3a、3b张开的伞部21a、21b ;连接于该伞部的干部22a、22b ;以及连接于该干部的阳螺纹部24a、24b ;在所述干部和阳螺纹部之间有密封材料即O形环23a、23b，在内部有连通于所述喷嘴3a、3b的电极配置空间2a、2b。在刀片基体I有:冷却水循环孔If、lg，其插通于从各喷嘴构件的所述阳螺纹部到干部插通的各喷嘴构件插入孔18a、18b及各喷嘴构件插入孔的各喷嘴构件的伞部抵接于前端平面ld、le，由此形成关闭喷嘴构件插入孔的一部分，在其与干部之间，形成冷却水流通空间；接水孔Ih (图4);出水孔Ii ;连接邻接冷却水循环孔的横向通水孔Ij ;将冷却水循环孔If连接于接水孔Ih的横向通水孔Ik ;以及将冷却水循环孔Ig连接于出水孔Ii的横向通水孔11。如图5(a)所示，将螺帽25a、25b螺合于喷嘴构件20a、20b的阳螺纹部24a、24b，并锁紧于刀片基体1，由此将喷嘴构件20a、20b结合于刀片基体I。
再次参照图2，喷嘴构件20a、20b的电极配置空间2a、2b分布于与刀片基体I的中心轴(ζ)垂直的同一直径线(y)，从该中心轴以等距离平行延伸于中心轴(ζ)。连接于电极配置空间2a、2b的喷嘴3a、3b在本实施例中，与电极配置空间2a、2b的中心轴同心，而与母材31a、31b相对。这些喷嘴3a、3b在本实施例中，也分布于与刀片基体(外筒14)的中心轴(ζ)垂直的同一直径线(y)上，平行于该中心轴且位于等距离。前端部插入于各电极配置空间2a、2b的第I电极12a、第2电极12b贯通绝缘本体
7,用螺丝13a、13b固定于各电极台10a、IOb,用定位石9a、9b定位于各电极配置空间2a、2b的轴心位置。在与尖头基体I的母材31a、31b相对向的前端面(下端面)，连接于各电极配置空间2a、2b的喷嘴3a、3b开口。连接喷嘴3a、3b的直线(y)的延伸方向是焊接方向。刀片基体I在该直线(y)的延伸方向(焊接方向)是如图2所示的宽度，但在与该直线(y)垂直的方向(X)即焊接对象的槽宽度方向是楔状，侧面成为倾斜面la、Ib (图4(a))。也参照图4(a)来表示喷枪前端面(图2上喷嘴张开的下端面)，在刀片基体I前端的中心轴位置有前端突起Ic,在成为焊接方向的y方向,在该前端突起Ic的两侧有前端平面1(1、16，用以承接喷嘴构件20&、2(^的伞部21a、21b的背面。在各前端平面Id、Ie的中央位置，有喷嘴构件插入孔18a、18b (图5(b))。将插入于喷嘴构件插入孔18a、18b的喷嘴构件20a、20b的伞部21a、21b的圆弧的一部分删除成直线状的切口面26a、26b是紧密接触于前端突起Ic的侧面即卡止面，即进行卡合。由此阻止以喷嘴构件20a、20b对刀片基体I的中心轴为中心的旋转。这种卡合是将喷嘴构件20a、20b插入于镶装刀片基体1，用螺帽25a、25b螺合固定时，起到了防止喷嘴构件20a、20b旋转的功能，以及从刀片基体I拆下喷嘴构件20a、20b，当缓缓旋转螺帽25a、25b时，起到了防止嘴构件20a、20b旋转的功能。这种卡合进一步也可以有以下功能，将喷嘴轴对尖头基体中心轴(ζ)倾斜的喷嘴构件20c、20d(图6)的该喷嘴轴的倾斜方向固定(设定)于焊接方向(y)。喷嘴构件插入孔18a、18b的前端平面Id、Ie侧的部分成为大口径的冷却水循环孔If、lg,在冷却水循环孔If、Ig与贯通其中的干部22a、22b的外周面之间形成有冷却水流通空间(冷媒流通空间)。`图4(c)是表示刀片基体I的横截面(图2上的IVc — IVc线截面)。在刀片基体I有:接水孔lh、出水孔l1、连接冷却水循环孔lf、lg的横向通水孔lj、将冷却水循环孔If连接于接水孔Ih的横向通水孔lk、以及将冷却水循环孔Ig连接于出接水孔Ii的横向通水孔11。图3是表示与图2的截面垂直的截面。刀片基体I的接水孔Ih连通于水流管16a，出水孔Ii连通于水流管16b。参照图4(c),注入于水流管16a的冷却水通过电极台10a、绝缘本体7及刀片台5的水流路，在流入刀片基体I的接水孔lh，流至孔底，从这里通过横向通水孔Ik再流入水循环孔If和干部22a的外周面间的冷却水流通空间，接着，通过横向通水孔I j，流入水循环孔Ig和干部22b的外周面间的冷却水流通空间，接下来，通过横向通水孔11后流入水流管16b，然后，从喷枪外部流出。冷却水在水循环孔If和干部22a的外周面间的冷却水流通空间及水循环孔Ig和干部22b的外周面间的冷却水流通空间流动期间，喷嘴构件20a、20b的干部22a、22b被有效冷却，而且冷却水在接水孔lh、横向通水孔lk、水循环孔If、横向通水孔lj、水循环孔lg、横向通水孔11、以及出水孔Ii流动期间，刀片基体I被有效冷却，因此镶装刀片的冷却能力较高。焊接时，喷嘴构件20a、20b也最快被加热，但其外周面由于直接接触冷却水而冷却，因此喷嘴构件20a、20b的使用寿命较长。再次参照图2，引火气体通过引火气体管15a、15b及电极插入空间进入电极配置空间2a、2b，在电极前端部形成等离子体电弧，通过喷嘴3a、3b从喷枪的前端面喷出。屏蔽气体通过屏蔽气体管(图示略)进入内罩7和屏蔽罩8间的圆筒状空间，然后从喷枪前端向焊接对象材料即焊接片31a、31b喷出。如图2所示，在电极12a、12b和刀片20之间，使产生点火电弧的点火电源34a、34b、及电极12a、12b和焊接片31a、31b之间，电极侧流过负的等离子体电弧电流，焊接片侧流过正的等离子体电弧电流的等离子体电弧电源33a、33b。点火电源34a、34b及等离子体电弧电源33a、33b位于焊接电流-气体供应装置32a、32b，等离子体电弧电源33a、33b都能设定预热、穿透焊接(正式焊接)及共同焊接的焊接条件，将2个电极12a、12b中的任一个作为在焊接方向先行的先行极，或将先行极和后行极中的任一个设定于穿透焊接，另一极成为先行极时，将其预热成为后行极时，将其设定于共同焊接，能设定各等离子体电弧电流。图2是表示将先行极12b设定于预热，将后行极12a设定于穿透焊接的焊接状态。等离子体电弧19a和19b因彼此磁干涉而相互牵引的力动作，电弧如图示的那样成为稍弯曲的电弧。通过各点火电源34a、34b，使在各电极12a、12b和刀片I之间产生点火电弧，在电极12a、12b和焊接片31a、31b之间，电极侧流过负的等离子体电弧电流，母材侧流过正的等离子体电弧电流的等离子体电弧电源33a、33b，通过在焊接方向供电给先行电极12b的等离子体电弧电源33b及在焊接方向供电给后行电极12a的等离子体电弧电源33a，产生焊接电弧(等离子体电弧)，等离子体电弧电流就会在各电极12a、12b和焊接片31a、31b之间流动，能实现单熔融池双电弧焊接。图2是表示用先行极12b进行预热，用后行极12a进行共同焊接(正式焊接)的方式，但也能实施用先行极12b进行穿透焊接，用后行极12a进行共同焊接(平坦化焊接)的方式。也就是说，后行电极12a的共同焊接的等离子体电弧接触用先行电极12b的穿透焊接所生成的熔融池后，例如，后行的共同焊接使高速的穿透焊接所发生的表面接缝的较深的凹陷平整。由此，即使高速也能获得凹陷较少的焊接缝。图6(bl)是取代图2所示的喷嘴构件20a及/或20b而使用的第I变形形态的喷嘴构件20c的纵截面，图6 (b2)是表示该喷嘴构件20c的底面(前端面)。图2所示的喷嘴构件20a、20b的喷嘴3a、3b的中心轴与喷嘴构件的中心轴同心。然而，喷嘴构件20c的喷嘴3c对于喷嘴构件20c的中心轴倾斜，因此只要将该喷嘴构件20c安装于刀片基体I，就会在其切口面26c卡合于刀片基体I的前端突起Ic的状态下，喷嘴3c的中心轴倾斜于从刀片基体的中心轴(喷嘴构件插入孔的中间点)离开的方向。也就是说，对基体I的中心轴倾斜于焊接方向(y)的前方侧(成为先行喷嘴时)或倾斜于后方侧(成为后行喷嘴时)，能扩大极间(前后焊接点间的距离)的焊接。图6 (Cl)是取代图2所示的喷嘴构件20a及20b而使用的第2变形形态的喷嘴构件20d的纵截面图，图6 (c2)是该喷嘴构件20d的底面(前端面)图。喷嘴构件20d的喷嘴3d对喷嘴构件20d的中心轴，倾斜于与喷嘴3c的反方向，因此只要将该喷嘴构件20d安装于刀片基体I，就会在其切口面26d卡合于尖头基体I的前端突起Ic的状态下，喷嘴3d的中心轴倾斜于靠近尖头基体I的中心轴(喷嘴构件插入孔的中间点)的方向。也就是说，在焊接方向(y)，以靠近刀片基体I的中心轴的方式倾斜，后行极的等离子体电弧对焊接行进方向成为前进角，焊接成为更稳定的状态。另外，作为将喷嘴构件安装于刀片基体I的镶装刀片，有:(I)图2、图5所示的方式；(2)将图2所示的喷嘴构件20a更换为喷嘴构件20c，将喷嘴构件20c在焊接方向(y)作为先行喷嘴的方式；(3)将图2所示的喷嘴构件20b更换为喷嘴构件20c，将喷嘴构件20c作为后行喷嘴的方式；(4)将图2所示的喷嘴构件20a、20b共同作为喷嘴构件20c形态的方式；(5)将图2所示的喷嘴构件20a更换为喷嘴构件20d，将喷嘴构件20d作为先行喷嘴的方式；(6)将图2所示的喷嘴构件20b更换为喷嘴构件20d，将喷嘴构件20d作为后行喷嘴的方式；(7)将图2所示的喷嘴构件20a、20b共同作为喷嘴构件20d形态的方式；(8)将图2所示的喷嘴构件20a、20b更换为喷嘴构件20c、20d，将喷嘴构件20c作为先行喷嘴的方式；以及(9)将图2所示的喷嘴构件20a、20b更换为喷嘴构件20c、20d，将喷嘴构件20d作为先行喷嘴的方式。对应焊接对象板厚及所需要的焊接电流、焊接速度、及焊接质量(例如所需要的接缝形状)，能选择上述(I) (9)方式中的任一个方式。图20 图22表示将图2所示的喷嘴构件20a更换为图6 (cl)、(c2)所示的喷嘴构件20d的方式，将图2所示的喷嘴构件20b更换为图6(bl)、(b2)所示的喷嘴构件20c的方式。另外，以下的任一个实施例皆与图20至图22所示的方式相同，将图2所示的喷嘴构件20a更换为图6(c I)、(c2)所示的喷嘴构件20d，将图2所示的喷嘴构件20b更换为图6 (bl)、(b2)所示的喷嘴构件20c，使用前进角喷嘴的方式。以下表示本发明的使用双电极等离子体喷枪的焊接方法的实施例。(第I实施例)1.后行穿透模式(先行极、后行极同时点火)(图7、图8、表I)第I实施例使用双电极等离子体喷枪30，其具备镶装刀片1，该镶装刀片I具有2个电极配置空间2a、2b及分别与各电极配置空间连通的2个喷嘴3a、3b ;将后端接头39a、39b设置于焊接片31a、31b的后端，使所述2个喷嘴的排列方向与焊接线平行，并使该喷枪30相对于焊接片31a、31b在沿焊接线的方向，一面进行行走驱动，一面用位于各电极配置空间的各电极12a、12b产生等离子体电弧，对焊接线进行焊接。在本实施例及后述的所有实施例中，后端接头39a、39b是在成为等离子体火焰的紧邻下方的位置的细缝张开的水冷铜接头，后述的前端接头38a、38b也是相同的水冷铜接头，但也可以是这样一种方式，取代细缝，在该处使用形成凹槽之物。在第I实施例中，先行极设定在预热等离子体电弧，后行极设定在穿透等离子体电弧，如图7(1)所示，当后行极(喷嘴构件20a)位于焊接片31a、31b的始端时，同时启动先行极(喷嘴构件20b)及后行极的等离子体电弧，在该启动的同时，以低速开始双电极等离子体喷枪30的行走驱动。
如图7(2)所示，只要后行极、先行极到达启动等离子体电弧的位置，就以高速切换喷枪30的行走驱动，而且提高切换后行极的等离子体电弧电流及后行极的高的等离子体气体流量。其后，如图7(3)所示，继续相同条件。接着，如图7(4)所示，在先行极即将到达焊接片31a、31b的后端前，降低先行极的等离子体电弧电流，在焊接片31a、31b的后端，停止先行极的等离子体电弧，如图7(5)所示，只要后行极到达该后端，就降低所述行走驱动的速度，且降低后行极的等离子体电弧电流，通过后行极的焊接口处理期间后，停止后行极的等离子体电弧。其后，停止喷枪的行走驱动(图7(6))。图8是表示切换先行极到达图7 (3) (6)所示的各位置的时点Tl T4的焊接电流、等离子体气体流量及焊接速度的基本图形，表I表示第I实施例所采用的焊接条件值。其将焊接片31a、31b作为板厚3.6mm(厚板)、长度200mm的软钢，在焊接顺序程序中，从焊接开始(步骤1)到焊接结束(步骤12)，针对12个步骤中的各步骤而设定焊接条件值。在步骤期间，继续维持先行步骤的焊接条件值。另外，所谓喷嘴倾斜角20°前进角是指喷嘴在焊接方向1的前方方向倾斜20°，将进入图2所示的先行极12b的喷嘴构件20b更换为图6(bl)、(b2)所示的喷嘴构件20c，将进入图2所示的后行极12a的喷嘴构件20a更换为图6 (cl)、(c2)所示的喷嘴构件20d，由此实现喷嘴倾斜角20°前进角。(表 1)
权利要求
1.一种采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，使用双电极等离子体喷枪，该双电极等离子体喷枪具备镶装刀片，该镶装刀片具有2个电极配置空间和分别与各电极配置空间连通的2个喷嘴，使所述2个喷嘴的排列方向与焊接线平行，并使该喷枪和焊接对象材料中的至少一方在沿焊接线的方向，一面进行行走驱动，一面用位于各电极配置空间的各电极产生等离子体电弧，对焊接线进行焊接， 该焊接方法的特征在于， 在所述焊接对象材料焊接方向的后端设有后端接头，在焊接线的延伸方向，后行电极即后行极在所述后端结束焊接，直到停止等离子体电弧为止，在焊接线的延伸方向，继续先行电极即先行极的等离子体电弧。
2.根据权利要求1所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 当通过所述后行极结束所述后端的焊接时，停止所述先行极及后行极的等离子体电弧，然后停止所述行走驱动。
3.根据权利要求1所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 将所述焊接对象材料及后端接头以焊接对象材料的后端较前端更低的姿势倾斜，使所述行走驱动成为与焊接线平行的方向。
4.根据权利要求3所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 所述双电极等离子体喷枪呈垂直于焊接对象材料表面的姿势。
5.根据权利要求 1至4中任一项所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 将所述先行极设定在产生对焊接对象材料进行预热的等离子体电弧，将所述后电极设定在里波形成焊接的等离子体电弧， 当设定于里波形成焊接的后行极位于焊接对象材料的前端之前时，通过该后行极启动里波形成焊接的等离子体电弧， 所述先行极的等离子体电弧在产生里波形成焊接的等离子体电弧的同时或其产生前进行启动，在先行或同时启动等离子体电弧的同时或该启动后，开始所述行走驱动。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 将所述先行极设定在里波形成焊接的等离子体电弧，将所述后行极设定在对焊接线进行共同焊接的等离子体电弧， 当设定于里波形成焊接的先行极位于焊接对象材料的前端之前时，启动该先行极的里波形成焊接的等离子体电弧， 所述后行极的等离子体电弧在启动里波形成焊接的等离子体电弧的同时或位于焊接对象材料的前端时进行启动，在先行或同时启动等离子体电弧的同时或该启动后，开始所述行走驱动。
7.根据权利要求5所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 当所述后行极位于焊接对象材料的前端时，同时启动所述先行极及后行极的等离子体电弧，在进行该启动的同时，低速地开始所述行走驱动， 只要所述后行极到达所述先行极启动等离子体电弧的位置，就高速地切换所述行走驱动，且提高切换后行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者，在所述先行极即将到达焊接对象材料的后端前，将先行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者降低，只要后行极到达该后端，就将所述行走驱动的速度降低，且将后行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者降低，在后行极的焊接口处理期间后，停止先行极及后行极的等离子体电弧。
8.根据权利要求5所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 当所述先行极位于焊接对象材料的前端时，在启动先行极的等离子体电弧的同时，低速地开始所述行走驱动，只要所述后行极到达焊接对象材料的前端，就启动后行极的等离子体电弧， 当通过所述后行极形成穿透焊接时，高速地切换所述行走驱动，且提高切换后行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者。
9.根据权利要求6所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 当所述先行极位于焊接对象材料的前端时，在启动先行极的等离子体电弧的同时，低速地开始所述行走驱动，只要所述后行极到达焊接对象材料的前端后，就启动后行极的等离子体电弧， 只要所述后行极到达焊接对象材料的前端，就高速地切换所述行走驱动，且提高切换先行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者， 在所述先行极即将到达焊接对象材料的后端前，将先行极的等离子体电弧电流及等离子体气体流量中的两者或一者降低，且低速地切换所述行走驱动，在后端，停止先行极及后行极的等离子体电弧。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 前端接头设置于所述焊接对象材料的焊接方向的前端，当所述先行极及后行极位于所述焊接对象材料的前端之前时，于两极同时启动等离子体电弧。
11.根据权利要求4所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 只要在两极同时启动等离子体电弧，就开始所述行走驱动。
12.根据权利要求10所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 将所述先行极设定在里波形成焊接的等离子体电弧，将所述后行极设定在对焊接线进行共同焊接的等离子体电弧， 当设定于里波形成焊接的先行极位于焊接对象材料的前端之前时，通过该先行极启动里波形成焊接的等离子体电弧， 所述后行极的等离子体电弧在启动里波形成焊接的等离子体电弧的同时或位于焊接对象材料的前端时进行启动，先行或同时启动等离子体电弧的同时或在该启动后，开始所述行走驱动。
13.根据权利要求10所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 将所述先行极设定在产生对焊接对象材料进行预热的等离子体电弧，将所述后行极设定在里波形成焊接的等离子体电弧， 当设定于里波形成焊接的后行极位于焊接对象材料的前端之前时，通过该后行极启动里波形成焊接的等离子体电弧， 在所述先行极的等离子体电弧产生里波形成焊接的等离子体电弧的同时或其前进行启动，在先行或同时启动等离子体电弧的同时或该启动后，开始所述行走驱动。
14.根据权利要求1所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 在焊接中的双电极等离子体喷枪和焊接对象材料的相对移动中，前端接头的前端面与焊接对象材料的始端相对，并且该前端接头与所述双电极等离子体喷枪的前端相对，在所述相对移动的方向，从焊接电弧进行启动的待机位置向所述前端面从所述双电极等离子体喷枪及焊接对象材料离开的退避位置，或者沿相反方向，以可移动方式支承所述接头，通过所驱动的前端接头驱动单元将所述前端接头置于所述待机位置，所述焊接对象材料的所述相对移动方向的前端抵接于所述前端接头的前端面时，或即将该抵接前或该抵接后，在先行极及后行极启动等离子体电弧。
15.根据权利要求14所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 所述前端接头驱动单元包含: 第I驱动单元，该第I驱动单元在所述相对移动的方向，从所述待机位置向该前端接头的前端面从所述双电极等离子体喷枪离开的设定位置，或者沿相反方向，以可移动方式支承并驱动所述前端接头；以及 第2驱动单元，该第2驱动单元从作用位置到非作用位置，或者沿相反方向，以可移动方式支承并驱动该第I驱动单元，该作用位置是将所述前端接头从所述待机位置向所述设定位置或沿相反方向驱动的位置，该非作用位置是所述前端接头成为所述退避位置的位置。
16.根据权利要求15所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 第I驱动单元及第2驱动单元分别包含气缸。
17.根据权利要求14所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 所述前端接头用高导磁率盖被覆高热传导性基体的至少前端部的下面，该前端部的下面抵接于所述焊接对象材料的始端。
18.根据权利要求17所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 在所述双电极等离子体喷枪装备有所述前端接头装置。
19.根据权利要求14所述的采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，其特征在于， 将前端接头置于所述待机位置，在移送的所述焊接对象材料的始端抵接于该前端接头的前端面时或是在其即将抵接前或其即将抵接后，在先行焊接电极和该前端接头之间，启动穿透焊接等离子体电弧，且在后行电极和该前端接头之间，启动共同焊接等离子体电弧，所述焊接对象材料的始端通过所述2个喷嘴紧邻下方，且所述前端接头的前端面成为不干涉所述等离子体喷枪的位置后，将所述前端接头驱动于所述退避位置，只要所述焊接对象材料的终端脱离等离子体电弧，就停止等离子体电弧，然后焊接对象材料向所述前端接头的所述待机位置移动，移动至不干涉的位置后，将该前端接头置于所述待机位置。
全文摘要
本发明提供一种采用双电极等离子体喷枪的焊接方法，在双电极等离子体喷枪焊接中，能进一步抑制焊接对象尾端所产生的凹陷，并进一步改善两端部的焊接不良，且能简易装卸前端接头，使得焊接始端范围的焊接缝形状良好。在采用双电极等离子体喷枪的焊接方法中，设置后端接头，直到后行极在焊接对象的后端结束焊接，并停止等离子体电弧，继续先行极的等离子体电弧。用先行极进行预热，再用后行极进行穿透焊接，或是用先行极进行穿透焊接，再用后行极进行共同焊接。通过前端接头驱动单元，将前端接头置于待机位置，当焊接对象材料W的移动方向y的前端抵接于前端接头的前端面时，或是在即将该抵接前或即将该抵接后，于先行极及后行极启动等离子体电弧。
文档编号B23K10/02GK103157898SQ20121054657
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月14日 优先权日2011年12月15日
发明者星野忠, 奥山健二, 菅原 比吕树 申请人:日铁住金溶接工业株式会社