台湾专利TW201323122A 採用雙電極電漿火炬之熔接方法

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专利摘要:
在雙電極電漿火炬熔接中，能進一步抑制熔接對象尾端所產生之凹陷，並進一步改善兩端部之熔接不良，且能簡易裝卸前端接頭，使得熔接始端範圍之熔接縫形狀良好。在採用雙電極電漿火炬30之熔接方法中，設置後端接頭39a、39b，直到後行極在熔接對象之後端結束熔接，並停止電漿電弧，繼續先行極之電漿電弧。用先行極進行預熱，再用後行極進行穿透熔接，或是用先行極進行穿透熔接，再用後行極進行共同熔接。藉由前端接頭驅動手段105、111，將前端接頭113置於待機位置，當熔接對象材料W之移動方向y之前端抵接於前端接頭之前端面時，或是在即將該抵接前或即將該抵接後，於先行極及後行極啟動電漿電弧。
公开号:TW201323122A
申请号:TW101139171
申请日:2012-10-24
公开日:2013-06-16
发明作者:Tadashi Hoshino；Kenji Okuyama；Hiroki Sugawara
申请人:Nippon Steel & Sumikin Welding；
IPC主号:B23K10-00

专利说明:
採用雙電極電漿火炬之熔接方法
本發明係關於一種採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其係使用雙電極電漿火炬，備有嵌入式尖頭，該嵌入式尖頭具2個電極配置空間和分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴；使2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使火炬和熔接對象材料之至少一者在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極產生電漿電弧，將熔接線加以熔接。
採用習知單電極火炬之電漿電弧之橫斷面係大致圓形。若是低於3mm之板厚，由於不可能採用電漿電弧進行穿透熔接，因此雖採用共同熔接(熱傳導型熔接)，但若是穿透熔接及共同熔接，只要進行高速化，就會1)發生凹陷，2)若是共同熔接，就會因寬廣接縫而容易產生高溫裂痕。若是高速熔接，由於電流係高電流而形成寬廣電弧，因此成為寬廣淺熔入之接縫形狀，凝固時，容易發生高溫裂痕。
若是採用習知單電極火炬之電漿電弧熔接，只要以3~10mm之板厚，將穿透熔接進行高速化，就會以中央部隆起之凸形狀，形成緣部下降之凹陷，因此不易進行高速化。雖亦有採用兩個火炬之單熔融池高速化，但為作為單熔融池，必須加大傾斜火炬彼此間，因傾斜成相互牽制之電弧力所造成之磁吹，使得電弧容易錯亂而不穩定。
因此，本發明人等提供使用嵌入式尖頭及使用其之電漿火炬，能實現以穩定電弧進行無高溫裂痕或無凹陷之高速熔接(專利文獻1)。在滲透波形成之熔接法中，雖有穿透熔接和共同熔接，但為便於以下說明，滲透波形成用穿透熔接來表示。
專利文獻1之電漿火炬係嵌入式尖頭及裝備該尖頭，將各電極插入各電極配置空間之電漿火炬，該嵌入式尖頭具備：2個電極配置空間；以及2個噴嘴，其係分布於同一直線上，分別連通於各電極配置空間，與平行於前述直徑線之熔接線相對向張開。若依據該電漿火炬，就能以2個火炬形成1個熔融池，進行單熔融池雙電弧之熔接。電漿火炬之橫截面在熔接之進行方向(y)呈細長熱源，因此對熱量之接縫寬度(X方向)被抑制狹窄，即使進行高速化亦不發生高溫裂縫。另外，藉由單熔融池雙電弧，採用後行電漿電弧進行再熔融，就能使表面接縫平坦(進行共同熔接)。
以使用相距某種程度距離之2個電漿火矩之並行熔接，雖能獲得稍類似之效果，但熔接進行方向之電弧間隔變寬，因此若是短熔接之長工件(母材：熔接對象材料)，不可能用同一路徑進行熔接，必須為雙路徑熔接，高速化困難。另外，由於電弧間隔較寬，後行電弧必須將一次凝固之接縫再次進行熔融，必須在後行熔接中輸入高熱。只要使用專利文獻1之雙電極電漿火炬，就能同時進行穿透熔接和共同熔接，因此進行一次熔接即可，不費時，而且，在採用穿透熔接之熔融池冷卻前，進行共同熔接，因此只要輸入少的熔接熱即可，有節能效果。
然而，若是用1個嵌入式尖頭進行雙電弧之電漿電弧熔接，施加於嵌入式尖頭之熱負荷就會變大。為了進行更高速化，必須提高嵌入式尖頭之冷卻能力。
因此，本發明人等提供冷卻能力較高之嵌入式尖頭，能以穩定電弧，更高速進行無高溫裂痕或無凹陷之熔接(專利文獻2)。該嵌入式尖頭具備：2個電極配置空間；2個噴嘴，分別連通於各電極配置空間；以及V型冷卻水流路，在2個噴嘴之中間點，位於與該2個噴嘴分布之平面交叉之平面，使冷卻水返回。藉此，在尖頭前端面(母材相對向面)附近，冷卻水平穩地返回，水或泡沫不會局部滯留，尖頭之冷卻能力較高。進行鑽孔，以便對尖頭端面傾斜且在前端部進行交叉，藉此能低價形成V型冷卻水流路。因此，增加熔接電流就能更高速進行熔接。在專利文獻2中，亦進一步提示嵌入式尖頭，將1對噴嘴構件以可裝卸方式結合於尖頭基體。若依據此，當因高熱而使噴嘴構件下端之噴嘴部分受到變形或熔損時，將該噴嘴構件更換新品，仍舊使用尖頭基體，能降低維護成本。
再者，為減低嵌入式尖頭之損耗更換成本，本發明人等提供一種嵌入式尖頭，其中央部有：噴嘴張開之傘部、連結於該傘部之幹部、以及連結於該幹部之公螺絲部；在前述幹部與公螺絲部之間有密封材料，在內部有連通於前述噴嘴之電極配置空間，能對嵌入式尖頭基體裝卸2個噴嘴構件(專利文獻3)。當因高熱而使噴嘴構件下端之噴嘴部分受到變形或熔損時，將該噴嘴構件更換新品，仍舊使用嵌入式尖頭基體，能降低維護成本。
然而，若是使雙電極電漿火炬之2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬與熔接對象材料之至少一方在沿熔接線方向進行行走驅動之雙電極電漿熔接，例如，如圖十九(a)所示，在熔接方向y(熔接線延伸方向)，先行用作用於熔接線之先行極(噴嘴構件20b內部之電極棒12b：圖二)所產生之電漿電弧19b，將熔接對象材料即熔接片31a、31b間之對頭端面(熔接線)上側之表面加以預熱，用後行極(噴嘴構件20a內部之電極棒12a：圖二)所產生之電漿電弧19a，將熔接線進行穿透熔接之樣態中，由於對應於先行噴嘴構件20b和後行噴嘴構件20a之距離和熔接方向y之噴嘴角度之預熱時滯，在熔接線之始端部因輸入熱不足而容易產生滲透波形成不足(殘留)。這種輸入熱不足(滲透波形成不足：殘留)係如圖十九(b)所示，熔接速度越高越大。
另外，例如，如圖十八(a)所示，在熔接方向y(熔接線延伸方向)，先行用作用於熔接線之先行極所產生之電漿電弧，將熔接線進行穿透熔接，用後行極所產生之電漿電弧，將熔接線進行加熱(共同熔接)之樣態中，用先行之穿透熔接所生成之熔融池之熔融金屬被吸入於後行之共同熔接電漿電弧之熔融池內，在穿透熔接部和共同熔接部之間A，熔融金融從先行極側往後行極側流動，在熔接線之後端部以減厚狀態結束熔接。
亦即，若是採用雙電極電漿火炬之熔接，在熔接片之前端(熔接線之始端)、後端(熔接線之終端)，容易產生熔接不良。若是藉由溶接之連續製管，由於切除熔接始端及終端，因此始端、終端之熔接不良不成特殊之問題，但短條材料之情形，切除始端、終端不僅使原材料之良率變低，而且加上切除作業部分，成本變高。
因此，本發明人等，為改善熔接對象材料端部之熔接不良，使用雙電極電漿火炬，其備有嵌入式尖頭，該嵌入式尖頭具有2個電極配置空間(2a、2b)；以及2個噴嘴，分別連通於各電極配置空間；使2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬和熔接對象材料之至少一者在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極產生電漿電弧，將熔接線加以熔接之採用雙電極電漿火炬之熔接方法中，提示(1)一種採用雙電極電漿火炬之熔接方法，將各電極之一者在熔接線之延伸方向作為先行電極(亦即先行極)，設定於產生預熱熔接對象材料之電漿電弧，將各電極之另一者作為後行電極(亦即後行極)，設定於滲透波形成熔接之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之後行極位於熔接對象材料之前端以前時，藉由該後行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，前述先行極之電漿電弧，在產生滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或是在其前進行啟動，在先行或同時啟動電漿電弧之同時或在該啟動後，開始行走驅動，當各極位於熔接對象材料之後端以後時，停止先行極及後行極之電漿電弧；以及(2)一種採用雙電極電漿火炬之熔接方法，將各電極之一者在熔接線之延伸方向作為先行電極(亦即先行極)，設定於滲透波形成熔接之電漿電弧，將各電極之另一者作為後行電極(亦即後行極)，設定於將熔接線進行共同熔接之電漿電弧，藉由先行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，在啟動滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或是位於熔接對象材料之前端時，啟動後行極之電漿電弧，在先行或同時啟動電漿電弧之同時或在該啟動後，開始行走驅動，當各極位於熔接對象材料之後端以後時，停止先行極及後行極之電漿電弧(專利文獻4)。
若依據上述(1)，雖產生相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十九(b))，但無這種預熱之冷鋼板區間，藉由降低行走驅動之速度，能減少熔接對象材料前端之滲透波形成不良。只要超過預熱時滯區間，就能藉由先行極之預熱效果，在後行極之鋼板變得容易熔接，提高行走驅動速度，能提高熔接之生產性。熔接對象材料之後端藉由低速、低電流之熔接口處理，用高速、高電流，縮短延長於後行之滲透波形成電弧(例如穿透電弧)後方之熔融池，將流進後方之熔液拉回於後行滲透波電弧側，藉此將後端表面之凹陷修正成平坦，能減少後端不良。藉由這些程序，能提高熔接對象材料前端、後端之原材料良率。
當先行極(預熱用)位於熔接對象材料之前端時，在先行極(預熱用)啟動電漿電弧(預熱)，藉此能迴避因相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十九(a))所造成之熔接對象材前端之滲透波形成不良(圖十九(b))。只要藉由後行極形成穿透，就能藉由先行極之預熱效果，在後行極之鋼板變得容易熔接，提高行走驅動速度，藉此能提高熔接之生產性。熔接對象材料之後端，藉由低速、低電流之熔接口處理，用高速、高電流，縮短延長於後行之滲透波形成電弧後方之熔融池，將流進後方之熔液拉回於後行滲透波電弧側，藉此將後端表面之凹陷修正成平坦，能減少後端不良。藉由這些程序，能提高熔接對象材料前端、後端之原材料良率。
若依據上述(2)，則從熔接對象材料之前端交給後端，用後行極之引火氣體流量較少且電流亦較低之穩定電漿電弧，在先行之滲透波形成電弧之緊鄰後方附近，僅表面進行電弧熔融，藉此熔接表面受到共同熔接，即使高速熔接，亦能獲得凹陷較少之表面接縫。只要後行極到達熔接對象材料之前端，就能提高切換先行極之電漿電弧電流，同時提高行走驅動速度，藉此減少先端部之滲透波熔接之殘留(圖十九(b))，能提高熔接之生產性。
然而，熔接對象材料前端、後端之原材料良率能相當改善，且能相當提高熔接之生產性，但後端凹陷之抑制雖有改善，但期待進一步有效加以抑制。因此，研究後端凹陷之產生後，得到以下之見解。
在採用圖二十一(a)所示之雙電極電漿火炬30之電漿熔接(穩定狀態)中，雖產生繞電漿電弧旋轉之磁通，但圖上用虛線表示之熔融池及其附近係磁變體溫度(約730℃)以上之高溫，磁通不易通過，因此繞電漿電弧旋轉之磁通係如圖二十一(b)所示，在後行極(T)的後方，離電漿火焰較遠。然而，雙電極皆流電漿電弧電流，因此雙電極之電漿火焰(電弧電流)彼此相互牽制，後行極(T)之電漿火焰被牽引至熔接之進行方向y。熔接縫係如圖二十一(c)所示，成為無凹陷者。
然而，火炬30成為熔接對象材料之後端位置，如圖二十二(a)所示，先行極(L)成為比熔接對象材料之後端較為前方，只要先行極之電弧停止，繞後行極之電漿火焰旋轉之磁通就如圖二十二(b)所示，僅藉由後行極之電漿火焰而產生。後行極之電漿火焰因先行極之電漿火焰之牽引而消失，藉由與產生自我電漿火焰之繞電漿火焰旋轉之磁通之相互作用而偏向後行極(T)之後方。藉由這種電漿火焰之偏向後方，將熔融池中央往上推。藉此，表面接縫在後方形成細長，因此接縫兩側之熔液(熔融金屬)被吸引到接縫中央，接縫截面係如圖二十二(c)所示，成為深的凹陷形狀。由於這種凹陷降低熔接部之強度，因此成為問題。
然而，在鋼製品或鋼構件之連續生產線上，熔接對象材料(鋼製品或鋼構件)被相繼移送至熔接載台。例如，若是將平板彎成筒狀之氣缸製造過程，彎成筒狀之原來平板之側面彼此間之對頭面之熔接，在各氣缸熔接前，將電弧啟動用之前端接頭暫時熔接成為增加生產工程數，降低生產效率而帶來生產成本之上升。不使用前端接頭而用熔接對象材料之熔接始端，啟動熔接電弧時，使用一個單電極熔接火炬時，在啟動電弧時亦有可能失敗，而且，熔接始端之接縫形狀容易變成不良。此時，在熔接後必須要有後工程，用以切除熔接始端。
尤其係使用專利文獻1所揭示之雙電極電漿火炬時，如圖三十所示，形成有電漿電弧電流之磁通雖繞先行穿透熔接之電漿電弧PA-L(先行)及後行共同熔接之電漿電弧PA-T(後行)之整體外側旋轉，但在高熱傳導體即銅製之前端接頭113之前端抵接於熔接對象材料W之熔接始端之舌片部113p係低導磁率，因此若是舌片部113p接觸於熔接始端之熔接始端範圍TP-A，則磁通聚集於後行電漿電弧PA-T側，磁通密度較高，亦即磁場較強。藉此，後行電漿電弧PA-T被強力推向靠近先行電漿電弧PA-L之方向而進行橫偏向，後行噴嘴構件3緊鄰下方之熔融池之熔融金屬被強力推向同方向，在熔接始端範圍TP-A，熔接縫凹陷。進行熔接，只要後行電漿電弧PA-T從熔接始端範圍TP-A離開，緊靠後行電漿電弧PA-T外側之磁通通過熔接對象材料之熔接縫緊鄰下方之導磁率較高之固體部及硬化後之熔接縫，從後行電漿電弧PA-T離開，因此作用於後行電漿電弧PA-T之磁場減低，後行電漿電弧PA-T之橫偏向變小，熔接縫變平坦。因用來結束熔接之氣缸，造成熔接始端之熔接縫之上述凹陷成問題時，必須要有後工程，用以切除凹陷。
一般已知，為穩定進行啟動熔接電弧，使前端接頭接觸熔接對象材料之熔接始端，並將熔接火炬置於前端接頭上方，啟動熔接電弧，熔接電弧啟動後，對熔接對象材料相對地移送熔接火炬，或是對熔接火炬相對地移送熔接對象材料，將熔接線進行熔接(例如專利文獻5)。在專利文獻5中揭示有多電極熔接裝置，其係將3個熔接火炬串聯排列，在前端接頭上，使電弧啟動同步，同時往同方向移送，同時進行並行，進行多層之熔接。〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特開2011-50982號
專利文獻2：日本特開2012-130965號
專利文獻3：日本特開2012-157868號
專利文獻4：日本特願2011-243218號
專利文獻5：日本特開2012-61497號〔發明之概要〕

本發明之第1目的係在採用雙電極電漿火炬之熔接中，進一步抑制熔接對象材料之尾端產生凹陷。本發明之第2目的係在採用雙電極電漿火炬之熔接中，進一步改善熔接對象材料兩端部之熔接不良。本發明之第3目的係對熔接對象材料能簡易裝卸前端接頭，本發明之第4目的係使熔接始端範圍之熔接縫形狀良好。
(1)一種採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其係使用雙電極電漿火炬(30)，備有嵌入式尖頭(1)，該嵌入式尖頭(1)具2個電極配置空間(2a、2b)及分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴(3a、3b)；使前述2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬和熔接對象材料(31a、31b)之至少一者在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極(12a、12b)產生電漿電弧，將熔接線加以熔接，其特徵在於，後端接頭(39a、39b)設置於前述熔接對象材料(31a、31b)熔接方向之後端，在熔接線之延伸方向，後行電極(亦即後行極)於前述後端結束熔接，直到停止電漿電弧，在熔接線之延伸方向，繼續先行電極(亦即先行極)之電漿電弧(圖七、圖九、圖十一、圖十四、圖十六)。
另外，為容易理解，在括弧內附記圖面所示、後述實施例之對應或相當元件之記號或對應事項，以例子表示作為參考。以下亦相同。
後行極在熔接對象材料之後端結束熔接，直到停止電漿電弧，繼續先行極之電漿電弧，因此直到結束熔接對象材料之熔接，後行極之電漿火焰和先行極之電漿火焰相互牽制，由於後端之後行極之電漿火焰不產生後方偏向(圖20)，因此在後端，表面接縫於後方不變成細長，後端部之凹陷消失。〔發明之實施形態〕
(2)根據上述(1)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當藉由前述後行極結束前述後端之熔接時，停止前述先行極及後行極之電漿電弧，其後，停止前述行走驅動(圖七、圖九、圖十一、圖十四、圖十六)。
(3)根據上述(1)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述熔接對象材料及後端接頭，以熔接對象材料之後端比前端較為低之姿勢傾斜，將前述行走驅動成為與熔接線平行之方向(圖十八(b))。當把熔接對象材料設置成水平時，在熔接對象材料之後端部，藉由滲透波形成電漿所產生之熔融池之熔融金屬被吸入於共同熔接池內，後端部之接縫容易變成減厚狀態，此係板越厚且黏性較低的金屬越明顯。如本實施樣態般，只要傾斜熔接對象材料，就會藉由重力而使朝向熔接方向之力施加於熔融池之熔融金屬中，上述吸入受到抑制，減低後端部接縫之減厚，後端部之接縫表面變平坦。
(4)根據上述(3)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，前述雙電極電漿火炬(30)係垂直於熔接對象材料表面之姿勢。若依據此，雙電極電漿火炬(30)係垂直於熔接片31a、31b表面之姿勢，因此容易設定或調整先行極之滲透波形成熔接條件及後行極之共同熔接條件。
(5)根據上述(1)~(4)中任一項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在產生預熱熔接對象材料之電漿電弧，將前述後電極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之後行極位於熔接對象材料之前端以前(含前端)，藉由該後行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，前述先行極之電漿電弧，在產生滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或其產生前進行啟動，在先行或同時啟動電漿電弧之同時或該啟動後，開始前述行走驅動(圖七、圖九、圖十六)。
若依據此，雖產生相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十九(a)、(b)之殘留)，但該無預熱之冷鋼板區間降低行走驅動之速度，藉此能減少熔接對象材料前端之滲透波形成不良。只要超過預熱時滯區間，就會藉由先行極之預熱效果，在先行極容易熔接鋼板，提高行走驅動速度，能提高熔接之生產性。
當先行極(預熱用)位於熔接對象材料之前端時，在先行極(預熱用)啟動電漿電弧(預熱)，藉此能迴避因相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十九(a))所造成之熔接對象材料前端之滲透波形成不良(圖十九(b)之殘留)。只要藉由後行極形成穿透，則藉由先行極之預熱效果，在後行極容易熔接鋼板，提高行走驅動速度，藉此能提高熔接生產性。
將熔接對象材料後端施以低速、低電流之熔接口處理(圖七、圖八、表1)，藉此用高速、高電流縮短延長至後行滲透波形成電弧(例如穿透電弧)後方之熔融池，將流入後方之熔液拉回於後行滲透波電弧側，藉此能將後端表面之凹陷修正成平坦，能減少後端不良。藉由這些程序，能提高熔接對象材料前端、後端之原材料良率。
(6)根據上述(1)~(4)項中任一項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，將前述後行極設定在將熔接線共同熔接之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之先行極位於熔接對象材料之前端以前(包含前端)時，藉由該先行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，前述後行極之電漿電弧，在啟動滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或是位於熔接對象材料之前端時進行啟動，在先行或同時啟動電漿電弧之同時或該啟動後，開始前述行走驅動(圖十一、圖十四)。
若依據此，則從熔接對象材料之前端交給後端，用後行極之引火氣體流量較少且電流亦較低之平穩電漿電弧，在先行之滲透波形成電弧之緊鄰後方附近，僅表面進行電弧熔融，藉此使熔接表面被共同熔接，即使高速熔接亦能獲得凹陷較少之表面接縫。只要後行極到達熔接對象材料之前端，則提高切換先行極之電漿電弧電流，同時提高行走驅動速度，藉此能減少前端部之滲透波熔接之殘留(圖十九(b))，能提高熔接之生產性。
將熔接對象材料後端施以低速、低電流之熔接口處理(圖十一、圖十二、表3)，藉此用高速、高電流縮短延長至後行之滲透波形成電弧(例如穿透電弧)後方之熔融池，將流入後方之熔液拉回於後行滲透波電弧側，藉此能將後端表面之凹陷修正成平坦，能減少後端不良。藉由這些程序，能提高熔接對象材料前端、後端之原材料良率。
(7)根據上述(5)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當前述後行極位於熔接對象材料之前端時，同時啟動前述先行極及後行極之電漿電弧，與該啟動之同時，以低速開始前述行走驅動，只要前述後行極到達前述先行極啟動電漿電弧之位置，就以高速切換前述行走驅動，且提高切換後行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者，在前述先行極即將到達熔接對象材料之後端前，將先行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者降低，只要後行極到達該後端，則將前述行走驅動之速度降低，且將後行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者降低，藉由後行極之熔接口處理期間後，停止先行極及後行極之電漿電弧(圖七、表1)。
若依據此，從熔接對象材料前端進入熔接對象材料範圍之先行極(預熱用)和位於熔接對象材料前端之後行極(滲透波形成熔接用)同時啟動電漿電弧，因此雖產生相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十六(b)之殘留)，但由於行走驅動速度較低，因此熔接對象材料前端之滲透波形成不良減少。只要超過預熱時滯區間，則由於提高行走驅動速度，因此熔接之生產性變高。熔接對象材料之後端藉由低速、低電流或電漿氣體流量之熔接口處理，後端表面之凹陷被修正成平坦，後端不良變少。藉由這些程序，能提高熔接對象材料前端、後端之原材料良率。
(8)根據上述(5)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當前述先行極位於熔接對象材料之前端時，只要啟動先行極之電漿電弧(預熱)，就同時以低速開始前述行走驅動，只要前述後行極到達熔接對象材料之前端，就啟動後行極之電漿電弧，當藉由前述後行極形成穿透時，以高速切換前述行走驅動，且提高切換後行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者(圖九、圖十、表2)。
若依據此，當先行極(預熱用)位於熔接對象材料之前端時，由於先行極(預熱用)啟動電漿電弧(預熱)，因此不因相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十六(b))而造成熔接對象材料前端之滲透波形成不良。只要藉由後行極形成滲透波(例如穿透)，則提高行走驅動速度，因此熔接生產性提高。
(9)根據上述(6)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當前述先行極位於熔接對象材料之前端時，只要啟動先行極之電漿電弧(滲透波形成熔接)，就同時以低速開始前述行走驅動，只要前述後行極到達熔接對象材之前端，就啟動後行極之電漿電弧(共同熔接)，只要前述後行極到達熔接對象材之前端，就以高速切換前述行走驅動，且提高切換後行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者，在前述先行極即將到達熔接對象材料之後端前，將先行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者降低，且以低速切換前述行走驅動，在後端，停止先行極及後行極之電漿電弧(圖十一、圖十二、表3)。
若依據此，則從熔接對象材料之前端交給後端，藉由後行極之電漿，使熔接表面被共同熔接，即使高速熔接亦能獲得凹陷較少之表面接縫，熔接之生產性提高。只要後行極到達熔接對象材料之前端，就提高切換先行極之電漿電弧電流，且同時提高行走驅動速度，因此熔接生產性提高。熔接對象材料之後端，藉由低速、低電流或低電漿氣體流量之熔接口處理，將後端表面之凹陷修正成平坦，後端不良減少。藉由這些程序，能提高熔接對象材料前端、後端之原材料良率。
(10)根據上述(1)~(4)項中任一項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前端接頭(38a、38b)設置於前述熔接對象材料(31a、31b)之熔接方向前端，當前述先行極及後行極位於前述熔接對象材料(31a、31b)之前端以前(包含前端)時，於兩極同時啟動電漿電弧(圖十三、圖十四、圖十六)。
若依據此，則在熔接對象材料之前端、後端之外側進行電漿電弧之啟動和停止，因此在前端、後端不產生熔接不良。熔接對象材料前端、後端之原材料良率提高。依照板厚或材質，在前端及後端，減低後行滲透波形成熔接側之電流或電漿氣體之流量、熔接速度，進行前端部之熔接殘留或後端部之熔接口處理。
(11)根據(4)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，只要兩極同時啟動電漿電弧，就開始前述行走驅動(圖十四、圖十六)。
(12)根據上述(10)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，將前述後行極設定將熔接線共同熔接之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之先行極位於熔接對象材料之前端以前(包含前端)時，藉由該先行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，前述後行極之電漿電弧在啟動滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或位於熔接對象材料之前端時進行啟動，在先行啟動或同時啟動電漿電弧之同時或在該啟動後，開始前述行走驅動(圖十四、圖十五、表4)。
(13)根據上述(10)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在產生預熱熔接對象材料之電漿電弧，將前述後行極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之後行極位於熔接對象材料之前端以前(包含前端)時，藉由該後行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，前述先行極之電漿電弧在產生滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或在其前進行啟動，在先行啟動或同時啟動電漿電弧之同時或在該啟動後，開始前述行走驅動(圖十六、圖十七)。
(14)根據上述(1)所述之採用雙電極電漿火炬(30)之熔接方法，其中，熔接中之雙電極電漿火炬(30)和熔接對象材料(W)之相對移動中，前端接頭(113)之前端面相對向於熔接對象材料(W)之始端，並且該前端接頭(113)相對向於前述雙電極電漿火炬(30)之前端，從熔接電弧進行啟動之待機位置(圖二十三)，在前述相對之移動方向(y)，前述前端面從前述雙電極電漿火炬(30)及熔接對象材料(W)離開之退避位置(圖二十八)，且相反地，以可移動方式支承前述接頭(113)，藉由所驅動之前端接頭驅動手段(105、111)，將前述前端接頭(113)置於前述待機位置(圖二十三)，前述熔接對象材料(W)之前述相對移動之方向(y)之前端抵接於前述前端接頭(113)之前端面時，或是即將該抵接前或即將該抵接後，在先行極(20b)及後行極(20a)啟動電漿電弧(圖二十三至圖二十八)。
若依據此，則在雙電極電漿火炬(30)和前端接頭(113)之間產生電漿電弧，啟動電弧之穩定性較高。電弧啟動後，藉由熔接對象材料，將前端接頭(113)推向退避方向，或是用驅動手段(105、111)，將前端接頭(113)驅動至退避方向，只要前端接頭(113)之前端面從雙電極電漿火炬(30)離開，就能用驅動手段(105、111)，將前端接頭(113)驅動至退避位置。驅動至退避位置後，只要熔接結束後之熔接對象材料(W)相對地通過前端接頭(113)，就會用驅動手段(105、111)，使前端接頭(113)返回待機位置，等待下一個熔接對象材料之到來，能同樣進行熔接對象材料之熔接。前端接頭(113)之待機位置/退避位置間之移動係藉由驅動手段(105、111)自動進行，因此能穩定啟動熔接電弧，而且能高效率進行多數個短條產品之連續性生產。
(15)根據上述(14)所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，前述前端接頭驅動手段(105、111)包含：第1驅動手段(111)，係從前述待機位置(圖二十三)，在前述相對移動之方向(y)，該前端接頭之前端面從前述雙電極電漿火炬(30)離開之設定位置(圖二十七)，且其相反地，以可移動方式支承並驅動前述前端接頭(113)；以及第2驅動手段(105)，前述前端接頭(113)從前述待機位置將該第1驅動手段驅動於前述設定位置(圖二十七)，或相反地從所驅動之作用位置(圖二十三至圖二十七)，將該第1驅動手段驅動於前述前端接頭(113)成為前述退避位置之非作用位置(圖二十八)，或相反地，以可移動方式支承並進行驅動(圖二十三至圖二十八)。
(16)根據上述(15)所述之採用雙電極電漿火炬(30)之熔接方法，其中，第1驅動手段(111)及第2驅動手段(105)分別包含氣缸(圖二十三至圖二十八)。
(17)根據上述(14)所述之採用雙電極電漿火炬(30)之熔接方法，其中，前述前端接頭(113)係用高導磁率蓋(114)被覆抵接於高熱傳導性基體之至少前述熔接對象材料(W)始端之前端部(113p)之下面。
若依據此，即使當熔接電弧(PA-T)位於熔接對象材料(W)之熔接始端部(TP-A)時，亦如圖二十九所示，電弧所感應之磁通移動到前方高導磁率之蓋(114)而往前方擴散，因此與作用於熔接電弧(PA-T)之熔接對象材料移送方向(y箭頭方向)反向之力較小，熔接電弧(PA-T)之橫偏向變小，熔接始端之熔接縫變平坦。
(18)根據上述(17)所述之採用雙電極電漿火炬(30)之熔接方法，其中，在前述雙電極電漿火炬裝備有前述前端接頭裝置(圖二十三至圖二十八)。
(19)根據上述(14)所述之採用雙電極電漿火炬(30)之熔接方法，其中，將前端接頭(113p)置於前述待機位置，在移送之前述熔接對象材料(W)之始端抵接於該前端接頭(113p)之前端面時或是在其即將抵接前或其即將抵接後，在先行熔接電極和該前端接頭(113p)之間，啟動穿透熔接電漿電弧，且在後行電極和該前端接頭(113p)之間，啟動共同熔接電漿電弧，前述熔接對象材料(W)之始端通過前述2個噴嘴緊鄰下方，且前述前端接頭(113p)之前端面成為不干涉前述電漿火炬(30)之位置後，將前述先端接頭(113p)驅動於前述退避位置，只要前述熔接對象材料(W)之終端脫離電漿電弧，則停止電漿電弧，其後，熔接對象材料(W)移動至不干涉前述前端接頭往前述待機位置移動之位置後，將該前端接頭(113p)置於前述待機位置(圖二十五)。
若依據此，穿透熔接及共同熔接之電漿電弧(PA-L、PA-T)之啟動穩定，並且能高效率進行多數個短條產品之連續性生產。尤其是，當使用上述(17)之前端接頭裝置時，當後行電漿電弧(PA-T)位於熔接對象材料(W)之熔接始端部(TP-A)時，亦如圖二十九所示，電弧所感應之磁通移至前方之高導磁率之蓋(114)而往前方擴散，因此與作用於後行電漿電弧(PA-T)之熔接對象材料移送方向(y箭頭方向)反向之力變小，後行電漿電弧(PA-T)之橫偏向變小，熔接始端之熔接縫變平坦。
本發明之其他目的及特徵，參照圖式，依據以下實施例之說明應能明瞭。(實施例)
圖一(a)係表示實施本發明之雙電極電漿火炬之熔接方法之熔接裝置系統構成之一例，在本實施例中，在與紙面垂直之水平方向x，相對向端面進行對接形成熔接線之熔接片31a及31b係固定，雙電極電漿火炬30係用行走機構(圖示略)支承，以火炬行走用馬達36，相對向於該熔接線，從比熔接線左側之始端(熔接片前端)較為左側到右側終端(熔接片後端)之右側，在平行於熔接線之方向y進行行走驅動。另外，在本發明之實施樣態中，亦有一種樣態，取代行走驅動雙電極電漿火炬30，如圖一(b)所示，固定設置雙電極電漿火炬30，用行走台支承熔接片31a及31b，透過行走機構，用工件行走用馬達，從熔接片之始端比火炬30較為右側之位置到熔接片之始端比火炬30較為左側之位置，在平行於熔接線之方向y，將行走台進行行走驅動。然而，為簡易說明，以下，表示行走驅動前者亦即雙電極電漿火炬30之樣態。
再次參照圖一(a)，進行熔接控制之並列運轉控制盤35係電腦控制電路，其主要元件有CPU及內建記憶體之程序器(微電腦)、顯示器及操作面板(觸控面板等)，操作者執行程式化之雙電極電漿電弧熔接控制程序。雙電極電漿火炬30內設2組電漿電弧產生機構，熔接電流-氣體供應裝置32a及32b執行一組和另一組之電漿電弧啟動、停止。
並列運轉控制盤35對這些熔接電流-氣體供應裝置32a及32b分別給予各電漿電弧電流、各電漿氣體流量及啟動、停止指令，熔接電流-氣體供應裝置32a、32b依照各指令，啟動各電漿電弧，進行切換電漿電弧電流-切換氣體流量及進行停止，再者，將各組之狀態資訊提供給並列運轉控制盤35。並列運轉控制盤35亦對進行火炬行走用馬達36之驅動、停止及速度控制之馬達驅動器(馬達控制器：圖示略)，給予啟動(行走)、停止及速度之指令，該馬達驅動器依照指令，進行馬達36之啟動、停止及速度變更，並且測量火炬30之行走驅動位置(熔接方向y對熔接片之位置)，將位置資料提供給並列運轉控制盤35。並列運轉控制盤35參照該位置資料，用以切換程序控制之內容(圖八、表1)。
圖二係表示圖一所示之雙電極電漿火炬30一部分之縱截面放大圖。嵌入式尖頭之尖頭基體1，將嵌入罩6用螺絲鎖緊於尖頭台5，藉此固定於尖頭台5。尖頭台5被固定於絕緣本體7，在絕緣本體7固定有電極台10a、10b及絕緣墊片11。
屏蔽罩8固定於絕緣本體7。用2分配，在外筒14之直徑方向分離之第1電極台10a和第2電極台10b，係用絕緣墊片11進行分離。
圖示之嵌入式尖頭，在尖頭基體1安裝2個噴嘴構件20a、20b，參照詳細之圖五，在各噴嘴構件20a、20b中，在其中央，有噴嘴3a、3b張開之傘部21a、21b；連接於該傘部之幹部22a、22b；以及連接於該幹部之公螺絲部24a、24b；在前述幹部和公螺絲部之間有密封材料即O形環23a、23b，在內部有連通於前述噴嘴3a、3b之電極配置空間2a、2b。
在尖頭基體1有：冷卻水循環孔1f、1g，其係插通於從各噴嘴構件之前述公螺絲部到幹部插通之各噴嘴構件插入孔18a、18b及各噴嘴構件插入孔之各噴嘴構件之傘部抵接於前端平面1d、1e，藉此形成關閉噴嘴構件插入孔之一部分，在與幹部之間，形成冷卻水通流空間；接水孔1h(圖四)；出水孔1i；連接鄰接冷卻水循環孔之橫向通水孔1j；將冷卻水循環孔1f連接於接水孔1h之橫向通水孔1k；以及將冷卻水循環孔1g連接於出水孔1i之橫向通水孔1l。
如圖五(a)所示，將螺帽25a、25b螺合於噴嘴構件20a、20b之公螺絲部24a、24b，並鎖緊於尖頭基體1，藉此將噴嘴構件20a、20b結合於尖頭基體1。
再次參照圖二，噴嘴構件20a、20b之電極配置空間2a、2b係分布於與尖頭基體1之中心軸(z)垂直之同一直徑線(y)，從該中心軸以等距離平行延伸於中心軸(z)。連接於電極配置空間2a、2b之噴嘴3a、3b在本實施例中，係與電極配置空間2a、2b之中心軸同心，而與母材31a、31b相對向。這些噴嘴3a、3b在本實施例中，亦分布於與尖頭基體(外筒14)之中心軸(z)垂直之同一直徑線(y)上，平行於該中心軸且位於等距離。
前端部插入於各電極配置空間2a、2b之第1電極12a、第2電極12b係貫通絕緣本體7，用螺絲13a、13b固定於各電極台10a、10b，用定位石9a、9b定位於各電極配置空間2a、2b之軸心位置。在與尖頭基體1之母材31a、31b相對向之前端面(下端面)，連接於各電極配置空間2a、2b之噴嘴3a、3b係開口。連接噴嘴3a、3b之直線(y)之延伸方向係熔接方向。尖頭基體1，在該直線(y)之延伸方向(熔接方向)係如圖二所示寬廣，但與該直線(y)垂直之方向(x)亦即熔接對象之槽寬度方向係楔狀，側面成為傾斜面1a、1b(圖四(a))。
亦參照圖四(a)，表示火炬前端面(圖二上噴嘴張開之下端面)，在尖頭基體1前端之中心軸位置有前端突起1c，在成為熔接方向之y方向，在該前端突起1c之兩側，有前端平面1d、1e，用以承接噴嘴構件20a、20b之傘部21a、21b之背面。在各前端平面1d、1e之中央位置，有噴嘴構件插入孔18a、18b(圖五(b))。將插入於噴嘴構件插入孔18a、18b之噴嘴構件20a、20b之傘部21a、21b之圓弧之一部分刪除成直線狀之切口面26a、26b係緊密接觸於前端突起1c之側面即卡止面。亦即進行卡合。藉此阻止以噴嘴構件20a、20b對尖頭基體1之中心軸為中心之旋轉。這種卡合係將噴嘴構件20a、20b插入於嵌入式尖頭基體1，用螺帽25a、25b，螺合固定時，作為防止噴嘴構件20a、20b旋轉之功能，及為從尖頭基體1拆下噴嘴構件20a、20b，當緩緩旋轉螺帽25a、25b時，作為防止嘴構件20a、20b旋轉之功能。這種卡合進一步亦有以下功能，將噴嘴軸對尖頭基體中心軸(z)傾斜之噴嘴構件20c、20d(圖六)之該噴嘴軸之傾斜方向固定(設定)於熔接方向(y)。
噴嘴構件插入孔18a、18b之前端平面1d、1e側之部分成為大口徑之冷卻水循環孔1f、1g，在冷卻水循環孔1f、1g與貫通其中之幹部22a、22b之外周面之間形成有冷卻水流通空間(冷媒流通空間)。
圖四(c)係表示尖頭基體1之橫截面(圖二上之IVc-IVc線截面)。在尖頭基體1有：接水孔1h、出水孔1i、連接冷卻水循環孔1f、1g之橫向通水孔1j、將冷卻水循環孔1f連接於接水孔1h之橫向通水孔1k、以及將冷卻水循環孔1g連接於出接水孔1i之橫向通水孔1l。
圖三係表示與圖二之截面垂直之截面。尖頭基體1之接水孔1h係連通於水流管16a，出水孔1i係連通於水流管16b。參照圖四(c)，注入於水流管16a之冷卻水係通過電極台10a、絕緣本體7及尖頭台5之水流路，在流入尖頭基體1之接水孔1h，流至孔底，從這裏通過橫向通水孔1k再流入水循環孔1f和幹部22a之外周面間之冷卻水流通空間，接著，通過橫向通水孔1j，流入水循環孔1g和幹部22b之外周面間之冷卻水流通空間，接下來，通過橫向通水孔1l後流入水流管16b，然後，從火炬外部流出。
冷卻水在水循環孔1f和幹部22a之外周面間之冷卻水流通空間及水循環孔1g和幹部22b之外周面間之冷卻水流通空間流動間，噴嘴構件20a、20b之幹部22a、22b被有效冷卻，而且冷卻水在接水孔1h、橫向通水孔1k、水循環孔1f、橫向通水孔1j、水循環孔1g、橫向通水孔1l、以及出水孔1i流動間，尖頭基體1被有效冷卻，因此嵌入式尖頭之冷卻能力較高。熔接時，噴嘴構件20a、20b亦最快被加熱，但其外周面由於直接接觸冷卻水而冷卻，因此噴嘴構件20a、20b之使用壽命較長。
再次參照圖二，引火氣體係通過引火氣體管15a、15b及電極插入空間，進入電極配置空間2a、2b，在電極前端部形成電漿電弧，通過噴嘴3a、3b，從火炬之前端面噴出。屏蔽氣體通過屏蔽氣體管(圖示略)，進入內罩7和屏蔽罩8間之圓筒狀空間，然後從火炬前端向熔接對象材料即熔接片31a、31b噴出。
如圖二所示，在電極12a、12b和尖頭20之間，使產生引火電弧之引火電源34a、34b、及電極12a、12b和熔接片31a、31b之間，有電極側流負的電漿電弧電流，熔接片側流正的電漿電弧電流之電漿電弧電源33a、33b。引火電源34a、34b及電漿電弧電源33a、33b係位於熔接電流-氣體供應裝置32a、32b，電漿電弧電源33a、33b皆能設定預熱、穿透熔接(正式熔接)及共同熔接之熔接條件，將2電極12a、12b之任一個作為在熔接方向先行之先行極，或將先行極和後行極之任一個設定於穿透熔接，另一極成為先行極時，將其預熱成為後行極時，將其設定於共同熔接，能設定各電漿電弧電流。圖二係表示將先行極12b設定於預熱，將後行極12a設定於穿透熔接之熔接樣態。電漿電弧19a和19b因彼此磁干涉而相互牽制之力動作，電弧如圖般，成為稍彎曲的電弧。
藉由各引火電源34a、34b，使在各電極12a、12b和尖頭1之間產生引火電弧，在電極12a、12b和熔接片31a、31b之間，電極側流負的電漿電弧電流，母材側流正的電漿電弧電流之電漿電弧電源33a、33b，藉由在熔接方向供電給先行電極12b之電漿電弧電源33b及在熔接方向供電給後行電極12a之電漿電弧電源33a，使產生熔接電弧(電漿電弧)，電漿電弧電流就會在各電極12a、12b和熔接片31a、31b之間流動，能實現單熔融池雙電弧熔接。圖二係表示用先行極12b進行預熱，用後行極12a進行共同熔接(正式熔接)之樣態，但亦能實施用先行極12b進行穿透熔接，用後行極12a進行共同熔接(平坦化熔接)之樣態。亦即，後行電極12a之共同熔接之電漿電弧接觸用先行電極12b之穿透熔接所生成之熔融池後，例如，後行之共同熔接使高速之穿透熔接所發生之表面接縫之較深之凹陷平整。藉此，即使高速亦能獲得凹陷較少之熔接縫。
圖六(b1)係取代圖二所示之噴嘴構件20a及/或20b而使用之第1變形形態之噴嘴構件20c之縱截面，圖六(b2)係表示該噴嘴構件20c之底面(前端面)。圖二所示之噴嘴構件20a、20b之噴嘴3a、3b之中心軸係與噴嘴構件之中心軸同心。然而，噴嘴構件20c之噴嘴3c係對噴嘴構件20c之中心軸傾斜，因此只要將該噴嘴構件20c安裝於尖頭基體1，就會在其切口面26c卡合於尖頭基體1之前端突起1c之狀態下，噴嘴3c之中心軸傾斜於從尖頭基體之中心軸(噴嘴構件插入孔之中間點)離開之方向。亦即，對基體1之中心軸傾斜於熔接方向(y)之前方側(成為先行噴嘴時)或傾斜於後方側(成為後行噴嘴時)，能擴大極間(前後熔接點間之距離)之熔接。
圖六(c1)係取代圖二所示之噴嘴構件20a及20b而使用之第2變形形態之噴嘴構件20d之縱截面圖，圖六(c2)係該噴嘴構件20d之底面(前端面)圖。噴嘴構件20d之噴嘴3d係對噴嘴構件20d之中心軸，傾斜於與噴嘴3c之反方向，因此只要將該噴嘴構件20d安裝於尖頭基體1，就會在其切口面26d卡合於尖頭基體1之前端突起1c之狀態下，噴嘴3d之中心軸傾斜於靠近尖頭基體1之中心軸(噴嘴構件插入孔之中間點)之方向。亦即，在熔接方向(y)，以靠近尖頭基體1之中心軸之方式傾斜，後行極之電漿電弧對熔接行進方向成為前進角，熔接成為更穩定之狀態。
另外，作為將噴嘴構件安裝於尖頭基體1之嵌入式尖頭，有：(1)圖二、圖五所示之樣態；(2)將圖二所示之噴嘴構件20a更換為噴嘴構件20c，將噴嘴構件20c在熔接方向(y)作為先行噴嘴之樣態；(3)將圖二所示之噴嘴構件20b更換為噴嘴構件20c，將噴嘴構件20c作為後行噴嘴之樣態；(4)將圖二所示之噴嘴構件20a、20b共同作為噴嘴構件20c形態之樣態；(5)將圖二所示之噴嘴構件20a更換為噴嘴構件20d，將噴嘴構件20d作為先行噴嘴之樣態；(6)將圖二所示之噴嘴構件20b更換為噴嘴構件20d，將噴嘴構件20d作為後行噴嘴之樣態；(7)將圖二所示之噴嘴構件20a、20b共同作為噴嘴構件20d形態之樣態；(8)將圖二所示之噴嘴構件20a、20b更換為噴嘴構件20c、20d，將噴嘴構件20c作為先行噴嘴之樣態；以及(9)將圖二所示之噴嘴構件20a、20b更換為噴嘴構件20c、20d，將噴嘴構件20d作為先行噴嘴之樣態。
對應熔接對象板厚及所要之熔接電流、熔接速度、及熔接品質(例如所要接縫形狀)，能選擇上述(1)~(9)樣態中之任一個樣態。圖二十~圖二十二係表示將圖二所示之噴嘴構件20a更換為圖六(c1)、(c2)所示之噴嘴構件20d之樣態，將圖二所示之噴嘴構件20b更換為圖六(b1)、(b2)所示之噴嘴構件20c之樣態。另外，以下之任一個實施例皆與圖二十至圖二十二所示之樣態相同，係將圖二所示之噴嘴構件20a更換為圖六(c1)、(c2)所示之噴嘴構件20d，將圖2所示之噴嘴構件20b更換為圖六(b1)、(b2)所示之噴嘴構件20c，使用前進角噴嘴之樣態。以下係表示本發明使用雙電極電漿火炬之熔接方法之實施例。 (第1實施例) 1.後行穿透模式(先行極、後行極同時點火)(圖七、圖八、表1)
第1實施例係使用雙電極電漿火炬30，其備有嵌入式尖頭1，該嵌入式尖頭1具2個電極配置空間2a、2b及分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴3a、3b；將後端接頭39a、39b設置於熔接片31a、31b之後端，使前述2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬30對熔接片31a、31b在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極12a、12b產生電漿電弧，將熔接線加以熔接。
在本實施例及後述之所有實施例中，後端接頭39a、39b係在成為電漿火焰緊鄰下方之位置，細縫張開之水冷銅接頭，後述之前端接頭38a、38b亦係相同之水冷銅接頭，但亦有一種樣態，取代細縫，在該處使用形成凹槽者。
在第1實施例中，先行極設定在預熱電漿電弧，後行極設定在穿透電漿電弧，如圖七(1)所示，當後行極(噴嘴構件20a)位於熔接片31a、31b之始端時，同時啟動先行極(噴嘴構件20b)及後行極之電漿電弧，與該啟動之同時，以低速開始雙電極電漿火炬30之行走驅動。
如圖七(2)所示，只要後行極、先行極到達啟動電漿電弧之位置，就以高速切換火炬30之行走驅動，而且提高切換後行極之電漿電弧電流及後行極之高的電漿氣體流量。其後，如圖七(3)所示，繼續相同條件。接著，如圖七(4)所示，在先行極即將到達熔接片31a、31b之後端前，降低先行極之電漿電弧電流，在熔接片31a、31b之後端，停止先行極之電漿電弧，如圖七(5)所示，只要後行極到達該後端，就降低前述行走驅動之速度，且降低後行極之電漿電弧電流，藉由後行極之熔接口處理期間後，停止後行極之電漿電弧電漿。其後，停止火炬之行走驅動(圖七(6))。
圖八係表示切換先行極到達圖七(3)~(6)所示之各位置之時點T1~T4之熔接電流、電漿氣體流量及熔接速度之基本圖形，表1係表示第1實施例所採用之熔接條件值。此係將熔接片31a、31b作成板厚3.6mm(厚板)、長度200mm之軟鋼，在熔接程序程式中，從熔接開始(STEP1)到熔接結束(STEP12)，針對12步驟之各步驟而設定熔接條件值者。在步驟間，繼續維持先行步驟之熔接條件值。另外，所謂噴嘴傾斜角20°前進角係指噴嘴在熔接方向y之前方方向傾斜20°，將進入圖二所示之先行極12b之噴嘴構件20b更換為圖六(b1)、(b2)所示之噴嘴構件20c，將進入圖二示之後行極12a之噴嘴構件20a更換為圖六(c1)、(c2)所示之噴嘴構件20d，藉此實現噴嘴傾斜角20°前進角。
(表1)
若依據第1實施例，則從熔接對象材料即熔接片31a、31b之前端進入熔接片範圍之預熱用之先行極和位於熔接片前端之穿透用之後行極同時啟動電漿電弧，因此產生相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十六(b))，但由於行走驅動之速度較低，因此熔接片前端之滲透波形成不良較少。只要超過預熱時滯區間，則提高行走驅動速度，因此熔接之生產性較高。熔接片31a、31b之後端，藉由低速、低電流之熔接口處理，使後端表面之凹陷修正成平坦，並且，後行極在熔接對象材料之後端結束熔接，直到停止電漿電弧，繼續先行極之電漿電弧，因此直到結束熔接對象材料之熔接，後行極之電漿火焰和先行極之電漿火焰相互牽制，在後端不產生後行極之電漿火焰之後方偏向，因此在後端，表面接縫在後方不形成細長，後端部之凹陷消失。藉由這些程序，熔接片31a、31b前端、後端之原材料良率提高。 (第2實施例) 2.後行穿透模式(先行極先行點火)(圖九、圖十、表2)
第2實施例亦使用雙電極電漿火炬30，其備有嵌入式尖頭1，該嵌入式尖頭1具2個電極配置空間2a、2b及分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴3a、3b；將後端接頭39a、39b設置於熔接片31a、31b之後端，使前述2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬30對熔接片31a、31b在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極12a、12b產生電漿電弧，將熔接線加以熔接。
先行極設定於預熱電漿電弧，後行極設定於穿透電漿電弧，以低速開始火炬30之行走驅動，如圖九(1)所示，當先行極(噴嘴構件20b)位於熔接片31a、31b之前端時，啟動先行極之電漿電弧。如圖九(2)所示，只要後行極到達熔接片31a、31b之始端，則啟動後行極之電漿電弧，當藉由後行極形成穿透時，以高速切換行走驅動。並且提高切換後行極之電漿電弧電流及後行極之電漿氣體流量。其後，如圖九(3)所示，繼續相同條件。接著，如圖九(4)所示，只要後行極到達熔接片31a、31b之後端，則停止先行級極及後行極之電漿電弧。然後，停止火炬之行走驅動(圖九(5))。
圖十係表示切換先行極到達圖七(3)~(5)所示之各位置之時點T1~T3之熔接電流、電漿氣體流量、及熔接速度之基本圖形，表2係表示第2實施例所採用之熔接條件值。此係將熔接片31a、31b作成板厚2.3mm(薄板)，長度220mm之軟鋼，在熔接程序程式中，從熔接開始(STEP1)到熔接結束(STEP13)，針對13步驟之各步驟設定熔接條件值。在步驟間，繼續維持先行步驟之熔接條件。
(表2)
若依據第2實施例，當先行極(預熱用)位於熔接片31a、31b之前端時，先行極(預熱用)啟動電漿電弧(預熱)，因此不因相當於先行極/後行極間距離之預熱時滯(圖十六(b))而產生熔接片31a、31b前端之滲透波形成不良。只要藉由後行極形成穿透，則提高行走驅動速度，因此熔接之生產性提高。後行極在熔接對象材料之後端結束熔接，直到停止電漿電弧，繼續先行極之電漿電弧，因此直到結束熔接對象材料之熔接，後行極之電漿火焰和先行極之電漿火焰相互牽制，在後端不產生後行極之電漿火焰之後方偏向，因此在後端，表面接縫在後方不形成細長，後端部之凹陷消失。藉由這些程序，熔接片31a、31b前端、後端之原材料良率提高。 (第3實施例) 3.先行穿透模式(先行極先行點火)(圖十一、圖十二)
第3實施例亦使用雙電極電漿火炬30，其備有嵌入式尖頭1，該嵌入式尖頭1具2個電極配置空間2a、2b及分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴3a、3b；將後端接頭39a、39b設置於熔接片31a、31b之後端，使前述2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬30對熔接片31a、31b在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極12a、12b產生電漿電弧，將熔接線加以熔接。
先行極設定於穿透電漿電弧，後行極設定於共同熔接電漿電弧，以低速開始火炬之行走驅動，如圖十一(1)所示，當先行極(噴嘴構件20b)位於熔接片31a、31b之始端時，啟動先行極之電漿電弧(穿透熔接)。如圖十一(2)所示，只要後行極到達熔接片31a、31b之始端，則啟動後行極之電漿電弧(共同熔接)，以高速切換行走驅動。並且提高切換先行極之電漿電弧電流及先行極之電漿氣體流量。其後，如圖十一(3)所示，繼續相同條件。接著，如圖十一(4)所示，在先行極即將到達熔接片31a、31b之後端前，降低先行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量，以低速切換行走驅動，如圖十一(5)所示，只要後行極到達該後端，則降低後行極之電漿電弧電流，藉由後行極之熔接口處理期間後，停止先行極及後行極之電漿電弧。然後，停止火炬之行走驅動(圖十一(6))。
圖十二係表示切換先行極到達圖十一(3)~(6)所示之各位置之時點T1~T3之熔接電流、電漿氣體流量、及熔接速度之基本圖形，表3係表示第3實施例所採用之熔接條件值。此係將熔接片31a、31b作成板厚5.0mm(厚板)，長度300mm之軟鋼，在熔接程序程式中，從熔接開始(STEP1)到熔接結束(STEP15)，針對15步驟之各步驟設定熔接條件值。在步驟間，繼續維持先行步驟之熔接條件。
(表3)
若依據第3實施例，從熔接片31a、31b之前端交給後端，藉由後行極之電漿，使熔接表面共同熔接，即使高速熔接亦能獲得凹陷較少之表面接縫。熔接之生產性提高。只要後行極到達熔接片31a、31b之前端，則提高切換先行極之電漿電弧電流，同時提高行走驅動速度，因此熔接之生產性較高。後行極在熔接對象材料之後端結束熔接，直到停止電漿電弧，繼續先行極之電漿電弧，因此直到結束熔接對象材料之熔接，後行極之電漿火焰和先行極之電漿火焰相互牽制，在後端不產生後行極之電漿火焰之後方偏向，因此在後端，表面接縫在後方不形成細長，後端部之凹陷消失。藉由這些程序，熔接片31a、31b前端、後端之原材料良率提高。 (第4實施例) 4.先行穿透模式(使用接頭材料：先行極、後行極同時點火)
第4實施例亦使用雙電極電漿火炬30，其備有嵌入式尖頭1，該嵌入式尖頭1具2個電極配置空間2a、2b及分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴3a、3b；如圖十三所示，將前端接頭38a、38b及後端接頭39a、39b設置於熔接片31a、31b之前端及後端，使前述2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬30對熔接片31a、31b在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極12a、12b產生電漿電弧，將熔接線加以熔接。
先行極設定於穿透電漿電弧，後行極設定於共同熔接電漿電弧，如圖十四(1)所示，當先行極(噴嘴構件20b)位於熔接片31a、31b之始端時，啟動先行極之電漿電弧(穿透熔接)及後行極之電漿電弧(共同熔接)，並且以高速開始火炬之行走驅動，如圖十四(2)所示，只要後行極到達熔接片31a、31b之始端，則以高速切換行走驅動，並且提高切換先行極之電漿電弧電流及先行極之電漿氣體流量，其後，如圖十四(3)所示，繼續相同條件。接著，如圖十四(4)所示，只要後行極到達熔接片31a、31b之後端，則停止先行極及後行極之電漿電弧。然後，停止火炬之行走驅動(圖十四(5))。
圖十五係表示切換先行極到達圖十四(3)~(5)所示之各位置之時點T1~T3之熔接電流、電漿氣體流量、及熔接速度之基本圖形，表4係表示第4實施例所採用之熔接條件值。此係將熔接片31a、31b作成板厚1.4mm(薄板)，長度300mm之軟鋼，在熔接程序程式中，從熔接開始(STEP1)到熔接結束(STEP11)，針對11步驟之各步驟設定熔接條件值。在步驟間，繼續維持先行步驟之熔接條件。
(表4)
若依據第4實施例，從熔接片31a、31b之前端交給後端，藉由後行極之電漿，使熔接表面共同熔接，即使高速熔接亦能獲得凹陷較少之表面接縫。熔接之生產性提高。只要後行極到達熔接片31a、31b之前端，則提高切換先行極之電漿電弧電流，同時提高行走驅動速度，因此熔接之生產性提高。將前端接頭38a、38b及後端接頭39a、39b設置於熔接對象材料之前端及後端，從先行極位於熔接對象材料之前端時到後行極位於熔接對象材料之後端時為止，繼續先行極及後行極之電漿電弧，在開始熔接對象材料之熔接到結束為止，後行極之電漿火焰和先行極之電漿火焰相互牽制，在熔接對象材料之前端、後端，不產生後行極之電漿火焰之前方偏向、後方偏向，因此在前端鄰接後方及後端，表面接縫在後方不形成細長，前端部、後端部之凹陷消失。藉由這些程序，熔接片31a、31b前端、後端之原材料良率提高。 (第5實施例) 5.後行穿透模式(使用接頭材料：先行極、後行極同時點火)
第5實施例亦使用雙電極電漿火炬30，其備有嵌入式尖頭1，該嵌入式尖頭1具2個電極配置空間2a、2b及分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴3a、3b；如圖十三所示，將前端接頭38a、38b及後端接頭39a、39b設置於熔接片31a、31b之前端及後端，使前述2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬30對熔接片31a、31b在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極12a、12b產生電漿電弧，將熔接線加以熔接。
先行極設定於預熱電漿電弧，後行極設定於穿透電漿電弧。如圖十六(1)所示，先行極在熔接片31a、31b之前端，後行極相對向於前端接頭38a、38b細縫之位置，啟動先行極、後行極之電漿電弧，開始雙電極電漿火炬30之行走驅動，如圖十六(3)所示，只要後行極到達熔接片31a、31b之後端，並且結束後端之熔接，則停止各極之電漿電弧。圖十七係表示切換先行極到達圖十六(1)~(4)所示之各位置之時點T1~T4之熔接電流、電漿氣體流量、及熔接速度之基本圖形。
若依據第5實施例，從熔接片31a、31b之前端交給後端，藉由先行極之電漿，使熔接對象材料預熱，即使高速熔接亦能獲得凹陷較少之表面接縫。熔接之生產性提高。只要後行極到達熔接片31a、31b之前端，則提高切換先行極之電漿電弧電流，同時提高行走驅動速度，因此熔接之生產性提高。當先極位於熔接片31a、31b之始端，後行極相對向於前端接頭38a、38b之細縫時，啟動先行極及後行極之電漿電弧，當後極位於熔接片31a、31b之後端，先行極相對向於後端接頭38a、38b之細縫時，停止先行極及後行極之電漿電弧，因此在開始熔接對象材料之熔接到結束熔接為止，後行極之電漿火焰和先行極之電漿火焰相互牽制，在熔接對象材料之前端、後端，不產生後行極之電漿火焰之前方偏向、後方偏向，因此在前端鄰接後方及後端，表面接縫在後方不形成細長，後端部之凹陷消失。藉由這些程序，熔接片31a、31b前端、後端之原材料良率提高。
另外，關於第4、第5實施例，先行極和後行極不僅同時點火、同時停止，而且各極皆位於後端接頭材料之範圍時，亦可分別進行點火，又，當各極皆位於後端接頭材料之區域時，亦可分別停止。又，在後端亦能進行後行極之熔接口處理。 (第1~5實施例之變形)
若是使用雙電極電漿火炬30之熔接，由於先行極/後行極間距離較短，因此依照熔接條件，如圖十八(a)所示，用先行之穿透熔接所生成之熔融池之熔融金屬會被吸入於後行之共同熔接電漿電弧緊鄰下方，在穿透熔接部和共同熔接部之間A，有熔融金屬從先行極側流動到後行極側，在熔接線之後端部，有時以減厚狀態結束熔接。此係越是厚板且黏性越低的金屬越明顯。為迴避此現象，以熔接片31a、31b之後端比前端較為低之姿勢傾斜，將雙電極電漿火炬30以垂直於熔接片31a、31b表面之姿勢，將其行走驅動成為與熔接線平行之方向。以此種方式，只要將熔接片傾斜，則藉由重力，在熔融池之熔融金屬施加朝向熔接方向之力，上述吸入受到抑制，減低後端部接縫之減厚，後端部之接縫表面變成平坦。雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之表面係垂直姿勢，因此容易設定或調整先行極之穿透熔接條件及後行極之共同熔接條件。
在上述之實施例1~5及變形例之任一例中，即使依照材質、板厚進行後端之溶接口處理，表面接縫之減厚較多時，亦能對後端部供應線材加以彌補。以上雖表示平板彼此間之熔接，但本發明並非限定於此，亦能應用於彎曲成筒狀之一塊板之兩端部之對頭熔接或管彼此間之對頭熔接、重疊角厚熔接等圓周熔接。 (第6實施例)
在使用圖二十三所示之前端接頭裝置之第6實施例中，電漿火炬30係將搬送到生產線上之平板彎曲成圓筒狀，將原本平板之兩側面對頭熔接之氣缸即熔接對象材料W(圖二十六)設置於熔接對頭後之兩側面間(熔接線)之位置。該電漿火炬30，在與專利文獻1所提示之電漿火炬同樣構造之火炬本體內設2根熔接電極之嵌入式尖頭，有2個噴嘴，從各噴嘴噴出電漿電弧，具噴嘴之噴嘴構件20a、20b係相對向於搬送來之熔接對象材料W之熔接線(圖二十七)。
本實施例中，前端接頭裝置之第2驅動裝置105係用連結臂104連結於電漿火炬30並加以支承。第2驅動裝置105係以自由進退之方式支承固定於支承台107之活塞桿106及導桿108、109，使活塞桿106進行進退驅動。透過接腳110，第1驅動裝置111固定於支承台107。第1驅動裝置111以自由橫行之方式支承支承腳112，且進行橫行驅動。熱傳導率較高之銅製前端接頭113固定於支承腳112。
圖二十四(a)係表示前端接頭113之放大圖，圖二十四(b)係表示將前端接頭113之基體113b分離之圖，圖二十四(c)係表示將覆蓋該基體之舌片部113p之背面及兩側面之高導磁率之軟鐵蓋114分離之圖。前端接頭113(圖二十三、圖二十四(a))係在圖二十四(c)所示之軟鐵蓋114之溝槽114r插入圖二十四(b)所示之高熱傳導性之銅製基體113b之舌片部113p而固定成一體者。在基體113b有通水孔，在該通水孔之一端和另一端有接收冷卻水之管口和排出冷卻水之管口，從供水管供應冷卻水，流經通水孔後再排出，但與這些冷卻水之流通有關連之元件圖示予以省略。
再次參照圖二十三，用位於待機位置之前端接頭113之軟鐵蓋114覆蓋背面及兩側面之舌片部113p(圖二十四)係位於電漿火炬30之噴嘴構件20a、20b之緊鄰下方。前端接頭113之基體113b係透過支承腳112，用第1驅動裝置111懸吊支承。第1驅動裝置111係一般稱為無桿氣缸之直線驅動之空壓致動器，用可移動磁鐵活塞，將氣缸內區分為2室，在氣缸外備有強力吸附於該活塞之磁鐵載架。支承腳112固定於該磁鐵載架。
用可移動磁鐵活塞區分之1室係連通於空壓埠，打開負壓電磁閥(圖示略)，將該空氣埠連通於空壓源(圖示略)之負壓口，藉此固定於該磁鐵載架之支承腳112(前端接頭113)被驅動至圖二十三所示之待機位置。待機位置感測器111hs檢測前端接頭113位於待機位置。打開開放式電磁閥(圖示略)，將前述空壓埠設定為大氣壓，藉此前端接頭113被熔接對象材料W壓住，能移動到箭頭y方向(圖二十七)。設定位置感測器111ts檢測到達箭頭y方向之設定位置。位於該設定位置之前端接頭113係打開正壓電磁閥(圖示略)，將前述空壓埠連通於空壓源之高壓口，藉此能返回待機位置(圖二十三)。
第2驅動裝置105係稱為氣缸之直線驅動之空壓致動器，用活塞將氣缸內區分為2室，將連結於活塞之活塞桿106之前端引出至氣缸外部。支承台107固定於活塞桿106之前端。並行於活塞桿106之2根導棒108、109之前端固定於支承台107，用第2驅動裝置105之框架以自由移動之方式支承於活塞桿106之往返移動方向。活塞桿106之往返移動方向對熔接對象材料W之移動方向(圖二十六、圖二十七上之粗線箭頭)約為45度。
被連結有活塞桿106之活塞區分之1室連通於空壓埠，打開高壓電磁閥(圖示略)，將該空壓埠連通於空壓源(圖示略)之高壓口，藉此固定有活塞桿106之支承台107被驅動至圖二十三、圖二十六、圖二十七所示之作用位置，第1驅動位置111被驅動至作用位置。作用位置感測器105hs檢測第1驅動位置111位於作用位置。打開負壓電磁閥(圖示略)，將前述空壓埠連通於空壓源之負壓口，藉此支承台107被驅動至圖二十八所示之退避位置，第1驅動裝置111被驅動於退避位置。退避位置感測器105ts檢測第1驅動裝置111位於退避位置。當第1驅動裝置111移動至退避位置時，關閉(OFF)負壓電磁閥，藉此停止活塞桿106之移動，第1驅動裝置111停留於退避位置。打開正壓電磁閥，將空壓埠連通於空壓源之高壓口，藉此第1驅動裝置111能返回作用位置(圖二十三、圖二十六、圖二十七)。
另外，將第1驅動裝置111及第2驅動裝置105施予動作壓之上述電磁閥群組及電磁閥驅動器及電磁閥群組之各電磁閥之開、閉指示提供給電磁閥驅動器之微電腦(程序器或控制器)之圖示予以省略。
圖二十五係表示該微電腦用來控制前端接頭位置之第1及第2驅動裝置111、105之驅動控制。只要微電腦依據上階電腦或操作者指示「初始化」，就會將第2驅動裝置105用之高壓電磁閥之開(ON)指示及第1驅動裝置111用之負壓電磁閥之開(ON)指示提供給電磁驅動器。然後，等待來自上階電腦之熔接指示信號。這種狀態係如圖二十三所示，用前端接頭113之軟鐵蓋114覆蓋下部及側部之舌片部113p(圖二十四(a))係位於電漿火炬30之噴嘴構件20a、20b緊鄰下方之「待機狀態」。
生產線所移送之熔接對象材料W來到，當其前端位於前端接頭113之前端(舌片部113p之前端)時，上階電腦將熔接指示信號傳送至微電腦，應答該指示後，微電腦藉由先行極啟動穿透熔接之電漿電弧和藉由後行極啟動共同熔接之電漿電弧(圖二十五之T11、圖二十六)。熔接對象材料W一面壓住前端接頭113一面進行移動，藉此，電漿電弧將熔接對象材料W進行熔接。熔接對象材料W之前端即將通過後行噴嘴構件3緊鄰下方後，如圖二十九所示，兩電弧所感應之磁通流通於前方之高導磁率之軟鐵蓋114而朝前方擴散，因此與作用於後行電漿電弧PA-T之熔接對象材料移送方向(y箭頭方向)反方向的力變小，後行電漿電弧PA-T之橫偏向(圖三十)變小，熔接始端之熔接縫變平坦。
被熔接對象材料W壓住之前端接頭113之前端在通過雙電極電漿火炬30之下方範圍之時點(T12，圖二十七)，微電腦將負壓供應給第2驅動裝置105，將第1驅動裝置驅動至退避位置(圖二十八)，只要到達退避位置，就會從空壓源之負壓口關閉空壓埠，保持退避位置(T13)。接著，當熔接對象材料W之終端通過先行噴嘴構件20a時，解除先行電漿電弧，當通過後行噴嘴構件3時，解除後行電漿電弧，熔接對象材料W之終端等待通過前端接頭113緊鄰下方。只要通過，就解除第1驅動裝置111之退避位置保持(T14)，使第1驅動裝置111返回作用位置(T15)，將高壓供應給第1驅動裝置111，使前端接頭113返回待機位置(T16，圖二十三)。然後，等待下一個熔接對象材料到來。
如上所述，將前端接頭113置於待機位置，熔接對象材料W藉由搬送，當熔接對象材料W抵接於前端接頭113之前端面時，啟動熔接電弧，因此在電漿火炬30和前端接頭113之間產生電漿熔接電弧，電漿電弧啟動之穩定性較高。電漿電弧啟動後，藉由熔接對象材料，將前端接頭推至退避位置，只要前端接頭113之前端面從電漿火炬離開，就會將前端接頭113驅動至退避位置。驅動至退避位置後，只要通過結束熔接之熔接對象材料W，就會使前端接頭113返回待機位置，等待下一個熔接對象材料到來，同樣地進行該熔接對象材料之熔接。以這種方式，電漿熔接電弧之啟動穩定，並且能高效率進行多數短條產品之連續生產。
採用上述之雙電極2噴嘴之電漿電弧之先行穿透熔接及後行共同熔接，用高透磁率之軟鐵蓋114被覆舌片部113p之背面及側面，該舌片部113p係用以啟動前端接頭113之基體113b之電漿電弧PA-L、PT-T，因此藉由後行電漿電弧PT-T之熔接對象材料之始端熔接縫之下沉受到抑制。
另外，第6實施形態中，用雙電極電漿火炬30支承前端接頭裝置，但將雙電極電漿火炬30靜止固定，使熔接對象材料相對向於火炬30而移動時，前端接頭裝置亦可從火炬30分離而獨立靜止固定。相反地，若是沿靜止之熔接對象材料，使雙電極電漿火炬30移動之樣態，則如第6實施例般，在火炬30裝備有前端接頭裝置，隨著火炬30一起移動，但最好抑制驅動機構之增設。然而，亦有一種樣態，前端接頭裝置與火炬30分離獨立，用附加於前端接頭用之驅動機構，使前端接頭裝置(第2驅動裝置105)與火炬30之移動同步，以同方向進行驅動。
1‧‧‧尖頭基體
1a、1b‧‧‧傾斜面
1c‧‧‧前端突起
1d、1e‧‧‧前端平面
1f、1g‧‧‧水循環孔
1h‧‧‧接水孔
1i‧‧‧出水孔
1j、1k、1l‧‧‧橫向通水孔
2a~2d‧‧‧電極配置空間
3a~3d‧‧‧噴嘴
5‧‧‧尖頭台
6‧‧‧內罩
7‧‧‧絕緣本體
8‧‧‧屏蔽罩
9a、9b‧‧‧定位石
10a、10b‧‧‧電極台
11‧‧‧絕緣墊片
12a、12b‧‧‧電極
13a、13b‧‧‧壓緊用螺絲
14‧‧‧外筒
15a、15b‧‧‧引火氣體管
16a、16b‧‧‧水流管
18a、18b‧‧‧噴嘴構件插入孔
19a、19b‧‧‧電漿電弧
20a~20d‧‧‧噴嘴構件
21a~21d‧‧‧傘部
22a~22d‧‧‧幹部
23a~23d‧‧‧O形環
24a~24d‧‧‧公螺絲部
25a、25d‧‧‧螺帽
26a~26d‧‧‧切口面
30‧‧‧電漿火炬
31a、31b‧‧‧熔接片
31p‧‧‧熔融池
32a、32b‧‧‧熔接電流-氣體供應裝置
33a、33b‧‧‧熔接電源
34a、34b‧‧‧引火電源
35‧‧‧並行運轉控制盤
36‧‧‧火炬行走用馬達
37‧‧‧工件行走用馬達
38a、38b‧‧‧前端接頭
39a、39b‧‧‧後端接頭
104‧‧‧連結臂
105‧‧‧第2驅動裝置(第2驅動手段)
105hs‧‧‧作用位置感測器
105ts‧‧‧退避位置感測器
106‧‧‧活塞桿
107‧‧‧支承台
108、109‧‧‧導桿
110‧‧‧接腳
111‧‧‧第1驅動裝置(第1驅動手段)
11hs‧‧‧待機位置感測器
111ts‧‧‧設定位置感測器
112‧‧‧支承腳
113‧‧‧前端接頭
113b‧‧‧基體(高熱傳導體)
113p‧‧‧舌片部
114‧‧‧軟鐵蓋(高導磁率蓋)
114r‧‧‧溝槽
圖一(a)係方塊圖，表示實施本發明之雙電極電漿火炬之熔接方法之熔接裝置之系統構成之一例，表示對熔接對象材料即熔接片31a、31b，將雙電極電漿火炬30進行行走驅動之樣態。圖一(b)係方塊圖，表示對雙電極電漿火炬30，將熔接片31a、31b進行行走驅動之樣態。
圖二係圖一所示之雙電極電漿火炬30之縱截面y-z之放大圖。
圖三係圖一所示之雙電極電漿火炬30之縱截面x-z之放大圖。
圖四(a)係在IVa-IVa線方向，仰視圖二所示之雙電極電漿火炬30前端之仰視圖，圖四(b)係在圖三所示之IVb-IVb線方向仰視圖二所示之雙電極電漿火炬30前端之仰視圖，圖四(c)係在IVc-IVc線方向，俯視圖二所示之雙電極電漿火炬30前端之橫截面圖。
圖五(a)係表示從火炬本體拆下圖二所示之電漿火炬前端之嵌入式尖頭及內罩6之縱截面圖，圖五(b)係僅表示圖五(a)所示之尖頭基體1和內罩6之縱截面圖，圖五(c)係從噴嘴構件20a、20b拆下圖五(a)所示之螺帽25a、25b，從尖頭基體1拔出噴嘴構件，同時表示螺帽25a、25b之前視圖(外觀圖)。
圖六(a1)係圖五(c)所示之噴嘴構件20a之縱截面圖，圖六(a2)係該噴嘴構件20a之仰視圖。圖六(b1)係取代圖2所示之噴嘴構件20a、20b之一者或兩者，能裝備於尖頭基體1之第1變形形態之噴嘴構件20c之縱截面圖，圖六(b2)係該噴嘴構件20c之仰視圖。圖六(c1)係取代圖二所示之噴嘴構件20a、20b之一者或兩者，能裝備於尖頭基體1之第2變形形態之噴嘴構件20d之縱截面圖，圖六(c2)係該噴嘴構件20d之仰視圖。
圖七係使用圖一(a)所示之熔接裝置，實施本發明之第1實施例之熔接方法時，表示雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之相對位置，圖七(1)係表示將進行穿透熔接之後行極置於熔接片31a、31b之前端，開始熔接之位置，圖七(2)係表示開始熔接時，在進行預熱之先行極相對向之位置，後行極到達相對向之位置，圖七(3)係表示穩定熔接狀態之位置，圖七(4)係表示先行極即將到達熔接片31a、31b之後端前之位置，圖七(5)係表示後行極到達熔接片31a、31b之後端之位置，以及圖七(6)系表示熔接結束後，停止行走驅動之位置。
圖八係時序圖，表示本發明第1實施例之熔接方法之熔接電流及電漿氣體對先行極、後行極之供應量切換之時點及停止時點、及熔接行走(速度)之停止時點之概要(基本圖形)，時點T1~T4係先行極分別對應圖七(3)至圖七(6)所示之位置。
圖九係使用圖一(a)所示之熔接裝置，實施本發明之第2實施例之熔接方法時，表示雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之相對位置，圖九(1)係表示將進行預熱之先行極置於熔接片31a、31b之始端，開始熔接之位置，圖九(2)係表示進行穿透熔接之後行極到達熔接片31a、31b之前端之位置，圖九(3)係表示穩定熔接狀態之位置，圖九(4)係表示後後行極到達熔接片31a、31b之後端之位置，以及圖九(5)係表示熔接結束後，停止行走驅動之位置。
圖十係時序圖，表示本發明第2實施例之熔接方法之熔接電流及電漿氣體對先行極、後行極之停止時點及熔接行走(速度)之停止時點之概要(基本圖形)，時點T1~T3係先行極分別對應圖九(3)至圖九(5)之位置。
圖十一係使用圖一(a)所示之熔接裝置，實施本發明之第3實施例之熔接方法時，表示雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之相對位置，圖十一(1)係表示將進行穿透熔接之先行極置於熔接片31a、31b之前端，開始熔接之位置，圖十一(2)係表示進行預熱之後行極到達熔接片31a、31b前端之位置，圖十一(3)係表示穩定熔接狀態之位置，圖十一(4)係表示先行極即將到達熔接片31a、31b後端之位置，圖十一(5)係表示後行極即將到達熔接片31a、31b後端之位置，以及圖十一(6)係表示熔接結束後，停止行走驅動之位置。
圖十二係時序圖，表示本發明第3實施例之熔接方法之熔接電流及電漿氣體對先行極、後行極之供應量切換之時點及停止時點、以及熔接行走速度之切換時點之概要(基本圖形)，時點T1~T4係分別對應圖九(3)~圖九(6)之位置。
圖十三係使用圖一(a)所示之熔接裝置及前端、後端接頭，實施本發明之熔接方法時，表示雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之相對位置，圖十三(a)係表示開始熔接時點之熔接線截面，圖十三(b)係表示熔接線之平面(熔接片之表面)。圖十三(c)係表示熔接結束時點之熔接線截面。
圖十四係使用圖一(a)所示之熔接裝置，實施本發明之第4實施例之熔接方法時，表示雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之相對位置，圖十四(1)係表示將進行穿透熔接之先行極置於熔接片31a、31b之前端，開始熔接之位置，圖十四(2)係表示進行預熱之後行極到達熔接片31a、31b前端之位置，在進行預熱之先行極相對向之位置，圖十四(3)係表示穩定熔接狀態之位置，圖十四(4)係表示後行極到達熔接片31a、31b後端之位置，以及圖十四(5)系表示熔接結束後，停止行走驅動之位置。
圖十五係時序圖，表示本發明第4實施例之熔接方法之熔接電流及電漿氣體對先行極、後行極之供應、停止時點和供應量切換之時點以及熔接速度之切換時點之概要(基本圖形)，時點T1~T3係對應圖十四所示之時點T1~T3。
圖十六係使用圖1(a)所示之熔接裝置，實施本發明第5實施例之熔接方法時，表示雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之相對位置，圖十六(1)係表示將進行共同熔接之先行極置於熔接片31a、31b之前端，開始熔接之位置，圖十六(2)係表示穩定熔接狀態之位置，圖十六(3)係表示進行穿透熔接之後行極到達熔接片31a、31b後端之位置，以及圖十六(4)係表示熔接結束後，停止行走驅動之位置。
圖十七係時序圖，表示本發明第5實施例之熔接方法之熔接電流及電漿氣體對先行極、後行極之停止時點和熔接行走之停止時點之概要(基本圖形)，時點T1~T4係分別對應圖十六所示之(1)~(4)之位置。
圖十八(a)係表示先行極之穿透熔接之熔融池之熔融金屬被吸入於後行極之共同熔接之熔融池之狀態之熔接線部位之截面圖。圖十八(b)係表示為防止吸入，熔接片31a、31b及雙電極電漿火炬30朝下進行方向傾斜狀態之熔接線部位之截面圖。
圖十九(a)係表示對進行預熱之先行極，使進行穿透熔接之後行極離開，藉此將後行極置於熔接片31a、31b之前端，與先行極同時啟動熔接時，熔接片前端部之預熱時滯(預熱不足範圍)之截面圖。圖十九(b)係用虛線表示因預熱時滯所造成之穿透熔接不良範圍(殘留)之側視圖。
圖二十(a)係表示，依據本發明，將後端接頭設置於熔接片31a、31b之後端，後行極之電漿火焰位於熔接片範圍間，當先行極之電漿火焰位於拆下熔接片之後端接頭39a、39b之範圍時亦繼續先行極之電漿電弧，雙電極電漿火炬30對熔接片31a、31b之相對位置之縱截面圖，圖二十(b)係表示圖二十(a)上之B-B線截面之熔接縫之橫截面圖。
圖二十一(a)係表示雙電極電漿火炬30位於熔接片31a、31b之前端和後端間之穩定熔接範圍域間，先行極、後行極之電漿火焰相互作用之縱截面圖，圖二十一(b)係表示，藉由先行極、後行極之電漿火焰，被熔接片感應之磁通分布之平面圖，圖二十一(c)係表示圖二十一(a)上之C-C線截面之熔接縫之橫截面圖。
圖二十二(a)係表示雙電極電漿火炬30到達熔接片未附後端接頭之後端，由於先行極拆下該後端，因此停止先行極之電漿電弧時，後行極之電漿火焰偏向後方時之熔接片31a、31b和雙電極電漿火炬30之縱截面圖，圖二十二(b)係表示藉由後行極之電漿火焰，被熔接片感應之磁通分布之平面圖，圖二十二(c)係表示圖二十二(a)上之C-C線截面出現有凹陷之熔接縫之橫截面圖。
圖二十三係本發明第6實施例所使用之前端接頭裝置之側視圖，熔接對象材料係平行於圖二十三紙面，從左往右(在y箭頭方向)搬送。
圖二十四(a)係表示將圖二十三所示之前端接頭113放大之立體圖，圖二十四(b)及圖二十四(c)係表示將前端接頭113分解之立體圖，圖二十四(b)係表示前端接頭113之基體113b(高熱傳導體)，圖二十四(c)係表示覆蓋基體113b之突出舌片部113p之下面和兩側面之高導磁率之軟鐵製之蓋114。
圖二十五係圖二十三所示之前端接頭裝置動作之時序圖。
圖二十六係表示，在圖二十三所示之前端接頭裝置之前端接頭113之前端面，抵接往y方向搬送之熔接對象材料W之前端面之電漿火炬30，啟動電弧瞬間之側視圖。
圖二十七係表示藉由所啟動之電漿電弧進行熔接，前端接頭113之前端面從電漿火炬30之緊鄰下方拆下之瞬間，圖二十三所示之前端接頭裝置之側視圖。
圖二十八係表示將圖二十三所示之前端接頭裝置之前端接頭113置於退避位置之狀態之側視圖。
圖二十九(a)係如圖二十七所示，熔接對象材料W之前端部相對向於後行噴嘴構件20b下方時，表示後行電漿電弧PA-T之形狀和磁通分布之概要之放大縱截面圖，圖二十九(b)係放大平面圖。
圖三十(a)係表示使用省略高導磁率之蓋114之低導磁率之前端接頭113時，熔接對象材料W之前端部相對向於後行噴嘴構件20b下方時，表示後行電漿電弧PA-T之形狀和磁通分布之概要之放大縱截面圖，圖三十(b)係放大平面圖。
20a、20b‧‧‧噴嘴構件
30‧‧‧電漿火炬
31a、31b‧‧‧熔接片
39a、39b‧‧‧後端接頭

权利要求:
Claims (19)
[1] 一種採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其係使用雙電極電漿火炬，備有嵌入式尖頭，該嵌入式尖頭具2個電極配置空間和分別連通於各電極配置空間之2個噴嘴；使前述2個噴嘴之排列方向與熔接線平行，並使該火炬和熔接對象材料之至少一方在沿熔接線之方向，一面進行行走驅動，一面用位於各電極配置空間之各電極產生電漿電弧，將熔接線加以熔接，其特徵在於，在前述熔接對象材料熔接方向之後端設有後端接頭，在熔接線之延伸方向，後行電極(亦即後行極)於前述後端結束熔接，直到停止電漿電弧，在熔接線之延伸方向，繼續先行電極(亦即先行極)之電漿電弧。
[2] 根據申請專利範圍第1項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當藉由前述後行極結束前述後端之熔接時，停止前述先行極及後行極之電漿電弧，其後，停止前述行走驅動。
[3] 根據申請專利範圍第1項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述熔接對象材料及後端接頭，以熔接對象材料之後端較前端為低之姿勢傾斜，俾使前述行走驅動成為與熔接線平行之方向。
[4] 根據申請專利範圍第3項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，前述雙電極電漿火炬係垂直於熔接對象材料表面之姿勢。
[5] 根據申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在產生預熱熔接對象材料之電漿電弧，將前述後電極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之後行極位於熔接對象材料之前端以前時，藉由該後行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，前述先行極之電漿電弧，在產生滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或其產生前進行啟動，在先行或同時啟動電漿電弧之同時或該啟動後，開始前述行走驅動。
[6] 根據申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，將前述後行極設定在共同熔接熔接線之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之先行極位於熔接對象材料之前端以前時，啟動該先行極之滲透波形成熔接之電漿電弧，前述後行極之電漿電弧，在啟動滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或位於熔接對象材料之前端時進行啟動，在先行或同時啟動電漿電弧之同時或該啟動後，開始前述行走驅動。
[7] 根據申請專利範圍第5項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當前述後行極位於熔接對象材料之前端時，同時啟動前述先行極及後行極之電漿電弧，與該啟動之同時，以低速開始前述行走驅動，只要前述後行極到達前述先行極啟動電漿電弧之位置，就會以高速切換前述行走驅動，且提高切換後行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者，在前述先行極即將到達熔接對象材料之後端前，將先行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者降低，只要後行極到達該後端，就會將前述行走驅動之速度降低，且將後行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者降低，在後行極之熔接口處理期間後，停止先行極及後行極之電漿電弧。
[8] 根據申請專利範圍第5項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當前述先行極位於熔接對象材料之前端時，在啟動先行極之電漿電弧之同時，以低速開始前述行走驅動，只要前述後行極到達熔接對象材料之前端，就啟動後行極之電漿電弧，當藉由前述後行極形成穿透熔接時，以高速切換前述行走驅動，且提高切換後行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者。
[9] 根據申請專利範圍第6項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，當前述先行極位於熔接對象材料之前端時，在啟動先行極之電漿電弧之同時，以低速開始前述行走驅動，只要前述後行極到達熔接對象材料之前端後，就啟動後行極之電漿電弧，只要前述後行極到達熔接對象材料之前端，就以高速切換前述行走驅動，且提高切換先行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者，在前述先行極即將到達熔接對象材料之後端前，將先行極之電漿電弧電流及電漿氣體流量之兩者或一者降低，且以低速切換前述行走驅動，在後端，停止先行極及後行極之電漿電弧。
[10] 根據申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，前端接頭設置於前述熔接對象材料之熔接方向之前端，當前述先行極及後行極位於前述熔接對象材料之前端以前時，於兩極同時啟動電漿電弧。
[11] 根據申請專利範圍第4項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，只要於兩極同時啟動電漿電弧，就開始前述行走驅動。
[12] 根據申請專利範圍第10項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，將前述後行極設定在共同熔接熔接線之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之先行極位於熔接對象材料之前端以前時，藉由該先行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，前述後行極之電漿電弧在啟動滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或位於熔接對象材料之前端時進行啟動，先行或同時啟動電漿電弧之同時或在該啟動後，開始前述行走驅動。
[13] 根據申請專利範圍第10項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前述先行極設定在產生預熱熔接對象材料之電漿電弧，將前述後行極設定在滲透波形成熔接之電漿電弧，當設定於滲透波形成熔接之後行極位於熔接對象材料之前端以前時，藉由該後行極啟動滲透波形成熔接之電漿電弧，在前述先行極之電漿電弧產生滲透波形成熔接之電漿電弧之同時或其前進行啟動，在先行或同時啟動電漿電弧之同時或該啟動後，開始前述行走驅動。
[14] 根據申請專利範圍第1項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，熔接中，雙電極電漿火炬和熔接對象材料之相對移動中，前端接頭之前端面相對向於熔接對象材料之始端，並且該前端接頭相對向於前述雙電極電漿火炬之前端，從熔接電弧進行啟動之待機位置，在前述相對移動之方向，前述前端面從前述雙電極電漿火炬及熔接對象材料離開之退避位置，且相反地，以可移動方式支承前述接頭，藉由所驅動之前端接頭驅動手段，將前述前端接頭置於前述待機位置，前述熔接對象材料之前述相對移動方向之前端抵接於前述前端接頭之前端面時，或即將該抵接前或該抵接後，在先行極及後行極啟動電漿電弧。
[15] 根據申請專利範圍第14項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，前述前端接頭驅動手段包含：第1驅動手段，係從前述待機位置，在前述相對移動之方向，該前端接頭之前端面從前述雙電極電漿火炬離開之設定位置，且其相反地，以可移動方式支承並驅動前述前端接頭；以及第2驅動手段，前述前端接頭從前述待機位置將該第1驅動手段驅動於前述設定位置，或相反地從所驅動之作用位置，將該第1驅動手段驅動於前述前端接頭成為前述退避位置之非作用位置，或相反地以可移動方式支承並進行驅動。
[16] 根據申請專利範圍第15項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，第1驅動手段及第2驅動手段分別包含氣缸。
[17] 根據申請專利範圍第14項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，前述前端接頭係用高導磁率蓋被覆抵接於高熱傳導性基體之至少前述熔接對象材料始端之前端部下面。
[18] 根據申請專利範圍第17項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，在前述雙電極電漿火炬裝備有前述前端接頭裝置。
[19] 根據申請專利範圍第14項所述之採用雙電極電漿火炬之熔接方法，其中，將前端接頭置於前述待機位置，在移送之前述熔接對象材料之始端抵接於該前端接頭之前端面時或是在其即將抵接前或其即將抵接後，在先行熔接電極和該前端接頭之間，啟動穿透熔接電漿電弧，且在後行電極和該前端接頭之間，啟動共同熔接電漿電弧，前述熔接對象材料之始端通過前述2個噴嘴緊鄰下方，且前述前端接頭之前端面成為不干涉前述電漿火炬之位置後，將前述前端接頭驅動於前述退避位置，只要前述熔接對象材料之終端脫離電漿電弧，就停止電漿電弧，其後，熔接對象材料向前述前端接頭之前述待機位置移動，移動至不干涉之位置後，將該前端接頭置於前述待機位置。

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法律状态:
2021-07-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

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