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TWI409119B - 嵌入式晶片、電漿火炬及電漿加工裝置 - Google Patents

嵌入式晶片、電漿火炬及電漿加工裝置 Download PDF

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TWI409119B
TWI409119B TW099118661A TW99118661A TWI409119B TW I409119 B TWI409119 B TW I409119B TW 099118661 A TW099118661 A TW 099118661A TW 99118661 A TW99118661 A TW 99118661A TW I409119 B TWI409119 B TW I409119B
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plasma
electrode
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welding
arrangement space
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Application number
TW099118661A
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TW201129437A (en
Inventor
Shigeru Sato
Tadashi Hoshino
Kenji Okuyama
Original Assignee
Nippon Steel & Sumikin Welding
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Priority claimed from JP2009201304A external-priority patent/JP5322859B2/ja
Priority claimed from JP2010094727A external-priority patent/JP5578920B2/ja
Application filed by Nippon Steel & Sumikin Welding filed Critical Nippon Steel & Sumikin Welding
Publication of TW201129437A publication Critical patent/TW201129437A/zh
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Description

嵌入式晶片、電漿火炬及電漿加工裝置
本發明係關於一種電漿火炬之嵌入式晶片、使用該嵌入式晶片之電漿火炬，及使用該電漿火炬之電漿加工裝置。
 【背景技術】
電漿火炬具配合熔接、厚壁、切斷等之高熱加工種類之各種形態。於專利文獻1中記載於電極棒10之前端正下方，由側方開始送入線16，對於位處於電極棒前端下方之母材(加工目標材)，進行電漿熔接、加熱線形態之電漿熔接、電漿MIG熔接或電漿線厚壁之方法。於專利文獻2中記載由嵌入式晶片111中央之送線通孔，呈垂直地送出線153至下方之母材，藉由平行於線以配置於該線之側方之電極棒126，而將晶片111之下部之該送線通孔打開之電漿孔113，噴射電漿，熔解線前端之電漿MIG熔接火炬。專利文獻3中記載於中心位置以配置電極棒之嵌入式晶片1之電漿噴嘴之下方，由側方以送入線3之加熱線形態之電漿熔接方法及電漿線厚壁方法。專利文獻4中記載朝向嵌入式晶片33之中心位置以配置電極棒之電漿火炬之電漿形成之坑池，由該電漿火炬之側方，傳送供應成為消耗電極之線39之電漿MIG熔接。專利文獻5中記載通過嵌入式晶片9之電漿噴射噴嘴之上方且配置於中心之有底筒狀電漿電極8之成為中心孔之底孔及其下方之噴嘴電漿噴射噴嘴而呈垂直地傳送供應線至下方之母材，藉由電漿電極8生成之電漿而熔解該線之電漿MIG熔接方法。
專利文獻6中記載改良藉由電漿鍵孔熔接所造成之鍵孔剖面形狀之噴嘴形狀。專利文獻7中記載相對於熔接線方向而直交於電極前端之排列以配置二電弧熔接火炬而形成一熔融坑池且藉由 各火炬所造成之同時共付熔接。專利文獻8中記載於電弧熔接之瞄準位置之前方0~2mm處之熔融坑池以照射雷射而進行鍵孔熔接之複合熔接方法(圖十五、【0024】、【0025】)。專利文獻9中記載以先行之第1雷射束進行非貫通熔接，藉由該非貫通熔接形成之孔開口，對準焦點，以第2雷射束進行貫通(鍵孔)熔接之雷射熔接方法。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利案特公昭39-15267號公報
【專利文獻2】日本專利案特開昭52-138038號公報
【專利文獻3】日本專利案特開昭53-31544號公報
【專利文獻4】日本專利案特表2006-519103號公報
【專利文獻5】日本專利案特開2008-229641號公報
【專利文獻6】日本專利案特開平8-10957號公報
【專利文獻7】日本專利案特開平6-155018號公報
【專利文獻8】日本專利案特開2004-298896號公報
【專利文獻9】日本專利案特開2008-126315號公報
 【發明之概要】
專利文獻1~4中之任何一種熔接方法及電漿火炬係亦使用一電極棒及一條線，於形成於該電極棒及母材間之電漿流，由電極棒/母材間之側方，傳送供應線進行通電，因此，藉由以線電流而產生之磁通量及以電漿電流而產生之磁通量之相互作用，產生磁性不平衡。亦即，於比起線之更加上側處(嵌入式晶片側)及比起線之更加下側處(母材側)，電漿電弧狀態呈不同，線上側之 電漿係於離開線之方向，承受電弧力，線下側之電漿係於接近線之方向，承受電弧力。隨著線前端熔融之搖動，而搖動電漿相對於母材之作用位置，因此，電漿電弧呈不安定。專利文獻5中於有底筒狀電漿電極8之底孔之圓周邊緣，集中電弧，且集中點係往周圍方向移動，因此，電漿仍然搖動，電漿電極8之底孔之圓周邊緣及嵌入式晶片9之噴嘴邊緣之損耗及對熔融線之電漿電極8或對電漿噴嘴9之附著變激烈，無法維持長時間安定之熔接作業。
藉由習知之一火炬所造成之電漿電弧熔接之電漿電弧之橫剖面係正如圖十八之(a)所示之概略圓形。因於板厚未滿3mm時，無法藉由電漿電弧而進行鍵孔熔接，而採用共付熔接(熱傳導型熔接)，但即便共付熔接，亦於高速度化時，甲)發生咬邊(undercut)，乙)易發生由於寬幅焊珠所造成之高溫破裂(圖十八之(b))，於高速熔接，電流係高電流而成為寬幅電弧，因此，成為寬幅淺熔入之焊珠形狀，於凝固時，易發生高溫破裂。
藉由習知之一火炬所造成之電漿電弧熔接，於以3~10mm板厚使鍵孔熔接成為高速化時，焊珠形狀正如圖十八之(c)所示，形成中央部隆起之凸形狀且邊緣部下降之咬邊(undercut)，因此，不易高速化。亦藉由二條火炬而進行單一坑池高速化，但為成為單一坑池，因此，必須大幅度地傾斜火炬間由於傾斜於相互拉引之電弧力所造成之磁吹(magnetic blow)，故，電弧易散亂、變不安定。
本發明之目的係提供一種能以高速度以進行高品質之電漿加工之嵌入式晶片、電漿火炬及電漿加工裝置。
(1)一種嵌入式晶片(1：圖三、圖十四、圖十七、圖二十一、圖二十六、圖二十七)，係具備於晶片之上端面具容納非消耗電極之開口且由該開口開始朝向晶片之下端面而延伸，沿著直交於晶片中心軸分布之複數電極配置空間(1a、1b、1c)，及直徑比該電極配置空間小，在該電極配置空間到達前述下端面前，連通至該電極配置空間，朝前述下端面之下方而打開之至少一個電漿電弧噴嘴(4a、4b、4c)。
又，為易理解，因此於括號內例舉顯示於圖式且於後敘述之實施例之對應要素或相當要素之記號，附記作為參考。於以下亦相同。
【發明之實施形態】
(2)又，前述(1)記載之嵌入式晶片(1：圖三，圖五)係尚具由前述之上端面貫通至下端面而同心於晶片中心軸之同芯中央孔(5)，前述複數電極配置空間(1a、1b)係於以該中央孔之中心軸作為中心之圓周上，以等角度之間距以分布，前述電漿電弧噴嘴(4a、4b)係於以前述之中心軸作為中心之圓周上，以等角度之間距以布之複數個。
若藉由該嵌入式晶片，則於通過各噴嘴(4a、4b：圖五)而流動於插入至電極配置空間(1a、1b)之各電極(2a、2b)及加工目標材(16)之間之各電弧電流，分別感應之磁通量Ma、Mb之上部分係相互抵銷，因此，下部分起作用，且藉由弗萊明(Fleming)左手定則而表示之向上力起作用，電弧間係相互拉扯，成為稍微彎曲於上方之對稱形。又，於以噴嘴(4a、4b)及中央孔(5)之中心軸作為中心之圓周上，藉由等角度間距之分布，而於各力相同且以中央孔(5)之中心軸作為中心之圓周上，以等角度之間距分布，因此，電漿之安定性變高。亦即，並無由於磁 吹(magnetic blow)而發生電弧之搖晃。於加工目標材(16)之附近，各電弧電流係加算同一方向，感應合成磁通量Mc，因此，集中電弧之磁性壓緊力變強，對於加工目標材(16)之熱收縮效果(能量密度)變高，並且作用位置無搖晃。
(3)前述(2)記載之嵌入式晶片(1)係尚具備打開於連接於前述中央孔(5)並正對於加工目標材(16)之前端面，且直徑大於前述中央孔(5)之大徑之擴大口(1d)，前述之噴嘴(4a、4b)係於比起前述前端面之更加內側處，打開前述之擴大口(1d)。若藉由該嵌入式晶片，則流動於插入至電極配置空間(1a、1b)之各電極(2a、2b)及加工目標材(16)之間之各電弧電流係合流於嵌入式晶片之前端面(擴大口1d之母材對向開口)之前後，因此，電漿電弧間係能以最短之近距離合流，故，能縮小由於相互之磁性干涉而造成之電弧彎曲變化，以安定之電弧提高加工精度。
(4)一種電漿火炬(圖二)係具備前述(2)或(3)記載之嵌入式晶片(1)，及於該嵌入式晶片(1)之於前述中央孔(5)處導引線(15)之導線件(13g、6)，及於前述嵌入式晶片(1)之各電極配置空間(1a、1b)以插入前端部之複數非消耗電極(2a、2b)，及用以冷卻前述嵌入式晶片(1)之冷卻水流路(9w)，及用以於各電極配置空間(1a、1b)供應導向氣體之導向氣體流路(9p)。
(5)一種電漿熔接裝置(圖一)係具備前述(4)記載之電漿火炬，及於前述複數非消耗電極(2a、2b)及加工目標材(16)之間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源(17、18)。
(6)前述(5)記載之電漿熔接裝置(圖六)係於前述線(15) 及加工目標材(16)間，尚具備線側流動負電流且加工目標材側流動正電流之加熱線電源(21)。
(7)一種電漿MIG熔接裝置(圖七)係具備前述(4)記載之電漿火炬，及於前述複數非消耗電極(2a、2b)及加工目標材(16)間，使電極側流動正電漿電弧電流且加工目標材側流動負電漿電弧電流之電源(17、18)，及於前述線(15)及加工目標材(16)間，使線側流動正電流且加工目標材側流動負電流之MIG熔接電源(22)。
(8)一種電漿線厚壁裝置(圖八)係具備前述(4)記載之電漿火炬，及於前述複數非消耗電極(2a、2b)及加工目標材(16)間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源(17、18)，及於前述線(15)及各電極(2a、2b)間，使線側流動正電流且電極側流動負電流之加熱線電源(21a、21b)。
(9)一種電漿粉體厚壁火炬(圖九)係具備前述(2)或(3)記載之嵌入式晶片(1)，及於該嵌入式晶片(1)之前述中央孔(5)導引粉體(23)之粉體導向件(26)，及於前述嵌入式晶片(1)之各電極配置空間(1a、1b)插入前端部之複數非消耗電極(2a、2b)，及用以冷卻前述嵌入式晶片(1)之冷卻水流路(9w)，及用以於各電極配置空間(1a、1b)供應導向氣體之導向氣體流路(9p)。
(10)一種電漿粉體厚壁裝置(圖九)係具備前述(9)記載之電漿粉體厚壁火炬，及於前述複數非消耗電極(2a、2b)及加工目標材(16)間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源(17、18)，及於前述之粉體導向件(26)以供應粉體之手段(24、25)。
(11)一種電漿鍵孔熔接火炬(圖十)係具備前述(2)或(3)記載之嵌入式晶片(1)，及於該嵌入式晶片(1)之前述中央孔(5)以導引鍵孔氣體(27)之氣體導向件(28)，及於前述嵌入式晶片(1)之各電極配置空間(1a、1b)插入前端部之複數非消耗電極(2a、2b)，及用以冷卻前述嵌入式晶片(1)之冷卻水流路(9w)，及用以於各電極配置空間(1a、1b)供應導向氣體之導向氣體流路(9p)。
(12)一種電漿鍵孔熔接裝置(圖十)係具備前述(11)記載之電漿鍵孔熔接火炬，及於前述複數非消耗電極(2a、2b)及加工目標材(16)間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源(17、18)。
(13)一種電漿切斷火炬(圖十一)係具備前述(2)或(3)記載之嵌入式晶片(1)，及於該嵌入式晶片(1)之前述中央孔(5)以導引切斷用氣體(29)之氣體導向件(28)，及於前述嵌入式晶片(1)之各電極配置空間(1a、1b)插入前端部之複數非消耗電極(2a、2b)，及用以冷卻前述嵌入式晶片(1)之冷卻水流路(9w)，及用以於各電極配置空間(1a、1b)以供應導向氣體之導向氣體流路(9p)。
(14)一種電漿切斷裝置(圖十一)係具備前述(13)記載之電漿切斷火炬，及於前述複數非消耗電極(2a、2b)及加工目標材(16)間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源(17、18)。即便於前述(4)~(14)中之任何一種形態，亦得前述(2)之效果。
(15)前述(1)記載之嵌入式晶片(1)，其前述複數電極配置空間(1a、1b)為二個，前述電漿電弧噴嘴(4a、4b)係分布於同一直徑線上且分別連通至各電極配置空間(1a、1b)而正對 平行於前述直徑線之熔接線打開之二個。
若藉由裝設該嵌入式晶片(1)之電漿火炬，則可進行藉由二個電弧而形成一熔融坑池之單一坑池之電弧熔接。於該狀態下，電漿電弧之橫剖面係正如圖十八之(d)所示，於熔接之進行方向y，成為細長之熱源，因此，相對於熱量之焊珠幅寬(x方向)係被抑制變窄，即便高速化，亦不發生高溫破裂。又，可藉由成為單一坑池二電弧，而於板厚3~10mm時，以先行電弧以進行鍵孔熔接(圖十八之(c)或(e))，以後行電弧進行寬幅共付熔接，使表面焊珠變平坦(圖十八之(g))。於板厚未滿3mm時，可藉由先行電弧而進行下挖熔接(圖十八之(e))，藉由後行電弧而使表面焊珠變平坦(圖十八之(f))。
可藉由使用離開某程度距離之二條電漿火炬之並聯熔接得稍微類似之效果，但熔接進行方向y之電弧間隔變寬，因此，於短熔接長度之工件(熔接目標材)，無法進行同一通道之熔接，必須進行二通道熔接，不易高速化。又，電弧間隔變寬，因此，後行電弧係必須再熔融一度凝固之焊珠，於後行熔接時，需高入熱。若藉由使用於一晶片中具備二噴嘴之本發明之嵌入式晶片之單一坑池二電弧熔接，則噴嘴之間隔變短，因此，解決該些問題。
(16)前述(15)記載之嵌入式晶片(1)係前述之電漿電弧噴嘴(4a、4b)平行於前述下端面(x、y)之垂直線(z)(圖十四)。
(17)前述(15)記載之嵌入式晶片(1)係前述之電漿電弧噴嘴(4a、4b)相對於前述下端面(x、y)之垂直線(z)，於前述之直徑線上，噴嘴開口往離開晶片中心軸之方向傾斜(圖十七)。
(18)前述(16)或(17)記載之嵌入式晶片(1)係各電極配置空間(1a、1b)平行於前述下端面(x、y)之垂直線(z)。
(19)一種電漿火炬(圖十三/圖十六)係具備前述(15)至(17)中任一項所記載之嵌入式晶片(1)，及於該嵌入式晶片(1)之各電極配置空間(1a、1b)插入各個前端部之二非消耗電極(2a、2b)。
(20)一種電漿熔接裝置(圖十二)係具備前述(19)記載之電漿火炬，及於該電漿火炬之第1非消耗電極(2a)供電熔接或預熱電力之第1電源(18ap、18aw)，及於第2非消耗電極(2b)供電共付熔接或正式熔接電力之第2電源(18bp、18bw)。
(21)前述(1)記載之嵌入式晶片(1：圖十九)係前述複數電極配置空間(1a、1b、1c)包含分布於熔接方向(y)之一直線上之前頭電極配置空間(1a)、一以上之中間電極配置空間(1b)及後尾端電極配置空間(1c)。
若藉由裝設該嵌入式晶片(1)之電漿火炬，則可進行藉由三個以上之電弧而形成一熔融坑池之單一坑池多電弧熔接。於該狀態下，電漿電弧之橫剖面係於熔接之進行方向y，成為細長之熱源，因此，相對於熱量之焊珠幅寬(x方向)係被抑制變窄，即便高速化，亦不發生高溫破裂。又，可藉由成為單一坑池多電弧，而於板厚3~10mm時，以前頭電弧以預熱熔接線，以中間電弧以形成由鍵孔所造成之內焊珠，以後尾端電弧進行寬幅共付熔接，呈平坦地形成表面焊珠。於板厚未滿3mm時，可藉由前頭電弧而預熱熔接線，藉由以中間電弧所造成之下挖熔接形成內焊珠，藉由後尾端電弧而使表面焊珠變平坦。即便任何一種，亦藉由前頭電弧之預熱而易形成以中間電弧所造成之內焊珠，因此，能形成良好之內焊珠且進行高速熔接。
(22)前述(21)記載之嵌入式晶片(1：圖二十五)係連通至前述中間電極配置空間(1b)及後尾端電極配置空間(1c)之 前述電漿電弧噴嘴(4b、4c)間之距離，更加長於連通至前述前頭電極配置空間(1a)及前述中間電極配置空間(1b)之前述電漿電弧噴嘴(4a、4b)間之距離。
(23)前述(21)或(22)記載之嵌入式晶片(1：形態1)係在各電極配置空間(1a、1b、1c)連通有電漿電弧噴嘴(4a、4b、4c)。
(24)前述(21)或(22)記載之嵌入式晶片(1：形態2/4)係前述前頭電極配置空間(1a)或前述後尾端電極配置空間(1c)為TIG熔接電極以貫通之孔穴。
(25)前述(21)或(22)記載之嵌入式晶片(1：形態3)係前述前頭電極配置空間(1a)及前述後尾端電極配置空間(1c)為TIG熔接電極貫通之孔穴。
(26)前述(21)或(22)記載之嵌入式晶片(1：形態5)係在前述前頭電極配置空間(1a)連通有前述電漿電弧噴嘴，前述中間電極配置空間(1b)及前述後尾端電極配置空間(1c)係TIG熔接電極貫通之孔穴。
(27)一種電漿火炬係具備前述(21)記載之嵌入式晶片(1)，及於該嵌入式晶片(1)之各電極配置空間(1a、1b、1c)插入各前端部之複數非消耗電極(2a、2b、2c)。
(28)一種電漿熔接裝置係具備前述(27)記載之電漿火炬，及於該電漿火炬之前頭非消耗電極(2a)供電預熱電力之第1電源(18ap、18aw)，及於中間非消耗電極(2b)供電內焊珠形成用電力之第2電源(18bp、18bw)，及於後尾端非消耗電極(2c)供電共付電力之第3電源(18cp、18cw)。
(29)一種電漿熔接裝置係具備具於前述(22)記載之嵌入式晶片(1)之各電極配置空間(1a、1b、1c)插入各前端部之複 數非消耗電極(2a、2b、2c)之電漿火炬，及於該電漿火炬之前頭非消耗電極(2a)供電預熱電力之第1電源(18ap、18aw)，及於中間非消耗電極(2b)供電鍵孔熔接電力之第2電源(18bp、18bw)，及於後尾端非消耗電極(2c)供電共付電力之第3電源(18cp、18cw)。
(30)前述(28)或(29)記載之電漿熔接裝置(形態1)係第1、第2及第3電源電漿熔接電源。
(31)前述(28)或(29)記載之電漿熔接裝置(形態2/4)係前述嵌入式晶片之前述前頭電極配置空間(1a)或前述後尾端電極配置空間(1c)為TIG熔接電極貫通之孔穴，第1電源或第3電源係TIG熔接電源，其他之電源係電漿熔接電源。
(32)前述(28)或(29)記載之電漿熔接裝置(形態3)係前述嵌入式晶片之前述前頭電極配置空間(1a)及前述後尾端電極配置空間(1c)為TIG熔接電極貫通之孔穴，第1電源及第3電源係TIG熔接電源，第2電源係電漿熔接電源。
(33)前述(28)或(29)記載之電漿熔接裝置(形態5)係在前述嵌入式晶片之前述前頭電極配置空間(1a)連通有前述電漿電弧噴嘴，前述中間電極配置空間(1b)及前述後尾端電極配置空間(1c)係TIG熔接電極貫通之孔穴，第1電源係電漿熔接電源，第2及第3電源係TIG熔接電源。
本發明之其他目的及特徵係由參考圖式之以下之實施例之說明而明確地顯示之。
若藉由裝設該嵌入式晶片(1)之電漿火炬，則可進行藉由複數火炬而形成一熔融坑池之單一坑池之複數電弧高速加工。
1‧‧‧嵌入式晶片
1a、1b‧‧‧電極配置空間
1a、1b、1c‧‧‧前頭、中間、後尾端之電極配置空間
1d‧‧‧擴大口
2a‧‧‧第1電極(前頭電極)
2b‧‧‧第2電極、(中間電極)
2c‧‧‧後尾端電極
3‧‧‧定心石
4‧‧‧噴嘴
4a‧‧‧前頭噴嘴
4b‧‧‧中間噴嘴
4c‧‧‧後尾端噴嘴
5‧‧‧中央孔
6‧‧‧導線件
7‧‧‧嵌入式蓋罩
8‧‧‧保護用蓋罩
9‧‧‧絕緣台
9w‧‧‧冷卻水路
9p‧‧‧導向氣體流路
9s‧‧‧保護用氣體流路
10(10a、10b、10c)‧‧‧電極固定螺絲
11‧‧‧第1電極台、前頭電極台
12‧‧‧第2電極台、後尾端電極台
13eb‧‧‧中間電極台
13g‧‧‧導線件
14‧‧‧絕緣本體
15‧‧‧線
16‧‧‧母材
17、18‧‧‧電源
19‧‧‧電漿
20‧‧‧坑池
Ma‧‧‧第1電弧之感應磁通量
Mb‧‧‧第二電弧之感應磁通量
Mc‧‧‧合成磁通量
21、21a、21b‧‧‧加熱線電源
22‧‧‧MIG熔接電源
24‧‧‧粉體槽
25‧‧‧粉體供應機
26‧‧‧粉體導向件
27‧‧‧鍵孔氣體
28‧‧‧粉體導向件
29‧‧‧切斷用氣體
30‧‧‧外箱
圖一係本發明之第1實施例之電漿火炬之縱剖面圖。
圖二(a)係僅顯示圖一之電漿火炬之縱剖面圖，及圖二(b)係由電漿噴射端部側以觀看之仰視圖。
圖三係擴大地顯示圖一所示之嵌入式晶片1，及圖三(a)係前視圖，及圖三(b)係於(c)上之2b-2b線之縱剖面圖，及圖三(c)係仰視圖。
圖四係顯示圖一所示之電漿火炬之冷卻水路9w、導向氣體流路9p及保護用氣體流路9s，及圖四(a)係顯示冷卻水路9w之縱剖面圖，及圖四(b)係顯示導向氣體流路9p之縱剖面圖且(c)上之4b-4b線之縱剖面圖，及圖四(c)係(b)上之4c-4c線之橫剖面圖，及圖四(d)係顯示保護用氣體流路9s之縱剖面圖且(e)上之4d-4d線之縱剖面圖，及圖四(e)係(d)上之4e-4e線之橫剖面圖。
圖五係相當於圖三(b)之嵌入式晶片1之擴大縱剖面圖，顯示藉由第1電極2a及第2電極2b發生之各電弧而感應之各磁通量Ma及Mb及合成磁通量Mc。
圖六係本發明之第2實施例之電漿火炬之縱剖面圖。
圖七係本發明之第3實施例之電漿火炬之縱剖面圖。
圖八係本發明之第4實施例之電漿火炬之縱剖面圖。
圖九係本發明之第5實施例之電漿火炬之縱剖面圖。
圖十係本發明之第6實施例之電漿火炬之縱剖面圖。
圖十一係本發明之第7實施例之電漿火炬之縱剖面圖。
圖十二係使用本發明之第8實施例之電漿火炬之熔接裝置之縱剖面圖及方塊圖。
圖十三(a)係圖十二之電漿火炬之縱剖面圖，及圖十三(b)係由電漿噴射端部側以觀看之仰視圖。
圖十四係擴大地顯示圖十二所示之第8實施例之電漿火炬之嵌入式晶片1，及圖十四(a)係前視圖，及圖十四(b)係於(c)上之14b-14b線之縱剖面圖，及圖十四(c)係仰視圖。
圖十五係呈示意地顯示藉由圖十二所示之熔接裝置而進行單一坑池二電弧熔接時之電漿電弧舉動之擴大剖面圖。
圖十六係顯示使用第9實施例之嵌入式晶片之第9實施例之電漿火炬之嵌入式晶片周圍之縱剖面圖。
圖十七係擴大地顯示圖十六所示之第9實施例之嵌入式晶片1，及圖十七(a)係前視圖，及圖十七(b)係於(c)上之17b-17b線之縱剖面圖，及圖十七(c)係仰視圖。
圖十八係呈示意地顯示使用習知及本發明之電漿火炬之熔接之電漿電弧剖面及熔接焊珠剖面之剖面圖，及圖十八(a)係顯示習知之電漿火炬產生之電漿電弧之橫剖面，及圖十八(b)係顯示板厚未滿3mm時，易發生習知之高速共付熔接之高溫破裂之焊珠橫剖面圖，及圖十八(c)係以3~10mm程度於習知之高速鍵孔熔接以顯示代表性之焊珠橫剖面，及圖十八(d)係顯示本發明之電漿火炬產生之電漿電弧之橫剖面，及圖十八(e)係顯示使用本發明之電漿火炬之板厚未滿3mm之高速熔接時，藉由先行電弧之預熱或下挖效果以形成之焊珠形狀之橫剖面圖，及圖十八(f)係顯示藉由後行電弧而共付熔接該焊珠之焊珠形狀之橫剖面圖，及圖十八(g)係顯示使用本發明之電漿火炬之3~10mm板厚之高速熔接時，藉由先行電弧之鍵孔熔接以形成(c)所示之焊珠且藉由後行電弧以共付熔接該焊珠之焊珠形狀之橫剖面圖。
圖十九係使用本發明之第10實施例之電漿火炬之熔接裝置之縱剖面圖及方塊圖。
圖二十(a)係圖十九之電漿火炬之縱剖面圖，及圖二十(b) 係由電漿噴射端部側觀看之仰視圖。
圖二十一係擴大地顯示圖十九所示之第10實施例之電漿火炬之嵌入式晶片1，及圖二十一(a)係前視圖，及圖二十一(b)係於(c)上之22B-22B線之縱剖面圖，及圖二十一(c)係仰視圖。
圖二十二係圖十九所示之電漿火炬之縱剖面圖，及圖二十二(a)係顯示於各電極收納空間供應電漿氣體之管路之概要，及圖二十二(b)係顯示冷卻嵌入式晶片1之冷卻水之流路之概要。
圖二十三係呈示意地顯示於使用本發明之電漿火炬之熔接之熔接焊珠剖面之橫剖面圖，及圖二十三(a)係顯示藉由前頭電弧之預熱而形成之焊珠形狀，及圖二十三(b)係顯示藉由中間電弧進行高速鍵孔熔接之焊珠形狀，及圖二十三(c)係顯示藉由後尾端電弧而進行共付熔接之焊珠形狀。
圖二十四係呈示意地顯示藉由圖十九所示之熔接裝置進行單一坑池3之電弧熔接時之電漿電弧舉動之擴大剖面圖。
圖二十五係使用本發明之第11實施例之電漿火炬之熔接裝置之縱剖面圖及方塊圖。
圖二十六係使用本發明之第12實施例之電漿火炬之熔接裝置之縱剖面圖及方塊圖。
圖二十七係使用本發明之第13實施例之電漿火炬之熔接裝置之縱剖面圖及方塊圖。
 -第1實施例-
圖一顯示第1實施例之電漿熔接裝置，圖二(a)僅顯示圖一所示之電漿火炬、亦即第1實施例之電漿熔接火炬，圖二(b)顯示火炬之前端面。第1實施例之電漿熔接火炬係進行電漿熔接之形態。嵌入式晶片1係藉由以螺絲夾緊嵌入式蓋罩7於絕緣台9， 而固定於絕緣台9。保護用蓋罩8係藉由螺絲夾緊而固定於絕緣台9。以二比例分離於x方向之第1電極11及第2電極12(圖四之(c)、(e))係位處於絕緣體之外箱30之內部。絕緣本體14之中空圓筒狀棒桿係通過第1電極11及第2電極12間之空間，該棒桿之前端部且省略圖示之公螺絲係螺旋入絕緣台9之中心，且省略圖示之母螺絲孔，藉此而夾緊電極台11、12以壓縮於縱方向，絕緣台9、電極台11、12及絕緣本體14係結合成為一體。
於嵌入式晶片1之軸心具中央孔5，於絕緣台9及絕緣本體14之軸心，具同軸於中央孔5之導向孔(於本實施例具導線孔)。於嵌入式晶片1之中央孔5，插入導線件6，亦於絕緣本體14之軸心導向孔，插入導線件13g。插入至絕緣本體14頭部之熔接線15係通過導線件13g及6而送入至嵌入式晶片1。
於嵌入式晶片1，其係於以中央孔5之中心軸作為中心之圓周上，具以成為以180度之等角度間距分布且平行地位處於中央孔5之二個電極配置空間1a、1b，於各電極配置空間，插入貫通絕緣台9且以螺絲10a、10b以固定於各電極台11、12之第1電極2a、第2電極2b之前端部，於各電極配置空間之軸心位置，以定心石3以進行定位。於嵌入式晶片1正對母材16之前端面，雖然同心於中央孔5，但其直徑大於中央孔5之大徑之擴大口1d，連接於各電極配置空間1a、1b之噴嘴4(4a、4b)係開口於大徑口1d。
圖三擴大地顯示嵌入式晶片1。於本實施例之嵌入式晶片1，具通孔之中央孔5，打開於連接於該中央孔5正對母材16之前端面且直徑大於中央孔5大徑之擴大口1d，及於以中央孔5之中心軸為中心之圓周上以180度之間距分布且平行地位於中央孔5之二電極配置空間1a、1b，及連通至各電極配置空間1a、1b而打開於擴大口1d，且於以中央孔5之中心軸為中心之圓周上而以180 度之間距分布之二個噴嘴4a、4b，及又，噴嘴4a、4b係於嵌入式晶片1之比起正對母材16之前端面之更加內側，打開於擴大口1d。
又，於本實施例，成為裝設一對(二個)之電極2a、2b之電漿火炬嵌入式晶片，於三條或四條等使用複數電極之電漿火炬之嵌入式晶片，具備於以中央孔5之中心軸為中心之圓周上而以等角度之間距分布且平行地位於中央孔5之複數電極配置空間，及連通至各電極配置空間而打開於擴大口1d，且於以中央孔5之中心軸作為中心之圓周上而以等角度之間距以分布之複數噴嘴。例如具備三條電極之電漿火炬之嵌入式晶片係具備於以中央孔5之中心軸為中心之圓周上以120度之間距分布且平行地位於中央孔5之三個電極配置空間，及連通至各電極配置空間而打開於擴大口1d，且於以中央孔5之中心軸作為中心之圓周上而以120度之間距以分布之三個噴嘴。又，具備四條電極之電漿火炬之嵌入式晶片，係具備於以中央孔5之中心軸為中心之圓周上而以90度之間距分布且平行地位於中央孔5之四個電極配置空間，及連通至各電極配置空間而打開於擴大口1d，且於以中央孔5之中心軸作為中心之圓周上而以90度之間距以分布之四個噴嘴。
又，省略擴大口1d，能以中央孔5及噴嘴4a、4b之下端開口，作為晶片1平坦之下端面。又，電極配置空間1a、1b(及裝設於此之電極2a、2b)不僅係平行於中央孔5，亦能成為相對於中央孔5具傾斜角之傾斜姿勢。
圖四顯示圖二所示之電漿火炬之冷卻水流路9w，導向氣體流路9p及保護用氣體流路9s。冷卻水係通過圖四(a)所示之冷卻水供水流路9wi，而進入至嵌入式晶片1之外圍面及嵌入式蓋罩7之內圍面間之空間，由此開始通過冷卻水排水流路9wo而流出至火炬外。一邊之導向氣體係通過圖四(b)及(c)所示之氣體流 路9pa及電極插入空間而進入至電極配置空間1a，於電極前端部，成為電漿而通過噴嘴4a，接著，通過擴大口1d由火炬之前端面以噴出。其他邊之導向氣體係通過氣體流路9pb及電極插入空間而進入至電極配置空間1b，於電極前端部，成為電漿而通過噴嘴4b，接著，通過擴大口1d而由火炬之前端面噴出。保護用氣體係通過圖四(d)及(e)所示之保護用氣體流路9s而進入至嵌入式蓋罩7及保護用蓋罩8之間之圓筒狀空間，接著，由火炬之前端面噴出。
正如圖一所示藉由於電極2a、2b及母材16間，使電極側流動負電漿電弧電流且母材側流動正電漿電弧電流之電漿電源17、18，於電極2a、2b發生電弧時，電漿電弧電流係流動於各電極2a、2b及母材16間，實現一坑池二電弧熔接。於電漿電弧19，傳送供應線15，正對線15使各電極2a、2b及噴嘴4(4a、4b)位於對稱位置，因此，相對於線15而電漿安定。亦即，於參考圖五時，通過各噴嘴4a、4b而流動於插入至電極配置空間1a、1b之各電極2a、2b及母材16間之各電弧電流，於分別感應之磁通量Ma、Mb間，作用藉由弗萊明(Fleming)左手定則而表示之向上(或向下：z)之力，於同一方向且噴嘴4a、4b之以中央孔5之中心軸為中心之圓周上，藉等角度間距之分布，而於各力相同且以中央孔5之中心軸為中心之圓周上，以等角度之間距分布，因此，得到磁性平衡，電漿之安定性變高。亦即，並無由於磁吹(magnetic blow)而發生電弧之搖晃。於母材16之附近，各電弧電流係加算同一方向，感應合成磁通量Mc，因此，集中電弧之磁性壓緊力變強，對於母材16之熱收縮效果(能量密度)變高，並且作用位置無搖晃。又，線15係由電漿電弧19之上端部開始進入，直至熔融坑池20為止，由電弧開始接受熱，作用成為有效之預熱效果，提高線之熔合效率，形成高速熔接或高能率熔接。習知之，於由 側方傳送供應線之狀態下，線係相對於電漿電弧而幾乎呈直角地進入，因此，必須以僅進入至電漿電弧之距離，以熔落於熔融坑池，幾乎無線之預熱效果。故，降低熔合效率，熔接速度亦變慢。
又，藉第1實施例，則線由中央插入，因此，無線之插入方向性，即便曲線熔接，亦不需控制火炬之旋轉。習知以係線由火炬進行方向插入，因此，於曲線熔接時，需相對於曲線而旋轉控制火炬或線之裝置。
-第2實施例-
圖六顯示第2實施例加熱線形態之電漿熔接裝置。電漿火炬係相同於第1實施例構造之加熱線形態之電漿熔接火炬，嵌入式晶片1係圖三所示之第1實施例同一構造。於本實施例，正如圖六所示，於電極2a、2b及母材16間，具備使電極側流動負電漿電弧電流且母材側流動正電漿電弧電流之電漿電源17、18。該點係相同於第1實施例，於線15及母材16之間，尚具備線側流動負電流且母材側流動正電流之加熱線電源21。以自加熱線電源21之電流係通過火炬內之導向件13g，由導向件13g之前端部附近開始通電至線，於絕緣導向件6內，藉由焦耳熱而加熱線，藉由電漿19而合流於以自電極2a、2b之電漿電弧，流入至母材16。此時，加熱線電流之焦耳熱於電漿區域內最大(集中)，因此，熔接入熱量變多，成為高熔合量、高能率熔接，可進行高速熔接。又，加熱線電流及以自電極2a、2b之電漿電弧電流係對稱及同軸，因此，得到磁性平衡，並無由於磁吹(magnetic blow)而發生電弧之搖晃。其他之功能及作用效果係相同於第1實施例。
-第3實施例-
圖七顯示成為第3實施例之電漿MIG熔接裝置。電漿火炬係相同於第1實施例構造之電漿MIG熔接火炬，嵌入式晶片1亦相 同於圖三所示之第1實施例之同一構造。於本實施例，正如圖七所示，於電極2a、2b及母材16間，相反於第1實施例之狀態，具備使電極側流動正電漿電弧電流且母材側流動負電漿電弧電流之電漿電源17、18。又，於線15及母材16間，尚具備線側流動正熔接電流且母材側流動負熔接電流之MIG熔接電源(定電壓熔接電源)22。保護用氣體係Ar或Ar+CO2或CO2或Ar+H2。該電漿MIG熔接裝置具MIG特徵之高能率，深熔入之特性且能進行無濺鍍熔接。又，可於Ar氣氛以進行熔接，熔接金屬中氧化物之生成係亦極為少，適合於高重量高張力材料。又，能防止於鋁熔接之起始部之熔合不良或修復熔合不良。其他之功能及作用效果係相同於第1實施例。
-第4實施例-
圖八顯示第4實施例之電漿線厚壁裝置。電漿火炬係相同於第1實施例構造之電漿線厚壁火炬，嵌入式晶片1亦相同於圖三所示之第1實施例構造。於本實施例，正如圖八所示，具備於電極2a、2b及母材16間，使電極側流動負電漿電弧電流且母材側流動正電漿電弧電流之電漿電源17、18，及於線15及各電極2a、2b之間，使線側流動正電流且電極側流動負電流之加熱線電源21a、21b。線15係藉由以自加熱線電源21a、21b電流之焦耳熱而加熱，於母材16無流動線電流，因此，母材16之熔解量變少，可進行低稀釋之厚壁熔接。於母材16呈垂直地送入線15，因此，即便同時進行振動運動之厚壁熔接，亦無方向性地安定厚壁量。又，亦可進行對於垂直面或傾斜面之厚壁熔接。亦能以安定之厚壁量，進行使用粗徑線之高熔合。加熱線電流係由電極2a、2b開始通過噴嘴4a、4b而流入至線15，相同於電漿電流，相對於火炬軸心呈對稱，呈磁性地進行平衡，故，能進行不發生電弧之搖晃 或磁吹(magnetic blow)現象之安定之厚壁熔接。其他功能及作用效果係相同於第1實施例。
-第5實施例-
圖九顯示成為第5實施例之電漿粉體厚壁裝置。電漿火炬係裝設粉體導向件26以取代導線件之電漿粉體厚壁火炬。其他構造係相同於第1實施例，嵌入式晶片1係亦相同於圖三所示之第1實施例之構造。於粉體導向件26，粉體供應機25係以定速度送入位處於粉體槽24之粉體。電漿電源17、18係於電極2a、2b及母材16間，使電極側流動負電漿電弧電流，母材側流動正電漿電弧電流。對於母材呈垂直地傳送供應粉體流，因此，比起由側方開始傳送供應粉體至電漿電弧之習知例，粉體之成品率良好，粉體不易附著於噴嘴，又，形成火炬內之粉體通路變粗而成為直線，故，亦可使用傳送供應性不良之裁切粉。於母材16之正上方，對稱之電漿電弧係合流而相互地撞擊，因此，對於母材16之向下電漿流變弱，故，能進行低稀釋之粉體厚壁。其他之功能及作用效果係相同於第1實施例。
-第6實施例-
圖十顯示第6實施例之電漿鍵孔熔接裝置。電漿火炬係裝設鍵孔氣體導向件28以取代導線件之電漿鍵孔熔接火炬。其他之構造係相同於第1實施例，嵌入式晶片1亦相同於圖三所示之第1實施例之同樣構造。相同於第1實施例之狀態，電漿電源17、18係於電極2a、2b及母材16間，使電極側流動負電漿電弧電流，母材側流動正電漿電弧電流。鍵孔氣體27係Ar或He或Ar+H2或Ar+O2或Ar+He。能藉由以鍵孔氣體導向件28，以噴射鍵孔用小徑高速氣體流，而進行厚板之鍵孔熔接或低入熱深熔入熔接。鍵孔用氣體係不同於通過電極2a、2b之導向氣體(電漿氣體) 之其他路徑，因此，並無氧化消耗電極，故，可於鍵孔用氣體，使用氧化性氣體。又，鍵孔用氣體噴射孔係無關於電漿電流之大小而可成為小徑，因此，亦可縮小鍵孔穴，可進行厚板熔接。其他功能及作用效果係相同於第1實施例。
-第7實施例-
於圖一顯示成為第7實施例之電漿切斷裝置。電漿火炬係裝設切斷用氣體導向件28取代導線件之電漿切斷火炬。其他之構造係相同於第1實施例，嵌入式晶片1係亦相同於圖三所示之第1實施例之同樣構造。相同於第1實施例之狀態，電漿電源17、18係於電極2a、2b及母材16間，使電極側流動負電漿電弧電流，母材側流動正電漿電弧電流。切斷用氣體29係Ar或O2 或N2 或Ar+H2。能藉由以切斷用氣體導向件28，噴射切斷用小徑高速氣體流，而進行細幅寬切斷。若電極2a、2b為鎢電極，則即便不使用昂貴之鉿電極，亦能進行以O2 作為切斷用氣體之強力之電漿切斷。其他之功能及作用效果係相同於第1實施例。
-第8實施例-
於圖十二顯示第8實施例之電漿熔接裝置，於圖十三(a)僅顯示圖十二所示之電漿火炬、亦即第8實施例之電漿電弧火炬，於圖十三(b)，顯示火炬之前端面。第8實施例之電漿電弧火炬係進行電漿熔接之形態。嵌入式晶片1係藉由以螺絲以夾緊嵌入式蓋罩7於絕緣台9而固定於絕緣台9。保護用蓋罩8係藉由螺絲夾緊而固定於絕緣台9。以二比例分離於x方向之第1電極台11及第2電極台12係位於絕緣體之外箱30之內部。絕緣本體14之棒桿係通過第1電極台11及第2電極台12之間之空間。
於嵌入式晶片1，其係具分布於與晶片之中心軸(z)直交之同一直徑線上且由該中心軸開始位處於等距離之二個電極配置空 間1a、1b，於各電極配置空間，插入貫通絕緣台9且以螺絲10a、10b固定於各電極台11、12之第1電極2a、第2電極2b之前端部，於各電極配置空間1a、1b之軸心位置，以定心石3進行定位。於嵌入式晶片1之連接於各電極配置空間1a、1b之噴嘴4(4a、4b)正對母材16之前端面呈係開口。
圖十四擴大地顯示嵌入式晶片1。於本實施例之嵌入式晶片1，具備分布於與晶片1之中心軸(z)直交之同一直徑線且由該中心軸開始位於等距離而呈平行地延伸於中心軸(z)之二個電極配置空間1a、1b，及連通至各空間1a、1b而開口於正對母材16之前端面之二噴嘴4a、4b。該些噴嘴4a、4b係亦於本實施例，分布於與晶片之中心軸(z)直交之同一直徑線上，平行於該中心軸且由此開始位於等距離。
於火炬之絕緣台9，具省略圖示之冷卻水流路、導向氣體流路及保護用氣體流路。冷卻水係通過冷卻水供水流路進入至嵌入式晶片1之外圍面及嵌入式蓋罩7之內圍面之間之空間，由此開始通過冷卻水排水流路而流出至火炬外。導向氣體係通過氣體流路及電極插入空間而進入至電極配置空間1a，於電極前端部，成為電漿而通過噴嘴4a，並由火炬之前端面噴出。其他邊之導向氣體係通過其他之氣體流路及電極插入空間進入至電極配置空間1b，於電極前端部，成為電漿而通過噴嘴4b，且由火炬之前端面噴出。保護用氣體係通過保護用氣體流路進入至嵌入式蓋罩7及保護用蓋罩8之間之圓筒狀空間，接著，由火炬之前端面噴出。
正如圖十二所示，藉由導向電源18ap、18bp而電極2a、2b及晶片1間，產生導向電弧，藉由電極2a、2b及母材16間，使電極側流動負電漿電弧電流且母材側流動正電漿電弧電流之電漿電源18aw(熔接或預熱用)、18bw(共付熔接或正式熔接用)，於 產生熔接電弧(電漿電弧)時，電漿電弧電流係流動於各電極2a、2b及母材16間，實現一坑池二電弧熔接。圖十二所示之熔接裝置，進行藉由電極2a之電漿電弧所造成之熔接或預熱及藉由電極2b所造成之共付熔接或正式熔接。又，熔接之進行方法係箭號之y方向。亦即，藉由先行之熔接或預熱而生成之熔融坑池，碰撞後行之共付熔接或正式熔接之電漿電弧，例如將藉由鍵孔熔接以形成之熔融坑池，傳送至後方，後行之共付熔接係平均藉由鍵孔熔接而形成之熔融焊珠(圖十八(c))。藉此成為圖十八(g)所示之滑動地連接於母材表面之共付熔接。於未滿3mm之薄板之狀態下，不可能進行鍵孔熔接，因此，藉由先行之熔接或預熱而形成圖十八(e)所示之焊珠，該焊珠係藉由後行之共付熔接而變化成為圖十八(f)所示之焊珠。正如所習知者，與進行大電流單一坑池寬幅熔接不同，其先行及後行係皆分別分成為各種功能，能以必要之最低限度之低電流，進行焊珠幅寬狹窄之高速熔接。又，即便使用先行電弧以作為預熱而藉由後行電弧以進行正式熔接之方法，亦可進行高速化。
但平行地流動之二通路之電流(電漿電弧)係分別以通路作為中心而產生旋轉之磁通量，該些磁通量係於二通路間，與磁通量之流動方向呈相反，因此，相互地抵銷磁通量，合成磁通量係環繞二通路之外側。藉由該合成磁通量之磁場及二通路之各個電流之相互作用(弗萊明(Fleming)左手定則)而於二電流(電漿電弧)，作用圖十五所示之力F，二電流(電漿電弧)係彎曲於相互接近之方向。假設電弧不安定而該彎曲變大混雜二電流時，亦即合流時，鍵孔熔接及共付熔接之任意時候，皆無法顯現本以企圖之特性。亦即，發生熔接不良或焊珠形狀不良。越係為高電流而該傾向越大。
-第9實施例-
第9實施例之噴嘴晶片1係為消除二電流混雜之可能性，因此，噴嘴4a、4b傾斜於相反於二電流彎曲向(F)之相反方向。亦即，噴嘴4a、4b相對於晶片端面之垂直線(z)而於晶片之直徑線上，往噴嘴開口離開晶片中心軸之方向傾斜。
圖十六顯示藉由第9實施例之電漿電弧火炬所造成之單一坑池二電弧熔接形態。噴嘴4(4a、4b)係藉由電弧間之拉扯力F而彎曲電弧時，電弧相對於母材16之撞擊位置係往電極2a、2b之中心軸線傾斜以擴大θ角度部分及熔接進行方向y之電弧間隔之方向而正確或幾乎一致於預定之鍵孔熔接或共付熔接之位置(電極2a、2b之中心軸線混雜於母材表面之位置)。
圖十七顯示圖十六所示之第9實施例之電漿電弧火炬具備之第9實施例之噴嘴晶片1。若藉由第9實施例，則噴嘴4a、4b呈傾斜而擴大熔接進行方向y之電弧間隔，因此，並無所謂藉由電弧電流之磁性作用(F)而混雜二電弧之可能性。
-第10實施例-
圖十九顯示成為第10實施例之電漿熔接裝置，圖二十(a)僅顯示圖十九所示之電漿火炬、亦即第10實施例之電漿電弧火炬，於圖二十(b)，顯示火炬之前端面。第10實施例之電漿電弧火炬係進行電漿熔接之形態。嵌入式晶片1係藉由以螺絲夾緊嵌入式蓋罩7於絕緣台9，而固定於絕緣台9。保護用蓋罩8係藉由螺絲夾緊，而固定於絕緣台9。以3個比例以分離於x方向之前頭電極台11，中間電極台13eb及後尾端電極台12係位於絕緣體之外箱30之內部。絕緣本體14之棒桿係通過中間電極台13eb及前頭，後尾端電極台11、12之間之空間。
於嵌入式晶片1，具分布於與於晶片之中心軸(z)直交之同 一直徑線上且由該中心軸開始位處於等距離之前頭，後尾端電極配置空間1a、1c及該中心軸位置之中間電極配置空間1b，於各電極配置空間，插入貫通絕緣台9，且以螺絲10a、10b、10c固定於各電極台11、12、13之前頭電極2a、中間電極2b、後尾端電極2c之前端部，於各電極配置空間1a~1c之軸心位置，以定心石3進行定位。於嵌入式晶片1之連接於各電極配置空間1a~1c之噴嘴4(4a、4b、4c)正對母材16(熔接目標材)之前端面係呈開口。
圖二十一擴大地顯示嵌入式晶片1。本實施例之嵌入式晶片1，具備分布於與晶片1之中心軸(z)直交之同一直徑線且位於該中心軸位置之中間電極配置空間1b，及由該中心軸開始位處於等距離而呈平行地延伸於中心軸(z)之前頭、後尾端電極配置空間1a、1c，及連通至各空間1a、1b、1c而開口於對向於母材16之前端面之前頭、中間、後尾端之噴嘴4a、4b、4c。該些噴嘴4a、4b、4c係亦於本實施例，分布與晶片之中心軸(z)直交之同一直徑線上，平行於該中心軸且以等間距進行分布。
於火炬之絕緣台9，於圖十九上，省略圖示，但具圖二十二上所顯示之導向氣體流路及冷卻水流路。又，具導引保護用氣體至保護用蓋罩8內之保護用氣體流路(省略圖示)。導向氣體係正如圖二十二(a)所示，通過氣體流路及電極插入空間而進入至電極配置空間1a~1c，於電極前端部，成為電漿而通過噴嘴4a~4c，並由火炬之前端面噴出。冷卻水係正如圖二十二(b)所示，通過冷卻水供水流路而進入至嵌入式晶片1之外圍面及嵌入式蓋罩7之內圍面之間之空間，由此開始通過冷卻水排水流路而流出至火炬外。保護用氣體係通過保護用氣體流路而進入至嵌入式蓋罩7及保護用蓋罩8之間之圓筒狀空間，接著，由火炬之前端面噴出。
正如圖十九所示，藉由導向電源18ap、18bp、18cp而於電極2a、2b、2c及晶片1之間，產生導向電弧，藉由於電極2a、2b、2c及母材16間，使電極側流動負電漿電弧電流且母材側流動正電漿電弧電流之電漿電源18aw(預熱用)、18bw(內焊珠形成用)、18cw(共付熔接用)，於產生熔接電弧(電漿電弧)時，電漿電弧電流係流動於各電極2a、2b、2c及母材16間，實現一坑池3電弧熔接。於圖十九所示之熔接裝置，進行藉由電極2a之電漿電弧所造成之預熱，藉由電極2b所造成之內焊珠形成及藉由電極2c所造成之共付熔接。又，熔接之進行方法係箭號之y方向。亦即，中間之焊珠形成係使藉由前頭之預熱而生成之表面部熔融坑池(圖二十三(a))熔融或貫通至母材背面(底面)為止(圖二十三(b))，於3mm以上之厚板之狀態下，例如將藉由鍵孔熔接形成之熔融坑池，傳送至後方，後行之共付熔接係平均藉由鍵孔熔接而形成之熔融焊珠。藉此而成為圖二十三(c)所示之滑動地連接於母材表面之共付熔接焊珠。於未滿3mm之薄板之狀態下，不可能進行鍵孔熔接，因此，藉由前頭之預熱及中間之熔接而形成圖二十三(b)所示之焊珠，該焊珠係藉由後尾端之共付熔接而變化成為圖二十三(c)所示之焊珠。正如所習知者，與進行大電流單一坑池寬幅熔接不同，其中間及後尾端係皆分別分成為各種功能，能以必要之最低限度之低電流，以進行焊珠幅寬狹窄之高速熔接。藉由前頭之預熱而使中間之熔接易達至母材之背面，因此，能以更加高速進行熔接。
圖十九所示之實施例，藉由前頭電極2a而造成之預熱，減少導向氣體流量成為0.2~1.0(公升/min)而進行淺熔入之預熱。為藉由中間電極2b形成內焊珠，加深熔入，因此，增多導向氣體流量以成為0.5~5.0(公升/min)，於母材厚度3mm以上時，藉 由鍵孔熔接，以高流量之導向氣體，而挖掘母材至貫通背面為止，形成內波。於母材厚度未滿3mm時，成為較低流量之導向氣體，藉由直至母材背面為止之熱熔融而形成內焊珠(圖二十三(b))。藉由後尾端電極2c而形成表面焊珠，減少導向氣體流量以成為0.2~1.0(公升/min)，藉由淺熔入而熔解表面變薄，變平滑(圖二十三(c))。
例如於實施例8~10之一坑池二電弧熔接，能藉由先行電弧電流210A、後行電弧210/160A：30Hz切換之條件，2.3m/min之較高速，相對於板厚1.6mm之母材，進行安定高品質之電漿電弧熔接。相對於此，本實施例中，能藉由前頭電弧電流200A、中間電弧電流210A、後尾端電弧電流210/160A(45Hz切換)之條件，而對於板厚1.6mm之母材，進行3.0m/min之更加高速且安定高品質之電漿電弧熔接。
一般而言，平行地流動之二通路之電流(電漿電弧)係分別以通路作為中心而產生旋轉之磁通量，該些磁通量係於二通路之間，磁通量之流動方向呈相反，因此，相互地抵銷磁通量，合成磁通量係環繞二通路之外側。藉由該合成磁通量之磁場及二通路之各個電流之相互作用而於二電流(電漿電弧)，作用洛倫茲(Lorentz)力F，二電流(電漿電弧)係彎曲於相互接近之方向。假設電弧不安定而該彎曲變大以混雜二電流時，亦即合流時，無法顯現本企圖之熔接特性。亦即，發生熔接不良或焊珠形狀不良。越係成為高電流而該傾向越大。
但圖十九所示之第10實施例，正如圖二十四所示，於前頭電極2a及中間電極2b之電弧間，作用成為Fa之拉扯之洛倫茲力，亦於中間電極2b及後尾端電極2c之電弧間，作用成為Fc之拉扯之洛倫茲力，於中間電極2b之電弧，作用Fa及Fc之合成力，該 合成力係僅是抵銷Fa及Fc之殘餘，形成內焊珠之中間電極2b之電弧呈安定，安定內波(內焊珠)之形成。作用於前頭電極2a之預熱電弧之洛倫茲力Fa係於熔接進行方向y，使該電弧搖動於下游側，該電弧相對於熔接進行方向y而成為後進角，但不影響焊珠之形成。作用於後尾端電極2c之共付電弧之洛倫茲力Fc係於熔接進行方向y，使該電弧搖動於上游側，該電弧相對於熔接進行方向y而成為前進角，貢獻於平滑化。亦即，後尾端電極2c之共付電弧之電漿係流動於前方，電弧電漿係不散亂形成於該電弧後方之熔融坑池，因此，表面焊珠係成為平滑且漂亮之焊珠表面。
-第11實施例-
於圖二十五顯示適合於厚板之高速熔接之本發明之第11實施例之電漿熔接裝置。於板厚3mm以上時且增多導向氣體流量之鍵孔熔接，於加快熔接速度時，藉由中間電極2b所造成之熔融坑池係變大於熔接方向y，熔融金屬以熔落之可能性變高。故，於第2實施例，比起前頭電極2a及中間電極2b之距離，仍更加長後尾端電極2c相對於中間電極2b之距離，藉由後尾端電極之電漿電弧而對於中間電極2b之鍵孔熔接以形成之熔融坑池開始凝固之位置，進行共付熔接。藉此而即便鍵孔熔接速度成為高速化，亦能抑制熔融金屬之熔落。藉由後尾端電極2c所造成之共付熔接係再加熱凝固金屬而進行熔融，凝固金屬係開始凝固即刻後之高熱，因此，易熔融，適合於高速化。
不限定於電漿電弧熔接，即便藉由TIG熔接，亦可進行預熱或共付。於TIG熔接，不需導向電源，因此，能以低成本，以構成電源裝置。又，保護用氣體係充滿火炬之下端，因此，於TIG熔接，亦可省略由電極配置空間以噴出至母材之導向氣體。故，亦實施下列之表1所示之實施形態。
表1上之實施形態1係正如第1、第2實施例，前頭電極2a、中間電極2b及後尾端電極2c之任何一種皆進行電漿電弧熔接。
-第12實施例-
圖二十六所示之本發明之第12實施例之電漿熔接裝置係表1上之實施形態2。亦即，前頭電極2a係藉由TIG熔接而預熱母材，由嵌入式晶片1之打開於其下端面之電極配置空間之開口開始而更加突出於下方，藉由TIG電弧而預熱熔融母材之表面。中間電極2b及後尾端電極2c係相同於第1、第2實施例，藉由電漿電弧熔接而進行內焊珠之形成及共付。
-第13實施例-
圖二十七所示之本發明之第13實施例之電漿熔接裝置係表1上之實施形態3。亦即，前頭電極2a及後尾端電極2c係藉由TIG熔接而預熱及共付母材，由嵌入式晶片1，其之打開於由其下端面之電極配置空間之開口開始而更加突出於下方，藉由TIG電弧而預熱熔融及共付熔接母材之表面。中間電極2b係相同於第1、第2實施例，藉由電漿電弧熔接而進行內焊珠之形成。
於表1上之實施形態4，後尾端電極2c係藉由TIG熔接而共付母材，由嵌入式晶片1之打開於其下端面之電極配置空間之開口開始而更加突出於下方，藉由TIG電弧而共付熔接母材之表 面。前頭電極2a及中間電極2b係相同於第1、第2實施例，藉由電漿電弧熔接而進行預熱及內焊珠之形成。
表1上之實施形態5，藉由前頭電極2a之電漿電弧熔接而形成內焊珠。中間電極2b及後尾端電極2c係藉由TIG熔接而分別形成表面焊珠。亦即，藉由二階段而形成表面焊珠。該焊珠係適合於母材熔融金屬之表面張力大之母材。又，即便實施形態4，亦同樣可藉由前頭電極2a之電漿電弧熔接而形成內焊珠，藉由以中間電極2b所造成之電漿電弧熔接及以後尾端電極2c所造成之TIG熔接，而分別形成表面焊珠。
又，前述之第11~13實施例及實施形態之任何一種係皆中間電極2b為一條，但若藉由本發明，則亦具使用二條以上之中間電極之形態。但於該狀態下，全部之電極係亦位於延伸於熔接方向之一直線上。例如於使用二條中間電極2b1、2b2之實施形態，能藉由以先行之中間電極2b1所造成之電漿電弧熔接，以挖掘於以一條中間電極所造成之鍵孔熔接而無法貫通至母材背面之厚母材，接著，藉由後行之中間電極2b2所造成之電漿電弧熔接，進行鍵孔熔接而直到母材背面為止。換言之，能以高速對厚板進行鍵孔熔接。
1‧‧‧嵌入式晶片
1a、1b‧‧‧電極配置空間
1d‧‧‧擴大口
4a‧‧‧前頭噴嘴
4b‧‧‧中間噴嘴
5‧‧‧中央孔

Claims (33)

  1. 一種嵌入式晶片，其特徵為，具備於晶片之上端面具容納非消耗電極之開口，且由該開口開始朝向晶片之下端面而延伸，沿直交於晶片中心軸之直徑線分布之複數電極配置空間，及直徑比該電極配置空間小，在該電極配置空間到達前述下端面前，連通至該電極配置空間，且朝向前述下端面之下方以打開之至少一電漿電弧噴嘴。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之嵌入式晶片，其中，尚有由前述之上端面開始貫通至下端面而同心於晶片中心軸之同芯中央孔，前述複數電極配置空間係於以該中央孔之中心軸作為中心之圓周上，以等角度之間距分布，前述電漿電弧噴嘴係於以前述之中心軸作為中心之圓周上，以等角度之間距分布之複數個。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之嵌入式晶片，其中，嵌入式晶片係尚具備打開於連接於前述中央孔並正對加工目標材之前端面，且直徑大於前述中央孔大徑之擴大口，前述之噴嘴係於比前述前端面之更加內側處，打開於前述之擴大口。
  4. 一種電漿火炬，其特徵為，具備申請專利範圍第2或3項所記載之嵌入式晶片，及於該嵌入式晶片之前述中央孔以導引線之導線件，及於前述嵌入式晶片之各電極配置空間以插入前端部之複數非消耗電極，及用以冷卻前述嵌入式晶片之冷卻水流路，及用以於各電極配置空間供應導向氣體之導向氣體流路。
  5. 一種電漿熔接裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第4項所記載之電漿火炬，及於前述複數非消耗電極及加工目標材間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之電漿熔接裝置，其中，於前述 線及加工目標材間，尚具備線側流動負電流且加工目標材側流動正電流之加熱線電源。
  7. 一種電漿MIG熔接裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第4項所記載之電漿火炬，及於前述複數非消耗電極及加工目標材間，使電極側流動正電漿電弧電流且加工目標材側流動負電漿電弧電流之電源，及於前述線及加工目標材間，使線側流動正電流且加工目標材側流動負電流之MIG熔接電源。
  8. 一種電漿線厚壁裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第4項所記載之電漿火炬，及於前述複數非消耗電極及加工目標材間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源，及於前述線及各電極間，使線側流動正電流且電極側流動負電流之加熱線電源。
  9. 一種電漿粉體厚壁火炬，其特徵為，具備申請專利範圍第2或3項所記載之嵌入式晶片，及於該嵌入式晶片之前述中央孔以導引粉體之粉體導向件，及於前述嵌入式晶片之各電極配置空間以插入前端部之複數非消耗電極，及用以冷卻前述嵌入式晶片之冷卻水流路，及用以於各電極配置空間供應導向氣體之導向氣體流路。
  10. 一種電漿粉體厚壁裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第9項所記載之電漿粉體厚壁火炬，及於前述複數非消耗電極及加工目標材間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源，及於前述之粉體導向件供應粉體之手段。
  11. 一種電漿鍵孔熔接火炬，其特徵為，具備申請專利範圍第2或3項所記載之嵌入式晶片，及於該嵌入式晶片之前述中央孔導引鍵孔氣體之氣體導向件，及於前述嵌入式晶片之各電極配置 空間以插入前端部之複數非消耗電極，及用以冷卻前述嵌入式晶片之冷卻水流路，及用以於各電極配置空間供應導向氣體之導向氣體流路。
  12. 一種電漿鍵孔熔接裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第11項所記載之電漿鍵孔熔接火炬，及於前述複數非消耗電極及加工目標材間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源。
  13. 一種電漿切斷火炬，其特徵為，具備申請專利範圍第2或3項所記載之嵌入式晶片，及於該嵌入式晶片之前述中央孔導引切斷用氣體之氣體導向件，及於前述嵌入式晶片之各電極配置空間插入前端部之複數非消耗電極，及用以冷卻前述嵌入式晶片之冷卻水流路，及用以於各電極配置空間供應導向氣體之導向氣體流路。
  14. 一種電漿切斷裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第13項所記載之電漿切斷火炬，及於前述複數非消耗電極及加工目標材間，使電極側流動負電漿電弧電流且加工目標材側流動正電漿電弧電流之電源。
  15. 根據申請專利範圍第1項所述之嵌入式晶片，其中，前述複數電極配置空間係二個，前述電漿電弧噴嘴係分布於同一直徑線上且分別連通至各電極配置空間，且正對平行於前述直徑線之熔接線打開之二個。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述之嵌入式晶片，其中，前述電漿電弧噴嘴係相對於前述下端面之垂直線呈平行。
  17. 根據申請專利範圍第15項所述之嵌入式晶片，其中，前述電漿電弧噴嘴係相對於前述下端面之垂直線，於前述之直徑線上，傾斜於噴嘴開口離開晶片中心軸之方向。
  18. 根據申請專利範圍第16或17項所述之嵌入式晶片，其中，各電極配置空間係平行於前述下端面之垂直線。
  19. 一種電漿火炬，其特徵為，具備申請專利範圍第15至17項中任一項所記載之嵌入式晶片，及於該嵌入式晶片之各電極配置空間插入各個前端部之二個非消耗電極。
  20. 一種電漿熔接裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第19項所記載之電漿火炬，及於該電漿火炬之第1非消耗電極供電鍵孔熔接或預熱電力之第1電源，及於第2非消耗電極供電共付熔接或正式熔接電力之第2電源。
  21. 根據申請專利範圍第1項所述之嵌入式晶片，其中，前述複數電極配置空間係包含分布於熔接方向之一直線上之前頭電極配置空間，及一以上之中間電極配置空間及後尾端電極配置空間。
  22. 根據申請專利範圍第21項所述之嵌入式晶片，其中，連通至前述前頭中間電極配置空間及後尾端電極配置空間之前述電漿電弧噴嘴間距離，係較連通至前述前頭電極配置空間及前述中間電極配置空間之前述電漿電弧噴嘴間之距離長。
  23. 根據申請專利範圍第21或22項所述之嵌入式晶片，其中，各在各電極配線空間連通有電漿電弧噴嘴。
  24. 根據申請專利範圍第21或22項所述之嵌入式晶片，其中，前述前頭電極配置空間或前述後尾端電極配置空間係TIG熔接電極貫通之孔穴。
  25. 根據申請專利範圍第21或22項所述之嵌入式晶片，其中，前述前頭電極配置空間及前述後尾端電極配置空間係TIG熔接電極貫通之孔穴。
  26. 根據申請專利範圍第21或22項所述之嵌入式晶片，其中，在 前述前頭電極配置空間連通有前述電漿電弧噴嘴，前述中間電極配置空間及前述後尾端電極配置空間係TIG熔接電極貫通之孔穴。
  27. 一種電漿火炬，其特徵為，具備申請專利範圍第21項所記載之嵌入式晶片，及於該嵌入式晶片之各電極配置空間插入各前端部之複數非消耗電極。
  28. 一種電漿熔接裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第27項所記載之電漿火炬，及於該電漿火炬之前頭非消耗電極以供電預熱電力之第1電源，及於中間非消耗電極以供電內焊珠形成用電力之第2電源，及於後尾端非消耗電極供電共付電力之第3電源。
  29. 一種電漿熔接裝置，其特徵為，具備具於申請專利範圍第22項所記載之嵌入式晶片之各電極配置空間插入各前端部之複數非消耗電極之電漿火炬，及於該電漿火炬之前頭非消耗電極以供電預熱電力之第1電源，及於中間非消耗電極以供電鍵孔熔接電力之第2電源，及於後尾端非消耗電極供電共付電力之第3電源。
  30. 根據申請專利範圍第28或29項所述之電漿熔接裝置，其中，第1、第2及第3電源係電漿熔接電源。
  31. 根據申請專利範圍第28或29項所述之電漿熔接裝置，其中，前述嵌入式晶片之前述前頭電極配置空間或前述後尾端電極配置空間係TIG熔接電極貫通之孔穴，第1電源或第3電源係TIG熔接電源，其他之電源係電漿熔接電源。
  32. 根據申請專利範圍第28或29項所述之電漿熔接裝置，其中，前述嵌入式晶片之前述前頭電極配置空間及前述後尾端電極配置空間係TIG熔接電極貫通之孔穴，第1電源及第3電源係 TIG熔接電源，第2電源係電漿熔接電源。
  33. 根據申請專利範圍第28或29項所述之電漿熔接裝置，其中，前述嵌入式晶片之前述前頭電極配置空間連通有電漿電弧噴嘴，前述中間電極配置空間及前述後尾端電極配置空間係TIG熔接電極貫通之孔穴，第1電源係電漿熔接電源，第2及第3電源係TIG熔接電源。
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