JPH0292467A - プラズマトーチに於ける電極破壊検知方法及び装置並びにプラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は溶接又は切断に用いられるプラズマトーチに於
ける電極破壊検知方法及び装置並びにプラズマトーチに
関するものである。

〈従来の技術〉 今日、鉄鋼或いはステンレス鋼等の被加工材をプラズマ
アークによって溶接或いは切断することが行われている
。

プラズマアークを発生するためのプラズマトーチに於け
る電極は、永久的に使用し得るものでは無く、使用時間
に応じて消耗するものである。前記電極が消耗した場合
、該電極と被加工材との間で発生するメインアークの外
に、電極からチップを介してアークが発生する所謂ダブ
ルアーク或いはシリースアークと呼ばれる現象が発生す
る。

前記ダブルアークの状態が継続すると、電極及びチップ
が非、常に高温となり、これ等が溶損し且つ場合によっ
てはトーチそのものが溶損して破壊することがある。

このため電極の消耗を事前に検知して交換することが望
ましく、一般には経験的に電極の使用時間を定め、この
使用時間を管理することで電極の交換を行っている。

また電極の破壊を自動的に検知するための技術が提案さ
れている（特開昭６１−２６９９７５号、同６２−２６
７０８７号）、これ等の技術は、プラズマアーク電圧或
いはプラズマアーク電流等を常時検出し、この検出値が
基準値よりも変動が大きくなったときに、電極が破壊し
たことを検知するものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 然し、上記各技術にあっては、電極破壊を検知するため
の制御回路が複雑であり、且つ高価なものとなっている
。

本発明の目的は、プラズマトーチに於ける電極破壊を容
易に検知することが出来る検知方法と、安価な検知１ａ
置を提供することにある。

＜ｔ＊ｍを解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明のプラズマトーチに於
ける電極破壊検知方法は、電極を内部から冷却するため
の冷却流体の戻り圧力を検出し、該戻り圧力が基準圧力
よりも低下したときに、前記電極が破壊したことを認識
することを特徴としたものである。

また検知装置は、電極内部及びトーチ内部を冷却するた
めの冷却流体通路を形成したプラズマトーチと、前記冷
却流体の戻り圧力を検出するための検出手段と、前記戻
り圧力が基準圧力よりも低下したときに信号を発生する
信号発生手段とを有して構成されるものである。

更に、プラズマトーチは、電極内部を冷却するための冷
却流体通路を有するプラズマトーチに於いて、前記電極
よりも下流側の冷却流体通路に該通路を流通する冷却流
体の圧力を検出するための圧力検出孔を設けて構成され
るものである。

く作用〉 上記検知方法に於いて、電極を冷却するために該電極内
部を流通する冷却流体の戻り圧力、即ち前配電掻よりも
下流側に於ける冷却流体の圧力を検出すると、電極が破
壊されていない場合には、戻り圧力は冷却流体の供給圧
力を一定とすれば常に一定値となる。そして電極が消耗
しダブルアークが発生して、１を橿が溶損破壊した場合
には、この溶損部から冷却流体が流出し、戻り圧力が低
下する。

従って、プラズマトーチに破壊されていない電極を取り
付け、このときの冷却流体の戻り圧力を基準圧力として
設定し、作業中に於ける戻り圧力を検出して、この検出
圧力が基準圧力よりも低下したときに電極破壊として認
識することが出来る。

また上記検知装置を、電極内部及びトーチ内部を冷却す
るための冷却流体通路を形成したプラズマトーチと、前
記冷却流体の戻り圧力を検出するための検出手段と、前
記戻り圧力が基準圧力よりも低下したときに信号を発生
する信号発生手段とにより構成したので、電極及びトー
チ内部を冷却するための冷却流体の戻り圧力を検出し、
この戻り圧力が基準圧力よりも低下したときに信号を発
生し、該信号によって電極が破壊したことを検知するこ
とが出来る。

従って、例えば前記信号によりプラズマ発生装置の電源
を制御すれば、電極が破壊したときにプラズマアークを
停止させることが出来る。

更に、プラズマトーチは、冷却流体によって冷却される
電極よりも下流側の冷却流体通路に、該通路を流通する
冷却流体の圧力を検出するための圧力検出孔を設けたの
で、前記圧力検出孔と戻り圧力の検知手段とを接続する
ことで、冷却流体の戻り圧力を検知することが出来る。

〈実施例〉 以下上記手段を適用したプラズマ発生装置の一実施例に
ついて図を用いて説明する。

第１図はプラズマトーチの断面説明図、第２図は電極破
壊検知の説明図、第３図はプラズマ発生装置のブロック
図である。

先ず第１図によりプラズマトーチＡの構成を説明すると
、このプラズマトーチＡの軸心上の所定位置には、電極
ｌが電極台２に着脱可能に取り付けられている。前記電
極１の内部には冷却流体を２ｄ通させて該電極ｌを冷却
するための孔１ａが穿設されている。

前記電極台２の端部には導管２ａが設けられており、プ
ラズマトーチＡの外部に設けた冷却流体供給部９から冷
却流体が供給されている。また電極台２の内部には、先
端が前記電極ｌに穿設した孔１ａの深さと略等しい突出
部を有する内部管２ｂが設けられている。この電極台２
の外周所定位置には、二つのグループ２ｃ、２ｄが形成
されている。前記グループ２Ｃはスリット２ｅによって
電極ｌの外周面と後述するチップ５の内周面とで形成す
るプラズマガスの噴出孔７と連結されており、またグル
ープ２ｄは通孔２ｆによって電極台２の内部と連結され
ている。

前記電極台２の外周には絶縁カラー３が嵌着されている
。この絶縁カラー３の前記電極台２に形成した二つのグ
ループ２ｃ、２ｄと対向した位置には、通孔３ａ、３ｂ
が穿設されている。

前記絶縁カラー３の外周にはチップ台４が嵌着されてい
る。このチップ台４の先端には、ノズル５ａを有するチ
ップ５が着脱可能に取り付けられている。またチップ台
４にはキャップ６が着脱可能に取り付けられている。

前記チップ台４には、プラズマガスの通孔４ａと冷却流
体の通孔４ｂが夫々穿設されている。前記通孔４ａは導
管４Ｃを介してプラズマガス供給部１５と連結されてい
る。また前記通孔４ｂは、端がチップ５とキャップ６と
によって構成された冷却流体の噴出孔８と連結し、他端
は導管４ｄを介して戻り圧力検知部１０と連結している
。

前記チップ台４の内周面には、前記電極台２に形成した
二つのグループ２ｃ、’ｌｄと対向して二つのグループ
４ｅ、４（が穿設されている。

尚、本実施例に於いて、冷却流体としては加圧エアを用
いている。またプラズマガスとしては、被加工材の種類
或いは作業内容によって、酸素ガス、窒素ガス或いはエ
ア等を選択的に用いている。

上記の如く構成したプラズマトーチＡに於いて、所定圧
力に調整された冷却エアは、導管２ａを介して電極台２
に供給される。そして内部管２ｂを通って電極１に供給
され、該電極１を冷却する。

その後内部管２ｂの外周に沿って電極台２の内部を通り
、通孔２ｆからグループ２ｄ、４ｒを通過して通孔４ｂ
に至る。更に、チップ５とキャップ６とで構成する噴出
孔８を通って、チップ５とキャップ６を冷却してプラズ
マトーチＡの外部に噴出する。このとき、前記通孔４ｂ
に於ける冷却エアの圧力は、圧力検出孔となる導管４ｄ
を介して戻り圧力検知部１０に導かれて検出される。

前述の如く、導管４ｄを介して検出される戻り圧力は、
導管２ａから電極台２．電極１．絶縁カラー３に於ける
冷却エアの降下圧力を検出するものである。従って、こ
の戻り圧力は、個々のプラズマトーチＡによる個性はあ
るものの、冷却エアの供給圧力が一定であれば、該供給
圧力に応じた一定の圧力が検出される。

次に、上記の如く構成したプラズマトーチＡの電極ｌの
破壊検知方法と装置について説明する。

プラズマトーチＡに於いて、電極ｌと被加工材との間に
プラズマアークを発生すると、作業時間（アークタイム
）に応じて電極１が消耗することが良く知られている。

そして消耗した電極ｌを使用していると、該電ＩＩと被
加工材との間で発生するメインアークの外に、チップ５
を介して電極１と被加工材との間にアークが発生する所
謂ダブルアーク現象となることも良（知られている。

前記ダブルアーク現象が発生すると、電極ｌ及びチップ
５の温度が急激に上昇して溶損に至り、最悪の場合には
電極台２やチップ台４が溶損し、プラズマトーチＡが使
用に耐えなくなる。

本発明の電極破壊検知方法は、電極ｌが溶損して破壊し
た場合、この電極１には溶損部に於いて内部の孔１ａに
達する貫通孔が形成されていることに着目している。

即ち、電極ｌが溶…すると、咳溶…により電極１には内
部に形成した孔１ａとの間に貫通孔が形成され、この貫
通孔を通して冷却エアが流出することで、導管２ａから
電極台２．電極１．°絶縁カラー３に形成された冷却エ
ア通路に於ける流量が変化し、このため導管４ｄを介し
て検出される戻り圧力が急激に、且つ大幅に低下する。

従って、この戻り圧力を検出することにより、電極ｌの
破壊を検知することが可能となる。

第２図はプラズマトーチＡを用い、上記方法によって電
極破壊を検知するための模式説明図である。

図に於いて、プラズマトーチＡに供給される冷却エアの
供給圧力Ｐ１は、冷却エフ供給部９に於いて所定圧力に
調整されて供給される。また戻り圧力ｐｇは、戻り圧力
検出手段及び信号発生手段となる戻り圧力検知部１０に
供給されている。前記戻り圧力検知部１０は、後述する
基準圧力に設定された公知の圧力スイッチによって構成
されている。従って、この圧力スイッチｌＯには常に戻
り圧力Ｐ！が作用しており、該戻り圧力Ｐ、が基準圧力
以下になると電気信号を発生するように構成されている
。

ここで前記プラズマトーチＡに新品の電極と、軽度に破
壊された電極と、重度に破壊された電極とを取り付けた
ときの供給圧力Ｐ、に応じた戻り圧力Ｐヨの測定結果を
表１に示す。

表１ 上記表１に明らかなように、冷却エアの供給圧力ＰＩを
一定とした場合、破壊されていない電極と破壊された電
極とでは、検出された戻り圧力Ｐ、に０、７ｋｇ／−以
上の圧力降下が発生している。

このためプラズマトーチＡに新品の電極を取り付け、こ
のときの戻り圧力Ｐ８を検出して該検出圧力、或いは安
全値を見越した前記検出圧力よりも若干低い圧力を基準
圧力として設定し、プラズマトーチＡによる作業中に継
続して冷却エアの戻り圧力を検出して該圧力が基準圧力
よりも降下したときに、電極が破壊したとして認識する
ことが可能である。

即ち、前述したように、戻り圧力Ｐ！を戻り圧力検知手
段となる圧力スイッチｌＯに導入すると共に該圧力スイ
ッチ１０の設定圧力を前記基準圧力に設定することによ
って、プラズマトーチＡからの戻り圧力Ｐ２を常に検出
することが可能であり、且つ戻り圧力Ｐ、が基準圧力よ
りも低下したときに電気信号を発生することが可能とな
る。

このため、プラズマ発生装置を前記電気信号の発生に応
じて電源を停止し得るように構成すれば、電極破壊を検
知すると同時にプラズマ発生装置を停止することが可能
となり、これによりプラズマトーチの破壊の進行が停止
される。

このように本発明にあっては、冷却流体の戻り圧力Ｐ８
を検出して、該検出圧力を基準圧力と比較することで電
極の破壊を検知することが出来、また戻り圧力Ｐ８の検
出及び基準圧力との比較を行うためには、公知の圧力ス
イッチを用いることが出来るため、従来のアーク電圧又
はアーク電流を測定して電極破壊を検知する方法と比較
して安価な装置によって容易に電極の破壊を検知するこ
とが可能である。

次に、上記の如く構成した電極破壊検知装置を適用した
プラズマ発生装置について第３図により説明する。

図に於いて、ドライバ回路１１によって駆動される直流
ｉｔ源部１２と電極１、及びチップ５．被加工材Ｂとの
間が夫々電気的に接続されている。前記ドライバ回路ｌ
！は制御部１３によって制御されている。そしてスイッ
チ１４の操作によって操作開始信号が発生し、この信号
によって、ドライバ回路１１゜プラズマガス供給部１５
及び冷却流体供給部９が夫々制御部１３によって制御さ
れ、所定の動作を実施し得るように構成されている。

即ち、１桑作開始信号によって、冷却流体供給部９を構
成する電磁弁が開放されて冷却流体がプラズマトーチＡ
に供給され、またプラズマガス供給部１５を構成する電
磁弁が開放されて酸素ガス、窒素ガス、エア等のプラズ
マガスがトーチＡに供給される。また、圧力検知手段１
０を構成する圧カスインチに操作電源が供給されプラズ
マトーチＡからの冷却流体の戻り圧力Ｐ２の検出を開始
する。更に、ドライバ回路１１を介して直流電源部１２
が駆動され電極１．チップ５．被加工材Ｂに所定の電圧
が印加されてプラズマアークが発生する。そしてプラズ
マトーチＡを被加工材Ｂ上に走査させることで、所定の
作業を実施することが出来る。

プラズマトーチＡにより被加工材Ｂに対し所定作業実施
中に、電極ｌが消耗し該電極１が溶損すると、戻り圧力
Ｐ２が急激に低下する。この低下した戻り圧力Ｐ、が圧
カスイノチｌＯにより検出され、該圧力が予め設定され
た基準圧力以下になると、圧力スイッチ１０に於いて電
気信号が発生する。

前述した如く、前記電気信号は電極１が破壊されたこと
を検知したものである。この電気信号を制御部１３に伝
達し、該制御部１３によって、冷却流体供給部９．プラ
ズマガス供給部１５．ドライバ回路１１を制御して、冷
却流体及びプラズマガスの供給を停止すると共に、プラ
ズマアークを停止させる。

このように、電極１を冷却するための冷却流体の戻り圧
力を検出し、検出圧力を基準圧力と比較して該検出圧力
が基準圧力よりも低下した場合に発生する信号によって
プラズマアークを制御するように構成すれば、電極ｌの
破壊が検知された時点でプラズマアークを停止させるこ
とが可能となり、従って電極ｌの破壊を進行させること
がない。

尚、前述の実施例に於いて、冷却流体として加圧エアを
用いた場合について説明したが、この冷却流体としては
前記エアに限定されるものではなく、加圧水等の冷却液
体を用いることも可能である。加圧水を用いる場合には
、チップ５とキャンプ６とで形成される噴出孔８を閉鎖
して該加圧水がプラズマトーチ内を循環し得るように構
成することが必要である。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明の電極破壊検知方法
によれば、電極を冷却するための冷却流体の戻り圧力を
検出することで、容易に該電極の破壊を検知することが
出来る。

また本発明の電極破壊検知装置は、戻り圧力を検出する
検出手段と、戻り圧力が基準圧力よりも低下したときに
信号を発生する信号発生手段とにより構成したので、冷
却流体の戻り圧力を検出しつつ基準圧力と比較し、該戻
り圧力が基準圧力よりも低下したときに電気信号を発生
することが出来る。従って、前記電気信号をプラズマ発
生装置の制御部に接続した場合には、該電気信号の発生
に応してプラズマ発生装置を停止することが可能となり
、このためプラズマトーチの破壊を進行させることがな
い。

また本発明のプラズマトーチによれば、電極を冷却する
ための冷却流体の戻り圧力を、該圧力の検出手段に導く
ことが出来る等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマトーチの断面説明図、第２図は電極破
壊検知の説明図、第３図はプラズマ発生装置のブロック
図である。 Ａはプラズマトーチ、Ｂは被加工材、ｌは電極、２は電
極台、２ａは導管、３は絶縁カラー、４はチップ台、５
はチップ、６はキャップ、９は冷却流体供給部、ｌＯは
圧力スイッチ、１１はドライバ回路、１２は直流電源部
、１３は制御部、１４はスイッチ、１５はプラズマガス
供給部である。 特許出願人　　小池酸素工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を内部から冷却するための冷却流体の戻り圧
   力を検出し、該戻り圧力が基準圧力よりも低下したとき
   に、前記電極が破壊したことを認識することを特徴とし
   たプラズマトーチに於ける電極破壊検知方法。
2. （２）電極内部及びトーチ内部を冷却するための冷却流
   体通路を形成したプラズマトーチと、前記冷却流体の戻
   り圧力を検出するための検出手段と、前記戻り圧力が基
   準圧力よりも低下したときに信号を発生する信号発生手
   段とを有することを特徴としたプラズマトーチに於ける
   電極破壊検知装置。
3. （３）電極内部を冷却するための冷却流体通路を有する
   プラズマトーチに於いて、前記電極よりも下流側の冷却
   流体通路に該通路を流通する冷却流体の圧力を検出する
   ための圧力検出孔を設けたことを特徴としたプラズマト
   ーチ。