JPH0337835B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、少なくとも１個の放電用電極と加工
対象材又はもう１つの電極との間に電気放電を発
生し、該電気放電による発熱により加工対象材を
溶接加工、切断加工、溶射加工あるいは加熱加工
するために用いられるアーク点弧方法に関する。

［従来の技術］ 従来は、放電用主電極と加工対象材又はもう１
つの電極との間に高周波電圧を印加してそれらの
間に絶縁破壊を起してアーク放電を起動させる高
周波点弧法、又は、放電用主電極を加工対象材に
接触させて接触火花を発生させてから放電用主電
極を加工対象材から離して接触火花放電をアーク
放電に移行させる接触点弧法、により加工用アー
ク放電を起動している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし従来の高周波点弧法では、アークを起動
するための高周波電圧が大きいので、高パワーの
電磁的なノイズが発生し、溶接自動機器に組み込
まれたマイクロコンピユータをはじめとする各種
周辺電子機器を誤動作あるいは破損することがあ
り、この種の高周波高パワーノイズに対して特別
なノイズフイルタを用いるなどの対策を施す必要
があつた。更に、高周波点弧時にアーク電源回路
に接続された計測機器を破損してしまうため、計
測機器を溶接用電気回路に容易に接続できないと
いう問題がある。

一方、従来の接触点弧法では、放電用主電極の
先端形状及び加工対象材の表面状態によつてはア
ーク点弧に失敗することがある。

本発明は、点弧時に高パワー高周波ノイズを実
質上発生することなく、しかも点弧が容易で安定
性が高いアーク点弧方法を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明においては、少なくとも１個の放電用主
電極と加工対象材又はもう１つの電極付近に電場
を形成し、それらの電場の陰極に向けて点弧プラ
ズマを注入することにより、アーク点弧させるこ
とを特徴とする。

以下に本発明を図面を参照しつつ詳細に説明す
る。

［作用］ 第１図に本発明を実施する装置の一例の構成概
略と本発明を実施したときに生じるアーク現象の
概略を示す。これは、加工用直流電源１の負側に
放電用主電極２を、正側に加工対象材である母材
３を、それぞれ接続するアーク放電加工の場合で
ある。

第１図に示すように主電極２の側面に対向して
補助電極の一例として有孔電極１３を配置し、母
材３と接地することにより有孔電極１３から主電
極２に向かう電場を生成した状態で、有孔電極１
３の孔を通して点弧プラズマを主電極２に向けて
注入する（第１図のａ）と、主電極２から有孔電
極１３に向けてアークが点弧し（第１図のｂ）、
主電極２、母材３および有孔電極１３の三者に後
述の特別な関係を成立させるときには、主電極２
上の陰極点が主電極２の先端部に瞬時に移動し
（第１図のｃ）、主電極２と母材３との間にアーク
が点弧する（第１図のｄ）。

なお、主電極２の軸方向に流れるシールドガス
流Qsが存在する場合には、このガス流も該陰極
点の移行現象に関与する。

次に、該陰極点の移行現象における主電極２、
母材３および有孔電極１３の三者の位置関係の影
響について説明する。

第２ａ図は、母材３、主電極２および有孔電極
１３の位置関係を示す概略図である。

第２ａ図に示すように、母材３に対向するよう
に主電極２を配置し、主電極２の間の側面に対向
するように有孔電極１３を配置する。このとき、
主電極２−母材３間距離をLa、主電極２−有孔
電極１３間距離をLb、主電極２の先端部から有
孔電極１３の孔の中心部までの間隔をLc、と略
記する。

第２ｂ図および第２ｃ図は、La，LbおよびLc
の組合せとアーク点弧現象の関係を示したもので
ある。

尚、使用した点弧プラズマの発生条件としては
点弧プラズマ電流が13A、点弧プラズマガス流量
が3.0／min：Ar、有孔電極外径が10mmであつ
た。図中の×は第１図のｂが点弧しない位置を示
し、〇は第１図のｂ点弧後、１秒以上でゆるやか
にｄに移行するため、本発明の実施に適合した位
置を示し、△は第１図ｂの点弧後１秒以上でゆる
やかにｄに移行するものの応答が遅く実用的では
ない位置を示し、口は第１図のｂ点弧後、そのま
まｂが保持され移動しない位置を示している。

第２ｂ図および第２ｃ図からわかるようにLa，
LbおよびLcの組合せによりアーク点弧現象は大
きく異なり、La，LbおよびLcの間に特別な関係
が成立するとき（図中の〇の領域）は、点弧プラ
ズマ注入後瞬時に加工用アークが主電極２と母材
３間に点弧することがわかる。

第２ｄ図は、点弧プラズマ発生条件を変化させ
た場合のLa，LbおよびLcの組合せとアーク点弧
現象の関係を示したものである。第２ｂ図および
第２ｃ図における母材、主電極および有孔電極の
最適位置関係（図中の〇の領域）は、点弧プラズ
マ発生条件である点弧プラズマ電流を、5Aから
40Aの範囲内で選定し、点弧プラズマガス流量を
0.5／min：Arから10／min：Arの範囲内で
それぞれ選定すると、第２ｄ図に示す範囲内まで
拡大され、本発明を適用できることを確認した。

次に本発明を実施する上で使用する点弧プラズ
マの発生方法について述べる。

第４ａ図はタツチ点弧式点弧プラズマ発生方法
の概略図である。この方法は、プラズマ電源１１
の負側に副電極１２を、正側に有孔電極１３を接
続し、プラズマガスを供給（以下の説明では省略
する）し、プラズマ電源１１を起動し無負荷電圧
を印加した状態で、副電極１２を有孔電極１３に
一度接触させて引き離すことにより、火花放電を
発生させこれをアーク放電へと移行させるもので
ある。

点弧プラズマの能力として10A程度の小電流で
十分なためタツチ点弧時の副電極１２の損傷が軽
微であるし、たとえ損耗したとしても、点弧プラ
ズマさえ起動できれば加工用主電極２とは無関係
なため問題はない。

第４ｂ図は、高周波点弧式点弧プラズマ発生方
法の概略図である。プラズマ電源１１の負側に高
周波電源１４を介して副電極１２を、正側に有孔
電極１３を、それぞれ接続する。尚、１５は高周
波バイパスコンデンサである。この方法は、高周
波電源１４により副電極１２と有孔電極１３との
間に高周波高電圧を印加して絶縁破壊を起こし、
点弧プラズマを起動するものである。

副電極１２と有孔電極１３との距離が微小設定
可能なため、1000V程度の高周波電圧でも点弧プ
ラズマを起動できる。このとき発生する高周波ノ
イズは、この点弧プラズマ回路１８をシールド１
０でつつみ、外部電源とノイズフイルタ１７を介
して接続することにより、外部への高周波ノイズ
の影響を防止することが可能である。

第４ｃ図は電極自己発熱式点弧プラズマ発生方
法を示す概略図である。ヘアピン状におり曲げた
副電極（以後これをフイラメント８５と記す）の
両端にフイラメント加熱電源８４を接続し、さら
にプラズマ電源１１の負側をフイラメント８５の
一端に、正側を有孔電極１３に、それぞれ接続す
る。この方法は、フイラメント加熱電源８４から
供給される電流でフイラメント８５をジユール発
熱で2000度以上に温度上昇させ、プラズマ電源１
１の電源で熱電子放出をおこしこれをアーク放電
へと移行させ点弧プラズマを起動させるものであ
る。

実施例 １ 第３ａ図に示す装置を用いた実施例を以下に示
す。これは本発明を正極性非消耗電極式アーク溶
接方法に適用した例である。点弧プラズマ発生方
法として高周波点弧式のものを使用した。

点弧プラズマ発生回路側： プラズマ電源：直流垂下特性、設定電流値15A、 プラズマガス流量：3.0／min：Ar 副電極：２％トリウム入りタングステン、 ds＝1.0mmφ、Ds＝1.0mmφ、 Lt＝1.0mm、Lp＝1.0mm アーク電気回路側： アーク電源：直流垂下特性、設定電流値50A、
無負荷電圧50V、 シールドガス流量：20／min：Ar 主電極：２％トリウム入りタングステン、 Dm＝1.6mmφ、La＝2.0mm、 Lb＝５mm、Lc＝６mm の条件で、連続100回アーク点弧を試みたが、い
ずれも安定にアークが点弧した。また、アーク点
弧時にノイズの発生は認められなかつた。このと
き使用した計側機器或いは制御装置は、マイクロ
コンピユータ内蔵型のものであつたが当然のこと
ながら誤動作は発生しなかつた。

尚、La＝2.0mm、Lb＝６mmおよびLc＝５mmは、
第２ｂ図の図中の〇の領域に入り、主電極２から
有孔電極１３に向けて発生したアークが、瞬時に
主電極２から母材３に向けてのアークへと移行す
ることを確認した。

実施例 ２ 第３ｂ図に示す装置を用いた実施例を以下に示
す。これは、本発明を交流消耗電極式アーク溶接
方法に適用した側である。点弧プラズマ発生方法
として、高周波点弧式のものを使用した。

点弧プラズマ発生回路側： プラズマ電源：直流垂下特性、設定電流値15A プラズマガス流量：3.0／min：Ar 副電極：２％トリウム入りタングステン ds＝1.0mmφ、Ds＝1.0mmφ、 Lt＝1.0mm、Lp＝1.0mm アーク電気回路側： アーク電源：交流垂下特性、短絡電流300A、
無負荷電圧80V シールドガス流量：20／min：Ar 主電極：ソリツドワイヤDm＝3.2mmφ、 La＝２mm、Lb＝６mm、Lc＝５mm 尚、ワイヤ送給は、アーク発生をアーク発生検
出器２６で検出した後、送給モータコントローラ
２８を介して、送給モータ２９を駆動することに
より、アーク点弧後1.0cm／secのスピードで送給
を行つた。

以上の条件で連続100回アーク点弧を試みたが
いずれも安定にアークが点弧した。また、アーク
点弧時にノイズの発生は認められなかつた。この
とき使用した計測機器或いは制御装置は、マイク
ロコンピユータ内蔵型のものであつたが当然のこ
とながら、誤動作は発生しなかつた。

尚、La＝２mm、Lb＝６mm、Lc＝６mmは、第２
ｂ図の図中の〇の領域に入り、主電極２から有孔
電極１３に向けて発生したアークが瞬時に主電極
２から母材３に向けたアークへと移行することを
確認した。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、加工用ア
ーク放電電気回路に高周波電源等のノイズ発生原
因となる手段を用いる必要がないので、マイクロ
コンピユータ等の電子機器を用いた制御装置にノ
イズ対策を施こす必要がない。更に、計測機器の
破損の恐れもないため一層精密な計測が可能とな
る。また、非接触式のアーク点弧であるため、非
消耗電極を用いたアーク放電加工においては、非
消耗電極の損耗に関する問題もなく、一方、消耗
電極を用いたアーク放電加工においては、電極先
端或いは、母材表面の状態による点弧の不確実性
または、点弧時に発生する大きなスパツタ、に関
する問題もなく工業的価値が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するアーク加工装置の
構成の一例とそのとき生じるアーク現象を示す斜
視図である。第２ａ図は、本発明を実施するため
に用いる装置構成の一例を示す断面図、第２ｂ
図、第２ｃ図および第２ｄ図は、主電極２に対す
る有孔電極１３の位置関係とアーク移行形態との
相関を示すグラフである。第３ａ図および第３ｂ
図は、本発明を各態様で実施する装置の構成を示
す断面図である。第４ａ図、第４ｂ図および第４
ｃ図は、本発明で用いる点弧プラズマを発生する
ための装置構成を示す断面図である。 １：アーク電源、２：主電極、３：母材、６：
シールドキヤツプ、７：トーチ、８：アーク発生
電気回路、１０：プラズマ装置、１１：プラズマ
電源、１２：副電極、１３：有孔電極、１４：高
周波電源、１５：高周波バイパスコンデンサ、１
６：シールド、１７：ノイズフイルタ、１８：点
弧プラズマ発生検出器、２６：アーク発生検出
器、２７：給電チツプ、２８：モータコントロー
ラ、２９：モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１個の主電極と加工される母材の
   近傍に生成された電場内に、陰極に向けて点弧プ
   ラズマを注入することにつてアークを点弧するア
   ーク点弧方法において、加工される母材に対向す
   るように主電極及び主電極への電極チツプを配置
   して加工用電源の一極側に電極チツプを通して主
   電極を、他極側に母材をそれぞれ接続し、主電極
   側面或いは電極チツプ側面に対向するように補助
   電極を配置して補助電極と母材を共通接続するこ
   とにより補助電極から主電極或いは電極チツプに
   向かう電場を生成した状態で、母材表面と主電極
   先端との距離Laが0.01mmから20mmであり、主電極
   側面と補助電極との距離Lbが0.5mmから20mmであ
   り、補助電極の主電極に対向した面の中心と主電
   極先端との距離Lcが０mmから40mmであり、補助
   電極の近傍から主電極或いは電極チツプに向けて
   点弧プラズマを注入し、主電極側面或いは電極チ
   ツプ側面から補助電極に向けてまずアークを発生
   させた後、陰極点を主電極先端へ瞬時に移動させ
   て主電極と母材との間にアークを瞬時に点弧させ
   ることを特徴とするアーク点弧方法。 ２ 加工用電源は、直流電源であり、その負側に
   電極チツプを通して主電極を、正側に母材を、そ
   れぞれ接続し、補助電極と母材を接地することに
   より補助電極から主電極或いは電極チツプに向か
   う電場を生成した状態で、補助電極の近傍から主
   電極或いは電極チツプに向けて点弧プラズマを注
   入する、前記特許請求の範囲第１項記載の、アー
   ク点弧方法。 ３ 加工用電源は交流電源であり、その一出力端
   子に電極チツプを通して主電極を接続し、加工用
   交流電源のもう一つの出力端子に母材を接続し、
   主電極側面或いは電極チツプ側面に対向するよう
   に補助電極を配置して補助電極と母材を接地する
   ことにより、主電極が負側、母材が正側の正半波
   のときに、補助電極から主電極或いは電極チツプ
   に向かう電場を生成した状態で、補助電極の近傍
   から主電極或いは電極チツプに向けて点弧プラズ
   マを注入する、前記特許請求の範囲第１項記載の
   アーク点弧方法。