JPH0538581A - プラズマガウジング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ト−チ高さ変動にもかかわらず、プラズマガ
ウジングの溝深さを一定に維持する。 【構成】 プラズマア−クト−チ(7)のア−ク電圧を検
出するア−ク電圧検出手段(91)；ア−ク電圧検出手段(9
1)が検出したア−ク電圧の変動を検出する変化検出手段
(92〜95)；および、変化検出手段(92〜95)が検出したア
−ク電圧の変動に対応して、ア−ク電圧が低下するとト
−チ(7)の走行速度を上げ、ア−ク電圧が上昇すると走
行速度を下げる走行速度制御手段(101〜103)；を備え
る。 【効果】 ト-チ高さが増大(減少)してア-ク電圧が高く
(低く)なるとト-チ走行速度が下(上)げられ、ト-チ高さ
の変動によるガウジング溝深さの変動が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマア−クを使っ
た切断（プラズマ切断）により鉄鋼製品に溝加工を行う
装置に関し、特に、鉄鋼製品の平面に対してプラズマア
−クト−チを斜めに対向させて相対的に平行移動させて
プラズマによる溶融と吹飛ばしにより鉄鋼製品に深さが
実質上一定の溝を形成するプラズマガウジング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば比較的に厚い長尺鋼板の溶接の場
合、Ｙ形又はＸ形の開先を片面（表面）溶接した後、そ
の裏面より溶接金属（ビ−ドの底面）までガウジングに
より溝形成（裏ハツリ）して品質が良好な溶接金属を裏
面側に露出させた後、裏面の溶接を行なう。このガウジ
ングの一形態として、表面の溶接を終えた長尺鋼板の裏
面上にレ−ルを敷き、プラズマア−クト−チを搭載した
自動走行台車をレ−ルに装着して、プラズマア−クト−
チを斜めに鋼板に対向させてレ−ルに沿って平行走行さ
せてプラズマガウジングを行なう態様がある。ガウジン
グ用手溶接棒で鋼板の表面を溶かしエア−の噴射で溶融
金属を吹飛ばすエア−ガウジングの場合は、騒音が大き
く粉塵の発生がすさまじくしかも得られたガウジング溝
の内表面がカ−ボンで汚染されるので、これを除去する
ための表面研磨が必要であるが、上述のプラズマガウジ
ングでは、騒音が小さく粉塵の発生が少く、しかも得ら
れたガウジング溝の内表面が清浄であるので、特に溶接
用の裏ハツリに適する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】表面の溶接時の熱歪み
等により、鋼板にはかなりの凹凸あるいは曲りがあるの
が通常であり、この場合、裏面のプラズマガウジングの
ときに、鋼板の凹凸あるいは曲りに比例して鋼板とプラ
ズマア−クト−チとの距離が変化し、これに伴なってア
−ク長が変化する。その結果ガウジング深さが変化す
る。

【０００４】図８に、加工対象材に対するト−チの距離
（ト−チ高さ）の変化により、プラズマガウジング溝の
深さが変化する実験例を示す。図８の（ａ）は実験条件
を示し、（ｂ）はト−チ高さに対する溝深さの関係を、
（ｃ）はト−チ高さに対する溝幅の関係を示す。図８の
（ｂ）は、大略１０ｍｍ程度のト−チ高さの変化によ
り、大略１ｍｍ程度溝深さが変化することが分かる。こ
のようにト−チ高さの変化により溝深さが変化するの
で、特に比較的に長い距離を連続してガウジングする場
合に大きな溝深さ変化を生ずる。

【０００５】表面側の溶接を終えた後の上述の、プラズ
マガウジングによる裏ハツリにおいて、ガウジング深さ
が変化すると、表側溶接ビ−ド迄掘れない所がでてく
る。このような溝をそのまま溶接すると、品質が良好な
溶接金属まで届かない箇所は溶接欠陥となる。そこで通
常は、裏面のガウジングの後に溝深さを計測して浅い所
は手動ガウジングにより深く修正している。

【０００６】本発明は、ト−チ高さの変動によるプラズ
マガウジングの溝深さの変動を低減することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図４の（ａ）に示すよう
に、水平面に対して３０°の角度で、水平面に対して傾
斜した実験用の加工対象材１に、図中に示す条件でプラ
ズマガウジングを施こした。ト−チ７の走行速度は１０
０ｃｍ／ｍｉｎで一定とし、７２０ｍｍの距離に渡って
ガウジングした。この７２０ｍｍの距離の走行中、ト−
チ高さは、開始位置では１５ｍｍであったが、走行距離
に比例して増大し、７２０ｍｍ進んだ終点で３３ｍｍで
あった。このプラズマガウジング中のト−チ７／加工対
象材１間のア−ク電圧の変化を図４の（ｂ）に示す。図
４に示す実験から、ト−チ高さに大略比例してア−ク電
圧が上昇することが分かる。例えば、ア−ク電圧の大略
４Ｖ程度の上昇は、ト−チ高さの大略１ｍｍ程度の増大
を意味する。これより、プラズマガウジング中にア−ク
電圧を検出してト−チ高さを知ることができる。

【０００８】ところで、プラズマガウジングで得られる
溝の深さと幅は、ト−チ７の走行速度に依存する。その
数例を図５に示す。図５の（ａ）はプラズマガウジング
条件を示し、（ｂ）はト−チ７の走行速度に対する得ら
れる溝深さを示し、（ｃ）はト−チ７の走行速度に対す
る得られる溝幅を示す。なお、加工対象材１は凹凸や曲
りがない平担なものを、加工面を水平に設置したもので
あり、ト−チ高さは一定である。この実験から、ト−チ
走行速度に大略逆比例して溝深さが浅くなることが分か
る。例えば、大略で５００ｍｍ／ｍｉｎのト−チ走行速
度の低下で大略１．５ｍｍの溝深さの増大が得られる。
これより、ト−チ走行速度を調整すれば溝深さを制御し
うることが分かる。

【０００９】そこで、例えば、ト−チ高さが１０ｍｍ増
加すると溝深さが１ｍｍ浅くなり、ト−チ高さが１０ｍ
ｍ増加するとア−ク電圧が４０Ｖ増大し、ト−チ走行速
度の(500/1.5)ｍｍ／ｍｉｎの低下で溝深さが１ｍｍ増
大すると仮定すると、ア−ク電圧の１Ｖの上昇につき、
ト−チ走行速度を〔500/(1.5×40)〕ｍｍ／ｍｉｎ分下
げることにより、溝深さが一定（基準値）に維持される
ことになる。すなわち、ア−ク電圧の変化を検出してト
−チ高さの変化を推定しこれに対応してア−ク電圧が高
くなるときにはト−チ走行速度を下げ、ア−ク電圧が低
くなるときにはト−チ走行速度を上げることにより、プ
ラズマガウジングの溝深さを一定に維持しうる。

【００１０】本発明は、上述の知見に基づいてなされた
ものであり、ガウジング用のプラズマア−クト−チ
(7)；該ト−チ(7)を加工対象材(1)に対して実質上一定
の角度に支持するト−チ支持手段(6)；および、該ト−
チ支持手段(6)と加工対象材(1)の少くとも一方(7)を他
方(1)に対して実質上平行に相対的に走行駆動する駆動
手段(5,10,11)；を備えるプラズマガウジング装置にお
いて、前記プラズマア−クト−チ(7)のア−ク電圧を検
出するア−ク電圧検出手段(91)；該ア−ク電圧検出手段
(91)が検出したア−ク電圧の変動を検出する変化検出手
段(92〜95)；および、該変化検出手段(92〜95)が検出し
たア−ク電圧の変動に対応して、ア−ク電圧が低下する
と前記駆動手段(5,10,11)の走行駆動速度を上げ、ア−
ク電圧が上昇すると走行駆動速度を下げる走行速度制御
手段(101〜103)；を備えることを特徴とする。なお、カ
ッコ内の記号は、後述する実施例の対応要素を示す。

【００１１】

【作用】これによれば、駆動手段(5,10,11)が、ト−チ
支持手段(6)と加工対象材(1)の少くとも一方(7)を他方
(1)に対して実質上平行に相対的に走行駆動している間
に、ト−チ高さが上昇しこれによりア−ク電圧が上昇す
ると、この場合ト−チ高さの上昇によりガウジング溝深
さが減少するおそれがあるが、走行速度制御手段(101〜
103)が駆動手段(5,10,11)の走行駆動速度を下げるの
で、これによりガウジング溝深さの減少が回避される。
また、ト−チ高さが低下しこれによりア−ク電圧が低下
すると、この場合ト−チ高さの低下によりガウジング溝
深さが増大するおそれがあるが、走行速度制御手段(101
〜103)が駆動手段(5,10,11)の走行駆動速度を上げるの
で、これによりガウジング溝深さの増大が回避される。

【００１２】このようにして、ト−チ高さの変動による
ガウジング溝深さの変動が抑制され、加工対象材の凹
凸，曲りあるいはト−チ走行中の（ト−チ高さ方向の）
位置ずれ等によりト−チ高さが変動する場合でも、実質
上一定の深さのプラズマガウジング溝を得ることができ
る。本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以
下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１３】

【実施例】図１に本発明の一実施例の機構部の外観を示
し、図２に該実施例の電気回路の構成を示す。まず図１
を参照するとこの実施例では、マグネットスタンド２，
３で支持されたレ−ル４に、図示しない自走機構を内蔵
する走行台車５が装着されており、この走行台車５に、
ト−チスタンド６を介してプラズマア−クト−チ７が装
着されている。プラズマア−クト−チ７は、ト−チスタ
ンド６の支持機構および調節機構により、上下方向に位
置調整自在であると共に、水平面（マグネットスタンド
２，３の下面を含む平面）に対する傾斜角度が調整自在
である。この傾斜角度は３０°を標準としている。ト−
チ７の上下位置（ト−チ高さ）は、ト−チ７をガウジン
グスタ−ト位置（図１の左右方向に延びる軸上の位置）
に置いたときに、所望の溝深さが得られる高さ（所望ト
−チ高さ）に調整され設定される。

【００１４】図１には、表面をＹ形開先又はＸ形開先に
沿って溶接した加工対象材１の裏面上に、レ−ル４を該
開先と平行にしてマグネットスタンド２，３を載置し、
加工対象材１の右端側からプラズマガウジングを開始し
て開先長の中間部あたりまでガウジングを進行した状態
を示す。加工対象材１は大略で平板でありレ−ル４は加
工対象材１の上平面（裏面）に対して大略で平行、すな
わち実質上平行、であるが、表面の溶接時の熱歪み等に
より、加工対象材１は開先に沿った右端から左端までに
凹凸や曲りがあり、正確には、加工対象材１の、開先に
沿った右端から左端までの間のト−チ７の走行中、ト−
チ高さが変動する。

【００１５】図２を参照する。ト−チ７と加工対象材１
の間のア−ク電圧を、ア−ク電圧変化量検出回路９の電
圧検出器９１が検出する。図３の上から３番目の欄に、
電圧検出器９１が検出したア−ク電圧の一例を示す。図
２において、プラズマ電源８によりト−チ７と加工対象
材１の間にプラズマ電源が供給されると、ア−ク電圧が
図３に示すように立上り、ト−チ７／加工対象材１間に
プラズマア−クが発生するとア−ク電圧が低下する。図
２のア−ク発生検出器９２が、ア−ク電圧のこの低下に
応答してパルス信号（ア−クスタ−ト検出信号）を発生
し、このパルス信号に応答してタイマ９３が時間Ｔの時
限動作を開始し、かつサンプルホ−ルド回路でなる基準
値メモリ９４が、ホ−ルド電圧（記憶電圧）をクリアす
る。すなわちア−ク発生検出回路９２がア−ク発生を検
知すると、タイマ９３がスタ−トし、基準値メモリ９４
がクリアされる。ア−ク発生検出回路９２がア−ク発生
を検出しその後のある短時間後にもア−クが継続してい
ると、モ−タ速度制御回路１０に、走行台車５（ト−チ
７）の走行速度（基準速度）を示す設定速度信号が、停
止を指示するレベルから、基準速度を示すレベルに切換
えられる。これにより走行台車５が走行を開始し基準速
度で走行する。図３に設定速度信号のレベル変化を示
す。

【００１６】タイマ９３は、プラズマア−クが発生しそ
の後走行台車５が走行を開始し走行速度が基準速度に安
定しかつア−ク電圧もこれに対応して安定した時点のア
−ク電圧を設定ト−チ高さ（基準値）を示すものとして
摘出するために備わっており、プラズマア−クが発生し
てから走行台車５の走行速度および発生ア−クが共に安
定するまでの時間よりやや長い時間Ｔが時限値としてタ
イマ９３に設定されている。これにより、走行台車５の
走行速度が安定しかつプラズマア−クが安定した時点に
タイマ９３がタイムオ−バしてタイムオ−バ信号を発生
し、この信号に応答して基準値メモリ９４がその時点の
ア−ク電圧をホ−ルド（記憶）する。このとき、ト−チ
７は初期設定位置の直近にあり、そこでは初期設定によ
りト−チ高さが所望の溝深さを得る値（基準高さ）に設
定されているので、このホ−ルドされたア−ク電圧は、
基準高さに相当するものである。その後、変化量検出器
９５が、基準値に対するア−ク電圧の偏差（ア−ク電圧
−基準値）を示す信号を加算器１０１に与える。この偏
差は、ト−チ７の基準高さに対する高さ偏差に対応す
る。

【００１７】加算器１０１は、設定速度信号と偏差信号
のレベル和を走行速度指令信号として、比較器１０２に
与える。これらの信号の関係を図３に示す。比較器１０
２には他に三角波発生器１０３が発生した三角波信号が
与えられ、比較器１０２は、走行速度指令信号のレベル
よりも三角波信号のレベルが高いときに高レベルＨで、
逆のときには低レベルＬのパルス信号（ＰＷＭ信号／パ
ルス幅変調信号）を発生する。このＰＷＭ信号を増幅器
１０４が増幅しモ−タドライバ１０５のスイッチングト
ランジスタを駆動する。モ−タドライバ１０５のスイッ
チングトランジスタは、ＰＷＭ信号がＨのときオンし、
Ｌのときオフする。これにより、走行台車５を走行駆動
する直流モ−タ１１の通電電流値（時系列平均値）が、
ＰＷＭ信号のデュ−ティ〔(そのＨレベル幅／三角波の
周期）×１００％〕に比例する。

【００１８】加工対象材１に対するト−チ７の距離すな
わちト−チ高さが増大しア−ク電圧が上昇すると変化量
検出器９５の出力信号レベルが上昇し加算器１０１の出
力すなわち走行速度指令信号のレベルが上昇しＰＷＭ信
号のデュ−ティが低下する。これによりモ−タ１１の回
転速度が低下してト−チ７の走行速度が低下する。これ
によりト−チ高さの増大によるガウジング深さの減少が
回避される。ト−チ高さが減少しア−ク電圧が低下する
と変化量検出器９５の出力信号レベルが低下し加算器１
０１の出力すなわち走行速度指令信号のレベルが低下し
ＰＷＭ信号のデュ−ティが増加する。これによりモ−タ
１１の回転速度が上昇下してト−チ７の走行速度が上昇
する。これによりト−チ高さの低下によるガウジング深
さの増加が回避される。このようにして、ト−チ７の走
行の間のト−チ高さの変動によるガウジング深さの変動
が防止され、実質上一定深さのプラズマガウジング溝が
得られる。次に図１および図２に示す実施例を用いた実
験例を説明する。

【００１９】−第１実験例− 図６の（ａ）に示すように折れ曲りがある加工対象材１
を該図面に示す条件でプラズマガウジングした。このと
きのト−チ高さの変動量，これに対応したア−ク電圧の
変化量，これに対応して調節したト−チ走行速度，これ
らにより得られたガウジング溝深さ、等の関係を次の表
１に示し、ト−チ高さとガウジング溝深さの関係を図６
の（ｂ）に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】ト−チ高さが１５〜２５ｍｍの範囲で変動
しト−チ走行速度を一定にした場合には、例えば図８の
（ｂ）のグラフより、１５〜２５ｍｍの間の１０ｍｍの
変動によりガウジング溝深さは１ｍｍ程度変動するが、
上記実施例の実施（表１，図６のｂ）によれば、ガウジ
ング溝深さの変動は０．２ｍｍの範囲内であり、溝深さ
の変動が大幅に抑制されていることが分かる。なお参考
のため、ガウジング溝深さの変動を抑制した態様での、
ト−チ高さの変動に対するガウジング溝幅の変化を図６
の（ｃ）に示す。

【００２２】−第２実験例− 図７の（ａ）に示すように曲りがある加工対象材１を次
の表２に示す条件でプラズマガウジングした。この加工
対象材１は、図７の（ｂ）に示すように、表面の５０°
のＹ形開先（寸法は図７のｂに示す）を２層溶接したも
のであり、プラズマガウジングは、該Ｙ形開先の裏面
に、第１回目と第２回目の２回繰返した。このときのト
−チ高さの変動量，これに対応したア−ク電圧の変化
量，これに対応して調節したト−チ走行速度，これらに
より得られたガウジング溝深さ、等の関係を表２に示
し、加工対象材１の、２回のガウジングの溝断面形状を
図７の（ｃ）に点線で示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】第１回目のガウジングではト−チ高さの変
動量が最大で７ｍｍあり、ト−チ走行速度が一定の場合
には０．７５ｍｍ程度ガウジング溝深さが変動するが、
上記実施例の実施（表２）によれば、ガウジング溝深さ
の変動は０．２ｍｍの範囲内であり、溝深さの変動が大
幅に抑制されていることが分かる。同様に、第２回目の
ガウジングではト−チ高さの変動量が最大で６ｍｍあ
り、ト−チ走行速度が一定の場合には０．６５ｍｍ程度
ガウジング溝深さが変動する。もし速度補正なしで第１
回目および第２回目をそのままガウジングしたとする
と、０．７ｍｍ＋０．６５ｍｍ＝１．４ｍｍの深さ変動
となる。上記実施例の実施（表２）によれば、ガウジン
グ溝深さの変動は０．３ｍｍの範囲内であり、溝深さの
変動が大幅に抑制されていることが分かる。このように
して、ト−チ高さの変動が１３ｍｍあるいは１４ｍｍ程
度ある場合でも、表２および図７の（ｃ）に示すよう
に、ガウジング溝深さは６．２〜６．５ｍｍとわずか
０．３ｍｍの変動に過ぎず、溝深さ変動が大幅に改善さ
れることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
ト−チ高さの変動によるガウジング溝深さの変動が大幅
に抑制され、加工対象材の凹凸，曲りあるいはト−チの
走行中の（ト−チ高さ方向の）位置ずれ等によりト−チ
高さが変動する場合でも、実質上一定の深さのプラズマ
ガウジング溝を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の、機構部の外観を示す正
面図である。

【図２】 図１に示す実施例の電気回路構成の要部概要
を示すブロック図である。

【図３】 図２に示す電気回路各部の電気信号のレベル
変化を示すタイムチャ−トである。

【図４】 （ａ）はプラズマガウジングの実行態様と条
件を示す正面図、（ｂ）は（ａ）に示すプラズマガウジ
ングにより得られた、ト−チ高さとア−ク電圧の関係を
示すグラフである。

【図５】 （ａ）はプラズマガウジングの実行条件を示
す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すプラズマガウジングに
より得られた、ト−チ走行速度とガウジング溝深さの関
係を示すグラフ、（ｃ）はト−チ走行速度とガウジング
溝幅の関係を示すグラフである。

【図６】 図１および図２に示す実施例を用いたプラズ
マガウジングの第１実験例を示す図面であり、（ａ）は
プラズマガウジングの実行態様と条件を示す正面図、
（ｂ）は（ａ）に示すプラズマガウジングにより得られ
た、ト−チ高さとプラズマガウジング溝深さの関係を示
すグラフ、（ｃ）はト−チ高さとプラズマガウジング溝
幅の関係を示すグラフである。

【図７】 図１および図２に示す実施例を用いたプラズ
マガウジングの第２実験例を示す図面であり、（ａ）は
プラズマガウジングの実行態様を示す正面図、（ｂ）は
プラズマガウジング前の加工対象材１の横断面拡大図、
（ｃ）はプラズマガウジング後の加工対象材１の横断面
拡大図である。

【図８】 ト−チ走行速度を一定としたプラズマガウジ
ングの一態様を示す図面であり、（ａ）はプラズマガウ
ジングの実行態様と条件を示す正面図、（ｂ）は（ａ）
に示すプラズマガウジングにより得られた、ト−チ高さ
とプラズマガウジング溝深さの関係を示すグラフ、
（ｃ）はト−チ高さとプラズマガウジング溝幅の関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１：加工対象材 ２，３：マグネットスタン
ド ４：レ−ル ５：走行台車 ６：ト−チスタンド ７：ト−チ ８：プラズマ電源 ９：ア−ク電圧変化量検出回路 ９１：電圧検出器 ９２：ア−ク発生検出
器 ９３：タイマ ９４：基準値メモリ ９５：変化量検出器 １０：モ−タ速度制御回路 １０１：加算器 １０２：比較器 １０３：三角波発生器 １０４：増幅器 １０５：モ−タドライバ １０６：モ−タ電源 １１：モ−タ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲 村 昭 雄 千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社機器事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガウジング用のプラズマア−クト−チ；該
   ト−チを加工対象材に対して実質上一定の角度に支持す
   るト−チ支持手段；および、該ト−チ支持手段と加工対
   象材の少くとも一方を他方に対して実質上平行に相対的
   に走行駆動する駆動手段；を備えるプラズマガウジング
   装置において、 前記プラズマア−クト−チのア−ク電圧を検出するア−
   ク電圧検出手段；該ア−ク電圧検出手段が検出したア−
   ク電圧の変動を検出する変化検出手段；および、該変化
   検出手段が検出したア−ク電圧の変動に対応して、ア−
   ク電圧が低下すると前記駆動手段の走行駆動速度を上
   げ、ア−ク電圧が上昇すると走行駆動速度を下げる走行
   速度制御手段；を備えることを特徴とするプラズマガウ
   ジング装置。