JPS6012276A - プラズマア−ク加工方法および装置 - 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】 技術分野 本発明は、プラズマアークによ）切断、溶接などの加工
を行う加工方法およびその装置に関するものである。

従来技術 プラズマアークを用いて金属類を加工する方法において
は、通常第１図に示すように構成されている。同図にお
いて起動ヌイッチＳを閉じて電源Ｅの出力をトーチ１お
よび被加工物４に供給し、トーチ１の電極１０１の先端
と挟挿用ノズル１０Ｉ２との間に制限抵抗器Ｋによって
制限された電流によるパイロットアークを発生させると
ともに電磁弁２を開いてガスボンベ３からあらかじめプ
ラズマアーク加工用に適した圧力および流量ＶＣ調整さ
れた作動ガスを流す。このパイロットアークにより作動
ガスは高温のイオン化されたガス流となる。

電極１０１から被加工物４に向うプラズマアークが発生
して加工が開始される。

ここで電源Ｅとしては垂下特性あるいは定電流特性のも
のが用いられ、かつパイロットアークはノズル１０２の
消耗を低減するために抵抗器ｋＶｃよりて極〈小さな値
に制限されておル、この小職れている。その理由は大略
りぎのように考えられる。従来のプラズマアーク加工に
おいては、パイロットアーク時においても高速で大量の
ガスを流すためにガス供給源は相当高い圧力とすること
が必要であシ、このガス流はノズル出口で強く挟挿され
るために＃１とんどの圧力損失がこの部分で発生し、こ
のためにノズル内のパイロットアーク発生部分において
はガス供給源の圧力に近い高圧となりこのためにアーク
電圧が高い伽となる。さらにパイロットアークによりて
イオン化されたガス分子が高速で流れ去ってしまうため
に十分な電離状態が維持できず、さらに高い電圧を必要
とするようになる。このような高圧でしかも高速でガス
が流出するノズル内においては、アークの１圧電流特性
は第２図にその例を実線で示すように小職流域では極端
な負特性を示す。第２図はチッ素ガス中におけるアーク
の電圧電流特性の例を示すものであり、実線は圧力２Ｋ
ｇ肩のときの特性を示す。図から判るようにパイロット
アーク時のように数アンペア程度のときにはアーク電圧
は２００■を超える値となる。このような負特性領域に
あってしかも高い電圧のパイロットアークを安定に維持
するためにはこれらの眠圧領媛の最高電圧に相当する無
負荷電圧が必要となる〇 これに対してプラズマアークに移行した後は。

電流が大きくそのときのアーク電圧も比較的低くなる。

このために実際の加工時には高い無負荷電圧は不要であ
るにもかかわらず、単にパイロットアークを維持するた
めに高い無負荷電圧の電源を用意する仁とが必要となっ
て、電源の容量が不必要に大きなものとなるばかシでな
く、ノズル部にこの高いパイロットアーク電圧が印加さ
れるために手持で加工を行う半自動加工機においては非
常ニ危険であった。さらに電極１０１とノズル１０２し
ハ■１慇フ讐、すｊの幕４％、Ｌ’前ち≠１の原因で短
絡されたときには、電源Ｅの全電圧がノズルに印加され
ることになシ、パイロットアークの発生が阻害されるだ
けでなく極めて危険な状態となる。こ。

のような現象をなくす方法として、パイロットアーク時
に流すガスをアルゴンのように電離電圧が低くかつアー
クひ安定性のよいガスを使用しプラズマ加工時にはアー
ク冷却効果にすぐれかつ安価なチッ素ガスやこれに若干
の水素ガスなどを加えたガスを使用するように切替える
方式のものも提案されているがガスの切替の前後におい
てアークが不安定となったシ加工始端に不良部ができた
りすることがあシ、あまシ実用的でなかった。

発明の経過 本発明者等は上記考察に基づき実験を行りな結果つぎの
ような現象を見出した。即ち、パイロットアーク時に供
給するガスの圧力を次第に低くして流量を低減してゆく
と、同じパイロットアーク電流に対してもアーク電圧が
大きく低下し、低い無負荷電圧の電源でも安定にパイロ
ットアークが維持できることが判った。先の第２図に破
線で示したものがその実験結果の例であり、同図の破線
（１）は同じトーチを使用してガス供給圧力をＩ　Ｋ９
／ｄとしたとき、また破線（２）は０．５に９／ａ（と
したときのそ九ぞれのアーク電圧電流特性である。この
ことからパイロットアーク時に供給するガスをプラズマ
加工時よシも低い圧力のガス源から供給して流したパイ
ロットアークが維持できることが判る。

しかしこの場合にはアーク電力が低くなるためにパイロ
ットアークから主アークへの移行が困難となることが予
想されるので、これを解決すべく種々実験考察の結果本
発明に至ったものである。

発明の要旨 本発明Ｕ、ｆｌｌパイロットアーク時に供給するガスを
プラズマアーク時に使用するガスと同種でかつ低圧のガ
ス源から供給して流量を少なくすることによって１パイ
ロツトアークを発生および維持するために必要な電源の
無負荷電圧を低下させ、（２）トーチノズルを被加工物
に略接触、即ち接触あるいは至近距離に接近させること
によって低いアーク電圧でもパイロットアークから加工
時のプラズマアークへの移行を容易とし、（３）加工時
もトーチノズルと被加工物とを略接触状態を保つことに
よってアーク長を短かくし、加工時のアーク電圧も低い
値としてさらに電源容量の低減を計るとともに、（４）
ノズルと被加工物とを略接触状態に保つことによりプラ
ズマアークへの移行および加工が安定することがら、ト
ーチノズルと被加工物とを常時完全短絡状態に接続して
おくととが可能となり、これによって感電の危険性を皆
無とし、低い無負荷電圧の電源の使用と相俟って極力作
業者の安全を計ったものである。

実施例 第３図は本発明の方法を実施するときの装置の例を示す
接続図である。同図において５および６は作動ガス通路
に設けられた減圧弁および電磁弁であり、減圧弁５によ
シパイロットアーク時の低圧、低流量のガス流を得、電
磁弁６が開くことによシプラズマ加工用の高圧大流量の
ガス流を得るようになっている。７はプラズマ加工時に
供給する電力を制御する第１の出力制御回路、８はパイ
ロットアーク時に供給する小電流出力を制御する第２の
出力制御回路であり、これらの電磁弁６゜第１の出力制
御回路７および第２の出力制御回路８はそれぞれ加工電
流検出器１０の出力によって動作する切替回路９によっ
て切りかえられる。同図の実施例において、加工開始時
に図示しない起動回路からの信号によって第２の出力制
御回路を通して電圧が電極１０１とノズル１０２との間
に印加されるとともに電磁弁２が開き減圧弁５を通して
少量のガスがノズル内に供給される。このとき電極１０
１とノズル１０２との間に別途設けられた高周波発生装
置などからの高電圧を印加して電極１０１とノズル１０
２との間の絶縁を破壊しパイロットアークを起動する。

このパイロットアークは第２の出力制御回路によって定
まる小電流であるが、供給されるガスも電磁弁６が未だ
閉じているために少量でアシ、パイロットアーク電圧は
比較的低い電圧で安定に維持される。次にノズル１０２
を被加工物４に略接触させるまで近づけると、パイロッ
トアークにより生成された高温のイオン化ガスは被加工
物の表面に達し主アークへと移行する。この電流は加工
電流検出器１０によって検出され、この出力を受けて切
替回路９は直ちＶｃ％あるいは所定の時間遅れの後に切
替信号を電磁弁６．第１および第２の出力制御回路に供
給する。この結果電磁弁６は開きプラズマアーク加工に
必要な大量の高圧ガスをノズル１０２に供給する。また
出力制御回路は第２の制御回路から第１の制御回路に切
替えられてプラズマアーク加工用の大電力が電極１０１
と被加工物４との間に供給され加工が開始される。この
ときノズル１０２は被加工物４に略接触させた状態であ
り、かつノズル１０２は被加工物にケーブルにて短絡さ
れているが、プラズマ加工時の電流はノズル１０２には
流れず２はとんど全電流が被加工物に流れる。その理由
はプラズマアーク加工時にはアークは高圧。

高速のガス流によってアーク柱の外側が強力に冷却され
ており、アークはこのために極めて細くしぼられており
、かつガス流方向に強い指向性を示すためにノズルと被
加工物とが至近距離に１アーク柱が比較的短かいときＶ
Ｃはアーク柱の側面となるノズルに分路することがほと
んどないためと考えられる。このことはノズルと被加工
物との間に極〈薄い絶縁物を挿入してノズルおよび被加
工物に流れる直流を分離して各部の電流波形を全加工電
流の波形と比較した本発明者等の実験においても確認さ
れており、アーク確立までの極く短時間の過渡期を除き
ノズルには以後全く電流は流れない。このためにノズル
を被加工物に接触させ、かつ被加工物とノズルとをケー
ブルによって短絡してもプラズマアーク加工には全く影
響がないことがわかる。

このようにプラズマアーク加工中は電極から被溶接物に
向う強力なアーク柱によって加工が継続されるが、被加
工物の終端に達してプラズマアークの到達相手がなくな
ると加工電流検出器１ｏの出力が消滅することによって
電磁弁６が閉じるとともに出力電流も小電流となって自
動的にもとのパイロットアークにもどるので断続する被
加工物を加工するときにも毎回起動、停止動作を行う必
要がないので便利である。、 なおパイロットアーク時のガス流の制限は、第３図の例
に示したように減圧弁を用いるかわりに流量調整弁ある
いは紋シ弁を用いてガス流量を直接的に調整してもよい
。またガス流の切替えと電源出力の切替えとのタイミン
グは同時でもよいが、電源出力の切替えをガス流の切替
えよりも若干遅らせるようにしてもよい。上記いずれの
場合もガス流の切替は第３図に示しだように流量制限用
の減圧弁または紋り弁と並列に接続されてこれをバイパ
スする電磁弁とを用いる万が流量の異なる２系統の配管
を電磁弁で切替える方式よりも切替時にガス流の一時停
止や脈流の発生がなくアークをよシ安定に保うことかで
きて都合がよい。まだ電源としてはパイロットアーク用
と加工用とをそれぞれ専用の別電源を用意してもよく、
この場合には装置は若干複雑になるがそれぞれに最適の
無負荷電圧および容量のものを用いることができるので
さらに都合がよい。

発明の効果 上記のように本発明は （１）　パイロットアーク中に供給する作動ガスを低圧
少量とすることによシパイロソトアーク用の電力を低い
無負荷電圧の電源から供給しても安定にパイロットアー
クを維持できるとともにパイロットアーク用のガクをプ
ラズマ加工時と同種のガスとすることができ、 （２）　ノズルと被加工物とを略接触させることにより
低いパイロットアーク電圧でも容易に主アークへの移行
が行なわれるようになり、 （３）　加工時もノズルを被加工物と略接触状態に保つ
ことにより加工時のアーク長が短かくなシプラズマ加工
用のアーク電圧も低い値を採用することができ、パイロ
ットアーク時の無負荷電圧を低くできることと相俟って
電源容量を大巾に低減することができ、かつ感電事故を
減少させることができる。

（４）　またノズルと被加工物とを電気的に短絡するこ
とによってトーチ内の電極とノズルとが何らかの事故に
よって接触したときでもノズルに無負荷電圧が印加され
ることがないのでトーチを手持で作業をする半自動加工
においても感電の危険性を皆無にすることができる。

などのすぐれた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プラズマアーク加工装置の従来例を゛示す接
続図、第２図はプラズマアーク加工におけるアーク電圧
と電流との関係を示す線図、第３図は本発明のプラズマ
アーク加工方法を実施する装置の例を示す接続図である
。 １・・・ト−９，２，６・・・電磁弁、３・・・ガスボ
ンベ４・・・被加工物、５・・・減圧弁、７・・・第１
の出力制御回路、８・・・第２の出力制御回路、９・・
・切替回路、１０・・・加工電流検出器、１０１・・・
電極、１０２・・・ノズル 代理人　弁理士　中　井　宏 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和５８年特許願第１２２０９９号 ２、発明の名称 プラズマアーク加工方法および装置 ３．２ｎＪ正する者 事件との関係　特許出願人 大阪市淀用区田用２丁目１番１１号 （０２６）　大阪変圧器株式会社 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　トーチにガスを供給し、電極とトーチのノズルとの
   間にパイロットアークを発生させてイオン化されたガス
   流を形成し、次いでパイロットアークを被加工物に移行
   させるとともに電極と被加工物との間に主電力を供給し
   てプラズマアークを発生させて加工するプラズマアーク
   加工方法において、前記トーチのノズルと被加工物とを
   ケーブルによ多接続し、前記電極とノズルとの間に低電
   圧の電源から電力を供給するとともに供給するガスを前
   記低電圧アークが安定に継持てきる値に低圧力または少
   量としてパイロットアークを発生させ、前記ノズルを被
   加工物に略接触させて主アークに移行させた後に前記供
   給ガスおよびアーク電力をプラズマ加工に適した値にそ
   れぞれ増大変化せしめ、前記ノズルは被加工物に略接触
   させたまま加工を行うプラズマアーク加工方法。 ２、トーチのノズルを被加工物に略接触させながら加工
   を行うプラズマアーク加工装置において１作動ガスの配
   管路に設けられて圧力あるいは流量を制限する紋り弁と
   １前記紋シ弁に並列に接続されて前記紋シ弁をバイパス
   する電磁弁と、比較的低い無負荷電圧を有しパイロット
   アーク時の小電流出力とプラズマアーク加工に適した大
   軍流出力とに切替可能な加工用電源と、被加工物に加工
   電流が流れてプラズマアークが起動したときに前記電磁
   弁を開くとともに前記加工用電源の出力を小電流から大
   電流に切替えるための切替信号を出力するプラズマアー
   ク起動検出回路とを具備し、前記トーチノズルと前記被
   加工物とはケーブルで短絡し前記加工用電源の出力を前
   記トーチの電極と被加工物との間に供給したプラズマア
   ーク加工装置。