JPS6024272A - プラズマア−ク加工方法 - 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り切断、溶接などの加工
を行う加工方法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、起動スイッチ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
端と挾搾用ノズル１０２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に調整され
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り、ノズル１０２
から外部に噴出する。この状態でノズル１０２を被加工
物４に接近させると、このイオン化ガス流が被加工物４
に達して電極１０１から被加工物４に向うプラズマアー
クが発生し加工が開始される。

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１（によって極く小さな値
に制限されている。この小電流のパイロットアークを高
圧の供給源からの高速ガス中で安定に維持するために電
源Ｅの無負荷電圧は非常に高く、特に小形のトーチを用
いるものにおいてはパイロットアーク電流も小さいので
２５０■程度もの無負荷電圧が必要であった。

その理由は大略つ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り、このガス流はノズル出口
で強く挾搾されるためにほ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値となる。さらにパイロット
アークによっ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
の電圧電流特性は第２図にその例を実線で示すように小
電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２　即／ｃＴＲ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、これらの電圧領域
の最高電圧以上の無負荷電圧が必要となる。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
の電源を用意することが必要となって、電源の容量が不
必要に大きなものとなるばかりでなく、ノズル部にこの
１匹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に危険であった
。さらに電極１０１とノズル１０２との間がスパッタの
飛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（かつアークの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り加
工始端にガス成分の不安定に原因する不良加工部ができ
たりすることがありあまり実用的でなかった。

発明の経過 本発明者等は先に、昭和５８年７月４日付で（１）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供
給するガスと同種でかつ低圧のガス源から供給して流量
を少なくしてパイロッ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を低減し、（
４）ノズルと被加工物とを略接触状態を保つことにより
プラズマアークへの移行および加工が安定することから
、トーチノズルと被加工物とを常時短絡状態に接続して
おくことが可能となり、これによって感電の危険性を皆
無とした、プラズマアーク加工方法を提案した。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、第２図に実線で示した通り圧
力２　Ｋ９／ｄとした従来方法におけるパイロットアー
クの電圧電流特性に対して、圧力Ｉ　Ｑ　／　ｃＪのと
きの状態を破線（１）また０、５Ｋｉｉｌ／ｃ＋＃のと
きの状態を破線（２）で示すように同じパイロット電流
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を
見出した結果、パイロットアーク時に供給するガスをプ
ラズマ加工時よりも低い圧力、例えハ０．５に９／ｃＪ
程度のガス源から供給して流量を少なくすればプラズマ
加工時と同じ種類のガスを用いても、１８５Ｖ程度以下
の低い無負荷電圧の電源で十分に安定したパイロットア
ークが維持できると判断し、この場合にアーク電力が低
くなることから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たので、これを解決すべく
種々実験考察の結果、前述の先行発明に至つたものであ
る。しかし薄板加工を対象とした小形のトーチにおいて
は、加工電流自体が数１０アンペア以下の小電流であり
、これに用いるパイロットアーク電流は極めて小電流で
あるために、先の発明のようにするだけでは十分に安定
なパイロットアークの維持および主アークへの移転が難
しい場合もあることがわかった。そこで本発明は上記先
行発明をさらに発展させてなされたものであり、パイロ
ットアークの維持および主アークへの移行を極めて安定
に行いうるようにしたものである。

発明の要旨 本発明は、先の発明に加えて、トーチの電極とノズルと
の間に高周波電圧を重畳させてパイロットアークを発生
させ、かつ該高周波電圧を主アークに移行した漸時の後
まで継続させた後に停止するようにして、パイロットア
ーク電流をより小電流とすることを可能とし、小形トー
チへの適用を容易にしたものである。

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
より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が開くことによりプラズマ加工用の高圧大流阻
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、９は主アーク電流検出回路、１０は起
動回路であり、例えばトーチに設けられたトリがスイッ
チにより起動信号を出力する。１１は起動回路９の出力
により出力電流制御回路を第２の出力制御回路８から第
１の出力制御回路７へ路９が出力信号を発生するまでは
第２の出力制御回路を有効とし、主アーク電流検出回路
９が主アーク電流を発生すると第１の出力制御回路を有
効とする回路であればよく、リレー接点や半導体論理素
子など公知の論理回路を用いることができる。

１２は高周波重畳期間制御回路であり、起動回路１０の
出力を受けて高周波発生装置ＯＳＣを起動させるととも
に主アーク電流検出器９の出力信号を受信した後、あら
かじめ定められた時限の後にこれを停止させるようにし
た時限要素を含む論理回路が用いられる。　（ 同図の実施例において、加工開始時に起動回路１０から
の起動信号が供給されると、第２の出力制御回路８を通
して電圧が電極１０１とノズル間には起動回路１０の信
号によって動作する高周波発生期間制御回路１２の出力
によって出力を発生する高周波発生装置ＯＳＣからの高
電圧が印加されて電極１０１とノズル１０２との間の絶
縁を破壊しパイロットアークが起動する。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
めに少量であり、パイ口ットアーり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。この電流は主アーク電流検出
器９によって検出され、この出力を受けて電磁弁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。また切替回路１１は第２の出力制御
回路を停止させ、第１の制御回路を起動してプラズマア
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。主アーク電流検出器９の
出力はまた高周波発生期間制御回路１２にも供給され、
高周波発生期間制御回路１２はこのときから時限を開始
し、設定時限の後に高周波発生装置ＯＳＣを停止させる
。この結果、高周波発生装置ＯＳＣは、起動回路１０の
起動信号を受けたときから主アーク電流検出回路９が主
アーク電流を検出した後、設定時限の完了時まで継続し
て高周波電圧を出力することになり、パイロットアーク
および主アークへの移行直後に万一アークが消滅するこ
とがあっても直ちに高周波電圧によって回復し、完全に
中断してしまうことがなくなる。このためにパイロット
アーク電流を極端に小電流としまた電源Ｅの無負荷電圧
も十分に低い値とすることが可能となる。

次表は、本発明の方法によりアーク起動を行ったときに
主アークへの移行に失敗した割合〔アーク切れ発生率・
・・チ〕を先の発明の方法による場合および従来方法に
よる場合と比較したものであり、本発明の方法によると
きはパイロットアーク電流が最も低いにもかかわらずほ
とんどアーク切れは発生しておらず、その優れた効果が
確認できた。

※従来方法は第１図の回路により実験した※※本発明の
方法において高周波電圧は主アーク発生後約０．０５秒
ないし０．１秒後に停止させた。

なお第３図の実施例においては主アーク電流検出器９の
出力によってガス流の切替えと電源出力の切替えとを同
時に行ったが、これらの切替えのタイミングは若干前後
してもよく、このときは８周波電圧は両方ともに切替え
られた後にプラズマアークが安定するまでの間継続して
供給されるように時限を設定するのが望ましい。また本
発明においては、高周波電圧を主アークに移行した後ま
で継続して供給するようにしたのでパイロットアーク電
流制限用の抵抗器１ｔを省略して第３図に破るようにな
る。

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力
、少量とすることにより、パイロッ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
スをプラズマ加工時のガス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り、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、かつ感電の危険
性を減少できる。

（４）また高周波電圧をパイロットアークの起動から主
アーク移行後漸時の後まで継続させるようにすることに
より、パイロットアーク電流および電源の無負荷電圧を
さらに低い値に設定することが可能となり、薄板加工用
の小電流を用いる小形のプラズマアーク加工用トーチに
おいてもアーク切れを起すことなく確実なアーク起動が
可能となる。

（５）さらにノズルと被加工物との間をケーブルによっ
て直接短絡するときは、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、トーチを手持ちで作
業する半自動加工においても感電の危険性が皆無となる
。

など多くの優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・・・トーチ、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・
・・主アーク電流検出回路、】１・・・切鉾回路、１２
・・・高周波発生期間制御回路、１０１・・・電極、１
０２・・・ノズル、ＯＳＣ・・・高周波発生装置。 りε− モト小売ン１ｉ　−１１ニー　１月　（自　発）特ｉｔ
庁長官　殿 １、事件の表示 昭和５８　ｆｒ　’ｌ！１　：’ｒ願第１３２２３７月
２、発明の名称 プラズマアーク加Ｔｈ法 ３、補正する者 事イ１どの関係　特　給　出　願　人 大阪市淀用区ｒｒｌｌｌ＋２丁目１番１１号（０２６）
　大阪変圧器株式会社 ４、代理人 住　所　〒５３２　大阪重症用１ヌ田川２丁目１番１１
号Ｆ連絡先　電話　（０６）　３０１−１２１２コ５、
補正命令の日付　自　発 ６、補正の対象　「図　面」 ７、補正の内容　別紙のとおり

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を行うプラズマアー
   ク加工方法において、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高周波電圧を重畳さ
   せてパイロットアークを発生させ、このとき供給するガ
   スは前記低電圧アークが安定に維持できる値に低圧力ま
   たは少量とし、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］直にそれぞれ増大変化させ、
   前記高周波電圧の重畳をプラズマアークに移行した後所
   定の時間後に停市し、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　前記トーチのノズルと被加工物との間をケーブルに
   より接続して短絡状態とした特許請求の範囲第１項に記
   載のプラズマアーク加工方法。