JPS60257973A

JPS60257973A - パイロツトア−ク維持方法

Info

Publication number: JPS60257973A
Application number: JP11372684A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Shimomoto; 下元　康延; Hiroshi Mizutani; 浩水谷
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1985-12-19

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、トランスファタイプのプラズマアーク溶接、
切断、溶射、溶解、表面加工、高温加工等におけるパイ
ロットアークからプラズマメインアークへの移行方法に
関Ｊ−るもので、特に、メインアーク点弧時にパイ１コ
ツトアークの電流値を低減させ、かつ、作業に要するメ
インアークの再点弧が容易なプラズマアークトーチのパ
イロットアーク雑持方法に関するものである。

［従来の技術］この種のプラズマアークトーチは、プラズマ状態にある
ガスに電圧を加えることによってメインアークを発生さ
け、前記プラズマメインアークを熱源として溶接、切断
、溶射、溶解、表面加工、高温加工等を行うものである
。

一般に、タングステン電極どこのタングステン電極の周
囲に一定間隔を隔てて配置されたノズル（拘束チップ）
との間隙にプラズマガスとしてアルゴンガスを噴流し、
ノズルの外周に配置されｌこシールドノズルとの間の空
隙を通してシールドガスを流しておき、溶接部の酸化を
防止しながら溶接が行われるトランスファタイプのプラ
ズマアーク溶接装置がよく知られているので、以下トラ
ンスファタイプのプラズマアーク溶接装置を中心に説明
する。

前記トランスファタイプのプラズマアーク溶接装置は、
タングステン電極とノズルとの間に高周波を印加するこ
とによって、アルゴンガスをイオン化してプラズマ状態
どすると共に、タングステン電極とノズル間に電圧を印
加して、パイロットアークを発生させ、前記パイ［］ツ
ｌ−アークが噴流づ−るアルゴンガスをイオン化によっ
てプラズマ状態どじ、それが、被溶接材料間に移行する
と、タングステン電極と被溶接材別間が略導通状態とな
る。この状態になったとき、タングステン電極と被溶接
材別間に電圧を印加すると、高温のプラズマメインアー
クを発生し、その高温のプラズマアークによって溶接を
行うものである。

この種のトランスファタイプのプラズマアーク溶接装置
の従来例を図によって説明する。第２図及び第３図は従
来の１−ランスフ７タイプのプラズマアーク溶接装置の
作動状態を示す説明図で、第２図はパイロットアークの
点弧状態を、第３図はメインアークの点弧状態を示すも
のである。図において、電極１はタンゲス７ン等の月利
からなる棒状のもので、ノズル２の中央に配置されてい
る。

ノズル２は黄銅或いは銅等の材料からなるもので、その
端部の全体或いは一部に冷ＩＪ１水路３が形成されてい
て、ピンチ効果が生ずるようにノズル２を冷却している
。電極１どノズル２０間には、プラズマを維持するアル
ゴンガス等の不活性ガス流路４が形成されており、これ
ら電極１及びノズル２及び冷却水路３はプラズマアーク
溶接装置１０を構成する。なお、本来、トランスファタ
イプのプラズマアーク溶接装置のプラズマアークトーヂ
１０はノズル２の外周に配設されシールドガス及びパウ
ダーを搬送するパウダーガスを噴射するノズル部を右す
るが、本発明の要旨に直接関係がないので省略する。

そして、電極１とノズル２との間には、安定抵抗Ｒ及び
高周波バイパス用コンデンザＣの並列回路並びにパイロ
ワ１〜電源回路用スイッチＳ１及びパイロワ１−電源回
路２０が直列接続されでいる。

前記パイロット電源回路２０は、交流電源を直流に交換
するＡ　Ｃ、−Ｄ　Ｃ変換回路等からなるパイロット直
流電源回路２１及びそれど並列接続された高周波バイパ
ス用コンデンサＣ６と前記パイ１］ット直流電源回路２
１の直流出力に重畳覆る高周波出力を発生する高周波発
生回路２２からなっている。前記高周波発生回路２２は
一般に火花ギャップ等を有する高周波発生回路或いは高
周波発振回路等からなり、高周波発生回路出力のないと
きでもその出力インピーダンスが小さいものである。

また、電極１と被溶接材Ｆ１５の間にはプラズマメイン
アークを発生させる電圧及び電流を有する直流電源で、
一般に交流を直流に変換するＡ　Ｃ−ＤＣ変換回路等か
らなるメイン電源３０と前記メイン電源３０に直列され
たメイン電源用スイッチＳ２が直列接続されている。そ
して、被溶接材料５及び安定抵抗Ｒと並列接続された高
周波パイパ　５− ス用コンデンサＣの一端、パイ［Ｉブト電源用スイッチ
Ｓ１の一端、及び、メイン電源用スイッチＳ２の一端を
共通配線とする。

この様に構成されたトランスファタイプのプラズマアー
ク溶接装置は、次の様に作用１−る。

まず、第２図に示す様にパイロット電源用スイッチＳ１
を閉じると、パイロン１−直流電源回路２１の出力に高
周波発生回路２２の出力が重畳され、その電圧が電極１
とノズル２間に印加される。高周波発生回路２２の出力
は、パイロット直流電源回路２１の直流出力によって持
ち上げられており、そのピーク出力は大きく、かつ、高
周波発生回路２２が、高周波バイパス用］ンデンサＣ及
びＣ８によって形成されており、電極１とノズル２間が
高周波出力の影響によってパイ［１ツトアーク八が　′
点弧する。前記高周波出力の影響で電極１とノズル２と
の間が点弧して、パイ［１ツ１〜アークΔが牛すると両
者間を流れるアルゴンガスがイオン化し、高温のイオン
化ガス流としてノズル２から噴出し、被溶接材料５に到
達１”る。

　６− この後、第３図の如く、メイン電源用スイッチＳ２を投
入づ−ると、前記高温のイオン化ガス流によって、電極
１と被溶接材ＩＩ　５の間が低インピーダンスになって
おり、プラズマメインアークＢの発生となる。爾後、メ
インアークＢの点弧状態によって被溶接材料５が溶接さ
れる。そして、−担点弧させたパイロットアークＡは、
パイロット電源用スイッチＳ１を投入した状態で、メイ
ン電源用スイッチＳ２の開閉によってプラズマアークト
ープの断続使用が可能となる。

［発明が解決しようどする問題点］この種の従来例で挙げたトランスファタイプのプラズマ
アーク溶接装置においては、使用中は常に、パイロット
電源用スイッチＳ１が投入されており、電極１とノズル
２との間にパイロンｉ・アーク八が点弧した状態にあり
、メインアークの再点弧待機をするものであるから、パ
イロットアーク電流（通常は、２０〜５０Δの範囲で多
く使用される）は被処即材料に対してほとんど作用しな
いものであり、電極１及びノズル２には放電による加熱
により消耗、変形等が生じ、それらの程度によっては、
メインアークへの移行が困ｉな場合も生じる。また、パ
イロットアーク電流が大ぎなものにおいては、パイロッ
トアークが不安定になると、メインアークも不安定にな
る等の欠点がある。

そして、メイン電源３０の使用時にもパイロットアーク
電流が流れるから、パイロット電源２０として連続定路
のものを必要とし、パイロット電源２０が大形化し、電
源設定スペースが広くなる等の欠点を右していた。

これらの欠点を除去するために、メインアークへが点弧
した揚台に、パイロワ１〜電源用スイッチＳ１を間き、
パイロットアークＡのパイロット電源２０を切るもの−
しある。

しかし、この種のものにおいても、−担メインアークＡ
を消弧した場合、再駆動時にはパイロットアークＡから
点弧する必要があり、頻繁にこの操作を行うと、各操作
毎にパイ［ｌツトアークΔの・１点弧の際に高周波発生回路２２の駆動を必要とするから
、高周波による電波障害、電ｍ誘導等によって伯の制御
装置等に悪影響を及ぼすことがある。

また、再駆ＩＪ］時に、常時適磨に電極が加熱されてい
ないため、アーク点弧初１ｆｆｌに電極の異常消耗が生
ずることがある等の欠点がある。

［発明の課題］そこで、本発明は、前記欠点を除去するもので、１〜ラ
ンスフアタイプのプラズマトーヂのパイロワ１〜アーク
電流を減少させることによって、電極及びノズルを長寿
命とすると共に、アークの安定化とパイロット電源の小
形化をその課題とするものである。

Ｌ問題点を解決するための手段］本発明は、パイロワ１〜アークの点弧に必要な直流出力
に高周波出力を重畳して電力を供給覆るパイロン］へ電
源と、メインアークに要するミノｊを供給するメイン電
源からなるプラズマアークト−プにおいて、上記パイロ
ワ１〜電源が、上記パイロットアークを点弧するに必要
な出力と上記パイロン１−アークの放電を維持するのに
必要な低減した出力どの切替えによって、上記パイロッ
トアークを−〇　− 維持することを特徴どするものである。

［作用］上記本発明の構成は、次の様に作用づるものである。

パイロットアークを点弧する場合には、パイロワ１〜電
源からハイレベルの出力を１９で、それに重畳された高
周波出力によってパイロン］・アークを点弧状態とし、
パイ［１ツトアークの点弧状態からメインアーク状態に
移行すると前記パイロット電源からの出力をパイロット
アークを維持するのに必要な低減した電流に減少させ、
メインアーク点弧時のパイロットアーク電流を減少さｊ
）るものである。

［発明の実施例］第１図は本発明の詳細な説明するプラズマア〜り溶接装
置のプラズマアークトープヂの３ｊ明図である。図にお
いて、第２図及び第３図に記載した１〜５．３０及びＡ
、Ｂ並びにＲ，Ｃは従来例で説明した部分と同一部分を
示すものである。

パイロン１へ電源４０は従来例で記載したパイｌ］　１
０− ット電源２０と略同−であり、異なる点は、従来例で記
載したパイロラミルミ源２０は、通常、パイロット電流
として高周波出力を重畳さＵた点弧電流に２０へ・５０
Ａ通電しており、貞弧後も高周波出力が重畳されていな
いだ【ノで、その電流値は変化させていないが、本実施
例において用いるパイロット電源４０は、前記パイ［１
ツトアークΔの点弧時には同様の２０・〜５０Ａ程度の
電流値を通電する設定端子１−１１と、−損パイ［１ツ
１−アーク八が点弧し、メインアークＢに移行しＩこと
きに、前記パイロットアークＡ（７）？ｕ電流値パイロ
ン１へアーク八が維持されるに足る限度、即ち、５Ａ程
度に低減した電流値を通電する設定端子（−〇を有して
いる点にある。

前記設定端子１１ｉ　と１−０との切替えは、駆動部５
１によって行われ、駆動部５１はコントローラ５０によ
って制御される。そして、メイン電源３０はメイン電源
用スイッチ部Ｓ４によって開閉され、前記スイッチ部Ｓ
４の駆動は駆動部５２にＪ：って行われ、駆動部５２は
］シト１］−ラ５０によ　１１　一つで制御される。

次に、第１図の如く構成した本発明の一実施例の各構成
部の動作について、第４図を用いて説明覆る。第４図は
第１図で示した一実施例のタイムブ＜７−１−である。

まず、コントローラ５０に与えられたスタート信号によ
り、コントローラ５０によってスイッチ駆動部５１を駆
動して、パイロラミルミ源４０を駆動１−るど共に、パ
イロット電源４０の出力をハイレベルとする１」１側端
子にパイ［１ツト電源用スイツチＳ３を閉じる。高周波
電力を重畳したパイロット電源４０の出力によって電極
１どノズル２との間にパイ１ツ１〜アーク八が点弧Ｊる
と、パイロットアーク電流ＩＩ＋が流れる。高周波出力
はスタート信号の到来から任意の時間τの間だり発生さ
ぜればよい。勿論、パイロットアーク点弧をパイロン１
へアーク電流の検出によって確認し、確認によ°て高周
波出力を断°ように制御してらよい・　、］コントロー
ラ０に与えられたスタート信号から　′”時間Ｔ１経過
後にスイッチ駆動部５２によってメ　１２− イン電源用スイッチＳ４を投入し、メイン電源３０を電
極１と被溶接材１１５との間に電圧を印加し、メインア
ークＢを発生させ、メイン電流ＩＨが流れる。前記時間
Ｔ１はコントローラ５０がスター１〜信号を１９で、パ
イロットアークΔを点弧するに十分な時間である。そし
て、コントローラ５０は前記メイン電源用スイッチＳ４
が投入された時点から、時間Ｔ２だけＨれて、パイロッ
ト電源用切替スイッチＳ３をパイロラミルミ源４０のパ
イロットアーク維持電流によって決定された１−０側端
子出力に切替える。パイ１］ツｌ−’Ｉ源４０のＬＯ側
端子の出力によって、電極１とノズル２の間には減じら
れたパイロットアーク電流Ｉ［が流れる。この状態で、
プラズマ１−−チが溶接作業を行う。溶接作業時間ｔ１
の後にメイン電源用スイッチＳ４を聞き溶接作業を終了
すると、メイン電流１８が断たれると同時にメインアー
クＢが消弧する。

メインアークＢが停止してから再度プラズマトーチによ
って作業を開始するまでの停止時間ｔ２の間、パイロッ
ト電流Ｉ［によりパイロット電源　１３− りΔが点弧している。次の作業の開始のために再起動信
号をコントローラ５０に与えると、コントローラ５０は
パイロット電源用切替スイッチＳ３を１−１１側端子側
に切替え、パイ［］ットアークＡのパイロン１〜アーク
電流を１１とし、１１時間経過後にメイン電源用スイッ
チＳ４を閉じ、メインアークＢによる溶接作業に入るこ
とかできる。メイン電源用スイッチＳ４が閉じてから１
２時間経過後にパイ１コツ１〜アークＡの電流を１１−
とじ、メインアークＡによる溶接作業が終了した後、コ
ントローラ５０に再起動信号を入力するまで前記電流Ｉ
、は継続する。

上記コントローラ５０の具体的な制御回路は、順次遅れ
操作をしているからタイマー等の避妊手段によればよい
。

なお、第１図の本発明の一実施例をマイクロプロセッサ
によってプラズマアーク溶接装置に用いたプラズマトー
チを制ｍｖる場合には、第５図に示す如く制御するとよ
い。第５図は第１図の本発明の一実施例をマイクロプロ
セッサによって制御−１４− するフ［１−ヂＡ／−１〜である。

マイクロプロセッサを内蔵した」ントローラ５０は次の
如く制御を行う。まず、スター１〜イス号によって本シ
ステムが開始される。ステップ７１で、メイン電源３０
及びパイ「］ット電源４０等を作動状態にセラ１〜Ｊる
。ステップ７２でパイロット電源用スイッチＳ３をｌ」
ｉ　ｌｊｌ　Ｐａ子として、直流出力電極１とノズル２
間の放電が開始し易いように、高周波介牛回路出ツノを
パイ［１ツト直流電源回路出力に重畳Ｍる。そして、パ
イロツ１へアークＡが生ずるに足るト分な時間に設定し
た時限τを経過覆ると、ステップ７４で高周波発生回路
出力を断つ３゜ステップ７５でパイロツ１へアークＡが
高温のイオン化ガス流を形成するに十分な時間Ｔ１を経
過するど、メイン電源用スイッチＳ４を閉じる。メイン
電源用スイッチＳ４を閉じることによりメインアークＢ
が発生Ｊ−ると、ステップ７７で前記スイッチＳ４を閉
じてから時間Ｔ２を経過づ゛るど、ステップ７８でパイ
［１ツ］〜電源用スイツチＳ３を１、、Ｏ側端子に切替
え、パイロラミー電流を減少させ　１５− る。この状態によりステップ７９で溶接作業を行うこと
になる。溶接作業が終了すると、ステップ８１でメイン
電源用スイッチＳ４をオフする。そして、パイロツ［・
アークＡの点弧状態で再び作業を開始する場合には、ス
テップ８２でステップ７５から再び前記の）１］−に入
ることになる。再度作業を開始しないとぎ、ステップ８
３によりプラズマアーク溶接装置に用いたプラズマ１ヘ
ーヂの制御系を終了させる。

また、第６図は本発明の伯の実施例のプラズマアーク溶
接装置を示すものである。また、第７図は第６図の本発
明の他の実施例をマイク［１プロセツリ′によって制御
するフローチャートである。

第１図に示した本発明の前記実施例ど、第６図に示した
実施例のプラズマアーク溶接装置どの相違点のみを述べ
ると、メインアークＡの電流路、即ち、本実施例では被
溶接材料５とメイン電源用スイッチＳ４との間にメイン
アーク電流を検出Ｊ゛あ□。＋１１６”ｌｌ□。７３カ
。あい、７、イ、７′１”トアークの電流路、即ら、ノ
ズル３どパイロツ１〜１６− 電源用スイッチＳ３どの間に高周波電流の有無及びパイ
ロット電流の値を検出Ｊる電流検出器６２を接続した魚
にある。

したがって、第７図の）［１−チャートも次の点が相違
４る。第５図のステップ７３３ではに６周波出力を時限
τにＪ：って断っていたが、それに対応する本実施例の
ステップ９３では電流検出器６２のパイロットアークの
直流電流の有無によってパイロットアークの点弧を判断
するものである。また、前記ステップ７７はパイロワ１
−アーク電流ＩＨの時間をメインアークＢが点弧するの
に十分な高温のイオン化ガス流を形成するにＷる時間を
Ｔ２として設定していたが、本実施例では電流検出器６
１の出力によってメインアークＢの点弧を確認して、そ
のメインアークが安定する時限としてＴをステップ９７
で設定している。

この実施例のプラズマアーク溶接装置も、前記実施例と
同様なフローチャートによって、コントローラ６０でプ
ラズマアークト−プの制御ができる。

＝　１７− 以上の実施例では、プラズマアーク溶接Ｈ’ＦＩのプラ
ズマアークト−プについて述べＩ、：が、１１η記プラ
ズマアーク溶接装置のプラズマアーク１〜−チに限定さ
れるものではｔ【り、本発明１よトランスフ）Ｊタイプ
のプラズマアーク切断、溶用、溶解、表面加工、高温加
工等に用いるプラズマアーク１〜−ヂにおいても同様に
、ｎＱ記実施例のパイ［Ｉツ］〜アーク維持方法が適応
できる。

［発明の効果］以上の様に、本発明はトランスファタイプのプラズマト
ーチにおいて、パイロワ１−電源を、パイロット）７−
りの点弧に必要な直流出力と、パイ１−］ッツーヘアー
を維持するのに必要な程瓜に低減した直流出力どの切替
えによって、パイ［ｌットアーク点弧後のパイロワ１−
アーク電流を制限して（の放電を維持するよう制御する
ものであるから、プラズマトーチのメインアーク発生時
にパイ［−１ツトアーク電流を減少させることができ、
電極及びノズルを長寿命とすると其に、アークを安定化
することができる。また、パイロラミ〜アーク貞弧後の
パー　１８　＝イロットアーク電流を制限でき、パイロット電源をパイ
ロツ］・アークの点弧に必要な直流出力の］ｆ続定格に
づ−る必要がないから、パイロワ１〜電源を小形化する
ことかできる。

そして、パイロットアークの点弧時に使用する高周波電
力はプラズマ１ヘーヂの使用当初に用いるだｌ−Ｊであ
るから、高周波にＪ：る電波障害、電１１誘導等の影響
を極力少なくり−ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のプラズマアーク１−−チの説
明図、第２図はパイロワ１〜アークの点弧状態を示ＩＪ
説明図、第３図はメインアークの点弧状態を示す説明図
、第４図は第１図で示した一実施例のタイムヂャー１〜
、第５図は第１図で示した一実施例の７１］−ヂｌ７−
１−１第６図は本発明の他の実施例を３１明するプラス
゛マアーク１ヘーヂの説明図、第７図（ま第６図で示し
た実施例のフローヂャートである１、図において、Ａ・・・パイ［１ツ１へアーク、 −１９＝Ｂ・・・メインアーク、１０・・・プラズマアークｉ・−チ２０、４０・・・パイロツ１へ電源、３０・・・メイン電源、５０．６０・・・］ントローラ、である。なお、図中、同−行目及び同−記６は、同一または相当
部分を示す。特許出願人　大同特殊鋼株式会ネ１代理人　弁理士　詣［］　武尚 −２〇　− 特開昭ＧＯ−２５７９７３（９）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　パイロットアークに必要な直流出力及びパイロ
ットアークの点弧に必要な高周波出力を前記直流出力に
重畳して電力を供給するパイロット電源と、メインアー
クに必要とする電力を供給するメイン電源からなるトラ
ンスファタイプのプラズマアークトーチにおいで、上記
パイロット電源を、上記パイロットアークの点弧に必要
な直流出力と、上記パイロットアークを維持するのに必
要な程度に低減した直流出力との切替えによって、上記
パイ［ｌットアーク点弧後のパイ１ツトアーク電流を制
限してその放電を維持するよう制御することを特徴とす
るパイ１］ツトアーク維持方法。
（２）　前記制御を、マイク［１ブロセツザーによって
行なうことを特徴とする特許第１項に記載のパイロットアーク雛持方法。