(57)【要約】【課題】焼損防止のために温度センサＨＤを溶接トーチＷＴの内部に設けたときに、溶接電源ＰＳと溶接トーチＷＴとを接続する配線数を増加させないこと。【解決手段】起動スイッチＳＷが閉状態になると溶接電流Ｉｗを通電し、水冷式の溶接トーチＷＴ内部の復水６２の温度を温度センサＨＤによって検出し、この復水６２の温度が温度基準値以上になると温度センサＨＤの接点ＨＲが開状態に変化して溶接電流Ｉｗの通電を停止する。温度センサＨＤの接点ＨＲを起動スイッチＳＷと直列に接続し、起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲとの直列回路の抵抗値の変化に基づいて起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲの開閉状態を判別する。これにより、トーチケーブルの配線数は増加しないので、溶接トーチＷＴが高価になることを抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷式の溶接トーチを使用するアーク溶接にあって、前記溶接トーチに設けられた起動スイッチが開状態から閉状態に変化すると溶接電流の通電を開始し、前記溶接トーチの復水の温度を温度センサによって検出し、この復水の温度が予め定めた温度基準値以上になると前記温度センサの接点が閉状態から開状態に変化して前記溶接電流の通電を停止する溶接装置の保護制御方法において、
前記温度センサを溶接トーチ内部の前記復水の温度を検出する位置に設け、かつ、前記温度センサの接点を前記起動スイッチと直列に接続し、前記起動スイッチ及び前記温度センサの接点との直列回路の抵抗値の変化に基づいて前記起動スイッチ及び前記温度センサの接点の開閉状態を判別する、
ことを特徴とする溶接装置の保護制御方法。
【請求項２】
前記温度センサの接点に並列に抵抗器を設ける、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接装置の保護制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式の溶接トーチの復水の温度を温度センサによって検出し、この復水の温度が温度基準値に達したときは溶接電流の通電を停止する溶接装置の保護制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ溶接、ＴＩＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接等のアーク溶接に使用される溶接トーチには、水冷式のものがある。この水冷式の溶接トーチは、水等の冷却流体（以下、冷却水という）をトーチ内部に流入し、循環させた後に流出してトーチボディ、ノズル等を冷却している。この冷却水の循環には、冷却水循環機を設けて行うことが多い。この場合には、冷却水循環機によって冷却された冷却水が溶接トーチに送水され、溶接トーチ内部を循環するときに暖められた復水が冷却水循環機に戻される。
【０００３】
使用率の超過、周囲温度の上昇、冷却水の流量不足等によって溶接トーチが温度超過になると、溶接トーチが焼損して使用不可となる場合が生じる。このような状態になることを防止するために、溶接トーチの復水の温度を温度センサによって検出し、この復水の温度が予め定めた温度基準値に達したときは溶接電流の通電を停止する溶接装置の保護制御方法が従来から行われている（例えば特許文献１参照）。この保護制御方法によって、溶接トーチの温度上昇と相関する復水温度が溶接トーチが焼損しない温度基準値に達した時点で溶接が強制的に停止されるので、溶接トーチの焼損を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶接トーチは溶接電源とトーチケーブルによって接続されており、このトーチケーブルの中に送水及び復水ホースも含まれている。また、溶接電源と冷却水循環機とは送水及び復水ホースによって接続されている。したがって、送水は冷却水循環機→溶接電源→溶接トーチの順に流れ、復水は溶接トーチ→溶接電源→冷却水循環機の順に戻される。
【０００６】
溶接トーチの温度上昇を正確に検出するためには、温度センサは溶接トーチ内部の復水の温度を検出する必要がある。これは、復水の温度を溶接電源又は冷却水循環機の内部で検出すると、復水が戻される間に温度が低下して、溶接トーチの温度上昇を正確に検出することができなくなるからである。しかし、温度センサを溶接トーチの内部に設けると、温度センサの状態（復水の温度が温度基準値以上かどうか）を溶接電源に通知するために、溶接電源と温度センサとを接続する２本の制御ケーブルをトーチケーブルに追加する必要がある。制御ケーブルの数が増加すると、トーチケーブルのコストが高くなるという問題が生じる。さらには、制御ケーブルの数が増加すると、引き回し等による切断事故も生じやすくなる。
【０００７】
そこで、本発明では、温度センサを溶接トーチの内部に設けても、溶接電源と溶接トーチとを接続するトーチケーブルの配線数を増加させることなく温度センサの状態を溶接電源に通知することができる溶接装置の保護制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、水冷式の溶接トーチを使用するアーク溶接にあって、前記溶接トーチに設けられた起動スイッチが開状態から閉状態に変化すると溶接電流の通電を開始し、前記溶接トーチの復水の温度を温度センサによって検出し、この復水の温度が予め定めた温度基準値以上になると前記温度センサの接点が閉状態から開状態に変化して前記溶接電流の通電を停止する溶接装置の保護制御方法において、
前記温度センサを溶接トーチ内部の前記復水の温度を検出する位置に設け、かつ、前記温度センサの接点を前記起動スイッチと直列に接続し、前記起動スイッチ及び前記温度センサの接点との直列回路の抵抗値の変化に基づいて前記起動スイッチ及び前記温度センサの接点の開閉状態を判別する、
ことを特徴とする溶接装置の保護制御方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、前記温度センサの接点に並列に抵抗器を設ける、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接装置の保護制御方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度センサを溶接トーチの内部に設けても、溶接電源と溶接トーチとを接続するトーチケーブルの配線数を増加させることなく温度センサの状態を溶接電源に通知することができる。このために、溶接トーチのコストが高くなることを抑制することができ、かつ、配線の切断事故の発生確率が高くなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る保護制御方法を実施するためのプラズマ溶接装置の構成図である。
【図２】図１における起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲとの直列回路の等価回路図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る保護制御方法を実施するためのプラズマ溶接装置の構成図である。
【図４】図３における起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲとの直列回路の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
以下の説明においては、溶接トーチの焼損が特に生じやすいプラズマ溶接装置を例とする。すなわち、プラズマ溶接では、アークをプラズマノズルによって拘束して高密度エネルギー化しているために、溶接トーチの冷却作用が低下すると、直ぐに溶接トーチの焼損へと至るおそれがある。このために、充分な保護制御を行う必要がある。
【００１４】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る保護制御方法を実施するためのプラズマ溶接装置の構成図である。同図において、プラズマガス及びシールドガスの配管については本発明とは直接関係がないので、図面を分かりやすくするために省略している。以下、同図を参照して各構成物について説明する。
【００１５】
破線で囲まれた溶接トーチＷＴは、電極１、それを取り囲むプラズマノズル４及びそれを取り囲むシールドノズル５から成る。電極１は、非消耗電極であり、タングステン電極が使用されることが多い。プラズマノズル４内をプラズマガス（図示は省略）が流れる。また、シールドノズル５内をシールドガス（図示は省略）が流れる。プラズマガス及びシールドガスには、アルゴンガスが使用されることが多い。プラズマアーク３は、プラズマノズル４によって拘束されて絞り込まれ、電極１と母材２との間に発生する。プラズマノズル４は銅製であり、内部には冷却水６が流れる流路が設けられている。また、溶接トーチＷＴには、起動スイッチＳＷが設けられている。この起動スイッチＳＷは、常開の接点であり、溶接作業者が手動でオンすると閉状態となる。また、プラズマノズル４から流出する復水62の温度を検出するために温度センサＨＤが溶接トーチＷＴの内部に設けられている。この温度センサＨＤは、常閉の接点ＨＲを内蔵しており、復水の温度が予め定めた温度基準値Ｈｔ以上になると接点ＨＲが開状態になる。この温度センサＨＤには、サーモスタット、サーマルガード等が使用される。温度基準値Ｈｔは、使用率の超過、周囲温度の上昇、冷却水の流量不足等によって溶接トーチＷＴが温度超過によって焼損しない値未満に設定される。温度基準値Ｈｔは、設置する温度センサＨＤに固有の値である。温度センサＨＤはヒステリシスを有しているので、一旦開状態に変化した接点ＨＲは、復水の温度が温度基準値Ｈｔよりも所定値だけ低下したときに閉状態に戻る。
【００１６】
冷却水循環機ＷＣは、送水61を流す送水ホース71を溶接電源ＰＳと接続し、復水62を流す復水ホース72を溶接電源ＰＳと接続する。この冷却水循環機ＷＣは、温度が上昇した復水62を内部に設けられた送風機によって冷却して再び送水61として循環させる。循環する冷却水６は、送水61及び復水62とに区別される。
【００１７】
溶接電源ＰＳは、定電流特性又は垂下特性を有する電源であり、マイナス出力が電力用ケーブル83を介して溶接トーチＷＴの電極１と接続され、プラス出力が溶接用ケーブル９を介して母材２と接続されており、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力してプラズマアーク３を発生させる。また、溶接電源ＰＳから送水ホース81を介して送水61がプラズマノズル４の流路に流入し、プラズマノズル４の流路から流出する復水62が復水ホース82を介して溶接電源ＰＳに戻る。したがって、送水61は冷却水循環機ＷＣ→溶接電源ＰＳ→プラズマノズル４の順に流れ、復水62はプラズマノズル４→溶接電源ＰＳ→冷却水循環機ＷＣの順に戻される。
【００１８】
溶接電源ＰＳと溶接トーチＷＴに設けられた起動スイッチＳＷとの間は制御ケールル84で接続され、起動スイッチＳＷの他端が温度センサＨＤの接点ＨＲと直列に接続され、温度センサＨＤの接点ＨＲの他端が制御ケーブル85によって溶接電源ＰＳと接続されている。すなわち、起動スイッチＳＷと温度センサＨＤの接点ＨＲとが直列に接続されている。上述したように、起動スイッチＳＷは常開の接点であり、オンされると閉状態になる。温度センサＨＤの接点ＨＲは、常閉の接点であり、復水温度が温度基準値Ｈｔ以上になると開状態となる接点である。起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲとの直列回路の抵抗値の変化に基づいて、以下のように溶接電源ＰＳの出力が制御されることになる。
【００１９】
１）溶接を開始するために、溶接作業者が起動スイッチＳＷをオンすると、起動スイッチＳＷは開状態から閉状態に変化する。このときに、復水温度は温度基準値Ｈｔ未満であるので、温度センサＨＤの接点ＨＲは閉状態のままである。したがって、起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲによる直列回路の抵抗値は略０Ωとなる。抵抗値が略０Ωになったことで、起動スイッチＳＷに制御電流が流れる。溶接電源ＰＳは、これを判別して出力を開始し、溶接電流Ｉｗの通電を開始する（説明を簡略にするために、アークスタート時のパイロットアークについては省略している）。
【００２０】
２）起動スイッチＳＷがオンのままであるので溶接が継続されているときに、復水温度が温度基準値Ｈｔ以上になると、温度センサＨＤの接点ＨＲが開状態に変化する。このために、起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲによる直列回路の抵抗値は無限大となる。したがって、起動スイッチＳＷには制御電流が通電しなくなる。溶接電源ＰＳはこれを判別して、出力を停止し溶接電流Ｉｗの通電を停止する。これにより、プラズマノズル４が温度超過によって溶融して溶接トーチＷＴが焼損することを保護している。
【００２１】
３）復水温度が温度基準値Ｈｔよりも所定値低い温度まで低下するまでは、温度センサＨＤの接点ＨＲは開状態のままであるので、起動スイッチＳＷをオンしても溶接電流Ｉｗは通電しない。復水温度が低下して温度センサＨＤの接点ＨＲが閉状態に戻った後に、起動スイッチＳＷがオンされると、溶接電流Ｉｗが通電する。
【００２２】
溶接電源ＰＳと溶接トーチＷＴとを接続するトーチケーブルは、送水ホース81、復水ホース82、電力用ケーブル83、制御ケーブル84、85を含んでいる。
【００２３】
図２は、上述した図１における起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲとの直列回路の等価回路図である。定電圧の制御電源（例えば２４Ｖ）は第１抵抗器Ｒ１（例えば１０ｋΩ）と接続されている。第１抵抗器Ｒ１の他端は起動スイッチＳＷの一端と接続されている。起動スイッチＳＷの他端は温度センサＨＤの常閉の接点ＨＲの一端と接続されている。接点ＨＲの他端は接地されている。第１抵抗器Ｒ１と起動スイッチＳＷとの間を検出点とする。起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲとの直列回路の抵抗値を直列回路抵抗値と呼ぶことにする。検出点の電圧を検出電圧値と呼び、検出点を流れる電流値を検出電流値と呼ぶことにする。制御電源、第１抵抗器Ｒ１及び設置位置は溶接電源ＰＳの内部に設けられている。
【００２４】
起動スイッチＳＷがオフ状態のときは開状態になるので、温度センサＨＤの接点ＨＲの状態とは関係なく、直列回路抵抗値は無限大となり、検出電圧値は２４Ｖとなり、検出電流値は０Ａとなる。この状態のときは、溶接電源ＰＳの出力は停止する。復水温度が温度基準値Ｈｔ未満のときは温度センサＨＤの接点ＨＲは閉状態にあるので、この状態で起動スイッチＳＷがオンされて閉状態になると、直列回路抵抗値は略０Ωとなり、検出電圧値は０Ｖとなり、検出電流値は２．４mAとなる。この状態のときは、溶接電源ＰＳは出力開始となる。起動スイッチＳＷがオンされているので閉状態にあるときに、復水温度が温度基準値Ｈｔ以上となり温度センサＨＤの接点ＨＲが開状態になると、直列回路抵抗値は無限大となり、検出電圧値は２４Ｖとなり、検出電流値は０Ａとなる。この状態のときは、溶接電源ＰＳの出力は停止する。したがって、溶接電源ＰＳは、直列回路抵抗値の変化に基づく検出電圧値又は検出電流値によって起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲの状態を判別することができる。溶接電源ＰＳは、この判別結果に基づいて出力の停止又は開始を制御することができる。
【００２５】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る保護制御方法を実施するためのプラズマ溶接装置の構成図である。同図は図１と対応している。同図は、図１において、温度センサＨＤの接点ＨＲに並列に第２抵抗器Ｒ２を追加したものである。これ以外は、図１と同一であるので、説明は省略する。
【００２６】
図４は、上述した図３における起動スイッチＳＷ及び温度センサＨＤの接点ＨＲとの直列回路の等価回路図である。同図は図２と対応している。同図は、図２において、接点ＨＲに並列に第２抵抗器（例えば１０ｋΩ）を追加したものであり、それ以外は図２と同一である。
【００２７】
起動スイッチＳＷがオフ状態のときは開状態になるので、温度センサＨＤの接点ＨＲの状態とは関係なく、直列回路抵抗値は無限大となり、検出電圧値は２４Ｖとなり、検出電流値は０Ａとなる。この状態のときは、溶接電源ＰＳの出力は停止する。復水温度が温度基準値Ｈｔ未満のときは温度センサＨＤの接点ＨＲは閉状態にあるので、この状態で起動スイッチＳＷがオンされて閉状態になると、直列回路抵抗値は略０Ωとなり、検出電圧値は０Ｖとなり、検出電流値は２．４mAとなる。この状態のときは、溶接電源ＰＳは出力開始となる。起動スイッチＳＷがオンされているので閉状態にあるときに、復水温度が温度基準値Ｈｔ以上となり温度センサＨＤの接点ＨＲが開状態になると、図２のときとは異なり、直列回路抵抗値は１０ｋΩとなり、検出電圧値は１２Ｖとなり、検出電流値は１．２mAとなる。この状態のときは、温度保護が動作したために溶接電源ＰＳの出力は停止する。このように、図４の場合には、図２の場合とは異なり、温度保護が動作したことを溶接電源ＰＳが判別することができる。このために、溶接電源ＰＳは出力の停止又は開始の制御に加えて、温度保護が動作したことを異常表示灯の点灯、音声による警報等によって報知することができる。
【００２８】
本実施の形態によれば、温度センサを溶接トーチ内部の前記復水の温度を検出する位置に設け、かつ、前記温度センサの接点を起動スイッチと直列に接続し、起動スイッチ及び温度センサの接点との直列回路の抵抗値の変化に基づいて起動スイッチ及び温度センサの接点の開閉状態を判別する。これにより、溶接電源はトーチケーブルの配線数を増加させることなく、起動スイッチ及び温度センサの接点の状態を判別することができる。したがって、本実施の形態では、温度センサを溶接トーチの内部に設けても、溶接電源と溶接トーチとを接続するトーチケーブルの配線数を増加させることなく温度センサの状態を溶接電源に通知することができる。このために、溶接トーチのコストが高くなることを抑制することができ、配線の切断事故の発生確率が高くなることを抑制することができる。
【００２９】
上述した実施の形態では、アーク溶接が非消耗電極アーク溶接であるプラズマ溶接の場合を説明したが、本発明は、水冷式の溶接トーチを使用するその他の非消耗電極アーク溶接、消耗電極アーク溶接にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１            電極
２            母材
３            プラズマアーク
４            プラズマノズル
５            シールドノズル
６            冷却水
９            溶接用ケーブル
61            送水
62            復水
71            送水ホース
72            復水ホース
81            送水ホース
82            復水ホース
83            電力用ケーブル
84、85        制御ケールル
ＨＤ            温度センサ
ＨＲ            温度センサの接点
Ｈｔ            温度基準値
Ｉｗ            溶接電流
ＰＳ            溶接電源
Ｒ１            第１抵抗器
Ｒ２            第２抵抗器
ＳＷ            起動スイッチ
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＣ            冷却水循環機
ＷＴ            溶接トーチ
【図１】
2014054665.tif 000003
【図２】
2014054665.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014054665.tif 000006