(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非移行型のプラズマアーク用トーチと、  前記プラズマアーク用トーチに電力とガスとを供給する電源装置とを備える非移行型のプラズマアークシステムであって、前記プラズマアーク用トーチは、陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備え  前記プラズマアーク用トーチは、前記被加工物との間でアークを発生させる前記非消耗電極と、前記アークによって生じた前記被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるＴＩＧ溶接用トーチを流用したものと、  前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記ＴＩＧ溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントとを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアークシステム。
【請求項２】
前記プラズマアーク用トーチは、前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする請求項１に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
【請求項３】
前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲む給電ノズルを備え、  前記プラズマアーク用トーチは、前記非消耗電極を軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする請求項１又は２に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
【請求項４】
前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲んだ状態で、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備え、  前記プラズマアーク用トーチは、前記給電ノズルを軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする請求項１又は２に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
【請求項５】
前記電源装置は、ＴＩＧ溶接用電源装置を流用したものからなることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
【請求項６】
前記電源装置は、前記プラズマアーク用トーチを使用する場合と、前記ＴＩＧ溶接用トーチを使用する場合とで、前記電力の供給を切り替える切替機構を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
【請求項７】
前記プラズマアーク用トーチのみを用いる溶接又はＴＩＧ溶接トーチのみを用いる溶接が可能であることを特徴とする請求項６のプラズマアークシステム。
【請求項８】
前記電源装置はプラズマアーク用トーチ用電源とＴＩＧ溶接トーチ用電源の少なくとも２台の電源装置からなることを特徴とする請求項６のプラズマアークシステム。
【請求項９】
前記プラズマアーク用トーチに接続されて、前記アタッチメント内を流れる冷却液を循環させる冷却装置を備えることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。
【請求項１０】
ＴＩＧ溶接用トーチを非移行型のプラズマアーク用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、前記ＴＩＧ溶接用トーチは、被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた前記被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備え、前記非移行型のプラズマアーク用トーチは、陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備え、  前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記ＴＩＧ溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。
【請求項１１】
前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする請求項１０に記載の変換用アダプタキット。
【請求項１２】
前記アタッチメントは、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の変換用アダプタキット。
【請求項１３】
ＴＩＧ溶接用トーチと、  請求項１０〜１２の何れか一項に記載の変換用アダプタキットとを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアーク用トーチであって、前記ＴＩＧ溶接用トーチは、被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアーク用トーチ。
【請求項１４】
ＴＩＧ溶接用電源装置に接続されて使用されることを特徴とする請求項１３に記載の非移行型のプラズマアーク用トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、非移行型のプラズマアークシステム、変換用アダプタキット、非移行型のプラズマアーク用トーチに関する。本願は、２０１４年３月１９日に、日本に出願された特願２０１４−０５６５２８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】  金属や非鉄金属などを母材として用いた構造物（被加工物）の溶接には、従来よりＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas welding）又はプラズマアーク溶接等のＧＴＡＷ（Gas Tungsten Arc welding）と呼ばれる非消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられている。【０００３】  ＴＩＧ溶接では、非消耗電極とトーチノズルとを備えるＴＩＧ溶接用トーチを使用し、非消耗電極（−）と被加工物（＋）との間でアークを発生させて、このアークの熱により被加工物を溶かして溶融池（プール）を形成しながら溶接が行われる。また、溶接中は電極の周囲を囲むトーチノズルからシールドガスを放出し、このシールドガスで大気（空気）を遮断しながら溶接が行われる。【０００４】  これに対して、プラズマアーク溶接では、非消耗電極と、水冷のインサートチップ（拘束ノズルとも言う。）と、シールドキャップとを備えるプラズマアーク用トーチを使用し、非消耗電極とインサートチップとの間で電気的にプラズマ化されたプラズマガス（作動ガスとも言う。）を流す。このとき発生するプラズマ流（プラズマジェット）をインサートチップで絞り込み、インサートチップの内壁形状によるウォール効果（プラズマ流の気流の流れを安定させる効果）や、インサートチップを冷却することで得られるサーマルピンチ効果（プラズマ流を周囲から冷却することで緊縮し高温となる効果）を利用して、エネルギー密度が高められたプラズマアークを発生させる。また、プラズマアークは、シールドキャップから放出されるシールドガスによるサーマルピンチ効果を受けて更に絞り込まれる。【０００５】  プラズマアーク溶接では、このようにエネルギー密度が高く、アーク形状が円柱状に絞り込まれたプラズマアークを熱源として溶接が行われる。また、プラズマアークには、移行型と非移行型とがある。移行型のプラズマアークは、非消耗電極（−）と被加工物（＋）との間で電流を流す方式であり、導電性の被加工物に対してのみ適用が可能である。一方、非移行型のプラズマアークは、非消耗電極（−）とインサートチップ（＋）との間で電流を流す方式であり、非導電性の被加工物に対しても適用が可能である。さらに、プラズマアークは、上述した溶接の用途に限らず、例えば、被加工物に対するロウ付けや、接合、切断、溶射、溶融炉などにも利用されている。【０００６】  ところで、プラズマアークシステムが備えるプラズマアーク用トーチ及び電源装置は、ＴＩＧ溶接用システムが備えるＴＩＧ溶接用トーチ及び電源装置に比べて一般的に高価である。一方、プラズマアークトーチ本体に取り付けた取替部品を取り替えることで、ＴＩＧ溶接用トーチ又はプラズマアーク用トーチとして使用できる兼用トーチが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。【０００７】  しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ＴＩＧ溶接用トーチとして使用する場合と、プラズマアーク用トーチとして使用する場合とで、それぞれ別々の取替部品を用意する必要がある。また、電源装置として、比較的高価なプラズマアーク用の電源装置が用いられている。【０００８】  また、従来、被加工物（母材）を溶接する非消耗電極式溶接法として、ＴＩＧ溶接法やプラズマ溶接法が用いられている。プラズマ溶接法は、Ｔ��Ｇ溶接法と比較して、熱集中性が優れているため、ビード幅を狭く、高速に溶接することが可能で、かつ歪の少ない溶接法である。【０００９】  プラズマ溶接法には、プラズマアーク方式（移行式プラズマ）や、プラズマジェット方式（非移行式プラズマ）等がある。  一般的に、プラズマアーク方式の溶接システム（プラズマアーク方式の溶接機）は、トーチと、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、かつプラス端子が被加工物と電気的に接続された主電源と、配線を介して、電源と電気的に接続されたパイロットアーク電源と、パイロットアーク電源とトーチを構成するインサートチップ（「拘束ノズル」ともいう）とを接続する配線に設けられた切替スイッチと、パイロットアークを発生させる高周波装置と、を有する。  プラズマアーク方式のプラズマ溶接システムを用いる場合、比較的溶け込みの大きい溶接を行うことが可能となる。【００１０】  プラズマジェット方式のプラズマ溶接システム（プラズマジェット方式のプラズマ溶接機）を用いる場合、トーチを構成する電極を主電源のマイナス端子と接続させ、該主電源のプラス端子とトーチを構成するインサートチップとをプラス電極で接続させる。  プラズマジェット方式では、被加工物に電流が流れないため、溶射の熱源や炉の熱源にも使用されている。【００１１】  特許文献２に開示された複合方式のプラズマ溶接システムは、トーチと、電源装置（以下、「複合方式用のプラズマ電源装置」という）と、を有する。複合方式用のプラズマ電源装置は、メインアーク電源（「主電源」ともいう）と、パイロットアーク電源と、高周波装置と、を有した構成とされている。  メインアーク電源（主電源）は、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、プラス端子が被加工物と電気的に接続されている。パイロットアーク電源は、メインアーク電源及びインサートチップと電気的に接続されている。  上記構成とされた複合方式のプラズマ溶接システムは、非常に低電流でも安定したプラズマを得ることが可能であるため、ＴＩＧ溶接法では難しい極薄板の溶接が可能となる。【００１２】  ところで、ＴＩＧ溶接システム（ＴＩＧ溶接機）を構成する電源装置（以下、「ＴＩＧ用電源装置」という）としては、溶接電源及び高周波装置が用いられ、非常に簡便な構成とされている。  このように、ＴＩＧ用電源装置と比較して、プラズマ電源装置が高価であるため、プラズマ溶接システムのコストを高くする要因となっている。  このため、プラズマ溶接システムの溶接性能が良くても、初期投資時のコストが高いというデメリットにより、深い溶け込みを得ることの可能なプラズマ溶接システムを採用しにくいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】実開昭５６−１２６９８１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  本発明のその１は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、非移行型のプラズマアークを安価且つ容易に利用できる非移行型のプラズマアークシステム、並びに、そのような非移行型のプラズマアークシステムにおいて、ＴＩＧ溶接用トーチを非移行型のプラズマアークに変換する変換用アダプタキット、及びそのような変換用アダプタキットを備える非移行型のプラズマアーク用トーチを提供することを目的とする。【００１５】  また、本発明のその２は、溶接システムへの初期投資を抑制した上で、深い溶け込みを得ることの可能な溶接システム及びプラズマ溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】  上記目的を達成するために、本発明のその１は以下の手段を提供する。（１）  陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備える非移行型のプラズマアーク用トーチと、前記プラズマアーク用トーチに電力とガスとを供給する電源装置とを備え、前記プラズマアーク用トーチは、被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるＴＩＧ溶接用トーチを流用したものからなり、前記プラズマアーク用トーチは、前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記ＴＩＧ溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアークシステム。（２）  前記プラズマアーク用トーチは、前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする前記（１）に記載の非移行型のプラズマアークシステム。（３）  前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲む給電ノズルを備え、前記プラズマアーク用トーチは、前記非消耗電極を軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の非移行型のプラズマアークシステム。（４）  前記アタッチメントは、前記トーチノズルの先端側の周囲を囲んだ状態で、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備え、前記プラズマアーク用トーチは、前記給電ノズルを軸線方向に移動させることによって、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも内側に引き込んだ状態と、前記非消耗電極の先端が前記給電ノズルの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替わることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の非移行型のプラズマアークシステム。（５）  前記電源装置は、ＴＩＧ溶接用電源装置を流用したものからなることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか一項に記載の非移行型のプラズマアークシステム。（６）  前記電源装置は、前記プラズマアーク用トーチを使用する場合と、前記ＴＩＧ溶接用トーチを使用する場合とで、前記電力の供給を切り替える切替機構を備えることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか一項に記載のプラズマアークシステム。（７）前記プラズマアーク用トーチのみを用いる溶接又はＴＩＧ溶接トーチのみを用いる溶接が可能であることを特徴とする（６）のプラズマアークシステム。（８）前記電源装置はプラズマアーク用トーチ用電源とＴＩＧ溶接トーチ用電源の少なくとも２台の電源装置からなることを特徴とする（６）のプラズマアークシステム。その電源装置仕様については、下記本発明のその２である（１５）〜（２３）に記載されているものも使用することが可能である。（９）  前記プラズマアーク用トーチに接続��れて、前記アタッチメント内を流れる冷却液を循環させる冷却装置を備えることを特徴とする前記（１）〜（８）の何れか一項に記載のプラズマアークシステム。（１０)  被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるＴＩＧ溶接用トーチを、陰極としての非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出する陽極としてのインサートチップとを備える非移行型のプラズマアーク用トーチに変換する変換用アダプタキットであって、前記トーチノズルの周囲を囲んだ状態で、前記ＴＩＧ溶接用トーチに対して着脱自在に取り付けられると共に、前記インサートチップとして機能するアタッチメントを備えることを特徴とする変換用アダプタキット。（１１）  前記アタッチメントの周囲を囲んだ状態で、前記アタッチメントに対して絶縁した状態で取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする前記（１０）に記載の変換用アダプタキット。（１２）  前記アタッチメントは、軸線方向に移動自在に支持された給電ノズルを備えることを特徴とする前記（１０）又は（１１）に記載の変換用アダプタキット。（１３）  被加工物との間でアークを発生させる非消耗電極と、前記アークによって生じた被加工物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルとを備えるＴＩＧ溶接用トーチと、前記（１０）〜（１２）の何れか一項に記載の変換用アダプタキットとを備えることを特徴とする非移行型のプラズマアーク用トーチ。（１４）  ＴＩＧ溶接用電源装置に接続されて使用されることを特徴とする前記（１３）に記載の非移行型のプラズマアーク用トーチ。また、上記課題を解決するため、本発明のその２は以下の溶接システムおよびプラズマ溶接方法を提供する。（１５）電極、該電極の外周を囲むように配置されたインサートチップ、前記電極と該インサートチップとの間に配置され、センターガスが供給されるセンターガス供給用流路、前記インサートチップの外周を囲むように配置されたシールドキャップ、及び該シールドキャップと前記インサートチップとの間に配置され、アウターガスが供給されるアウターガス供給用流路を有するプラズマ溶接用トーチと、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子が前記インサートチップと電気的に接続され、かつマイナス端子が前記電極と電気的に接続された第１の溶接電源、及びＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子が被加工物と電気的に接続され、かつマイナス端子が前記電極と接続された第２の溶接電源よりなる電源装置と、を有することを特徴とする溶接システム。【００１７】  （１６）前記第１の溶接電源は、高周波装置または高電圧装置を有し、前記第２の溶接電源は、前記第１の溶接電源から溶接電流が供給されている間のみ、溶接電流を供給する電源であり、かつ高周波装置または高電圧装置を有することを特徴とする（１５）に記載の溶接システム。【００１８】  （１７）前記第１及び第２の溶接電源は、同じ種類の溶接電源であることを特徴とする（１５）又は��１６）に記載の溶接システム。【００１９】  （１８）前記第１及び第２の溶接電源は、異なる種類の溶接電源であることを特徴とする（１５）又は（１６）に記載の溶接システム。【００２０】  （１９）前記インサートチップは、前記電極を冷却する冷却水を流すための冷却水用流路を有することを特徴とする（１５）ないし（１８）のうち、いずれか１項記載の溶接システム。【００２１】  （２０）ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子がプラズマ溶接用トーチのインサートチップと電気的に接続され、マイナス端子が前記プラズマ溶接用トーチの電極と電気的に接続された第１の溶接電源から電流を供給することで、前記電極と前記インサートチップとの間に、非移行式のプラズマジェットアークを発生させるプラズマジェットアーク発生工程と、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子が被加工物と電気的に接続され、マイナス端子が前記電極と接続された第２の溶接電源から電流を供給すると共に、前記被加工物と前記電極との間に、移行式のプラズマアークを発生させることで、前記被加工物の溶接を行う溶接工程と、を有することを特徴とするプラズマ溶接方法。【００２２】  （２１）ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子がプラズマ溶接用トーチのインサートチップと電気的に接続され、マイナス端子が前記プラズマ溶接用トーチの電極と電気的に接続された第１の溶接電源から電流を供給することで、前記電極と前記インサートチップとの間に、非移行式のプラズマジェットアークを発生させるプラズマジェットアーク発生工程と、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子が被加工物と電気的に接続され、マイナス端子が前記電極と接続された第２の溶接電源から電流を供給すると共に、該第２の溶接電源を構成する高周波装置による高周波スタート方式、或いは前記高周波装置に替えて該第２の溶接電源を構成する高電圧装置による高電圧スタート方式によって、前記被加工物と前記電極との間に、移行式のプラズマアークを発生させることで、前記被加工物の溶接を行う溶接工程と、を有することを特徴とするプラズマ溶接方法。【００２３】  （２２）前記溶接工程では、前記プラズマジェットアークの発生を継続させた状態で、前記被加工物の溶接を行うことを特徴とする（２０）又は（２１）に記載のプラズマ溶接方法。【００２４】  （２３）前記プラズマジェットアークは、４Ａ以上５００Ａ以下の電流を前記第１の溶接電源が供給することで発生させることを特徴とする（２０）ないし（２２）のうち、いずれか１項記載のプラズマ溶接方法。
【発明の効果】
【００２５】  以上のように、本発明のその１によれば、非移行型のプラズマアークを安価且つ容易に利用できる非移行型のプラズマアークシステム、並びに、そのような非移行型のプラズマアークシステムにおいて、ＴＩＧ溶接用トーチを非移行型のプラズマアークに変換する変換用アダプタキット、及びそのような変換用アダプタキットを備える非移行型のプラズマアーク用トーチを提供することが可能である。【００２６】  また、本発明のその２によれば、溶接システムへの初期投資を抑制した上で、溶接する際に深い溶け込みを得ることがでる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】ＴＩＧ溶接用トーチの一例の側面図である。
【図１Ｂ】ＴＩＧ溶接用トーチの一例の要部断面図である。
【図２Ａ】非移行型のプラズマアーク用トーチ及び変換用アダプタキットの一例を示す図であり、図１Ａと１Ｂに示すＴＩＧ溶接用トーチに変換用アダプタキットが取り付けられた状態を示す図である。
【図２Ｂ】非移行型のプラズマアーク用トーチ及び変換用アダプタキットの一例を示す図であり、図１Ａと１Ｂに示すＴＩＧ溶接用トーチから変換用アダプタキットが取り外された状態を示す図である。
【図３Ａ】変換用アダプタキットの一例を示す図であり、Ｘ軸方向の一方側から見た図である。
【図３Ｂ】変換用アダプタキットの一例を示す図であり、Ｙ軸方向の一方側から見た図である。
【図３Ｃ】変換用アダプタキットの一例を示す図であり、Ｚ軸方向の一方側から見た図である。
【図３Ｄ】変換用アダプタキットの一例を示す図であり、Ｚ軸方向の他方側から見た図である。
【図４】非移行型のプラズマアークシステムの一構成例を示す模式図である。
【図５】プラズマアークシステムの別の構成例を示す模式図である。
【図６】プラズマアーク用トーチを二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチとして使用する場合の図１Ａと１Ｂに示すＴＩＧ溶接用トーチに変換用アダプタキットが取り付けられた状態を示す図である。
【図７】プラズマアーク用トーチを二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチとして使用する場合のプラズマアークシステムの構成例を示す模式図である。
【図８Ａ】変換用アダプタキットの他例を示す図であり、Ｘ軸方向の一方側から見た図である。
【図８Ｂ】変換用アダプタキットの他例を示す図であり、Ｚ軸方向の一方側（基端側）から見た図である。
【図８Ｃ】変換用アダプタキットの他例を示す図であり、非消耗電極の先端が引き込んだ状態を示す断面図である。
【図８Ｄ】変換用アダプタキットの他例を示す図であり、非消耗電極の先端が突き出した状態を示す断面図である。
【図９】実施例１において溶接を行った後の重ね継手のビード外観を示す写真である。
【図１０】実施例２−１において鋼板の表面に対するプラズマ処理の有無を示す写真である。
【図１１】実施例２−２においてガラス板の表面に対するプラズマ処理の有無を示す写真である。
【図１２Ａ】実施例３−１の条件でＳＵＳ３０４の板材を溶接した溶接結果を示す写真である。
【図１２Ｂ】実施例３−１の条件でＳＵＳ３０４の板材を溶接した溶接結果を示す写真である。
【図１３Ａ】実施例３−２において用いたプラズマ溶射ノズルを示す模式図である。
【図１３Ｂ】実施例３−２において溶射を行った後の母材の外観を示す写真である。
【図１３Ｃ】実施例３−２において溶射を行った後の母材の外観を示す写真である。
【図１３Ｄ】実施例３−２において溶射を行った後の母材断面を示す顕微鏡写真である。
【図１３Ｅ】実施例３−２において溶射を行った後の母材断面を示す顕微鏡写真である。
【図１４Ａ】プラズマアーク用トーチを構成する汎用ＴＩＧトーチを示す図である。
【図１４Ｂ】プラズマアーク用トーチ組み立て状態（カバーなし）を示す図である。
【図１４Ｃ】プラズマアーク用トーチの組み立て状態（カバー付き）を示す図である。
【図１４Ｄ】プラズマアーク用トーチの各構成部品を示す分解図である。
【００２８】
【図１５】本発明のその２の実施の形態に係る溶接システムの概略構成を模式的に示す図である。
【図１６】実験例、及び実施例３，４の条件でＳＵＳ３０４の板材を溶接したときの板材の表面及び裏面の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】  以下、本発明のその１を適用した非移行型のプラズマアークシステム、変換用アダプタキット、及び非移行型のプラズマアーク用トーチについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】（非移行型のプラズマアーク用トーチ及び変換用アダプタキット）  先ず、本発明のその１を適用した非移行型のプラズマアーク用トーチ及び変換用アダプタキットの一例について説明する。
【００３１】  本発明のその１を適用したプラズマアーク用トーチは、ＴＩＧ溶接用トーチを流用したものからなり、本発明を適用した変換用アダプタキットを用いて、ＴＩＧ溶接用トーチを非移行型のプラズマアーク用トーチに変換したものからなる。したがって、本発明を適用したプラズマアーク用トーチでは、従来より使用されている汎用のＴＩＧ溶接用トーチを流用することができ、ＴＩＧ溶接用電源装置に接続して使用することが可能となっている。
【００３２】  具体的には、先ず、図１Ａ，１Ｂに示すＴＩＧ溶接用トーチ１００について説明する。  なお、図１Ａは、ＴＩＧ溶接用トーチ１００の側面図であり、図１Ｂは、ＴＩＧ溶接用トーチ１００の要部断面図である。
【００３３】  ＴＩＧ溶接用トーチ１００は、図１Ａ，１Ｂに示すように、陰極としての非消耗電極１０１と、非消耗電極１０１を内側に挿入した状態で支持するコレット１０２と、非消耗電極１０１を先端側から突出させた状態でコレット１０２を内側に保持するコレットボディ１０３と、コレットボディ１０３が取り付けられるトーチボディ１０４と、非消耗電極１０１の周囲を囲んだ状態でコレットボディ１０３に取り付けられると共に、シールドガスを放出するトーチノズル１０５と、トーチボディ１０４とトーチノズル１０５との間に配置される前側ガスケット１０６と、トーチボディ１０４との間に後側ガスケット１０７を配置した状態で取り付けられるトーチキャップ１０８と、トーチボディ１０４が取り付けられると共に、使用者が把持するハンドル１０９とを概略備えている。
【００３４】  非消耗電極１０１は、例えばタングステンなどの融点の高い金属材料を用いて形成された長尺状の電極棒からなる。非消耗電極１０１の先端は、トーチノズル１０５の先端よりも外側に突き出した状態となっている。
【００３５】  コレット１０２は、例えば銅又は銅合金などの電気伝導性及び熱伝導性に優れた金属材料を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。このコレット１０２は、軸線方向に貫通する貫通孔１０２ａを有し、この貫通孔１０２ａの内側に挿入された非消耗電極１０１を軸線方向にスライド可能に支持する。また、コレット１０２の先端側には、複数のスリット１０２ｂが周方向に並んで設けられている。これら複数のスリット１０２ｂは、コレット１０２の先端から軸線方向の中途部に亘って直線状に切り欠かれている。これにより、各スリット１０２ｂの間の先端部分１０２ｃが縮径方向に弾性変形可能となっている。  また、コレット１０２の先端部には、漸次縮径されたテーパー部１０２ｄが設けられている。一方、コレット１０２の基端部には、その周囲よりも拡径された拡径部１０２ｅが設けられている。
【００３６】  コレットボディ１０３は、銅又は銅合金などの電気伝導性及び熱伝導性に優れた材料を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。このコレットボディ１０３は、軸線方向に貫通する貫通孔１０３ａを有し、この貫通孔１０３ａの基端側から挿入されたコレット１０２を内側に保持する。また、コレットボディ１０３の貫通孔１０３ａは、トーチボディ１０４側から供給されたシールドガスが流れる流路を形成している。また、コレットボディ１０３の先端部は、貫通孔１０３ａと共に漸次縮径されており、貫通孔１０３ａの先端部からは非消耗電極１０１のみを突出させることが可能となっている。さらに、コレットボディ１０３の先端側には、シールドガスを噴出される複数の噴出孔１０３ｂが周方向に並んで設けられている。そして、このコレットボディ１０３は、その基端側を螺合によってトーチボディ１０４に着脱自在に取り付けることが可能となっている。
【００３７】  トーチボディ１０４は、上述したコレット１０２やコレットボディ１０３よりも熱伝導率が低い導電性金属材料、例えば軟鋼やステンレス鋼などの鋼材又は真鍮等を用いて形成された本体金具（図示せず。）を有し、この本体金具が絶縁樹脂により被覆された構造を有している。
【００３８】  本体金具は、コレットボディ１０３及びコレット１０２を介して非消耗電極１０１に電力を供給する給電部を形成するものであり、また、その内側がコレットボディ１０３に向かってシールドガスを供給する流路を形成している。
【００３９】  本体金具は、概略円筒状に形成された部分の一端側（先端側）にコレットボディ１０３と、それとは反対側（後端側）にトーチキャップ１０８とを、それぞれ螺合により着脱自在に取り付けることが可能となっている。また、本体金具は、この円筒部分の中途部から下方に向かって概略管状に延長された部分の先端に接続部を有し、この接続部に第１のパワーケーブルＣ１を着脱自在に接続することが可能となっている。
【００４０】  第１のパワーケーブルＣ１は、いわゆる空冷式のパワーケーブルであり、このパワーケーブルＣ１の内側には、例えば、本体金具（給電部）に電力を供給するための給電ケーブルや、本体金具（流路）にシールドガスや後述するプラズマガスを含むガスを供給するためのガスホースが設けられている。 
【００４１】  トーチノズル１０５は、上記コレットボディ１０３の噴出孔１０３ｂから噴出されたシールドガスの整流を行うものである。トーチノズル１０５は、耐熱性に優れたセラミックなどを用いて概略円筒状に形成されると共に、その先端側が漸次縮径されたノズル形状を有している。そして、このトーチノズル１０５は、コレットボディ１０３の外周部に螺合により着脱自在に取り付けることが可能となっている。また、前側ガスケット１０６は、このトーチノズル１０５とトーチボディ１０４との間に挟み込まれた状態で取り付けられている。
【００４２】  トーチキャップ１０８は、後側ガスケット１０７と共にトーチボディ１０４の後端側を封止するものであり、非消耗電極１０１の後端側を内側に収納するように概略キャップ状に形成されている。また、トーチキャップ１０８は、トーチボディ１０４の本体金具に螺合等により着脱自在に取り付けられている。また、トーチキャップ１０８は、トーチボディ１０４に取り付けられたとき、その先端部がコレット１０２の基端部に当接しながら、コレット１０２を先端側に向かって押圧する。このとき、コレットボディ１０３の貫通孔１０３ａに挿入されたコレット１０２の先端面（テーパー部１０２ｄ）が貫通孔１０３ａの先端面に押し付けられることによって、このコレット１０２の先端部分１０２ｃが縮径方向に弾性変形する。これにより、コレット１０２の先端部分１０２ｃが非消耗電極１０１を挟持し、この非消耗電極１０１をコレット１０２内に固定した状態とすることができる。また、コレット１０２に対して非消耗電極１０１を軸線方向にスライドさせた後、このトーチキャップ１０８による固定操作を行うことで、トーチノズル１０５の先端からの非消耗電極１０１の突出量を調整することができる。
【００４３】  ハンドル１０９は、使用者が把持する部分であり、例えば概略パイプ状に形成されて、トーチボディ１０４の延長部分に取り付けられている。そして、第１のパワーケーブルＣ１は、このハンドル１０９の内側を通して上記トーチボディ１０４の接続部に接続可能となっている。
【００４４】  以上のような構造を有するＴＩＧ溶接用トーチ１００では、トーチノズル１０５の先端からシールドガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）に水素（Ｈ２）を添加した混合ガスや、アルゴン（Ａｒ）にヘリウム（Ｈｅ）を添加した混合ガス等を放出しながら、非消耗電極２と被加工物との間でアークを発生させて溶接が行われる。
【００４５】  次に、図２Ａ，２Ｂに示す本発明を適用した非移行型のプラズマアーク用トーチ１、並びに図３Ａ〜３Ｄに示す変換用アダプタキット５０について説明する。  なお、図２Ａは、プラズマアーク用トーチ１の要部を拡大したものであり、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１００に取り付けられた変換用アダプタキット５０を示す。図２Ｂは、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１００に対して変換用アダプタキット５０が取り外された状態を示す。  図３Ａ〜３Ｄは、変換用アダプタキット５０の構成図であり、３Ａは、変換用アダプタキット５０をＸ軸方向の一方側から見た図を示し、３Ｂは、変換用アダプタキット５０をＹ軸方向の一方側から見た図を示し、３Ｃは、変換用アダプタキット５０をＺ軸方向の一方側（基端側）から見た図を示し、３Ｄは、変換用アダプタキット５０をＺ軸方向の他方側（先端側）から見た図を示す。
【００４６】  変換用アダプタキット５０は、図２Ａ，２Ｂ及び図３Ａ〜３Ｄに示すように、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１００に装着されることによって、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１００を非移行型のプラズマアーク用トーチ１に変換するものである。具体的に、この変換用アダプタキット５０は、上記トーチノズル１０５の周囲を囲んだ状態で、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１００に対して着脱自在に取り付けられるアタッチメント５１を備えている。
【００４７】  アタッチメント５１は、冷却水（冷却液）Ｗの循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークＰＡを放出する水冷のインサートチップとして機能するものである。具体的に、このアタッチメント５１は、例えば導電性の金属材料等を用いて概略円筒状に形成された本体部５２を有している。本体部５２は、軸線方向に貫通する貫通孔５２ａを有し、この貫通孔５２ａの基端側から上記トーチノズル１０５を挿入した状態で、固定ネジ５３等の固定手段を用いて上記トーチノズル１０５の外周部に固定される。又は、固定ネジ５３等の固定手段を用いることなく、上記トーチノズル１０５の外周部に嵌め込むことで、上記トーチノズル１０５の外周部に固定することもできる。
【００４８】  また、本体部５２の内部には、冷却水Ｗが流れるウォータージャケット（水路）５４が設けられている。本体部５２の外周部には、ウォータージャケット５４に冷却水Ｗを供給するための入側の接続部５５ａと、ウォータージャケット５４から冷却水Ｗを排出するための出側の接続部５５ｂとが設けられている。
【００４９】  アタッチメント５１は、この本体部５２に第２のパワーケーブルＣ２を着脱自在に接続することが可能となっている。第２のパワーケーブルＣ２は、いわゆる水冷式のパワーケーブルであり、この第２のパワーケーブルＣ２の内側には、例えば、本体部５２に電力を供給するための給電ケーブルや、本体部５２の内部で冷却水（冷却液）を循環させるための冷却ホースが設けられている。
【００５０】  本体部５２の先端には、トーチノズル１０５の先端側の周囲を囲む給電ノズル５６が設けられている。給電ノズル５６は、例えば導電性の金属材料等を用いて概略円筒状に形成されると共に、その先端部が内側に向かって絞り込まれた形状を有している。給電ノズル５６は、その基端側を貫通孔５２ａの内側に挿入した状態で、本体部５２の内周面に螺合によって取り付けられている。また、上記トーチノズル１０５は、貫通孔５２ａの内側に挿入されたとき、給電ノズル５６の基端部に当接されることによって位置決めがなされている。また、非消耗電極１０１の先端は、給電ノズル５６の先端よりも内側に引き込んだ状態となっている。
【００５１】  アタッチメント５１には、シールドキャップ５７が絶縁キャップ（絶縁部）５８を介して取り付けられている。シールドキャップ５７は、本体部５２や給電ノズル５６ほど熱の影響を受けないため、例えばステンレス鋼などの金属材料等を用いて概略円筒状に形成されると共に、その先端部が内側に向かって絞り込まれた形状を有している。シールドキャップ５７は、アタッチメント５１の周囲を囲んだ状態で、絶縁キャップ５８の外周部に螺合によって取り付けられている。絶縁キャップ５８は、絶縁材料等を用いて概略円筒状の部材からなる。絶縁キャップ５８は、本体部５２の外周部に螺合によって取り付けられている。これにより、シールドキャップ５７は、アタッチメント５１に対して絶縁キャップ５８により絶縁された状態で取り付けられている。
【００５２】  本体部５２の内部には、シールドガスＳＧが流れる流路が形成されている。さらに、シールドキャップ５７及び絶縁キャップ５８の内側には、シールドガスＳＧが流れる流路が形成されている。本体部５２の外周部には、シールドガスＳＧを供給するための接続部５９が設けられている。アタッチメント５１は、この接続部５９にシールドガスＳＧを供給するガスホースＧＨを着脱自在に接続することが可能となっている。
【００５３】  また、本体部５２とシールドキャップ５７との間には、シールドキャップ５７から放出されるシールドガスＳＧを整流するガスレンズ（整流部）６０が配置されている。このガスレンズ６０は、金属製のメッシュ部材からなり、リング状に形成されて本体部５２を挿通させた状態でシールドキャップ５７の内側に保持されている。なお、ガスレンズ６０は、必ずしも必要なものではなく、場合によって省略することも可能である。
【００５４】  以上のような構造を有するプラズマアーク用トーチ１では、上記トーチノズル１０５の先端からプラズマガス（作動ガス）ＰＧを放出しながら、陰極（−）としての上記非消耗電極１０１と、陽極（＋）としてのアタッチメント（インサートチップ）５１との間で電気的にプラズマ化されたプラズマガスＰＧを流す。このとき発生するプラズマ流（プラズマジェット）を給電ノズル５６で絞り込み、給電ノズル５６の内壁形状によるウォール効果や、本体部５２を冷却することで得られるサーマルピンチ効果を利用して、エネルギー密度が高められたプラズマアークＰＡを発生させる。また、プラズマアークＰＡは、シールドキャップ５７から放出されるシールドガスＳＧによるサーマルピンチ効果を受けて更に絞り込まれる。
【００５５】  プラズマガスＰＧ及びシールドガスＳＧとしては、特に限定されるものではなく、例えばアルゴン（Ａｒ）や、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスや、アルゴン（Ａｒ）に水素（Ｈ２）を添加した混合ガス、アルゴン（Ａｒ）にヘリウム（Ｈｅ）を添加した混合ガス等を用いることができる。さらに、不活性ガスに窒素（Ｎ２）を添加したものや可燃性ガスを用いることができる。また、シールドガスＳＧについては、例えば炭酸ガス（ＣＯ２）や、不活性ガスに酸素（Ｏ２）や炭酸ガス（ＣＯ２）等の酸化性ガスを添加したものや可燃性ガスを用いてもよい。
【００５６】  これにより、プラズマアーク用トーチ１を用いたプラズマアーク溶接では、エネルギー密度が高く、アーク形状が円柱状に絞り込まれたプラズマアークＰＡを熱源として溶接が行われる。
【００５７】  以上のように、本実施形態では、ＴＩＧ溶接用トーチ１００に変換用アダプタキット５０を取り付けることによって、ＴＩＧ溶接用トーチ１００をプラズマアーク用トーチ１に容易に変換することができる。また、このプラズマアーク用トーチ１を用いて、非移行型のプラズマアークを安価且つ容易に利用することが可能である。
【００５８】  なお、上記変換用アダプタキット５０については、上述した絶縁キャップ５８を介して金属製のシールドキャップ５７が本体部５２に取り付けられたアタッチメント５１の構造に限らず、例えば、絶縁キャップ５８を省略し、金属製のシールドキャップ５７を本体部５２に直接取り付けた構造とすることも可能である。また、絶縁キャップ５８を省略し、セラミック等の絶縁材料からなるシールドキャップ５７を本体部５２に直接取り付けた構造や、耐熱ゴムや耐熱樹脂などを用いてアタッチメント５１の全体（但し、ネジ部などを除く。）を絶縁する構造、塗装やセラミック溶射処理を施すことによってアタッチメント５１の全体を絶縁する構造等とすることも可能である。
【００５９】（非移行型のプラズマアークシステム）  次に、本発明のその１を適用した非移行型のプラズマアークシステムの一例について説明する。  図４は、本発明のその１を適用した非移行型のプラズマアークシステム５００の一構成例を示す模式図である。
【００６０】  プラズマアークシステム５００は、図４に示すように、上記プラズマアーク用トーチ１と、上記プラズマアーク用トーチ１と接続されて、電力並びにプラズマガスＰＧ及びシールドガスＳＧの供給を行う電源装置５０１と、上記プラズマアーク用トーチ１と接続されて、上記アタッチメント（インサートチップ）５１内を流れる冷却水Ｗを循環させる冷却装置５０２とを概略備えている。
【００６１】  プラズマアークシステム５００では、電源装置５０１として、ＴＩＧ溶接用電源装置が用いられている。すなわち、本実施形態のプラズマアークシステム５００では、ＴＩＧ溶接用トーチ１００と共に、ＴＩＧ溶接用電源装置が流用可能となっている。なお、電源装置５０１としては、ＴＩＧ溶接用電源装置を流用する場合に限らず、プラズマアーク用電源装置を用いてもよい。冷却装置５０２については、特に限定されるものではなく、従来より公知のものを使用することができる。
【００６２】  プラズマアークシステム５００では、非消耗電極１０１と電源装置５０１の負極端子（−）との間が第１のパワーケーブルＣ１内の給電ケーブルＥ１を介して電気的に接続されている。また、アタッチメント５１と電源装置５０１の正極端子（＋）との間が第２のパワーケーブルＣ２内の給電ケーブルＥ２を介して電気的に接続されている。
【００６３】  プラズマアークシステム５００では、上記プラズマアーク用トーチ１に空冷式パワーケーブルＣ１内のライナーＬＨを介してプラズマガスＰＧを供給することが可能となっている。また、上記プラズマアーク用トーチ１にガスホースＧＨを介してシールドガスＳＧを供給することが可能となっている。
【００６４】  プラズマアークシステム５００では、電源装置５０１に接続された第２のパワーケーブルＣ２内の冷却ホースＣＨ１が入側の接続部５５ａ（図４において図示せず。）と接続されている。また、冷却装置５０２に接続された冷却ホースＣＨ２が出側の接続部５６ａ（図４において図示せず。）と接続されている。また、電源装置５０１と冷却装置５０２との間を連結する冷却ホースＣＨ３が設けられている。そして、プラズマアークシステム５００では、これら冷却ホースＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３を介してアタッチメント５１（本体部５２）と冷却装置５０２との間で冷却水Ｗを循環させながら冷却を行うことが可能となっている。
【００６５】  プラズマアークシステム５００では、第１のパワーケーブルＣ１、第２のパワーケーブルＣ２、ガスホースＧＨ、及び冷却ホースＣＨ２を、１本の集合ケーブルＣＡに集合したものを用いている。なお、プラズマアークシステム５００で使用されるケーブル類やホース類については、上記構成のものに必ずしも限定されるものではなく、適宜変更を加えてもよい。
【００６６】  以上のような構造を有するプラズマアークシステム５００では、ＴＩＧ溶接用トーチ１００に変換用アダプタキット５０を取り付けることによって変換されたプラズマアーク用トーチ１と共に、ＴＩＧ溶接用電源装置を流用した電源装置５０１を用いて、非移行型のプラズマアークを安価且つ容易に利用することが可能である。
【００６７】  なお、本発明のその１は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。  例えば、図５に示すプラズマアークシステム５００Ａのように、プラズマアーク用トーチ１を使用する場合と、ＴＩＧ溶接用トーチ１００を使用する場合とで、電力の供給を切り替える切替機構５０３を備えた構成としてもよい。
【００６８】  具体的に、この切替機構５０３は、電源装置５０１の正極端子（＋）と電気的に接続された第１の給電ケーブルＥ３と、アタッチメント５１と電気的に接続する第２の給電ケーブルＥ４と、被加工物Ｓと電気的に接続する第３の給電ケーブルＥ５との間に配置されて、第１の給電ケーブルＥ３と第２の給電ケーブルＥ４との間と、第１の給電ケーブルＥ３と第３の給電ケーブルＥ５との間で接点の接続を切り替える。
【００６９】  すなわち、非移行型のプラズマアーク用トーチ１を使用する場合は、第１の給電ケーブルＥ３及び第２の給電ケーブルＥ４を介してアタッチメント５１と電源装置５０１の正極端子（＋）との間を接続するように切替機構５０３を切り替える。一方、ＴＩＧ溶接用トーチ１００を使用する場合は、第１の給電ケーブルＥ３及び第３の給電ケーブルＥ５を介して被加工物Ｓと電源装置５０１の正極端子（＋）との間を接続するように切替機構５０３を切り替える。
【００７０】  これにより、非移行型のプラズマアーク用トーチ１を使用する場合と、ＴＩＧ溶接用トーチ１００を使用する場合で、電源装置５０１との接続を容易に切り替えることが可能である。
【００７１】  また、上記プラズマアーク用トーチ１は、図６及び図７に示すように、二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチとして使用することも可能である。この場合、第１の給電ケーブルＥ３及び第３の給電ケーブルＥ５を介して被加工物Ｓと電源装置５０１の正極端子（＋）との間を電気的に接続する。また、上記プラズマアーク用トーチ１において、上述した非消耗電極１０１の先端が給電ノズル５６の先端よりも内側に引き込んだ状態から、非消耗電極１０１の先端が給電ノズル５６の先端よりも外側に突き出した状態とする。これにより、上記プラズマアーク用トーチ１を二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチとして使用することが可能である。なお、二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチとして使用する場合は、給電ノズル（インナーノズルという。）５６からプラズマガスＰＧの代わりに第１のシールドガスＳＧ１を放出し、シールドキャップ（アウターノズルという。）５７から第２のシールドガスＳＧ２を放出する。
【００７２】  すなわち、変換用アダプタキット５０は、ＴＩＧ溶接用トーチ１００に取り付けることによって、ＴＩＧ溶接用トーチ１００を二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチに変換する機能を有している。一方、プラズマアーク用トーチ１から変換用アダプタキット５０を取り外すことで、ＴＩＧ溶接用トーチ１００に容易に変換することができる。
【００７３】  電源装置５０１として、ＴＩＧ溶接用電源装置を用いた場合、ＴＩＧ溶接用電源装置が備える機能をプラズマアークに適用することが可能である。例えば、ＴＩＧ溶接用電源装置では、周波数が０．１〜５００Ｈｚ程度の直流パルス制御を用いている。この直流パルス制御は、アーク熱のコントロールなどに適している。また、ＴＩＧ溶接用電源装置では、周波数が３０〜４００Ｈｚ程度の交流周波数制御を用いている。この交流周波数制御は、クリーニング作用を必要とする用途に適している。さらに、ＴＩＧ溶接用電源装置では、周波数が０．１〜２０Ｈｚ程度の直流パルス制御と交流周波数制御とを組み合わせた制御を用いている。この制御では、非消耗電極１０１の消耗を抑える効果などがある。
【００７４】  また、例えば図８Ａ〜８Ｄに示す変換用アダプタキット５０Ａのように、給電ノズル５６Ａが本体部５２Ａに対して軸線方向に移動自在に支持されたアタッチメント５１Ａを備えた構成とすることも可能である。なお、図８Ａは、変換用アダプタキット５０ＡをＸ軸方向の一方側から見た図を示し、図８Ｂは、変換用アダプタキット５０ＡをＺ軸方向の一方側（基端側）から見た図を示し、図８Ｃは、変換用アダプタキット５０Ａにおいて非消耗電極１０１の先端が引き込んだ状態の断面図を示し、図８Ｄは変換用アダプタキット５０Ａにおいて非消耗電極１０１の先端が突き出した状態の断面図を示す。また、以下の説明では、上記変換用アダプタキット５０と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００７５】  具体的に、このアタッチメント５１Ａにおいて、本体部５２Ａは、固定部６１と、可動部６２とに分割された構成を有している。このうち、固定部６１は、上述した貫通孔５２ａを含む部分である。一方、可動部６２は、上述したウォータージャケット（水路）５４、入側の接続部５５ａ、出側の接続部５５ｂ、給電ノズル５６Ａ、シールドキャップ５７、絶縁キャップ５８、接続部５９及びガスレンズ６０を含む部分である。
【００７６】  固定部６１は、貫通孔５２ａの基端側から上記トーチノズル１０５を挿入した状態で、固定ネジ５３等の固定手段を用いて上記トーチノズル１０５の外周部に固定される。また、固定部６１には、可動部６２を収納する収納凹部６３と、可動部６２の外周面に取り付けられた一対のガイドネジ６４ａ，６４ｂを案内する一対のガイドスリット６５ａ，６５ｂとが設けられている。
【００７７】  可動部６２は、一対のガイドスリット６５ａ，６５ｂの内側に一対のガイドネジ６４ａ，６４ｂが係合された状態で、収納凹部６３の内側に収納されている。また、収納凹部６３の内側には、可動部６２を先端側に向かって付勢する圧縮コイルバネ６６が収納されている。
【００７８】  これにより、アタッチメント５１Ａでは、一対のガイドスリット６５ａ，６５ｂの内側で一対のガイドネジ６４ａ，６４ｂを相対移動（スライド）させながら、固定部６１に対して可動部６２を軸線方向に移動させることが可能となっている。また、アタッチメント５１Ａでは、圧縮コイルバネ６６の付勢に抗して可動部６２を収納凹部６３の内側に押し込むことが可能である。さらに、アタッチメント５１Ａでは、ガイドネジ６４ａ，６４ｂを締め込むことによって、可動部６２を固定部６１に固定することが可能である。
【００７９】  以上のような変換用アダプタキット５０Ａが装着されたプラズマアーク用トーチ１では、固定部６１に対して給電ノズル５６Ａを含む可動部６２を軸線方向に移動させることによって、図８Ｃに示す非消耗電極１０１の先端が給電ノズル５６Ａの先端よりも内側に引き込んだ状態と、図８Ｄに示す非消耗電極１０１の先端が給電ノズル５６Ａの先端よりも外側に突き出した状態とに切り替えることができる。
【００８０】  これにより、非消耗電極１０１の先端が給電ノズル５６Ａの先端よりも内側に引き込んだ状態では、プラズマアークを熱源とした溶接等を行うことができる。一方、非消耗電極１０１の先端が給電ノズル５６の先端よりも外側に突き出した状態では、プラズマアーク用トーチ１を二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチに変換することができる。
【００８１】  なお、プラズマアークの用途については、上述した溶接に限らず、例えば、被加工物に対するロウ付けや、金属、樹脂、ガラス等の接合、ガスバーナーの代替としての切断、溶射などの表面加工処理や表面改質処理、溶融炉などの熱源、その他の熱源及びプラズマ発生源として幅広く利用することが可能である。
【００８２】  また、上記実施形態では、変換用アダプタキット５０，５０Ａを用いて、ＴＩＧ溶接用トーチ１００を非移行型のプラズマアーク用トーチ１に変換して使用する場合について説明したが、上記非移行型のプラズマアーク用トーチ１については、陰極（−）としての非消耗電極と陽極（＋）としての被加工物との間で電流を流す移行型のプラズマアーク用トーチとして使用することも可能である。
【００８３】また、上記プラズマアーク用トーチ１は、図１４Ａ〜１４Ｄに示すように、汎用ＴＩＧトーチ（図１４Ａ）と分解図（図１４Ｄ）で示す各構成部品とを備える（完成図１（図１４Ｂ）又は完成図２（図１４Ｃ））。完成図１は、カバーなしの組み立て状態図を示す（図１４Ｂ）。完成図２は、カバー付きの組み立て状態図を示す（図１４Ｃ）。図１４Ｄの分解図において、電極センター矯正セラミック１５１は非消耗電極１０１を絶縁状態で中心に誘導するガイドである。ノズル１５３は本体部先端に設置される外側のシールドノズルである。インシュレータ１５５はシールドガス漏洩を目的に設置される部品である。アタッチメント固定リング１５７は、本体部５２とインシュレーター１５５を接続するリングである。本体絶縁カバー１５９は、本体部５２を絶縁するカバーであり、カバー１６１はハンドル１０９を覆うカバーである。
【００８４】  以下、図面を参照して本発明のその２を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明のその２の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の溶接システムの寸法関係とは異なる場合がある。
【００８５】  （実施の形態）  図１５は、本発明のその２の実施の形態に係る溶接システムの概略構成を模式的に示す図である。図１５では、説明の便宜上、プラズマ溶接用トーチ２１２を構成するインサートチップ２２２及びシールドキャップ２２４を断面で図示する。また、図１５では、溶接システム２１０の構成要素以外の構成を点線で図示する。
【００８６】図１５を参照するに、本実施の形態の溶接システム２１０は、プラズマ溶接用トーチ２１２と、電源装置２１３と、配線２１６〜２１９と、を有する。  プラズマ溶接用トーチ２１２は、電極２２１と、インサートチップ２２２と、センターガス供給用流路２２３と、シールドキャップ２２４と、アウターガス供給用流路２２５と、を有する。
【００８７】  電極２２１は、一方向に延在した非消耗電極であり、先鋭形状とされた先端部２２１Ａを有する。先端部２２１Ａは、インサートチップ２２２内に完全に収容されている。電極２２１は、融点の高い金属材料で構成されている。  電極２２１の材料としては、例えば、タングステンや、タングステンに酸化物（例えば、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム等）を添加した材料を用いることができる。
【００８８】  インサートチップ２２２は、電極２２１との間に隙間が介在されるように（言い換えれば、センターガス供給用流路２２３が形成可能なように）、電極２２１の外周を囲むように配置された筒状の部材である。  インサートチップ２２２は、その内部に冷却水を供給可能な冷却水用流路２２２Ａを有する。冷却水用流路２２２Ａは、冷却水用流路２２２Ａ内に電極２２１を冷却する冷却水を供給するとともに、電極２２１の冷却に寄与した冷却水を回収する冷却水循環部２３１と接続されている。  インサートチップ２２２の先端部の形状は、インサートチップ２２２の基端から先端に向かう方向に対して縮径された形状とされている。
【００８９】  インサートチップ２２２の先端は、インサートチップ２２２の外部に電極２２１から発生したプラズマアークを噴出させるインサートチップ孔２２２Ｂを有する。  電極２２１において発生したプラズマアークは、インサートチップ２２２によってウォール効果及びサーマルピンチ効果を受けるため、絞られてエネルギー密度の高いアークとなり、インサートチップ孔２２２Ｂから噴出する。
【００９０】  センターガス供給用流路２２３は、電極２２１の外面とインサートチップ２２２の内面とで区画された略筒状の空間である。センターガス供給用流路２２３は、センターガス供給ライン２３３を介して、センターガス供給源２３２と接続されている。  センターガス供給源２３２からセンターガス供給用流路２２３にセンターガスが供給されると、電極２２１の先端部２２１Ａにセンターガスが供給される。該センターガスとしては、例えば、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。  なお、図１５には図示していないが、センターガス供給ライン２３３には、センターガスの流量を測定する流量計やセンターガスの流量を調整する流量調整用バルブが設けられている。
【００９１】  シールドキャップ２２４は、インサートチップ２２２との間に隙間が介在されるように（言い換えれば、アウターガス供給用流路２２５が形成可能なように）、インサートチップ２２２の外周を囲むように配置された筒状の部材である。シールドキャップ２２４の先端部の形状は、縮径された形状とされている。
【００９２】  アウターガス供給用流路２２５は、インサートチップ２２２の外面とシールドキャップ２２４の内面とで区画された略筒状の空間である。アウターガス供給用流路２２５は、アウターガス供給ライン３６を介して、アウターガス供給源２３５と接続されている。  アウターガス供給源２３５からアウターガス供給用流路２２５にアウターガスが供給されると、プラズマ溶接用トーチ２１２の先端側にアウターガスが供給される。
【００９３】  該アウターガスとしては、例えば、アルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガス単体、アルゴンガスと水素ガスとを混合させた混合ガス、アルゴンガスとヘリウムガスとを混合させた混合ガス、アルゴンガスとヘリウムガスと水素ガスとを混合させた混合ガス、アルゴンと酸素や二酸化炭素からなる酸化性ガスを混合させた混合ガス、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスに窒素を混合させた混合ガス等を用いることができる。  なお、図１５には図示していないが、アウターガス供給ライン３６には、アウターガスの流量を測定する流量計やアウターガスの流量を調整する流量調整用バルブが設けられている。
【００９４】  電源装置２１３は、第１の溶接電源２１４と、第１の溶接電源２１４から溶接電流が供給されている間のみ、溶接電流を供給する電源である第２の溶接電源２１５と、で構成されている。  第１の溶接電源２１４は、高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。第２の溶接電源２１５は、高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。
【００９５】  電源装置２１３は、高周波装置を有する第１の溶接電源２１４と、高周波装置を有する第２の溶接電源２１５と、で構成してもよい。つまり、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５として、同じ種類の溶接電源を用いてもよい。  この場合、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５として、同じ種類の溶接電源を用いることが可能となる。これにより、共通の部品を用いることが可能となり、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５が故障した際の予備電源の管理を容易に行うことができる。  また、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５として、同じ種類の溶接電源を用いることで、溶接電源の操作方法が同じになるため、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５の誤操作を抑制することができる。
【００９６】  電源装置２１３は、高電圧装置を有する第１の溶接電源２１４と、高電圧装置を有する第２の溶接電源２１５と、で構成してもよい。つまり、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５として、同じ種類の溶接電源を用いてもよい。  この場合、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５として、同じ高周波装置を用いた場合と同様な効果を得ることができる。
【００９７】  また、電源装置２１３は、高周波装置を有する第１の溶接電源２１４と、高電圧装置を有する第２の溶接電源２１５と、で構成してもよいし、或いは、高電圧装置を有する第１の溶接電源２１４と、高周波装置を有する第２の溶接電源２１５と、で構成してもよい。つまり、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５として、異なる種類の溶接電源を用いてもよい。
【００９８】  上記説明したように、電源装置２１３は第１の溶接電源２１４と、第１の溶接電源２１４から溶接電流が供給されている間のみ、溶接電流を供給する電源である第２の溶接電源２１５と、で構成されている。  一方、従来のプラズマ電源装置を構成する高周波装置は、パイロットアーク発生させるためだけに使用される高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。  つまり、従来のプラズマ溶接電源では、パイロットアーク電源及び高周波装置によって、パイロットアークを発生させ、該パイロットアークに導かれてメインアークが電極と母材と間に移行する。
【００９９】  したがって、従来のプラズマ電源装置では、メインアーク発生の為に、高周波装置を使用しない。一方、本願発明において、例えば、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５が高周波装置を有する場合、第１の溶接電源を構成する高周波装置によりパイロットアークを発生させ、その後、第１及び第２の溶接電源を構成する高周波装置（２つの高周波装置）により、パイロットアークをメインアークとして、より確実に電極から母材へ移行させる（移行式）ことができる。  つまり、本願発明では、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５に設けられた高周波装置を使用することによって、パイロットアークをメインアークにスムーズに移行させることができる。
【０１００】  第１の溶接電源２１４は、一般的な従来のプラズマ電源装置（具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置）ではなく、一般的なＴＩＧ溶接システムで使用される安価な溶接電源である。  第１の溶接電源２１４としては、例えば、アーク形成用の高周波装置や、アーク形成用の高電圧装置、或いは、直流出力電流、初期電流、クレータ電流、ガスプリフロー時間、ガスアフター時間、電流アップスロープ時間、電流ダウンスロープ時間、パルス周波数、及びパルス幅等の調整可能な溶接電源を用いることができる。  第１の溶接電源２１４の仕様としては、例えば、直流出力電流が４Ａ〜５００Ａ、初期電流が１０Ａ〜５００Ａ、クレータ電流が１０Ａ〜５００Ａ、ガスプリフロー時間が０秒〜３０秒、ガスアフター時間が０秒〜３０秒、アップスロープ時間が０秒〜１０秒、電流出力が０秒〜１０秒、ダウンスロープ時間が０秒〜１０秒、電流出力が０秒〜１０秒、パルス周波数が０．１Ｈｚ〜５００Ｈｚ、パルス幅が５％〜９５％を用いることができる。  なお、第１の溶接電源２１４として、例えば、交流と直流との併用が可能な交直両用の溶接電源を用いてもよい。この場合には、交直両用の溶接電源の直流の機能のみを用いる。
【０１０１】  第１の溶接電源２１４は、プラス端子２１４Ａと、マイナス端子２１４Ｂと、を有する。プラス端子２１４Ａは、配線２１６の一端と接続されている。プラス端子２１４Ａは、配線２１６を介して、インサートチップ２２２と電気的に接続されている。  マイナス端子２１４Ｂは、配線２１７の一端と接続されている。マイナス端子２１４Ｂは、配線２１７を介して、電極２２１と電気的に接続されている。  上記構成とされた第１の溶接電源２１４は、非移行式のプラズマ溶接を行う際の溶接電源として機能する。
【０１０２】  第２の溶接電源２１５は、一般的な従来のプラズマ電源装置（具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置）ではなく、一般的なＴＩＧ溶接システムで使用される安価な溶接電源である。  第２の溶接電源２１５としては、先に説明した第１の溶接電源２１４と同様なもの（具体的には、アーク形成用の高周波装置や、アーク形成用の高電圧装置、或いは、直流出力電流、初期電流、クレータ電流、ガスプリフロー時間、ガスアフター時間、電流アップスロープ時間、電流ダウンスロープ時間、パルス周波数、及びパルス幅等の調整が可能で、かつこれらの範囲が上述した範囲内とされた溶接電源）を用いることができる。なお、第２の溶接電源２１５として、例えば、交流と直流との併用が可能な交直両用の溶接電源を用いてもよい。この場合、被加工物２１１の材料としてステンレスや鉄等を用いる際には、交直両用の溶接電源の直流の機能のみを用いて溶接を行う。また、アルミや銅合金などの溶接は交流の機能を用いる。
【０１０３】  第２の溶接電源２１５は、プラス端子２１５Ａと、マイナス端子２１５Ｂと、を有する。プラス端子２１５Ａは、配線２１８の一端と接続されている。プラス端子２１５Ａは、配線２１８を介して、被加工物２１１と電気的に接続されている。  マイナス端子２１５Ｂは、配線２１９の一端と接続されている。マイナス端子２１５Ｂは、配線２１９を介して、電極２２１と電気的に接続されている。  上記構成とされた第２の溶接電源２１５は、移行式のプラズマ溶接を行う際の溶接電源として機能する。
【０１０４】  上記構成とされた電源装置２１３（第１及び第２の溶接電源２１４，２１５よりなる溶接電源）は、例えば、一般的な従来のプラズマ電源装置の価格の１／１０〜１／３程度のものを用いることができる。これにより、溶接システム２１０の低コスト化を図ることができる。
【０１０５】  このように、一般的な従来のプラズマ電源装置（具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置）よりも安価な電源装置２１３を有することで、第１の溶接電源２１４から供給される電流により発生させられるプラズマジェットアークと、第２の溶接電源２１５から供給される電流により発生させられるプラズマアークと、の相乗効果により、被加工物２１１の溶け込みを増大させることが可能となる。これにより、従来のプラズマ溶接システムと同等以上の溶け込みを得ることができるとともに、溶接速度を向上させることができる。
【０１０６】  本実施の形態の溶接システム２１０では、第１の溶接電源２１４と第２の溶接電源２１５とが設置され、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５から供給される電気エネルギーが合わさって、母材の溶接が行われる。  また、溶接する母材や溶接条件によって、より多くの溶接電流の供給が必要な場合があるが、本発明のその２では、このような場合でも、汎用のＴＩＧ溶接電源の自由な組み合わせによって対応することができる。
【０１０７】  しかも、汎用のＴＩＧ溶接電源に標準的に設置される高周波装置を常時使用することで、メインアークを安定して維持することが可能となる。  つまり、本発明のその２では、非移行式と移行式との相乗効果により、必要な溶け込み深さを確保することができる。また、溶接電流を高めに設定することにより、従来のプラズマ溶接よりも深い溶け込みを得ることができ、かつ溶接作業の高速化を実現できる。
【０１０８】  一方、従来のプラズマアーク式溶接システムでは、主電源からの電気エネルギーのみが母材の溶接に用いられので、溶接母材や溶接条件によって、より多くの溶接電流の供給が必要な場合、溶接電源の追加等が必要となる。
【０１０９】  本実施の形態の溶接システムは、プラズマ溶接用トーチ２１２と、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子２１４Ａがインサートチップ２２２と電気的に接続され、マイナス端子２１４Ｂが電極２２１と電気的に接続された第１の溶接電源２１４、及びＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子２１５Ａが被加工物２１１と電気的に接続され、マイナス端子２１５Ｂが電極２２１と接続された第２の溶接電源２１５よりなる電源装置２１３と、を有する。
【０１１０】  これにより、従来のプラズマ溶接システムの高価な電源装置よりも安価な電源装置２１３を用いて、第１の溶接電源２１４から供給される電流により発生させられるプラズマジェットアークと、第２の溶接電源２１５から供給される電流により発生させられるプラズマアークと、の相乗効果により、被加工物２１１の溶け込みを増大させることが可能となる。  つまり、溶接システム２１０への初期投資を抑制した上で、従来のプラズマ溶接システムと同等以上の溶け込み深さを得ることができる。
【０１１１】  なお、上記構成とされた溶接システム２１０は、非キーホール溶接やキーホール溶接等に用いることができる。
【０１１２】  次いで、図１５を参照して、本実施の形態の溶接システム２１０を用いた第１のプラズマ溶接方法について説明する。  本実施の形態の第１のプラズマ溶接方法は、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子１４Ｂがプラズマ溶接用トーチ２１２のインサートチップ２２２と電気的に接続され、マイナス端子２１４Ｂがプラズマ溶接用トーチ２１２の電極２２１と電気的に接続された第１の溶接電源２１４から電流を供給することで、電極２２１とインサートチップ２２２との間に、非移行式のプラズマジェットアークを発生させるプラズマジェットアーク発生工程と、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子２１５Ａが被加工物２１１と電気的に接続され、マイナス端子２１５Ｂが電極２２１と接続された第２の溶接電源２１５から電流を供給すると共に、被加工物２１１と電極２２１との間に、移行式のプラズマアークを発生させることで、被加工物２１１の溶接を行う溶接工程と、を有する。
【０１１３】  上記プラズマジェットアーク発生工程では、始めに、センターガス供給用流路２２３にセンターガスを供給する。センターガスとしては、上述したガスを用いることができる。  センターガスの流量は、目的に応じて適宜選択することが可能であるが、例えば、０．１〜５Ｌ／ｍｉｎの範囲内で設定することができる。  このとき、アウターガス供給用流路２２５には、アウターガスを供給してもよいし、アウターガスを供給しなくてもよい。
【０１１４】  次いで、第１の溶接電源２１４を用いて、電極２２１とインサートチップ２２２との間に電流を供給することで、電極２２１の先端部２２１Ａの下方に非移行式のプラズマジェットアークを発生させる。  このとき、第１の溶接電源２１４が、電極２２１とインサートチップ２２２との間に供給する電流の大きさは、例えば、溶接電源の性能範囲から４Ａ以上５００Ａ以下の範囲内で適宜選択することができる。
【０１１５】  第１の溶接電源２１４が、電極２２１とインサートチップ２２２との間に供給する電流の大きさが４Ａよりも小さいと、パイロットアークが不安定となる恐れがある。一方、第１の溶接電源２１４が、電極２２１とインサートチップ２２２との間に供給する電流の大きさが５００Ａよりも大きいと、安価に販売されているＴＩＧ溶接電源では対応できなくなりコストアップになってしまう。  したがって、第１の溶接電源２１４が、電極２２１とインサートチップ２２２との間に供給する電流の大きさを４Ａ以上５００Ａ以下とすることで、溶接電源の導入コストを抑制することができる。  また、第１の溶接電源２１４が供給する電流は、例えば、２０Ａ以上５００Ａ以下とすることが好ましい。  このように、第１の溶接電源２１４が供給する電流を２０Ａ以上５００Ａ以下とすることで、プラズマジェットアークが安定するとともに、より深い溶け込みを得ることができる。
【０１１６】  上記溶接工程では、プラズマジェットアーク発生工程においてアウターガス供給用流路２２５にアウターガスを供給しなかった場合には、アウターガス供給用流路２２５にアウターガスを供給する。  なお、プラズマジェットアーク発生工程において、アウターガス供給用流路２２５にアウターガスを供給した場合には、アウターガスの供給を継続させる。アウターガスは、溶融部を大気から遮断する機能を有する。
【０１１７】  次いで、溶接工程において、プラズマジェットアーク及びプラズマアークを用いて被加工物２１１を溶接する場合を例に挙げて、その手法について説明する。  この場合、アウターガスの供給を維持し、プラズマジェットアークの発生を継続（第１の溶接電源２１４からの電流の供給を継続）させた状態で、第２の溶接電源２１５から電極２２１と被加工物２１１との間に電流を供給することで、プラズマジェットアーク及びプラズマアークを発生させて被加工物２１１の溶接を行う。
【０１１８】  このとき、第２の溶接電源２１５が供給する電流は、第１の溶接電源２１４が供給する電流よりも小さくても、大きくてもよい。  溶接工程において、第２の溶接電源２１５が供給する電流は、例えば、４Ａ以上５００Ａ以下の範囲内で適宜選択することができる。
【０１１９】  なお、溶接工程において、プラズマアークのみを用いて被加工物２１１を溶接することも可能である。  この場合、この場合、アウターガスの供給を維持し、第２の溶接電源２１５から電極２２１と被加工物２１１との間に電流を供給してから、プラズマジェットアークの発生を停止（第１の溶接電源２１４からの電流の供給を停止）させた状態で、プラズマアークのみで被加工物２１１の溶接を行う。  この溶接工程において、第２の溶接電源２１５が供給する電流は、例えば、４Ａ以上５００Ａ以下の範囲内で適宜選択することができる。
【０１２０】  なお、被加工物２１１の材料がアルミニウム合金やＣｕ合金等の場合、クリーニング処理が必要となるため、第２の溶接電源２１５が供給する電流としては、交流のアーク波形のものを用いるとよい。  ここでの「クリーニング処理」とは、プラスイオンが衝突することで母材の表面の酸化膜を除去する処理のことをいう。クリーニング処理では、電極側をプラスにすると、電極が消耗するので、第２の溶接電源２１５として直流電源（電極が正極）を利用することができない。そこで、第２の溶接電源２１５が供給する電流として、交流のアーク波形を用いることで、電極の消耗を抑制した上で、酸化膜を除去することができる。
【０１２１】  また、上記溶接システム２１０は、第２の溶接電源２１５を用いることなく、第１の溶接電源２１４のみを用いて、予熱が必要な母材に対し、予熱用として用いても良く、目的の予熱温度に達した後に、第２の溶接電源２１５を用いて、メインアークへ移行することもできる。その他に溶接、ろう付け、はんだ付け、溶射等を行ってもよいし、その他の熱源（例えば、炉の熱源・後熱処理の熱源・ガラスの熱加工など、その他多くの熱源）として利用してもよい。  また、汎用のＴＩＧトーチ（例えば、特願２０１４−０５６５２８に開示されたトーチ）を用いた構成のプラズマトーチを用いてもよい。  第２の溶接電源２１５のみを用い、プラズマ溶接用トーチ２１２のインサートチップ孔２２２Ｂを電極２２１よりも大きくし、その電極２２１をインサートチップ２２２Ｂの先端から突出させることで、ＴＩＧ溶接用として用いてもよい。また、プラズマ溶接用トーチ２１２に替えて、ＴＩＧ溶接用トーチを用いてもよい。
【０１２２】  本実施の形態の第１のプラズマ溶接方法によれば、上記説明したプラズマジェットアーク発生工程、及び被加工物２１１の溶接を行う溶接工程を有することで、従来のプラズマ溶接システムの高価な電源装置よりも安価な電源装置２１３を用いて、第１の溶接電源２１４から供給される電流により発生させられるプラズマジェットアークと、第２の溶接電源２１５から供給される電流により発生させられるプラズマアークと、の相乗効果により、被加工物２１１の溶け込みを増大させることが可能となる。つまり、第１の溶接電源２１４から供給される電流（電気エネルギー）を、メインアークの移行を安定させるために利用することが可能となる。  したがって、溶接システム２１０への初期投資を抑制した上で、従来のプラズマ溶接システムと同等以上の溶け込み深さを得ることができる。
【０１２３】  なお、特許文献２に開示されたパイロットアーク用の直流電源は、アーク発生目的の電流を供給するが、該電流は一般的に低電流であるため、本実施の形態で説明した第１の溶接電源２１４のようにメインアークの安定移行に貢献することができない。
【０１２４】  次に、図１５を参照して、本実施の形態の溶接システム２１０を用いた第２のプラズマ溶接方法について説明する。  本実施の形態の第２のプラズマ溶接方法は、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子２１４Ａがプラズマ溶接用トーチ２１２のインサートチップ２２２と電気的に接続され、マイナス端子２１４Ｂがプラズマ溶接用トーチ２１２の電極２２１と電気的に接続された第１の溶接電源２１４を用いて、電極２２１とインサートチップ２２２との間に、非移行式のプラズマジェットアークを発生させるプラズマジェットアーク発生工程と、ＴＩＧ溶接システムに使用される溶接電源であり、プラス端子２１５Ａが被加工物２１１と電気的に接続され、マイナス端子２１５Ｂが電極２２１と接続された第２の溶接電源２１５から電流を供給すると共に、第２の溶接電源２１５を構成する高周波装置による高周波スタート方式、或いは該高周波装置に替えて第２の溶接電源２１５を構成する高電圧装置による高電圧スタート方式によって、被加工物２１１と電極２２１との間に、移行式のプラズマアークを発生させることで、被加工物２１１の溶接を行う溶接工程と、を有する。
【０１２５】  本発明のその２において、「高周波スタート方式」とは、アークスタートの際に高周波を用いたスタート方式のことをいい、「高電圧スタート方式」とは、アークスタートの際に高電圧を用いたスタート方式のことをいう。
【０１２６】  本実施の形態の第２のプラズマ溶接方法は、溶接工程において、第２の溶接電源２１５を構成する高周波装置による高周波スタート方式、或いは該高周波装置に替えて第２の溶接電源２１５を構成する高電圧装置による高電圧スタート方式によって、被加工物２１１と電極２２１との間に、移行式のプラズマアークを発生させることで、被加工物２１１の溶接を行うことが異なる以外は、先に説明した第１のプラズマ溶接方法と同様な手法で行うことができ、第１のプラズマ溶接方法と同様な効果を得ることができる。
【０１２７】  また、本実施の形態の第２のプラズマ溶接方法は、第１の溶接電源２１４から供給される電流の数値が小さくても（例えば、５Ａ程度でも）、第２の溶接電源２１５を構成する高周波装置または高電圧装置を利用して、安定したメインアーク移行を実現することができる点が、先に説明した第１のプラズマ溶接方法とは異なる。  第２のプラズマ溶接方法では、第２の溶接電源２１５を構成する高周波装置または高電圧装置を利用して、安定したメインアーク移行を行い、第１のプラズマ溶接方法では、メインアーク移行を安定的に行うために第１の溶接電源２１４から供給される電流（電気エネルギー）を利用している。
【実施例】
【０１２８】  以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。【０１２９】（実施例１）  実施例１では、実際に上記プラズマアーク用トーチ１を用いて溶接を行った。その溶接条件は以下のとおりである。被加工物の材質：冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、板厚１．６ｍｍ、２枚溶接の種類：重ね継手  プラズマガス：９３％Ａｒガスと７％Ｈ２ガスの混合ガス、流量１０Ｌ／ｍｉｎ  非消耗電極：タングステン電極棒、直径４ｍｍ  給電ノズル：内径５ｍｍ  ろう材：リン銅ろう  電流：１８０Ａ  【０１３０】  そして、溶接後の写真を図９に示す。  図９中の囲み部分Ｑに示すように、溶接部分は、溶接欠陥のない美しい仕上がりとなった。【０１３１】（実施例２−１）  実施例２−１では、実際に上記プラズマアーク用トーチ１を用いて、鋼板の表面に対してプラズマ処理（表面改質処理）を行った。その処理条件は以下のとおりである。鋼板の材質：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、板厚０．７ｍｍ  プラズマガス：１００％Ａｒガス、流量５Ｌ／ｍｉｎ  給電ノズル：内径５ｍｍ  電流：１００Ａ  【０１３２】  そして、プラズマ処理後の写真を図１０に示す。なお、図１０中の左側（Ｌ）は、プラズマ処理無しの場合であり、図１０中の右側（Ｒ）は、プラズマ処理有りの場合である。  図９に示すように、プラズマ処理によって鋼板の表面における濡れ性が向上した。【０１３３】（実施例２−２）  実施例２−２では、実際に上記プラズマアーク用トーチ１を用いて、ガラス板の表面に対してプラズマ処理（表面改質処理）を行った。その処理条件は以下のとおりである。ガラス板の材質：フロートガラス、板厚２ｍｍ  プラズマガス：１００％Ａｒガス、流量５Ｌ／ｍｉｎ  給電ノズル：内径５ｍｍ  電流：５０Ａ  【０１３４】  そして、プラズマ処理後の写真を図１１に示す。なお、図１１中の左側（Ｌ）は、プラズマ処理無しの場合であり、図１１中の右側（Ｒ）は、プラズマ処理有りの場合である。  図１１に示すように、プラズマ処理によってガラス板の表面における濡れ性が向上した。【０１３５】（実施例３−１）実施例３−１は、本発明のその１の図５に示す本発明のプラズマアダプタを取り付けた装置を用いた実施例です。溶接結果の表ビードと裏ビードを図１２Ａ、図１２Ｂに示す。従来の溶接に比較して、良好なビード外観が得られた。また、本発明のその２（ＴＩＧ溶接機２台）の図１５のシステムを本発明その１のプラズマアダプタを取り付けた場合も同様の結果が得られた。その処理条件は以下のとおりである。鋼板の材質：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、板厚１ｍｍパイロットガス（センターガス）：１００％Ａｒガス、流量１．５Ｌ／ｍｉｎシールドガス（アウターガス）：９３％Ａｒガスと７％Ｈ２ガスの混合ガス、流量７Ｌ／ｍｉｎ電極径：Φ２．４  拘束ノズル内径：Φ２溶接速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ  溶接電流：３０Ａ【０１３６】（実施例３−２）実施例３−２はプラズマ溶射例です。図５のシールドガス（アウターノズル）は無い状態で実施した例です。溶射母材ブラスト処理材にＺｎ−２％Ａｌ粉末、Ｚｎワイヤを溶射した。図１３Ａ���実施の用いたプラズマ溶射ノズルを示す。図１３Ｂ、図１３Ｃは其々、溶射後の母材の外観を示す。図１３Ｄ、図１３Ｅは其々、溶射断面を示す。其々、溶射後の母材断面を顕微鏡で確認し、健全に溶射されていることを確認した。亜鉛アルミニウム・プラズマ溶射条件は以下のとおりである。電流電圧：３００Ａ  ４４Ｖ（１３．２ｋＷ）プラズマガス：９３％Ａｒガスと７％Ｈ２ガスの混合ガス、流量２０Ｌ／ｍｉｎ溶射材：（１）Ｚｎ−２％Ａｌ粉末、粒度：５３μｍ        （２）Ｚｎワイヤ、φ１．３ｍｍ溶射距離：  １００ｍｍ  程度母材：  ブラスト処理材（発明のその２の実験例）  実験例では、図１５に示す溶接システム２１０を用いて、被加工物２１１として、ＳＵＳ３０４よりなる厚さ３ｍｍの板材に対して、アークを噴出させ、プラズマ溶接用トーチ２１２を所定の方向に移動させることで、被加工物２１１の溶接処理を行った。【０１３７】  具体的には、実験例では、第１の溶接電源２１４から２０Ａの電流を供給することで、プラズマジェットアークを発生させた。次いで、第２の溶接電源２１５から１００Ａの電流を供給し、１秒経過後、第１の溶接電源２１４からの電流の供給を停止させ、第２の溶接電源のプラズマアークをＳＵＳ３０４の板材に噴出させることで、被加工物２１１の溶接処理を行った。しかしながら、溶接の途中からプラズマアークを維持できない場合があった。【０１３８】  このとき、溶接システム２１０の構成を下記構成とした。  電源装置２１３を構成する第１の溶接電源２１４としては、パナソニック製のＴＩＧ用の溶接電源であるＹＣ−３００ＢＰ４（型番）を用いた。電源装置２１３を構成する第２の溶接電源２１５としては、パナソニック製のＴＩＧ用の溶接電源であるＹＣ−５００ＢＰ４（型番）を用いた。  一般的なプラズマ溶接システムで使用する電源装置（出力電流範囲が１０〜３５０Ａクラス）を３５０万円とすると、実験例で使用した電源装置２１３（第１及び第２の溶接電源２１４，２１５よりなる電源装置）は、プラズマ溶接システムで使用する電源装置の１／２程度であった。  電極２２１としては、外径３．２ｍｍとされたタングステン電極を用いた。電極２２１の先端は、インサートチップ２２２の先端から５ｍｍ内側に配置した。インサートチップ２２２のインサートチップ孔２２２Ｂの直径は、３．５ｍｍとした。【０１３９】  また、溶接条件は、下記条件を用いた。  センターガス供給用流路２２３に供給するセンターガスとしては、流量が３Ｌ／ｍｉｎとされ、７％Ｈ２を含むアルゴンガスを用いた。アウターガスとしては、流量が７Ｌ／ｍｉｎとされ、７％Ｈ２を含むアルゴンガスを用いた。  また、プラズマ溶接用トーチ２１２の移動速度は、４５ｃｍ／ｍｉｎとした。溶接処理する区間は、１０ｃｍとした。【０１４０】  その後、溶接処理された被加工物２１１の表面及び裏面の状態を観察するとともに、カメラで撮影した。このとき撮影した写真を図１６に示す。  図１６は、実験例、及び実施例３，２の条件でＳＵＳ３０４の板材を溶接したときの板材の表面及び裏面の写真である。【０１４１】  表１に、図１６に示す写真から判断した溶け込み深さの評価結果を示す。  表１では、溶け込み深さがかなり深く、裏ビードが連続して、かつはっきりと表れたものを「＋＋」と評価し、溶け込み深さがやや浅く、裏ビードが一部に表れたものを「＋」とし、溶接の途中でアークの維持が困難となったものを「−」と評価した。【０１４２】
【表１】
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【０１４３】  （実施例３）  実施例３では、上述した実験例で使用した溶接システム２１０と同じ装置を用いて、第１の溶接電源２１４から２０Ａの電流を供給させたまま、第２の溶接電源２１５から１００Ａの電流を供給させることで、溶接を行った。実験例１では、第１の溶接電源２１４のオン状態を継続させたこと以外は、実験例と同じ溶接条件を用いた。  そして、溶接処理後、溶接処理された被加工物２１１の表面及び裏面の状態を観察した。この結果を表１に示す。実施例３では、最後まで安定したアークが得られた。【０１４４】  （実施例４）  実施例４では、上述した実験例で使用した溶接システム２１０と同じ装置を用いて、第１の溶接電源２１４から供給する電流を１００Ａに変更し、かつ第１の溶接電源２１４から１００Ａの電流を供給させたまま、第２の溶接電源２１５から１００Ａの電流を供給させることで、溶接を行った。実施例４では、第１の溶接電源２１４から供給する電流を１００Ａに変更させたこと以外は、実施例３と同様な処理を行った。  そして、溶接処理後、溶接処理された被加工物２１１の表面及び裏面の状態を観察した。この結果を表１に示す。実施例４では、実施例３のときと同様に最後まで安定したアークが得られ、さらに深い溶け込みとなり、非常に良好な結果が得られた。【０１４５】  （実験例、及び実施例３，４の結果のまとめ）  汎用的なＴＩＧ溶接電源を用いた場合、第１の溶接電源２１４から溶接電流が供給されていない状態で、第２の溶接電源２１５から溶接電流が供給されている被加工物２１１の溶接を行う場合において、アークの維持が困難になる場合があることが判った。【０１４６】  第１の溶接電源２１４から溶接電流が供給されている状態で、第２の溶接電源２１５から溶接電流が供給されている状態にして被加工物２１１の溶接を行うと、アークの維持が可能であることが判った。  そして、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５をオン状態とし、第１及び第２の溶接電源２１４，２１５から供給する電流を高くすることで、さらに深い溶け込みを得ることができることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】本発明のその１は、非移行型のプラズマアークを安価且つ容易に利用できる非移行型のプラズマアークシステム、並びに、そのような非移行型のプラズマアークシステムにおいて、ＴＩＧ溶接用トーチを非移行型のプラズマアークに変換する変換用アダプタキット、及びそのような変換用アダプタキットを備える非移行型のプラズマアーク用トーチを提供することが可能である。【０１４８】  本発明のその２は、溶接システムへの初期投資を抑制した上で、深い溶け込みを得ることの可能な溶接システム及びプラズマ溶接方法に適用可能である。
【符号の説明】
【０１４９】  １…プラズマアーク用トーチ  ５０…変換アダプタキット  ５１，５１Ａ…アタッチメント  ５２，５２Ａ…本体部  ５３…固定ネジ（固定手段）  ５４…ウォータージャケット（水路）  ５５ａ…入側の接続部  ５５ｂ…出側の接続部  ５６…給電ノズル  ５７…シールドキャップ  ５８…絶縁キャップ（絶縁部）  ５９…接続部  ６０…ガスレンズ（整流部）  ６１…固定部  ６２…可動部  ６３…収納凹部  ６４ａ，６４ｂ…ガイドネジ  ６５ａ，６５ｂ…ガイドスリット  ６６…圧縮コイルバネ  １００…ＴＩＧ溶接用トーチ  １０１…非消耗電極  １０２…コレット  １０３…コレットボディ  １０４…トーチボディ  １０５…トーチノズル  １０６…前側ガスケット  １０７…後側ガスケット  １０８…トーチキャップ  １０９…ハンドル  １１０…本体金具  １５１…電極センター矯正セラミック  １５３…ノズル  １５５…インシュレーター  １５７…アタッチメント固定リング  １５９…本体絶縁カバー  １６１…カバー  １７０…ワイヤ  １７２…ワイヤガイド  ５００，５００Ａ…プラズマアークシステム  ５０１…電源装置（ＴＩＧ用電源装置）  ５０２…冷却装置  ５０３…切替機構  ＰＧ…プラズマガス  ＳＧ…シールドガス  ＰＡ…プラズマアーク  Ｗ…冷却水（冷却液）  Ｓ…被加工物  Ｃ１…第１のパワーケーブル  Ｃ２…第２のパワーケーブル  ＣＡ…集合ケーブル  Ｅ１，Ｅ２…給電ケーブル  ＬＨ…ライナー  ＧＨ…ガスホース  ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３…冷却ホース【０１５０】  ２１０…溶接システム、２１１…被加工物、２１２…プラズマ溶接用トーチ、２１３…電源装置、２１４…第１の溶接電源、２１４Ａ，２１５Ａ…プラス端子、２１４Ｂ，２１５Ｂ…マイナス端子、２１５…第２の溶接電源、２１６〜２１９…配線、２２１…電極、２２１Ａ…先端部、２２２…インサートチップ、２２２Ａ…冷却水用流路、２２２Ｂ…インサートチップ孔、２２３…センターガス供給用流路、２２４…シールドキャップ、２２５…アウターガス供給用流路、２３１…冷却水循環部、２３２…センターガス供給源、２３３…センターガス供給ライン、２３５…アウターガス供給源、２３６…アウターガス供給ライン
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【図１６】
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