(57)【要約】【課題】  水冷トーチを用いるアーク加工装置において、水冷トーチに発生する結露を防止してブローホールの発生を抑制することを目的とする。【解決手段】  アーク加工を行っていないときはアーク発生信号ＡｄがＬｏｗレベルになるので、水温設定信号Ｔｒは非アーク加工時水温設定信号Ｔbrの値に設定される。そして、水槽７に貯水されている冷却水の温度は、熱交換器ＨＣによってこの非アーク加工時水温設定信号Ｔbrに制御される。非アーク加工時水温設定信号Ｔbrは、周温及び湿度に基づいて結露が発生しない温度に設定する。これにより、冷却水と周温との温度差が小さくなるために、トーチには結露は発生しなくなる。【選択図】図１
2008279489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク加工用電力を出力するアーク加工電源と、
前記アーク加工用電力によって被加工物をアーク加工するトーチと、
前記トーチ内に冷却水を循環させる循環機と、
を備えたアーク加工装置において、
前記循環機は冷却水の温度調節手段を有し、
アーク加工を行っていないときの冷却水温度である非アーク加工時水温設定信号を出力する水温設定手段を具備し、
アーク加工を行っていないときは前記冷却水温度を前記循環機の冷却水温度調節手段によって前記非アーク加工時水温設定信号の値に調節することを特徴とするアーク加工装置。
【請求項２】
前記アーク加工装置の周温を測定する周温測定手段を具備し、
前記水温設定手段は前記周温測定値に基づいて前記非アーク加工時水温設定信号の値を設定する、ことを特徴とする請求項１記載のアーク加工装置。
【請求項３】
前記アーク加工装置の周囲の露点を測定する露点測定手段を具備し、
前記水温設定手段は前記露点測定値に基づいて前記非アーク加工時水温設定信号の値を設定する、ことを特徴とする請求項１記載のアーク加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマアーク溶接等に使用するトーチに発生する結露を防止して良好な溶接品質を得るためのアーク加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、プラズマアーク溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接、プラズマアーク切断等（以下、アーク加工と総称する）に使用されるアーク加工装置を対象としている。但し、アーク加工を行うトーチが水冷の場合であり、水冷トーチに発生する結露を防止するためのものである。以下の説明においてはアーク加工装置としてプラズマアーク溶接装置の場合について例示する。
【０００３】
図５は、従来技術における一般的なプラズマアーク溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【０００４】
トーチは、タングステン等の電極１、それを取り囲むプラズマノズル４１、それを取り囲むシールドノズル４２等から成る。このプラズマノズル４１内をアルゴン等の不活性ガスであるプラズマガス５１が流れる。また、上記のシールドノズル４２内をアルゴン等の具活性ガスであるシールドガス５２が流れる。但し、シールドガス５２として、酸素、炭酸ガス等の活性ガスを不活性ガスに混ぜた混合ガスを用いるときもある。上記のプラズマノズル４１は高温になるためにその内部に冷却水を流して冷却している。すなわち、トーチは水冷トーチとなる。
【０００５】
プラズマアーク溶接電源ＰＳは、上記の電極１と被加工物２との間にプラズマアーク３を発生させるための電力を出力すると共に、上記の電極１と上記のプラズマノズル４１との間にアークスタート時にパイロットアーク（図示せず）を発生させるための電力を出力する。
【０００６】
水温設定回路ＴＲは、冷却水の水温を設定するための水温設定信号Ｔｒを出力する。水槽７は、冷却水を貯水し、冷却水をトーチに循環させるポンプ６、冷却水の水温を測定する水温測定回路ＴＷＤ及び水温を調節する熱交換器ＨＣ等を備えている。この水温測定回路ＴＷＤは、貯水されている冷却水の水温を測定して、水温測定信号Ｔwdを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の水温設定信号Ｔｒと上記の水温測定信号Ｔwdとの誤差を増幅して誤差増幅信号Ｅａを出力する。水温制御回路ＷＴＣは、この誤差増幅信号Ｅａを入力として水温制御信号Ｗtcを出力する。上記の熱交換器ＨＣは、この水温制御信号Ｗtcに従って駆動されて、水温を上記の水温設定信号Ｔｒの値と等しくなるよう制御する。上記のポンプ６は、冷却水を走路６１によってトーチに送り、復路６２によってトーチから戻す。
【０００７】
上記においては、水槽７が熱交換器ＨＣ等の水温調節機能を有している場合を例示したが、冷却ファンによって水温を冷却するだけのものも使用されている。このような場合には、水温は所定値に制御されることはなく単に冷却されるだけである。ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接に使用される水冷トーチにはこの冷却ファンによる方式が用いられることも多い。これに対して、プラズマアーク溶接、プラズマアーク切断に使用される水冷トーチは非常に高温になるために、図５で上述したように、水温を調節して所定値に制御する方式が用いられることが多い。
【０００８】
ところで、アーク発生部周辺に結露等によって水分が存在すると、アーク熱によって水分が水蒸気になり溶融池に混入することがある。溶融池に水蒸気が混入すると、溶融池が冷却されて凝固するときに外部に完全に放出されずに残存することがある。これがブローホールであり、溶接部の機械的な特性を低下させることになる。したがって、溶接施工において、アーク発生部周辺で結露が発生しないように施工管理を行う必要がある。結露は、主に被加工物表面、プラズマガス及びシールドガスの配管並びにトーチに発生しやすい。
【０００９】
アーク加工前に被加工物表面が結露しているとブローホールが発生しやすい。これを防止するために、特許文献１の発明では、溶接トーチの先端部分に、該溶接トーチにて溶接される溶接箇所周辺に向けて、低湿分エアを供給させるノズル部材を設けている。被加工物が結露している場合には、このトーチ部材から低湿分エアを吹きかけて水分を除去する。これによって、被加工物の結露に起因するブローホールを防止する。
【００１０】
また、プラズマガス及びシールドガスの配管（ガスホースを含む）に結露が生じると両ガスに水分が混入されて溶融池に入り込みブローホールが発生しやすくなる。これを防止するために、特許文献２の発明では、ガスホースを二重構造にして、内部にプラズマガスを流しその外にシールドガスを流すようにしている。これによって、ガス配管の結露を防止している。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３１１４２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
トーチ内部を冷却水がながれる水冷トーチの場合、周温と冷却水との温度差によって結露が発生する。すなわち、周温に対して冷却水温度が相当に低いときには、結露が発生しやすくなる。この結露はアーク加工休止状態に発生する。アーク加工中は、周温と冷却水との温度差があってもトーチが高温になっているために、結露は発生しない。この結露を防止するために、上述した特許文献１の発明を適用すると、低湿分エアが被加工物に当たって跳ね返り間接的にトーチに吹きかけられることになる。この結果、少しは結露した水分が除去されるが、不完全なものである。さらに、特許文献１の発明では、トーチ先端部にエアを吹きかけるためのトーチ部材が必要となるために、トーチ先端部が大型化しそうさ正が悪くなるという問題もある。他方、特許文献２の発明では、トーチの結露は防止することができない。
【００１３】
そこで、本発明では、水冷トーチに発生する結露を防止し、かつ、トーチの操作性を悪くすることもないアーク加工装置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】
【００１４】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、アーク加工用電力を出力するアーク加工電源と、
前記アーク加工用電力によって被加工物をアーク加工するトーチと、
前記トーチ内に冷却水を循環させる循環機と、
を備えたアーク加工装置において、
前記循環機は冷却水の温度調節手段を有し、
アーク加工を行っていないときの冷却水温度である非アーク加工時水温設定信号を出力する水温設定手段を具備し、
アーク加工を行っていないときは前記冷却水温度を前記循環機の冷却水温度調節手段によって前記非アーク加工時水温設定信号の値に調節することを特徴とするアーク加工装置である。
【００１５】
第２の発明は、前記アーク加工装置の周温を測定する周温測定手段を具備し、
前記水温設定手段は前記周温測定値に基づいて前記非アーク加工時水温設定信号の値を設定する、ことを特徴とする第１の発明記載のアーク加工装置である。
【００１６】
第３の発明は、前記アーク加工装置の周囲の露点を測定する露点測定手段を具備し、
前記水温設定手段は前記露点測定値に基づいて前記非アーク加工時水温設定信号の値を設定する、ことを特徴とする第１の発明記載のアーク加工装置である。
【発明の効果】
【００１７】
上記第１の発明によれば、、アーク加工を行っていないときの冷却水の温度を、周温及び湿度から結露が発生しない非アーク加工時水温設定信号の値に制御するので、トーチの結露を防止することができる。このために、結露によるブローホールの発生を抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができる。さらに、トーチとしては従来と同一のものが使用できるので、操作性は従来と同様である。
【００１８】
さらに、第２の発明によれば、上記の効果に加えて、非アーク加工時水温設定信号の値を周温と略同一の値に自動設定することによって、結露を防止すると共に、非アーク加工時水温設定信号の設定を効率化することができる。
【００１９】
さらに、第３の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、非アーク加工時水温設定信号の値を露点から所定値だけ高い値に自動設定することによって、結露を防止すると共に、非アーク加工時水温設定信号の設定を効率化することができる。さらに、非アーク加工時水温設定信号の値は、第２の発明に比べ結露が発生しない境界温度近くまで低く設定することができるので、アーク加工時の水温設定との差を小さくすることができる。このために、アーク加工が開始してから冷却水の温度がアーク加工時の水温設定に迅速に収束するので、トーチの冷却効率が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク加工装置（プラズマアーク溶接装置）のブロック図である。同図は上述した図５と対応しており、同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図５とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００２２】
アーク加工時水温設定回路ＴＡＲは、アーク３が発生しているとき（アーク加工時）の冷却水の温度を設定するためのアーク加工時水温設定信号Ｔarを出力する。プラズマアーク溶接の場合、例えばＴar＝１５℃に設定する。非アーク加工時水温設定回路ＴＢＲは、アーク３が発生していないときの冷却水の温度を設定するための非アーク加工時水温設定信号Ｔbrを出力する。この非アーク加工時水温設定信号Ｔbrは、周温及び湿度から露点を考慮してトーチに結露が生じない温度に設定する。この設定方法については、図３〜４で詳述する。
【００２３】
アーク発生検出回路ＡＤは、アーク３（パイロットアーク及びプラズマアーク）の発生を検出するとＨｉｇｈレベルになるアーク発生信号Ａｄを出力する。水温設定切換回路ＴＣＲは、上記のアーク発生信号ＡｄがＬｏｗレベル（非アーク加工時）のときは上記の比アーク加工時水温設定信号Ｔbrを水温設定信号Ｔｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（アーク加工時）のときは上記のアーク加工時水温設定信号Ｔarを水温設定信号Ｔｒとして出力する。これ以外のブロックについては図５と同一である。すなわち、水槽７に貯水されている冷却水の温度は、熱交換器ＨＣによって制御されて、非アーク加工時は非アーク加工時水温設定信号Ｔbrの値になり、アーク加工時はアーク加工時水温設定信号Ｔarの値になる。各所定値に制御された冷却水が、ポンプ６によってトーチに循環される。
【００２４】
図２は、上述したアーク加工装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は水温設定信号Ｔｒを示し、同図（Ｂ）は水温測定信号Ｔwdを示し、同図（Ｃ）はアーク発生信号Ａｄを示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
時刻ｔ１においてアーク加工装置に電源が供給されたときにはアークはまだ発生していないので同図（Ｃ）に示すように、アーク発生信号ＡｄはＬｏｗレベルとなる。このために、同図（Ａ）に示すように、水温設定信号Ｔｒは非アーク加工時水温設定信号Ｔbrとなり、同図（Ｂ）に示すように、水温測定信号Ｔwd（貯水されている冷却水の温度は）は温度制御されていない水温から非アーク加工時水温設定信号Ｔbrの値に制御されるこの非アーク加工時水温設定信号Ｔbrは、上述したように、アーク加工装置周辺の周温及び湿度に基づいてトーチが結露しない値に設定する。。
【００２６】
時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、アーク加工が開始されてアーク発生信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ａ）に示すように、水温設定信号Ｔｒはアーク加工時水温設定信号Ｔarになる。このために、同図（Ｂ）に示すように、水温測定信号Ｔwdは、アーク加工時水温設定信号Ｔarに制御される。このアーク加工時水温設定信号Ｔarは、トーチを冷却するのに適した温度（例えば１５℃）に設定される。
【００２７】
時刻ｔ３において、同図（Ｃ）に示すように、アーク加工が終了してアーク発生信号Ａｄが再びＬｏｗレベルになると、上述した時刻ｔ１〜ｔ２の期間と同様の動作となる。このために、水温測定信号Ｔwdは、非アーク加工時水温設定信号Ｔbrに制御されるので、トーチの結露を防止することができる。
【００２８】
上述した実施の形態１によれば、アーク加工を行っていないときの冷却水の温度を、周温及び湿度から結露が発生しない非アーク加工時水温設定信号の値に制御するので、トーチの結露を防止することができる。このために、結露によるブローホールの発生を抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができる。さらに、トーチとしては従来のものが使用できるので、操作性は従来と同様である。
【００２９】
［実施の形態２］
図３は、図１で上述した非アーク加工時水温設定回路ＴＢＲのより詳細なブロック図の一例である。本ブロックでは、非アーク加工時水温設定信号Ｔbrの値を周温に自動設定するものである。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
周温測定回路ＴＡＤは、アーク加工装置の周辺の温度（周温）を測定して周温測定信号Ｔadを出力する。設定調整回路ＴＢＣは、この周温測定信号Ｔadの値に基づいて微調整（オフセット）して非アーク加工時水温設定信号Ｔbrを出力する。トーチを流れる冷却水の温度が略集温と同じであれば結露は発生しない。
【００３１】
上述した実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、非アーク加工時水温設定信号の値を周温と略同一の値に自動設定することによって、結露を防止すると共に、非アーク加工時水温設定信号の設定を効率化することができる。
【００３２】
［実施の形態３］
図４は、図１で上述した非アーク加工時水温設定回路ＴＢＲのより詳細なブロック図の一例である。本ブロックでは、非アーク加工時水温設定信号Ｔbrの値を露点から所定値だけ高い値に自動設定するものである。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
周温測定回路ＴＡＤは、アーク加工装置の周辺の温度（周温）を測定して周温測定信号Ｔadを出力する。湿度測定回路ＳＡＤは、アーク加工装置の周辺の湿度を測定して湿度測定信号Ｓadを出力する。露点算出回路ＲＣは、この周温測定信号Ｔad及び湿度測定信号Ｓadの値に基づいて露点を算出して露点算出信号Ｒｃを出力する。第２設定調整回路ＴＢＣは、この露点算出信号Ｒｃの値から所定値だけ高い値に設定した非アーク加工時水温設定信号Ｔbrを出力する。トーチを流れる冷却水の温度が露点と同一であるときが結露が発生しない境界温度となるので、冷却水の温度を露点から所定値だけ高い温度に制御すれば結露は発生しない。
【００３４】
上述した実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加えて、非アーク加工時水温設定信号の値を露点から所定値だけ高い値に自動設定することによって、結露を防止すると共に、非アーク加工時水温設定信号の設定を効率化することができる。さらに、非アーク加工時水温設定信号の値は、実施の形態２に比べ結露が発生しない境界温度近くまで低く設定することができるので、アーク加工時水温設定信号の値との差を小さくすることができる。このために、アーク加工が開始してから冷却水の温度がアーク加工時水温設定信号の値に迅速に収束するので、トーチの冷却効率が良くなる。
【００３５】
上述した実施の形態１〜３は、プラズマアーク溶接装置の場合を例示したが、水冷トーチを用いるプラズマアーク切断装置、ＴＩＧ溶接装置及びＭＡＧ／ＭＩＧ溶接装置にも同様に適用することができる。また、上述した実施の形態１〜３においては、アーク加工を行っているときにも冷却水の温度を制御する場合を例示したが、アーク加工時は冷却ファン等によって冷却するだけでも良い。また、熱交換器ＨＣの代わりにヒーターを使用して水温を上昇させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク加工装置（プラズマアーク溶接装置）のブロック図である。
【図２】図１のアーク加工装置における各信号のタイミングチャートである。
【図３】図１に示す非アーク加工時水温設定回路ＴＢＲのより詳細なブロック図の一例である。
【図４】図１に示す非アーク加工時水温設定回路ＴＢＲのより詳細なブロック図の一例である。
【図５】従来技術のアーク加工装置（プラズマアーク溶接装置）のブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１            電極
２            被加工物
３            アーク
６            ポンプ
７            水槽
４１            プラズマノズル
４２            シールドノズル
５１            プラズマガス
５２            シールドガス
６１            走路
６２            復路
ＡＤ            アーク発生検出回路
Ａｄ            アーク発生信号
ＥＡ            誤差増幅回路
Ｅａ            誤差増幅信号
ＨＣ            熱交換器
ＰＳ            プラズマアーク溶接電源
ＲＣ            露点算出回路
Ｒｃ            露点算出信号
ＳＡＤ            湿度測定回路
Ｓad            湿度測定信号
ＴＡＤ            周温測定回路
Ｔad            周温測定信号
ＴＡＲ            アーク加工時水温設定回路
Ｔar            アーク加工時水温設定信号
ＴＢＣ            設定調整回路
ＴＢＣ２          第２設定調整回路
ＴＢＲ            非アーク加工時水温設定回路
Ｔbr            非アーク加工時水温設定信号
ＴＣＲ            水温設定切換回路
ＴＲ            水温設定回路
Ｔｒ            水温設定信号
ＴＷＤ            水温測定回路
Ｔwd            水温測定信号
ＷＴＣ            水温制御回路
Ｗtc            水温制御信号
【図１】
2008279489.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008279489.tif 000006
【図５】
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