(57)【要約】  【課題】  パイロットアークからプラズマアークへの移行タイミングを適切に検出して、溶接物への投入熱量を正確に制御するプラズマ溶接装置に関する。  【解決手段】  被溶接物へプラズマを出力するプラズマトーチ１と、プラズマトーチに電力を供給する電源部２と、電源部を制御する制御部３と、パイロットアークの電力をプラズマトーチに供給するパイロットアーク電源部４を備え、パイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する検出手段５を設け、制御部３は検出手段５の検出信号により、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止する。溶接物への投入熱量を一定に制御することができる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物へプラズマを出力するプラズマトーチと、前記プラズマトーチに電力を供給する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、パイロットアークの電力をプラズマトーチに供給するパイロットアーク電源部を備え、パイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する検出手段を設け、前記制御部は前記検出手段の検出信号により、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するプラズマ溶接装置。
【請求項２】
被溶接物へプラズマを出力するプラズマトーチと、前記プラズマトーチに電力を供給する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、前記プラズマトーチに供給する電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部からの信号を入力する比較部と、基準電圧を示す信号を前記比較部に出力する基準電圧設定部と、パイロットアークの電力をプラズマトーチに供給するパイロットアーク電源部を備え、前記制御部は、比較部からの信号を入力し、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するプラズマ溶接装置。
【請求項３】
検出手段として、プラズマトーチの電極間電圧を検出する電圧検出部を用い、電極間電圧の微分値でパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する請求項１記載のプラズマ溶接装置。
【請求項４】
検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けた温度センサを用い、温度センサの検出温度の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する請求項１記載のプラズマ溶接装置。
【請求項５】
検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けたマイクを用い、マイクによるアーク音の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する請求項１記載のプラズマ溶接装置。
【請求項６】
検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けた光センサを用い、光センサによるアーク光の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する請求項１記載のプラズマ溶接装置。
【請求項７】
検出手段として、プラズマトーチに設けたガス圧センサを用い、ガス圧センサによるガス圧の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する請求項１記載のプラズマ溶接装置。
【請求項８】
所定時間として、プラズマアーク電流と電極間電圧の積が所定値になる時間を用いた請求項１から７のいずれかに記載のプラズマ溶接装置。
【請求項９】
プラズマトーチにパイロットアーク電源部から電力を供給してパイロットアークを発生させるステップと、プラズマトーチに電源部から電力を供給してプラズマアークを発生させるステップと、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップと、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１０】
パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップは、プラズマトーチに供給する電圧を検出するステップと、前記検出電圧と基準電圧を比較するステップを有する請求項９記載のプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１１】
パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップは、プラズマトーチの電極間電圧を検出するステップと、検出した前記電極間電圧の微分値を算出するステップと、算出した微分値で判定するステップを有する請求項９記載のプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１２】
パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップは、プラズマトーチの近傍に設けた温度センサを用いて温度を検出するステップと、検出した前記温度の変化により判定するステップを有する請求項９記載のプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１３】
パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップは、プラズマトーチの近傍に設けたマイクを用いてアーク音を検出するステップと、検出した前記アーク音の検出量の変化により判定するステップを有する請求項９記載のプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１４】
パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップは、プラズマトーチの近傍に設けた光センサを用いてアーク光を検出するステップと、検出した前記アーク光の検出量の変化により判定するステップを有する請求項９記載のプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１５】
パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップは、プラズマトーチに設けたガス圧センサを用いてガス圧を検出するステップと、検出した前記ガス圧力の変化により判定するステップを有する請求項９記載のプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１６】
パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測する際に、プラズマ電流と電極間電圧の積が所定値になる時間を所定時間として用いた請求項９から１５のいずれかに記載のプラズマ溶接装置の制御方法。
【請求項１７】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のプラズマ溶接装置、並びに請求項９から請求項１６のいずれかに記載のプラズマ溶接装置の制御方法で作成したことを特徴とする溶接物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロットアークからプラズマアークに移行し、電極と母材間にプラズマアークを発生させて溶接を行うプラズマ溶接装置とその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマアーク溶接は、通常のＴＩＧアーク溶接と比較してエネルギー密度が高く、薄板や小型の溶接物の溶接に多用される溶接方法である。これは、電極と拘束ノズルの間に発生するパイロットアークからプラズマアークに移行させた状態の収束したプラズマアークを使用するためである。パイロットアークから移行した後のプラズマアークの発生位置によってプラズマアークの形態を二つに分けることができる。
【０００３】
一つは電極と母材間にプラズマアークを発生させた場合の移行型プラズマアークと、もう一つは電極と拘束ノズルの間に発生させる非移行型プラズマアークである。いずれの場合においても、プラズマアークの状態で溶接を行うので、パイロットアークからプラズマアークへ移行させる必要がある。
【０００４】
パイロットアークからプラズマアークへの移行は、プラズマガス流量や電極あるいは拘束ノズルの表面状態などの影響を受ける。そのため、パイロットアークからプラズマアークへ移行する時間には、ばらつきが発生してしまう可能性がある。パイロットアークからプラズマアークへの移行を容易にするために、従来から様々な方法が提案され、パイロットアークから主アークに移行させる直前に、プラズマガスを増加させたり、プラズマガスとパイロットアーク電流値を同時に増加させることによって、確実にプラズマアークへの移行を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、実際の溶接環境では、パイロットアークからプラズマアークへの移行はからなずしも同じ時間で完了するものではない。そのため、溶接品質にばらつきが発生する恐れがあった。例えば、小型の溶接ワークの溶接では、溶接ワークへの投入熱量を正確に制御しないと、安定した溶接品質が得られないことが多い。このような場合は、パイロットアークからプラズマアークへの移行を安定化させるだけではなく、溶接ワークへの投入熱量をも正確に制御することが必要になってくる。
【特許文献１】特開昭５５−０５０９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、パイロットアークからプラズマアークへの移行タイミングを適切に検出して、溶接物への投入熱量を正確に制御するプラズマ溶接装置とその制御方法と、前記装置および制御方法で作成した溶接物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の請求項１記載に係る発明は、被溶接物へプラズマを出力するプラズマトーチと、前記プラズマトーチに電力を供給する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、パイロットアークの電力をプラズマトーチに供給するパイロットアーク電源部を備え、パイロットアークからプラズマアークへ移行したか検出する検出手段を設け、前記制御部は、前記検出手段の検出した信号によりパイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供
給を停止するプラズマ溶接装置である。
【０００８】
請求項２記載に係る発明は、被溶接物へプラズマを出力するプラズマトーチと、前記プラズマトーチに電力を供給する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、前記プラズマトーチに供給する電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部からの信号を入力する比較部と、基準電圧を示す信号を前記比較部に出力する基準電圧設定部と、パイロットアークの電力をプラズマトーチに供給するパイロットアーク電源部を備え、前記制御部は、比較部からの信号を入力し、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するプラズマ溶接装置である。
【０００９】
請求項３記載に係る発明は、請求項１記載の検出手段として、プラズマトーチの電極間電圧を検出する電圧検出部を用い、前記電極間電圧の微分値でパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出するプラズマ溶接装置である。
【００１０】
請求項４記載に係る発明は、請求項１記載の検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けた温度センサを用い、温度センサの検出温度の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出するプラズマ溶接装置である。
【００１１】
請求項５記載に係る発明は、請求項１記載の検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けたマイクを用い、マイクによるアーク音の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出するプラズマ溶接装置である。
【００１２】
請求項６記載に係る発明は、請求項１記載の検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けた光センサを用い、光センサによるアーク光の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出するプラズマ溶接装置である。
【００１３】
請求項７記載に係る発明は、請求項１記載の検出手段として、プラズマトーチに設けたガス圧センサを用い、ガス圧センサによるガス圧の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出するプラズマ溶接装置である。
【００１４】
請求項８記載に係る発明は、請求項１から７のいずれかに記載の所定時間として、プラズマアーク電流と電極間電圧の積が所定値になる時間を用いたプラズマ溶接装置である。
【００１５】
請求項９記載に係る発明は、プラズマトーチにパイロットアーク電源部から電力を供給してパイロットアークを発生させるステップと、プラズマトーチに電源部から電力を供給してプラズマアークを発生させるステップと、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップと、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００１６】
請求項１０記載に係る発明は、請求項９記載のパイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとして、プラズマトーチに供給する電圧を検出するステップと、前記検出電圧と基準電圧を比較するステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００１７】
請求項１１記載に係る発明は、請求項９記載のパイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとして、プラズマトーチの電極間電圧を検出するステップと、検出した電極間電圧の微分値を算出するステップと、算出した微分値で判定するステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００１８】
請求項１２記載に係る発明は、請求項９記載のパイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとして、プラズマトーチの近傍に設けた温度センサを用いてアーク温度を検出するステップと、検出した前記アーク温度の変化により前記判定を行うステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００１９】
請求項１３記載に係る発明は、請求項９記載のパイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとして、プラズマトーチの近傍に設けたマイクを用いてアーク音を検出するステップと、前記アーク音の検出量の変化により判定するステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００２０】
請求項１４記載に係る発明は、請求項９記載のパイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとして、プラズマトーチの近傍に設けた光センサを用いてアーク光を検出するステップと、前記アーク光の検出量の変化により前記判定を行うステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００２１】
請求項１５記載に係る発明は、請求項９記載のパイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとして、プラズマトーチに設けたガス圧センサを用いてガス圧を検出するステップと、前記ガス圧の変化により前記判定を行うステップを有するプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００２２】
請求項１６記載に係る発明は、請求項９から１５のいずれかに記載のパイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測する際に、プラズマ電流と電極間電圧の積が所定値になる時間を所定時間として用いたプラズマ溶接装置の制御方法である。
【００２３】
請求項１７記載に係る発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載のプラズマ溶接装置、並びに請求項９から請求項１６のいずれかに記載のプラズマ溶接装置の制御方法で作成した溶接物である。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように本発明は、パイロットアークからプラズマアークへの移行タイミングを適切に検出して、溶接物への投入熱量を一定にすることができるとともに、品質の安定した溶接物が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
上記した本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成できるので、以下には各請求項の構成にその構成による作用効果を併記し併せて請求項記載の構成のうち説明を必要とする特定用語については詳細な説明を加えて、本発明における実施の形態の説明とする。
【００２６】
本発明は、被溶接物へプラズマを出力するプラズマトーチと、前記プラズマトーチに電力を供給する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、パイロットアークの電力をプラズマトーチに供給するパイロットアーク電源部を備え、パイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する検出手段を設け、前記制御部は前記検出手段の検出信号によりパイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するプラズマ溶接装置で、溶接ワークへの投入熱量を一定にすることができる。
【００２７】
また、本発明は、被溶接物へプラズマを出力するプラズマトーチと、前記プラズマトーチに電力を供給する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、前記プラズマトーチに供
給する電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部からの信号を入力する比較部と、基準電圧を示す信号を前記比較部に出力する基準電圧設定部と、パイロットアークの電力をプラズマトーチに供給するパイロットアーク電源部を備え、前記制御部は、比較部からの信号を入力し、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止し、溶接ワークへの投入熱量を一定にすることができる。
【００２８】
そして、所定時間として、プラズマアーク電流と電極間電圧の積が所定値になる時間を使用することができる。
【００２９】
また、検出手段として、プラズマトーチの電極間電圧を検出する電圧検出部を用い、電極間電圧の微分値でパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する構成を使用できる。
【００３０】
また、検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けた温度センサを用い、温度センサの検出温度の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する構成を使用できる。
【００３１】
また、検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けたマイクを用い、マイクによるアーク音の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する構成を使用できる。
【００３２】
また、検出手段として、プラズマトーチの近傍に設けた光センサを用い、光センサによるアーク光の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する構成を使用できる。
【００３３】
また、検出手段として、プラズマトーチに設けたガス圧センサを用い、ガス圧センサのガス圧検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出する構成を使用できる。
【００３４】
また、本発明は、プラズマトーチにパイロットアーク電源部から電力を供給してパイロットアークを発生させるステップと、プラズマトーチに電源部から電力を供給してプラズマアークを発生させるステップと、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップと、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するステップを有し、溶接ワークへの投入熱量を一定にすることができる。
【００３５】
そして、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとしては、プラズマトーチに供給する電圧を検出するステップと、前記検出電圧と基準電圧を比較するステップを有する方法である。
【００３６】
また、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとしては、プラズマトーチの電極間電圧を検出するステップと、検出した電極間電圧の微分値を算出するステップと、算出した微分値で前記判定を行うステップを有する方法である。
【００３７】
また、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとしては、プラズマトーチの近傍に設けた温度センサを用いて温度を検出するステップと、検出した前記温度の変化により前記判定を行うステップを有する方法である。
【００３８】
また、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとしては、
プラズマトーチの近傍に設けたマイクを用いてアーク音を検出するステップと、検出した前記アーク音の検出量の変化により前記判定を行うステップを有する方法である。
【００３９】
また、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとしては、プラズマトーチの近傍に設けた光センサを用いてアーク光を検出するステップと、検出した前記アーク光の検出量の変化により前記判定を行うステップを有する方法である。
【００４０】
また、パイロットアークからプラズマアークに移行したか判定するステップとしては、プラズマトーチに設けたガス圧センサを用いてガス圧を検出するステップと、検出した前記ガス圧力の変化により前記判定を行うステップを有する方法である。
【００４１】
また、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測する際に、プラズマ電流と電極間電圧の積が所定値になる時間を所定時間として使用することができる。
【００４２】
また、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測する際に、投入熱量が所定値になる時間を所定時間として使用することができる。
【００４３】
また、本発明は請求項１から請求項８のいずれかに記載のプラズマ溶接装置、並びに請求項９から請求項１６のいずれかに記載のプラズマ溶接装置の制御方法で溶接物を作成するので、品質の安定した溶接物が得られる。
【００４４】
以下本発明におけるプラズマ溶接装置とその制御方法、そしてプラズマ溶接装置とその制御方法で作成した溶接物につき、図面に従い説明する
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるプラズマ溶接装置を示すブロック図である。図１において、プラズマトーチ１は、被溶接物５２（図２に示す）との間にプラズマアークを発生する。電源部２は、プラズマトーチ１にプラズマアーク用のエネルギーを供給する。マイクロコンピュータおよびその周辺回路からなる制御部３は、電源部２およびパイロットアーク電源部４の動作を制御する。パイロットアーク電源部４は、プラズマトーチ１へパイロットアーク用のエネルギーを供給する。
【００４５】
検出手段５は、プラズマトーチ１がパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを検出し、その検出信号を制御部３に出力する。そして、制御部３は検出手段５からのプラズマトーチ１がパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかの検出信号によりパイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止する。
【００４６】
上記実施の形態の動作について、図２を参照しながら説明する。図２は、プラズマトーチ１への電源供給を説明する模式図である。図１と共通する部分の構成の説明を省略する。図２（ａ）は非移行型プラズマアーク溶接時の電源接続図を、図２（ｂ）は移行型プラズマアーク溶接時の電源接続図を示す。５０は電極、５１はプラズマアークの広がりを拘束する拘束ノズル、５２は被溶接物（非移行型の場合は省略している。）である。
【００４７】
いずれの場合においても、プラズマアークの安定性を良くするために、まず電極５０と拘束ノズル５１の間にパイロットアークを点灯してから、それをプラズマアークに移行させる方法を採用する。電極５０の寿命を保つために、通常、パイロットアーク電源部４と電源部２の出力端子のマイナス側を電極５０に接続する。パイロットアーク電源部４のプラス側は通常、拘束ノズル５１に接続するが、電源部２のプラス側は、非移行型と移行型とではそれぞれ拘束ノズル５１と溶接物５２とに接続する。
【００４８】
非移行型プラズマアーク溶接と移行型プラズマアーク溶接のいずれの場合においても、パイロットアークからプラズマアークへの移行は過渡期間であり、プラズマアークの安定性を左右する。通常、パイロットアークからプラズマアークへの移行は瞬時に行われるものではない。パイロットアークからプラズマアークに移行する時の出力は電源部２から供給されるが、プラズマアークは電極５０に沿って這い上がってから移行することがある。その時間は、プラズマアークの這い上がり具合によって変動する。
【００４９】
本実施の形態では、図１に示すように、この移行タイミングを検出手段５によって検出して制御部３に出力する。制御部３は検出手段５からの検出信号を受けてから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチ１への電力供給を停止するように、電源部２を制御する。この実施の形態によれば、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止することによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００５０】
上記の実施の形態において、移行型プラズマアーク溶接か非移行型プラズマアーク溶接かを限定していないが、いずれの場合にも本実施の形態は適用できるものである。
【００５１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるプラズマ溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図１に示す実施の形態１における検出手段５の構成の一つとして、プラズマアークの電圧を検出する電圧検出部６の検出信号と基準電圧設定部８の設定信号を入力して、両者の大小関係を比較することによってパイロットアークからプラズマアークへ移行したタイミングを示す移行信号を制御部３に出力する比較部７を使用したものである。なお、図１に示す実施の形態と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００５２】
上記実施の形態の動作について、図４および図２を参照しながら説明する。図４にパイロットアークからプラズマアークへ移行する時の電流、電圧波形の模式図を示す。その際、パイロットアーク電流が直ちにプラズマアーク電流に移行するが、プラズマアークの電圧は電流の移行に対して若干遅れる。これは、パイロットアークからプラズマアークへ移行する際に、プラズマアークが電極５０に沿って這い上がるためである。この時間は、図４に示すＡからＢまでの時間である。時間Ａから時間Ｂの過程でアークが電極５０に沿って這い上がるが、時間Ｂの時点においてプラズマアークの移行が完了したと見なせる。
【００５３】
このことは、移行時間中の電圧を検知することによってパイロットアークからプラズマアークへ移行したタイミングを検出できることを示す。図３において、電圧検出部６はプラズマアークの電圧を検出して、比較部７に出力する。比較部７は、電圧検出部６の信号を受けて、基準電圧設定部８の設定信号とを比較する。すなわち、比較部７は前記検出値が前記設定値を超えた時に、パイロットアークからプラズマアークに移行したと判定して、プラズマアークへの移行タイミング信号を制御部３に送る。制御部３は、前記移行タイミング信号を受けてから、所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチ１への電力供給を停止するように、電源部２を制御する。
【００５４】
このように本実施の形態によれば、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止することによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態における制御部３と電圧検出部６、比較部７、基準電圧設定部８は一体に構成してもよいものである。
【００５６】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３におけるプラズマ溶接装置のブロック図である。本実施の形態は図１に示す実施の形態における検出手段５の構成の一つとしてプラズマアークの電圧を検出する電圧検出部６と、電圧検出部６の検出信号を受け、その微分値を算出する電圧微分部９と、電圧微分部９の出力信号と基準微分値設定部１０の設定信号を入力して、両者の大小関係を比較することによって、パイロットアークからプラズマアークへ移行したタイミングを示す移行信号を制御部３に出力する比較部７を使用する。なお、図１に示す実施の形態と同様の構成および動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００５７】
上記実施の形態の動作について、図６および図２を参照しながら説明する。図６にパイロットアークからプラズマアークへ移行する時の電流、電圧および電圧微分波形の模式図を示す。なお、図４に示す内容と同様の部分の説明を省略する。図６に示すように、パイロットアークがＡ〜Ｂの時間において、電極５０に沿って這い上がりながらプラズマアークに移行する。この時の電圧微分値を取ると、その変化がより急峻になるのがわかる。
【００５８】
従って、電圧微分値を使用すれば、パイロットアーク電流がプラズマアーク電流に移行したタイミングをより正確に検出することが可能となる。図５において、電圧微分値は、電圧検出部６の出力信号を入力信号とする電圧微分部９によって算出される。その後、比較部７は、前記電圧微分部９の算出信号を受けて、基準微分値設定部１０の設定信号と比較して、前記算出値が前記設定値を超えた時に、パイロットアークからプラズマアークに移行したと判定して、移行信号を制御部３に送る。
【００５９】
制御部３は、前記移行タイミング信号を受けてから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するように、電源部２を制御する。
【００６０】
このように本実施の形態によれば、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止することによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００６１】
なお、図１に示す実施の形態における検出手段５の一つの構成として、実施の形態２（図３）および実施の形態３（図５）につき説明したが、以下に説明する構成であっても、実施の形態１と同様の作用効果を期待することができる。
【００６２】
図１に示す実施の形態における検出手段５の一つの構成としてプラズマトーチの近傍に設けた温度センサを用い、温度センサによるアークの検出温度の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出することにより、前記と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、プラズマトーチの近傍に設けたマイクを用い、マイクによるアーク音の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出することにより、前記と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、プラズマトーチの近傍に設けた光センサを用い、光センサによるアーク光の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出することによって、前記と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
また、プラズマトーチに設けたガス圧センサを用い、ガス圧センサによるガス圧の検出量の変化によりパイロットアークからプラズマアークに移行したか検出することによって、前記と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
さらに、前記実施の形態１から実施の形態３までの実施の形態において、パイロットアークからプラズマアークに移行してからプラズマトーチへ電力を供給する所定時間について、その値は、プラズマアークの電流値と電圧検出部６の検出した電圧値との積が所定値になる時間を使用することによって、前記と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
なお、上記実施の形態における制御部３と電圧検出部６、比較部７、電圧微分部９、基準微分値設定部１０は一体に構成してもよいものである。
【００６８】
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４における実施の形態１で示すプラズマ溶接装置の制御方法を示す制御流れ図である。
【００６９】
制御部３は図7に示す制御流れを実行するプログラムを有している。すなわち、図７および図１において、図示していないが入力装置から溶接の指示をすると、制御部３は以下の順序で制御を行う。プラズマトーチ１にパイロットアーク電源部４から電力を供給してパイロットアークを発生させるパイロットアーク発生のステップ（以下Ｓと表示する）１と、次にプラズマトーチ１に電源部２から電力を供給してプラズマアークを発生させるプラズマアーク発生のＳ２と、検出手段５によりパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを検出し、この検出信号を受けて判定するパイロット・プラズマアーク移行判定のＳ３と、パイロット・プラズマアーク移行判定の信号に基づき、パイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測する時間計測のＳ４と、次に所定時間だけプラズマトーチ１へ電力を供給し、その後電力供給を停止する電力供給・停止のＳ５の順序で溶接制御を行うものである。
【００７０】
実際の溶接では、パイロット・プラズマアーク移行判定のＳ３はパイロットアークからプラズマアークへ移行したタイミングを判定し、時間計測のＳ４はパイロット・プラズマアーク移行判定のＳ３の判定結果に基づいて所定時間を計測する。電力供給・停止のＳ５は、前記所定時間だけプラズマトーチ１に電力を供給して、その後は電力の供給を停止する。このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００７１】
（実施の形態５）
図８は本発明の実施の形態５における加熱装置としての実施の形態２で示すプラズマ溶接装置の制御方法を示す制御流れ図である。本実施の形態は、実施の形態４におけるＳ３のパイロット・プラズマアーク移行判定の方法の一つを示すものである。
【００７２】
制御部３は図８に示す制御流れを実行するプログラムを有している。すなわち、図８および図３において、電圧検出部６によりプラズマトーチ１に供給する電圧を検出する電圧検出のＳ８１と、基準電圧設定部８により基準電圧値を設定する基準電圧設定のＳ８２と、比較部７によりＳ８１で検出した検出電圧値とＳ８２での基準電圧値との比較を行い、その結果に基づいてパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを判定するＳ８３とを有する。
【００７３】
実際の溶接では、判定のＳ８３は、電圧検出のＳ８１での検出電圧値と基準電圧設定のＳ８２での基準電圧値とを比較部７に入力して両者の大小関係を比較する。そして、前記
検出電圧が前記基準電圧を超えた時に、比較部７の信号により制御部３はＳ３３でパイロットアークからプラズマアークに移行したと見なし、時間計測のＳ４に信号を送る。
【００７４】
時間計測のＳ４ではＳ３でのパイロット・プラズマアーク移行の判定したタイミングを開始点として、所定時間を計測する。そして、電力供給・停止のＳ５では、前記所定時間だけプラズマトーチ１に電力を供給して、その後は電力の供給を停止する。このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００７５】
（実施の形態６）
図９は本発明の実施の形態５における実施の形態３で示すプラズマ溶接装置の制御方法を示す制御流れ図である。本実施の形態は、実施の形態４におけるＳ３のパイロット・プラズマアーク移行判定の方法の一つを示すものである。
【００７６】
制御部３は図９に示す制御流れを実行するプログラムを有している。すなわち、図９および図５において、電圧検出部６によりプラズマトーチ１に供給する電圧を検出する電圧検出のＳ９１と、電圧微分部９によりＳ９１での検出電圧から電圧微分値を算出する電圧微分値算出のＳ９２と、基準微分値設定部１０による基準微分電圧値を設定する基準微分電圧設定のＳ９３と、比較部７によりＳ９２での電圧微分の算出値とＳ９３での基準微分電圧値とを比較し、それに基づいてパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを判定するＳ９４とを有する。
【００７７】
実際の溶接では、判定のＳ９４は、電圧微分値算出のＳ９２で算出した電圧微分値と基準微分電圧設定のＳ９３で設定した基準微分電圧値とを比較部７で比較して、前記算出値が前記基準値を超えた時に、パイロットアークからプラズマアークに移行したと見なし、時間計測のＳ４に信号を送る。
【００７８】
時間計測のＳ４ではパイロット・プラズマアーク移行判定のＳ３で判定したタイミングを開始点として、所定時間を計測する。そして、電力供給・停止のＳ５では、前記所定時間だけプラズマトーチに電力を供給して、その後は電力の供給を停止する。このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００７９】
（実施の形態７）
図１０は本発明の実施の形態７における加熱装置としての実施の形態１で示すプラズマ溶接装置の制御方法を示す制御流れ図である。本実施の形態は、実施の形態４におけるＳ３でのパイロット・プラズマアーク移行判定の方法の一つを示すものである。
【００８０】
制御部３は図１０に示す制御流れを実行するプログラムを有している。すなわち、図１０および図１、図２において、検出手段５としてプラズマトーチ１の近傍に設けた温度センサを用い、この温度センサにより拘束ノズル５１近傍の温度変化を検出する温度検出のＳ１０１と、基準温度値を設定する基準温度設定のＳ１０２と、前記検出温度値と前記基準温度値とに基づいてパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを判定する判定のＳ１０３とを有する。
【００８１】
実際の溶接では、制御部３は判定のＳ１０３で、Ｓ１０１での温度検出値とＳ１０２での基準温度値とを比較して、前記検出値が前記基準値を超えた時に、パイロットアークからプラズマアークに移行したと見なし、時間計測のＳ４に信号を送る。時間計測のＳ４はパイロット・プラズマアーク移行判定のＳ１０３で判定したタイミングを開始点として、所定時間を計測する。
【００８２】
電力供給・停止のＳ５は、前記所定時間だけプラズマトーチ１に電力を供給して、その後は電力の供給を停止する。このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００８３】
（実施の形態８）
図１１は本発明の実施の形態８における実施の形態１で示すプラズマ溶接装置の制御方法を示す制御流れ図である。本実施の形態は、実施の形態４におけるＳ３のパイロット・プラズマアーク移行判定の方法の一つを示すものである。
【００８４】
制御部３は図１１に示す制御流れを実行するプログラムを有している。すなわち、図１１および図１、図２において、検出手段５としてプラズマトーチ１の近傍に設けたマイクを用い、マイクの検出したプラズマアーク音の変化を検出するプラズマアーク音検出のＳ１１１と、基準プラズマアーク音の値を設定する基準アーク音設定のＳ１１２と、Ｓ１１１でのプラズマアーク音の検出値とＳ１１２でのプラズマアーク音の基準値との比較に基づいてパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを判定する判定のＳ１１３とを有する。
【００８５】
実際の溶接では、制御部３は判定のＳ１１３で、Ｓ１１１でのプラズマアーク音の検出値とＳ１１２でのプラズマアーク音の基準値とを比較して、前記検出値が前記基準値を超えた時に、パイロットアークからプラズマアークに移行したと見なし、時間計測のＳ４に信号を送る。時間計測のＳ４ではＳ１１３でパイロット・プラズマアーク移行の判定したタイミングを開始点として、所定時間を計測する。
【００８６】
電力供給・停止のＳ５は、前記所定時間だけプラズマトーチ１に電力を供給して、その後は電力の供給を停止する。このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００８７】
（実施の形態９）
図１２は本発明の実施の形態９における加熱装置としての実施の形態１で示すプラズマ溶接装置の制御方法を示す制御流れ図である。本実施の形態は、実施の形態４におけるＳ３でのパイロット・プラズマアーク移行判定の方法の一つを示すものである。
【００８８】
制御部３は図１２に示す制御流れを実行するプログラムを有している。すなわち、図１２および図１、図２において、検出手段５としてプラズマトーチ１の近傍に設けた光センサを用い、この光センサによりアーク光の変化を検出するプラズマアーク光検出のＳ１２１と、基準アーク光の値を設定するＳ１２２と、前記アーク光の検出値と前記アーク光の基準値とに基づいてパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを判定する判定のＳ１２３とを有する。
【００８９】
実際の溶接では、制御部３は判定のＳ１２３で、Ｓ１２１でのアーク光の検出値とＳ１２２での基準アーク光の値とを比較して、前記検出値が前記基準値を超えた時に、パイロットアークからプラズマアークに移行したと見なし、時間計測のＳ４に信号を送る。時間計測のＳ４はパイロット・プラズマアーク移行判定のＳ１２３で判定したタイミングを開始点として、所定時間を計測する。
【００９０】
電力供給・停止のＳ５は、前記所定時間だけプラズマトーチ１に電力を供給して、その後は電力の供給を停止する。このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００９１】
（実施の形態１０）
図１３は本発明の実施の形態１０における実施の形態１で示すプラズマ溶接装置の制御方法を示す制御流れ図である。本実施の形態は、実施の形態４におけるＳ３でのパイロット・プラズマアーク移行判定の方法の一つを示すものである。
【００９２】
制御部３は図１３に示す制御流れを実行するプログラムを有している。すなわち、図１３および図１、図２において、検出手段５としてプラズマトーチ１内に設けたガス圧センサを用い、ガス圧センサによるガス圧を検出するプラズマトーチ内ガス圧検出のＳ１３１と、基準ガス圧値を設定する基準ガス圧設定のＳ１３２と、Ｓ１３１でのガス圧の検出値とＳ１３２でのガス圧の基準値とに基づいてパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを判定する判定のＳ１３３とを有する。
【００９３】
実際の溶接では、制御部３は判定のＳ１３３で、Ｓ１３１でのプラズマトーチ内のガス圧検出値とＳ１３２でのガス圧基準値とを比較して、前記検出値が前記基準値を超えた時に、パイロットアークからプラズマアークに移行したと見なし、時間計測のＳ４に信号を送る。時間計測のＳ４は、Ｓ１３３でパイロット・プラズマアーク移行の判定したタイミングを開始点として、所定時間を計測する。
【００９４】
電力供給・停止のＳ５は、前記所定時間だけプラズマトーチ１に電力を供給して、その後は電力の供給を停止する。このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【００９５】
（実施の形態１１）
図１４は本発明の実施の形態１１におけるプラズマ溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、実施の形態４から実施の形態１０に示したプラズマ溶接装置の制御方法において、時間計測のＳ４の一つとして、制御部３は次に示す制御シーケンスを実行するプログラムも有する。
【００９６】
すなわち、制御部３はプラズマトーチ１に供給する電圧を検出する電圧検出のＳ１４１と、プラズマアーク電流を検出する電流検出のＳ１４２と、前記電圧と電流との検出値の積を算出する電流電圧積算出のＳ１４３と、基準となる電圧と電流の積の値を設定する基準電圧電流積設定のＳ１４４と、前記電流電圧積の算出値と基準値とに基づいてパイロットアークからプラズマアークに移行したかどうかを判定する判定のＳ１４５とを有する。
【００９７】
また、制御部３は電力供給・停止のＳ５の代わりに、Ｓ１４５での判定信号に基づいて電力の供給を直ちに停止できる電力停止のＳ１４６を有する。
【００９８】
実際の溶接では、制御部３は判定のＳ１４５で、電流電圧積算出のＳ１４３の算出値と基準電圧電流積設定のＳ１４４での設定値とを入力して両者の大小関係を比較する。そして、前記算出値が前記基準値を超えた時に、判定のＳ１４５はパイロットアークからプラズマアークに移行したと見なし、電力停止のＳ１４６に信号を送る。電力停止のＳ１４６は、前記判定信号を受けると、直ちに電力の供給を停止する。
【００９９】
このようにすることによって、溶接物への投入熱量を一定にすることができ、溶接品質を安定化させることができる。
【０１００】
なお、以上の実施の形態では、制御部３は検出手段５からのプラズマトーチ１がパイロットアークからプラズマアークに移行してから所定時間を計測し、所定時間の経過後にプラズマトーチへの電力供給を停止するとしているが、前記所定時間を計測した後、プラズマアークから再びパイロットアークに戻してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明に係るプラズマ溶接装置とその制御方法と溶接物は、パイロットアークからプラズマアークへの移行タイミングを適切に検出して、溶接物への投入熱量を一定にすることができるとともに、品質の安定した溶接物ができ、プラズマ溶接装置およびプラズマ溶接の制御方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ溶接装置を示すブロック図
【図２】（ａ）同実施の形態１の非移行型プラズマ溶接装置における電源接続図（ｂ）同実施の形態１の移行型プラズマ溶接装置における電源接続図
【図３】本発明の実施の形態２におけるプラズマ溶接装置を示すブロック図
【図４】同実施の形態２におけるプラズマ溶接装置の電圧、電流波形を示す模式図
【図５】本発明の実施の形態３におけるプラズマ溶接装置を示すブロック図
【図６】同実施の形態３におけるプラズマ溶接装置の電圧、電流波形を示す模式図
【図７】本発明の実施の形態４におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【図８】本発明の実施の形態５におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【図９】本発明の実施の形態６におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【図１０】本発明の実施の形態７におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【図１１】本発明の実施の形態８におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【図１２】本発明の実施の形態９におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【図１３】本発明の実施の形態１０におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【図１４】本発明の実施の形態１１におけるプラズマ溶接装置の制御流れ図
【符号の説明】
【０１０３】
１  プラズマトーチ
２  電源部
３  制御部
４  パイロットアーク電源部
５  検出手段
６  電圧検出部
７  比較部
８  基準電圧設定部
９  電圧微分部
１０  基準微分値設定部
【図１】
2005052861.tif 000003
【図２】
2005052861.tif 000004
【図３】
2005052861.tif 000005
【図４】
2005052861.tif 000006
【図５】
2005052861.tif 000007
【図６】
2005052861.tif 000008
【図７】
2005052861.tif 000009
【図８】
2005052861.tif 000010
【図９】
2005052861.tif 000011
【図１０】
2005052861.tif 000012
【図１１】
2005052861.tif 000013
【図１２】
2005052861.tif 000014
【図１３】
2005052861.tif 000015
【図１４】
2005052861.tif 000016