(57)【要約】【課題】プラズマアーク溶接において、アークスタート時にシリーズアークの発生を防止して、溶接トーチの損傷を防止する。【解決手段】パイロットアークを発生させてメインアーク電流Ｉｍが通電するメインアークの発生を誘発してアークスタートさせるプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法において、前記メインアークが発生した時点ｔ３から予め定めた初期期間Ｔｓ中は、シリーズアークが発生しない値に予め定めた初期電流Ｉｓを通電し、その後に前記メインアーク電流Ｉｒに切り換える。これによって、メインアークが発生したときの電流値をシリーズアークが発生しない値未満に設定することができるので、メインアーク電流値Ｉｒが大電流値であってもシリーズアークを防止することができる。【選択図】  図２
2009095843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロットアークを発生させてメインアーク電流が通電するメインアークの発生を誘発してアークスタートさせるプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法において、
前記メインアークが発生した時点から予め定めた初期期間中はシリーズアークが発生しない値に予め定めた初期電流を通電し、その後に前記メインアーク電流に切り換える、ことを特徴とするプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項２】
前記初期電流値をプラズマガス流量に応じて変化させる、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法。
【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のアークスタート時にシリーズアークの発生を防止するためのプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、プラズマアーク溶接装置の一般的なブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【０００３】
パイロットアーク用電源ＰＰＳは、定電流特性又は垂下特性を有する電源であり、この電源によってアークスタート時にパイロットアークを発生させる。パイロットアーク用スイッチＳＰは、パイロットアーク用スイッチ制御信号Ｓｐに従って上記のパイロットアーク用電源のオン／オフを行う。このパイロットアーク用スイッチＳＰとしては、リレー、半導体スイッチング素子等を使用する。パイロットアーク電流通電判別回路ＣＰは、パイロットアーク電流Ｉｐが通電しているときはＨｉｇｈレベルになるパイロットアーク電流判別信号Ｃｐを出力する。
【０００４】
メインアーク用電源ＭＰＳは、定電流特性又は垂下特性を有する電源であり、この電源によってメインアークを発生させる。メインアーク用スイッチＳＭは、メインアーク用スイッチ制御信号Ｓｍに従って上記のメインアーク用電源のオン／オフを行う。このメインアーク用スイッチＳＭとしては、リレー、半導体スイッチング素子等を使用する。メインアーク電流通電判別回路ＣＭは、メインアーク電流Ｉｍが通電しているときはＨｉｇｈレベルになるメインアーク電流判別信号Ｃｍを出力する。メインアーク電流設定回路ＩＲは、予め定めたメインアーク電流設定信号Ｉｒを出力する。
【０００５】
第１シーケンス制御回路ＳＣ１は、外部からの溶接開始信号Ｓｔが入力されると、上記のパイロットアーク用スイッチ制御信号Ｓｐを出力（Ｈｉｇｈレベル）してパイロットアーク用スイッチＳＰをオンにする。これによって、パイロットアーク用電源ＰＰＳから電極１とプラズマガスノズル４との間に高周波高電圧を重畳した電圧が印加されて、パイロットアークが発生する。パイロットアークが発生するとパイロットアーク電流Ｉｐが通電するので、上記のパイロットアーク電流判別信号ＣｐがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、第１シーケンス制御回路ＳＣ１は、メインアーク用スイッチ制御信号Ｓｍを出力（Ｈｉｇｈレベル）してメインアーク用スイッチＳＭをオンにする。これによって、メインアーク用電源ＭＰＳから電圧が印加されて、メインアーク３が発生する。メインアーク３が発生すると、メインアーク電流設定信号Ｉｒによって定まる値のメインアーク電流Ｉｍが通電し、メインアーク電流判別信号ＣｍがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、第１シーケンス制御回路ＳＣ１は、メインアーク電流判別信号ＣｍがＨｉｇｈレベルになった時点から予め定めた初期期間経過後にパイロットアーク用スイッチ制御信号ＳｐをＬｏｗレベルにしてパイロットアーク用スイッチＳＰをオフにする。これによって、パイロットアークが消弧する。これ以降は、メインアーク３だけが発生して、プラズマアーク溶接が行われる。
【０００６】
溶接トーチは、主に電極１、それを取り囲むプラズマガスノズル４及びそれを取り囲むシールドガスノズル５から成る。電極１には、タングステン電極が使用されることが多い。プラズマガスノズル４内をプラズマガスが流れる。また、シールドガスノズル５内をシールドガスが流れる。プラズマガス及びシールドガスにはアルゴンが使用されることが多い。パイロットアークは電極１とプラズマガスノズル４との間に発生し、メインアーク３は電極１と母材２との間に発生する。パイロットアークによって誘発されてメインアーク３が発生する。
【０００７】
図４は、上述したプラズマアーク溶接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）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）はパイロットアーク用スイッチ制御信号Ｓｐを示し、同図（Ｃ）はパイロットアーク電流Ｉｐを示し、同図（Ｄ）はメインアーク用スイッチ制御信号Ｓｍを示し、同図（Ｅ）はメインアーク電流Ｉｍを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、パイロットアーク用スイッチ制御信号ＳｐがＨｉｇｈレベルになり、パイロットアーク用スイッチＳＰがオンされる。これに応動して、電極１とプラズマガスノズル４との間に高周波高電圧を重畳した電圧がパイロットアーク用電源ＰＰＳから印加される。これによって、時刻ｔ２においてパイロットアークが発生し、同図（Ｃ）に示すように、パイロットアーク電流Ｉｐが通電する。
【０００９】
時刻ｔ２においてパイロットアーク電流Ｉｐが通電すると図３に示すパイロットアーク電流判別信号ＣｐがＨｉｇｈレベル（通電）になるので、同図（Ｄ）に示すように、メインアーク用スイッチ制御信号ＳｍがＨｉｇｈレベルになり、メインアーク用スイッチＳＭがオンされる。これに応動して、電極１と母材２との間に電圧がメインアーク用電源ＭＰＳから印加される。パイロットアークの発生によって電極１の先端部空間にプラズマ雰囲気が形成されているために、時刻ｔ３においてこのパイロットアークに誘発されてメインアーク３が電極１と母材２との間に発生する。したがって、この時点においてはパイロットアーク及びメインアーク３が共に発生している状態である。メインアーク３が発生すると、同図（Ｅ）に示すように、予め定めたメインアーク電流設定信号Ｉｒによって定まる値のメインアーク電流Ｉｍが通電する。時刻ｔ３から予め定めた初期期間Ｔｓが経過した時刻ｔ４において、同図（Ｂ）に示すように、パイロットアーク用スイッチ制御信号ＳｐがＬｏｗレベルになるので、パイロットアーク用スイッチＳＰはオフされ、パイロットアークは消弧される。このために、同図（Ｃ）に示すように、パイロットアーク電流Ｉｐの通電は停止する。時刻ｔ４以降の期間は、メインアーク３のみが発生する定常状態となり、プラズマアーク溶接が行われる。したがって、時刻ｔ１〜ｔ４までの期間がアークスタート期間となる。上記において、初期期間Ｔｓを設けている理由は以下のとおりである。すなわち、メインアーク３が時刻ｔ３で発生した直後はまだその状態が過渡的な状態にあるために、この時点でパイロットアークを消弧するとメインアークが過渡的な状態において消弧するおそれがあるからである。この初期期間Ｔｓは、１００〜１０００ms程度に設定する。上述した従来技術が記載されている刊行物としては、例えば特許文献１等を参照。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−５８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した図４において、時刻ｔ３でメインアークが発生したときにシリーズアークと呼ばれる状態になることがある。シリーズアークとは、電極１とプラズマガスノズル４との間にアークが発生してメインアーク電流Ｉｍが通電し、さらに、プラズマガスノズル４と母材２との間にアークが発生してメインアーク電流Ｉｍが通電する状態である。すなわち、シリーズアークとは電極１とプラズマガスノズル４及びプラズマガスノズル４と母材２との間に直列（シリーズ）にアークが発生して、メインアーク電流Ｉｍが通電する状態である。このシリーズアークが発生すると、プラズマガスノズル４がアーク熱によって溶融して損傷することになる場合が多い。この結果、溶接ができなくなる。したがって、アークスタート時にシリーズアークを発生させないようにすることは重要である。
【００１２】
シリーズアークは、メインアーク電流Ｉｍの値が大きくなると発生しやすくなる。図５は、このシリーズアークが発生するメインアーク電流値Ｉｍを例示した図である。同図において、横軸はメインアーク電流値Ｉｍを示し、縦軸はプラズマガス流量を示す。同図から明らかなように、メインアーク電流値Ｉｍが境界値未満になるとシリーズアークは発生しなくなる。この境界値はプラズマガス流量に依存するが、１２０〜１８０Ａ程度となる。この境界値は、電極１とプラズマガスノズル４との距離によっても左右されるので、溶接トーチの構造にも依存する。従来技術のプラズマアーク溶接は比較的小電流域で使用されることも多いために、このシリーズアークの問題が顕在化しなかったとも言える。しかし、１２０Ａ程度以上の大電流域でプラズマアーク溶接を使用する場合には、このシリーズアークの発生が大きな問題となる。
【００１３】
そこで、本発明は、アークスタート時にシリーズアークを発生させることなくメインアークを確実に発生させうことができるプラズマアーク溶接のアークスタート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】
【００１４】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
パイロットアークを発生させてメインアーク電流が通電するメインアークの発生を誘発してアークスタートさせるプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法において、
前記メインアークが発生した時点から予め定めた初期期間中はシリーズアークが発生しない値に予め定めた初期電流を通電し、その後に前記メインアーク電流に切り換える、ことを特徴とするプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１５】
第２の発明は、前記初期電流値をプラズマガス流量に応じて変化させる、ことを特徴とする第１の発明記載のプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上記第１の発明によれば、メインアークが発生した時点から予め定めた初期期間中はシリーズアークが発生しない値に予め定めた初期電流を通電し、その後に前記メインアーク電流に切り換えることによって、アークスタート時にシリーズアークの発生を防止することができる。このために、メインアーク電流が大電流値であるときでもシリーズアークが発生しないので、溶接トーチの損傷を防止することができる。
【００１７】
さらに、上記第２の発明によれば、上記の初期電流値をプラズマガス流量に応じて変化させる。これによって、初期電流値を調整されたプラズマガス流量におけるシリーズアークが発生しない上限値近くに設定することが可能となる。このために、初期電流値とメインアーク電流値との差を小さくすることができ、迅速に定常状態に収束させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において上述した図３と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３とは異なる点線で示すブロックについて同図を参照して説明する。
【００２０】
初期電流設定回路ＩＳは、予め定めたシリーズアークが発生しない値未満の初期電流設定信号Ｉｓを出力する。メインアーク電流設定回路ＩＲは、予め定めたメインアーク電流設定信号Ｉｒを出力する。電流設定切換回路ＳＩは、後述する切換信号ＳｉがＬｏｗレベルのときは上記の初期電流設定信号Ｉｓを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のメインアーク電流設定信号Ｉｒを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
【００２１】
第２シーケンス制御回路ＳＣ２は、外部からの溶接開始信号Ｓｔが入力されると、パイロットアーク用スイッチ制御信号Ｓｐを出力（Ｈｉｇｈレベル）してパイロットアーク用スイッチＳＰをオンにする。これによって、パイロットアーク用電源ＰＰＳから電極１とプラズマガスノズル４との間に高周波高電圧を重畳した電圧が印加されて、パイロットアークが発生する。パイロットアークが発生するとパイロットアーク電流Ｉｐが通電するので、パイロットアーク電流判別信号ＣｐがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、第２シーケンス制御回路ＳＣ２は、メインアーク用スイッチ制御信号Ｓｍを出力（Ｈｉｇｈレベル）してメインアーク用スイッチＳＭをオンにする。これによって、メインアーク用電源ＭＰＳから電圧が印加されて、メインアーク３が発生する。メインアーク３が発生すると、初期電流設定信号Ｉｓによって定まる値のメインアーク電流Ｉｍが通電し、メインアーク電流判別信号ＣｍがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、第２シーケンス制御回路ＳＣ２は、メインアーク電流判別信号ＣｍがＨｉｇｈレベルになった時点から予め定めた初期期間Ｔｓ経過後にパイロットアーク用スイッチ制御信号ＳｐをＬｏｗレベルにしてパイロットアーク用スイッチＳＰをオフにすると共に、切換信号ＳｉをＨｉｇｈレベルにする。これによって、パイロットアークが消弧し、同時にメインアーク電流Ｉｍの値はメインアーク電流設定信号Ｉｒによって定まる値に変化する。これ以降は、メインアーク３だけが発生して、プラズマアーク溶接が行われる。
【００２２】
図２は、図１で上述した溶接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）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）はパイロットアーク用スイッチ制御信号Ｓｐを示し、同図（Ｃ）はパイロットアーク電流Ｉｐを示し、同図（Ｄ）はメインアーク用スイッチ制御信号Ｓｍを示し、同図（Ｅ）はメインアーク電流Ｉｍを示す。同図は上述した図４と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ３までの期間は同一動作であるのでこの期間中の動作説明は省略する。以下、時刻ｔ３以降の期間について、同図及び図１を参照して説明する。
【００２３】
時刻ｔ３時点では、図１の切換信号ＳｉはＬｏｗレベルであるので、電流制御設定信号Ｉcrは初期電流設定信号Ｉｓになっている。このために、時刻ｔ３において、メインアーク３が発生すると、同図（Ｅ）に示すように、メインアーク電流Ｉｍは初期電流設定信号Ｉｓによって定まる値になる。この初期電流設定信号Ｉｓの値は、図５で上述したように、シリーズアークが発生しない値未満に設定する。この値は、プラズマガス流量によって適正値に変化させる。さらに、初期電流設定信号Ｉｓの値は、シリーズアークの発生しない範囲で上限値に近い値に設定することが望ましい。これは、初期電流設定信号Ｉｓの値が大きいほどメインアーク３が発生した後の過渡状態が短くなるために、初期期間Ｔｓを短く設定することができる。このために、メインアーク３を迅速に定常状態に収束させることができる。
【００２４】
時刻ｔ４において初期期間Ｔｓが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、パイロットアーク用スイッチ制御信号ＳｐはＬｏｗレベルになるので、パイロットアーク用スイッチＳＰはオフになる。このために、パイロットアークが消弧し、同図（Ｃ）に示すように、パイロットアーク電流判別信号ＣｐはＬｏｗレベルになる。同時に、電流制御設定信号Ｉcrはメインアーク電流設定信号Ｉｒになるので、同図（Ｅ）に示すように、メインアーク電流Ｉｍの値はメインアーク電流設定信号Ｉｒによって定まる値になる。時刻ｔ４以降は、メインアーク３のみが発生する定常状態に移行してプラズマアーク溶接が行われる。
【００２５】
上記の初期電流設定信号Ｉｓの値は、プラズマガス流量、電極１とプラズマガスノズル４との距離等に応じて適正値に設定する。溶接トーチが決まっている場合には、初期電流設定信号Ｉｓの値は、プラズマガス流量に応じて変化させることが望ましい。但し、プラズマガス流量の調整範囲において、シリーズアークが発生しない初期電流設定信号Ｉｓの値に設定することもできる。また、上記の初期期間Ｔｓは、メインアーク３の過渡状態の長さに応じて設定する。この初期期間Ｔｓは、初期電流設定信号Ｉｓの値に応じて変化させても良い。
【００２６】
上述した実施の形態では、図２に示すように、時刻ｔ４においてパイロットアークの消弧及び初期電流設定値からメインアーク電流設定値への切換タイミングを同時に行っている。この電流設定値の切換タイミングを、パイロットアークの消弧時点から遅延させても良い。
【００２７】
上述した実施の形態によれば、メインアークが発生した時点から予め定めた初期期間中はシリーズアークが発生しない値に予め定めた初期電流を通電し、その後に前記メインアーク電流に切り換えることによって、アークスタート時にシリーズアークの発生を防止することができる。このために、メインアーク電流が大電流値であるときでもシリーズアークが発生しないので、溶接トーチの損傷を防止することができる。さらに、上記の初期電流値をプラズマガス流量に応じて変化させることによって、初期電流値を調整されたプラズマガス流量におけるシリーズアークが発生しない上限値近くに設定することが可能となる。このために、初期電流値とメインアーク電流値との差を小さくすることができ、迅速に定常状態に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図３】従来技術におけるプラズマアーク溶接装置のブロック図である。
【図４】従来技術におけるプラズマアーク溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】従来技術の課題を説明するためのシリーズアークが発生するメインアーク電流範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１            電極
２            母材
３            メインアーク
４            プラズマガスノズル
５            シールドガスノズル
ＣＭ            メインアーク電流通電判別回路
Ｃｍ            メインアーク電流判別信号
ＣＰ            パイロットアーク電流通電判別回路
Ｃｐ            パイロットアーク電流判別信号
Ｉcr            電流制御設定信号
Ｉｍ            メインアーク電流
Ｉｐ            パイロットアーク電流
ＩＲ            メインアーク電流設定回路
Ｉｒ            メインアーク電流設定信号
ＩＳ            初期電流設定回路
Ｉｓ            初期電流設定信号
ＭＰＳ            メインアーク用電源
ＰＰＳ            パイロットアーク用電源
ＳＣ１            第１シーケンス制御回路
ＳＣ２            第２シーケンス制御回路
ＳＩ            電流設定切換回路
Ｓｉ            切換信号
ＳＭ            メインアーク用スイッチ
Ｓｍ            メインアーク用スイッチ制御信号
ＳＰ            パイロットアーク用スイッチ
Ｓｐ            パイロットアーク用スイッチ制御信号
Ｓｔ            溶接開始信号
Ｔｓ            初期期間
【図１】
2009095843.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009095843.tif 000006
【図５】
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