JP2015062912A - プラズマアーク溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】 メインアークをより確実に点弧することのできるプラズマアーク溶接システムを提供すること。
【解決手段】 非消耗電極１２１および非消耗電極１２１を囲むプラズマノズル１２２を含むトーチ１２を用いる、プラズマアーク溶接方法のためのプラズマアーク溶接システムＢ１であって、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間にパイロットアーク電流Ｉｐを流すパイロットアーク電源回路３１と、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２との間に発生しているパイロットアークの状態を示すパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値を検出するパイロットアーク電圧検出回路３６と、を備え、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電圧検出回路３６によって検出されたパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値に基づき、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマアーク溶接システムに関する。

従来から、プラズマアーク溶接方法が知られている。プラズマアーク溶接方法では、電極とプラズマノズルとの間にパイロットアークが発生している状態で、電極と母材との間にメインアークを点弧させる。メインアークは、パイロットアークに誘発されることにより、点弧する。そして、メインアークが発生している状態で母材の定常溶接を行う。プラズマアーク溶接方法は、たとえば、特許文献１や特許文献２に開示されている。

特開昭６３−５８７５号公報 特開２００９−９５８４３号公報

このようなプラズマアーク溶接方法において、メインアークを確実に点弧できなくなることがあった。このようなことでは、作業効率の悪化を招いてしまう。

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、メインアークをより確実に点弧することのできるプラズマアーク溶接システムを提供することをその主たる課題とする。

本発明の第１の側面によると、非消耗電極および前記非消耗電極を囲むプラズマノズルを含むトーチを用いる、プラズマアーク溶接方法のためのプラズマアーク溶接システムであって、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間にパイロットアーク電流を流すパイロットアーク電源回路と、前記非消耗電極および前記プラズマノズルとの間に発生しているパイロットアークの状態を示すアーク状態反映値を検出する検出回路と、を備え、前記パイロットアーク電源回路は、前記検出回路によって検出されたアーク状態反映値に基づき、電源出力値を上昇させ、前記アーク状態反映値は、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間のパイロットアーク電圧の電圧値と、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間に流れるパイロットアーク電流の電流値と、のいずれか一方であり、前記電源出力値は、前記パイロットアーク電圧の電圧値と、前記パイロットアーク電流の電流値と、の他方である、プラズマアーク溶接システムが提供される。

好ましくは、第１基準値を記憶する第１基準値記憶部を更に備え、前記パイロットアーク電源回路は、前記アーク状態反映値が前記第１基準値を下回ると、前記電源出力値を上昇させる第１上昇処理を行う。

好ましくは、第２基準値を記憶する第２基準値記憶部を更に備え、前記パイロットアーク電源回路は、前記第１上昇処理を終えた後に、前記アーク状態反映値が第２基準値を下回る場合、前記電源出力値を上昇させる第２上昇処理を行う。

好ましくは、前記パイロットアーク電源回路は、前記第１上昇処理を終えた後、前記アーク状態反映値が第２基準値以上である場合、前記電源出力値を上昇させない。

好ましくは、前記電源出力値の上限値を記憶する上限値記憶部を更に備え、前記パイロットアーク電源回路は、前記上限値に基づいて、前記パイロットアーク電源回路の出力状態を決定する。

好ましくは、前記パイロットアーク電源回路は、前記電源出力値が、前記上限値以上である場合、前記パイロットアーク電源回路の出力を停止する。

好ましくは、前記パイロットアーク電源回路は、前記電源出力値が前記上限値を下回っている場合であり、且つ、前記第１上昇処理を終えた後に、前記アーク状態反映値が第２基準値を下回る場合、前記第２上昇処理を行う。

好ましくは、第１基準値を記憶する第１基準値記憶部と、報知部と、を更に備え、前記報知部は、前記アーク状態反映値が前記第１基準値を下回ると、前記パイロットアークが不具合状態であることを示す不具合情報を報知する。

好ましくは、前記電源出力値の上限値を記憶する上限値記憶部と、報知部と、を更に備え、前記報知部は、前記電源出力値が、前記上限値以上である場合、前記プラズマノズルが高温であることを示す高温警報を報知する。

好ましくは、前記パイロットアーク電源回路は、前記非消耗電極および母材の間にメインアークが発生していない場合にのみ、前記電源出力値を上昇させる。

好ましくは、前記非消耗電極と母材との間にメインアーク電流を流すメインアーク電源回路を更に備える。

好ましくは、前記非消耗電極と前記プラズマノズルとの間にプラズマガスを流すプラズマガス供給装置を更に備える。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムのブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムにおけるトーチを示す拡大断面図である。 図１のプラズマアーク溶接システムを用いたプラズマアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。 プラズマノズルに酸化物が付着した状態を示す図である。 図１のプラズマアーク溶接システムを用いたプラズマアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図５を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムのブロック図である。

同図に示すプラズマアーク溶接システムＢ１は、溶接ロボット１と、動作制御回路２と、パイロットアーク用回路３と、メインアーク用回路４と、プラズマガス流量制御回路４９１と、シールドガス流量制御回路４９２と、プラズマガス供給装置８１と、シールドガス供給装置８２と、報知部８５と、を備える。

溶接ロボット１は、母材Ｗに対してプラズマアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、マニピュレータ１１と、トーチ１２と、を含む。

マニピュレータ１１は、たとえば多関節ロボットである。トーチ１２は、マニピュレータ１１の駆動により、上下前後左右に自在に移動できる。

図２によく表れているように、トーチ１２は、非消耗電極１２１と、プラズマノズル１２２と、シールドガスノズル１２３とを有する。

非消耗電極１２１は、たとえばタングステンからなる金属棒である。プラズマノズル１２２は筒状の部材である。プラズマノズル１２２は非消耗電極１２１を囲んでいる。プラズマノズル１２２は、非消耗電極１２１の先端の位置する側とは反対側に開放している。

プラズマノズル１２２内をプラズマガスＰＧが流れる。プラズマガスＰＧを媒体として、プラズマノズル１２２と非消耗電極１２１との間にパイロットアークＰａが発生する。パイロットアークＰａが発生している際、プラズマノズル１２２と非消耗電極１２１との間には、パイロットアーク電流Ｉｐが流れる。なお、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値とは、特に断りのない限り、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値の絶対値の時間平均値のことを意味する。なお、プラズマノズル１２２は、冷却手段（図示略）によって、適宜冷却される。

非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアークＭａが発生する。メインアークＭａは、プラズマノズル１２２のノズル開口に拘束される。メインアークＭａが発生している際、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアーク電流Ｉｍが流れる。メインアーク電流Ｉｍは、母材Ｗの材質に応じて、直流もしくは交流いずれかが選択される。メインアーク電流Ｉｍは、直流のパルス電流である場合もあるし、交流のパルス電流である場合もある。なお、メインアーク電流Ｉｍの電流値とは、特に断りのない限り、メインアーク電流Ｉｍの電流値の絶対値の時間平均値のことを意味する。メインアークＭａが発生している際、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアーク電圧Ｖｍが印加される。

シールドガスノズル１２３は筒状の部材である。シールドガスノズル１２３はプラズマノズル１２２を囲んでいる。シールドガスノズル１２３とプラズマノズル１２２との間を、シールドガスＳＧが流れる。本実施形態とは異なり、トーチ１２がシールドガスノズル１２３を含んでいなくてもよい。

動作制御回路２は、マイクロコンピュータおよびメモリ（ともに図示略）を有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。動作制御回路２はロボット移動速度Ｖｒを制御する。ロボット移動速度Ｖｒは、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する非消耗電極１２１の速度である。動作制御回路２は、上記作業プログラム、溶接ロボット１におけるエンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度Ｖｒ等に基づき、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｓを送る。溶接ロボット１は動作制御信号Ｍｓを受け、マニピュレータ１１を駆動させ、トーチ１２が、母材Ｗにおける所定の溶接開始位置に移動したり、母材Ｗの面内方向に沿って移動したりする。

パイロットアーク用回路３は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間にパイロットアーク電流Ｉｐを流す。本実施形態では、パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を、設定された値となるように制御する。すなわち、パイロットアーク用回路３は、定電流制御を行う。本実施形態とは異なり、パイロットアーク用回路３は、定電圧制御を行なってもよい。パイロットアーク用回路３が定電圧制御を行う場合、パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値を設定された値となるように制御する。

パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電源回路３１と、パイロットアーク電流検出回路３３と、パイロットアーク電圧検出回路３６と、第１基準値記憶部３９１と、第２基準値記憶部３９２と、上限値記憶部３９３と、を含む。

第１基準値記憶部３９１には第１基準値ｖｐ１が記憶されており、第２基準値記憶部３９２には第２基準値ｖｐ２が記憶されており、上限値記憶部３９３には上限値ｉｐ１が記憶されている。第２基準値ｖｐ２は第１基準値ｖｐ１よりも大きい値である。第１基準値記憶部３９１と、第２基準値記憶部３９２と、上限値記憶部３９３とは、パイロットアーク電源回路３１に接続している。

パイロットアーク電源回路３１は、たとえば２００Ｖ等の商用電源を整流し抵抗器を直列に挿入した回路を含む。これにより、パイロットアーク電源回路３１は、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間にパイロットアーク電流Ｉｐを流す。パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を、設定された値となるように制御する。

パイロットアーク電源回路３１のその他の説明については、パイロットアーク電流検出回路３３およびパイロットアーク電圧検出回路３６の説明の後に記載する。

パイロットアーク電流検出回路３３は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に流れるパイロットアーク電流Ｉｐの電流値を検出するためのものである。パイロットアーク電流検出回路３３は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値に対応するパイロットアーク電流検出信号Ｉｄｐを送る。パイロットアーク電流検出信号Ｉｄｐは、パイロットアーク電源回路３１に送られる。

パイロットアーク電圧検出回路３６は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値を検出するためのものである。パイロットアーク電圧検出回路３６は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値に対応するパイロットアーク電圧検出信号Ｖｄｐを送る。パイロットアーク電圧検出信号Ｖｄｐは、パイロットアーク電源回路３１に送られる。なお、本実施形態では、パイロットアーク電圧検出回路３６は、本発明の検出回路の一例に相当する。

パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電圧検出回路３６（検出回路）によって検出されたアーク状態反映値に基づき、電源出力値を上昇させる。アーク状態反映値とは、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２との間に発生しているパイロットアークＰａの状態を示すものである。そして、アーク状態反映値は、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値と、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間に流れるパイロットアーク電流Ｉｐの電流値と、のいずれか一方である。電源出力値は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値、および、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値の他方である。そして、本実施形態では、パイロットアーク用回路３（パイロットアーク電源回路３１）では定電流制御がなされている。そのため、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値は、パイロットアークＰａの状態に依って変化せず、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値がパイロットアークＰａの状態を反映した値となる。すなわち、本実施形態では、アーク状態反映値は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値である。電源出力値は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値である。

本実施形態とは異なり、パイロットアーク電源回路３１が定電圧制御されている場合、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値は、パイロットアークＰａの状態に依って変化せず、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値がパイロットアークＰａの状態を反映した値となる。この場合、アーク状態反映値は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値であり、電源出力値は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値である。

パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流検出信号Ｉｄｐと、パイロットアーク電圧検出信号Ｖｄｐと、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍ（後述）と、を受ける。また、パイロットアーク電源回路３１は、報知指示信号ＳＩｎ１および報知指示信号ＳＩｎ２を報知部８５に送る。

メインアーク用回路４は、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間にメインアーク電流Ｉｍを流す。本実施形態では、メインアーク用回路４は、メインアーク電流Ｉｍの電流値を、設定された値となるように制御する。すなわち、メインアーク用回路４は、定電流制御を行う。

メインアーク用回路４は、メインアーク電源回路４１と、メインアーク電流検出回路４３と、メインアーク電流通電検出回路４５と、を含む。

メインアーク電源回路４１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行う。これにより、メインアーク電源回路４１は、非消耗電極１２１および母材Ｗの間にメインアーク電流Ｉｍを流す。メインアーク電源回路４１は、メインアーク電流Ｉｍの電流値を、設定された値となるように制御する。

メインアーク電流検出回路４３は、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間に流れるメインアーク電流Ｉｍの電流値を検出するためのものである。メインアーク電流検出回路４３は、メインアーク電流Ｉｍの電流値に対応するメインアーク電流検出信号Ｉｄｍを送る。

メインアーク電流通電検出回路４５はメインアーク電流検出信号Ｉｄｍを受ける。メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を検出するためのものである。メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を検出すると、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍをパイロットアーク電源回路３１に送る。メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を、たとえば、メインアーク電流Ｉｍの電流値とあるしきい値とを比較することにより、検出する。なお、メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を検出している間は常に、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを送り続ける。

プラズマガス流量制御回路４９１は、プラズマガスＰＧの流量を制御するためのものである。プラズマガス流量制御回路４９１は、プラズマガスＰＧの流量を指示するためのプラズマガス流量制御信号Ｓｐｇを送る。

シールドガス流量制御回路４９２は、シールドガスＳＧの流量を制御するためのものである。シールドガス流量制御回路４９２は、シールドガスＳＧの流量を指示するためのシールドガス流量制御信号Ｓｓｇを送る。

プラズマガス供給装置８１は、プラズマガスＰＧをプラズマノズル１２２の内部に供給するためのものである。プラズマガス供給装置８１は、プラズマガス流量制御回路４９１から受けたプラズマガス流量制御信号Ｓｐｇに基づき、プラズマガスＰＧを供給する。

シールドガス供給装置８２は、シールドガスＳＧをプラズマノズル１２２とシールドガスノズル１２３との間に供給するためのものである。シールドガス供給装置８２は、シールドガス流量制御回路４９２から受けたシールドガス流量制御信号Ｓｓｇに基づき、シールドガスＳＧを供給する。

報知部８５は、たとえば、ブザーや警告灯や表示装置である。報知部８５は、報知指示信号ＳＩｎ１を受けると、不具合情報Ｉｎｆ１を報知する。不具合情報Ｉｎｆ１は、パイロットアークが不具合状態であることを示す情報である。不具合情報Ｉｎｆ１は、たとえばブザー音やアラーム音やライトの点灯やパイロットアークＰａに不具合が生じた旨の表示である。報知部８５は、報知指示信号ＳＩｎ２を受けると、高温警報Ｉｎｆ２を報知する。高温警報Ｉｎｆ２は、プラズマノズル１２２が高温であることを示す警報である。高温警報Ｉｎｆ２は、たとえばブザー音やアラーム音や、ライトの点灯や、プラズマノズル１２２が高温となっている旨の表示である。

次に、図３を更に用いて、プラズマアーク溶接システムＢ１を用いたアーク溶接方法について説明する。

図３は、プラズマアーク溶接システムＢ１を用いたプラズマアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。同図では、（ａ）はパイロットアーク電流Ｉｐの電流値、（ｂ）はメインアーク電流Ｉｍの電流値、（ｃ）は高温警報Ｉｎｆ２、（ｄ）はロボット移動速度Ｖｒ、（ｅ）はパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値、（ｆ）はメインアーク電圧Ｖｍの電圧値、（ｇ）はプラズマガスＰＧの流量、（ｈ）不具合情報Ｉｎｆ１のそれぞれの変化状態を示す。

＜時刻ｔ１１以前＞
時刻ｔ１１以前において、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間にメインアークＭａが発生した状態で、定常溶接が行われている。

＜時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２＞
時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間も定常溶接が行われている。同図（ｂ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、メインアーク電流Ｉｍが流れている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のメインアーク電流Ｉｍの電流値は、たとえば、２０〜３５０Ａである。同図（ｆ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアーク電圧Ｖｍが印加されている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のメインアーク電圧Ｖｍの電圧値は、たとえば、１０〜３０Ｖである。同図（ｄ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、ロボット移動速度Ｖｒが予め定められた値（０より大きい）となっている。すなわち、溶接進行方向Ｄｒに、非消耗電極１２１が母材Ｗに対して移動している。同図（ｇ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、プラズマガスＰＧが、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に流れている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間のプラズマガスＰＧのガス流量は、たとえば、０．３〜１．０Ｌ／ｍｉｎである。

また、本実施形態では、定常溶接の間、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間にパイロットアークＰａが発生したままとなっている。そのため、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、パイロットアーク電流Ｉｐが流れている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のパイロットアーク電流Ｉｐの電流値は、たとえば、５〜１５Ａである。同図（ｅ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間には、パイロットアーク電圧Ｖｐが印加されている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値は、たとえば、１５〜１７Ｖである。なお、本実施形態とは異なり、定常溶接の間、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間にパイロットアークＰａを発生させていなくてもよい。

＜時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３＞
時刻ｔ１２において、定常溶接終了信号（図示略）が、メインアーク電源回路４１および動作制御回路２に送られる。メインアーク電源回路４１は、定常溶接終了信号を受けると、出力を停止し、メインアークＭａを消弧させる。これにより、同図（ｂ）に示すように、時刻ｔ１２において、メインアーク電流Ｉｍは０になる。また、同図（ｆ）に示すように、時刻ｔ１２において、メインアーク電圧Ｖｍは０になる。同図（ｄ）に示すように、動作制御回路２は、定常溶接終了信号を受けると、ロボット移動速度Ｖｒを０とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、時刻ｔ１２において、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１２１の母材Ｗに対する移動が停止する。

時刻ｔ１２においても、パイロットアーク電源回路３１は定電流制御を行っているため、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値は変化しない。時刻ｔ１２において、メインアークＭａが消弧すると、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が増加する。これは、パイロットアーク電流Ｉｐが、メインアークＭａを経由して流れることができなくなるためである。時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３にて上昇後のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値は、たとえば、２４〜２８Ｖである。図２に示すように、時刻ｔ１２直後のパイロットアークＰａは、母材Ｗにより近接する位置まで発生している。

時刻ｔ１３直前には、パイロットアークＰａがより弱くなる。図４には、時刻ｔ１３におけるパイロットアークＰａを示している。パイロットアークＰａが弱くなるにつれ、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が減少してゆく。

パイロットアークＰａが弱くなるにつれ、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が減少してゆく原因としては、たとえば、次の理由が考えられる。まず、プラズマノズル１２２の内面に酸化物が付着する。このような酸化物は、非消耗電極１２１を構成する材料（タングステン）の酸化物である可能性がある。プラズマノズル１２２の内面に酸化物が付着すると、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に、酸化物を経由した電流経路が形成され、パイロットアークＰａのうちプラズマノズル１２２の開口から出ている部分が少なくなる。また、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に、酸化物を経由した電流経路が形成されると、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間の抵抗値が小さくなる。非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間の抵抗値が小さくなると、パイロットアーク電圧Ｖｐが減少していく。

＜時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４＞
時刻ｔ１３において、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が、第１基準値記憶部３９１に記憶された第１基準値ｖｐ１を下回る。また、時刻ｔ１３においてはメインアークＭａが消弧しているため、メインアーク電流Ｉｍは流れていない。そのため、パイロットアーク電源回路３１は、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けていない。すなわち、本実施形態では、パイロットアーク電源回路３１がメインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けていない場合に、パイロットアーク電圧Ｖｐの値が第１基準値記憶部３９１に記憶された第１基準値ｖｐ１を下回っている。この場合、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアークＰａに不具合が発生したと判断し、報知部８５に報知指示信号ＳＩｎ１を送る。図３（ｈ）に示すように、報知部８５は、報知指示信号ＳＩｎ１を受けると、不具合情報Ｉｎｆ１を報知する。不具合情報Ｉｎｆ１は、パイロットアークＰａが不具合状態であることを示す情報である。不具合情報Ｉｎｆ１は、たとえばブザー音やアラーム音やライトの点灯やパイロットアークＰａに不具合が生じた旨の表示である。

報知部８５によって、不具合情報Ｉｎｆ１が報知されると、ユーザは、パイロットアークＰａの状態が悪いことを知る。

＜時刻ｔ１４〜時刻ｔ１５＞
パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電圧検出回路３６によって検出されたパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値に基づき、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる（時刻ｔ１４以降参照）。なお、本実施形態では、大幅にパイロットアーク電流Ｉｐを上昇させずに、徐々にパイロットアーク電流Ｉｐを上昇させる。プラズマノズル１２２が過度に高温となることを防止するためである。

具体的には、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が、第１基準値記憶部３９１に記憶された第１基準値ｖｐ１を下回ると、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる第１上昇処理を行う。また、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１を下回る場合にのみ、上記第１上昇処理を行うことが好ましい。本実施形態では、図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ１３にて、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が、第１基準値記憶部３９１に記憶された第１基準値ｖｐ１を下回っている。また、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１３にて、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１を下回っている。そのため、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１４にて、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させている。パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させると、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値も上昇する。なお、第１基準値ｖｐ１は、たとえば、１７〜１８Ｖである。また、時刻ｔ１４にてパイロットアーク電流Ｉｐは、たとえば、３〜５Ａ上昇する。時刻ｔ１４〜時刻ｔ１５は、たとえば、５〜４５ｓｅｃである。

本実施形態では、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４は、たとえば、０．５〜５ｍｉｎである。本実施形態とは異なり、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４が比較的短くてもよく、たとえば、１〜１０ｓｅｃであってもよい。

＜時刻ｔ１５〜時刻ｔ１６＞
パイロットアーク電源回路３１は、時刻ｔ１４の第１上昇処理を終えた後に、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が、第２基準値ｖｐ２を下回っている場合、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる第２上昇処理を行う。また、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１を下回る場合にのみ、上記第２上昇処理を行うことが好ましい。本実施形態では、図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ１５直前にて、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が第２基準値ｖｐ２を下回っている。また、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１５直前にて、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１を下回っている。そのため、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１５にて、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる。パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させると、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値も上昇する。また、時刻ｔ１５にてパイロットアーク電流Ｉｐは、たとえば、３〜５Ａ上昇する。時刻ｔ１５〜時刻ｔ１６は、たとえば、５〜４５ｓｅｃである。なお、第２基準値ｖｐ２は、たとえば、１８〜２２Ｖである。上限値ｉｐ１は、たとえば、２４〜２６Ａである。

＜時刻ｔ１６〜時刻ｔ１７＞
図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ１６直前にて、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が第２基準値ｖｐ２を下回っている。また、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１６直前にて、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１を下回っている。そのため、パイロットアーク電源回路３１は、時刻ｔ１６にて再び第２上昇処理を行う。具体的には、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１６にて、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる。パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させると、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値も上昇する。このときのパイロットアーク電流Ｉｐの電流値の上昇値も、たとえば３〜５Ａである。

パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させた後、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が、第２基準値ｖｐ２以上である場合、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を維持する。また、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１を下回る場合にのみ、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を維持する。本実施形態では、図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ１６にてパイロットアーク電流Ｉｐを上昇させた後、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が第２基準値ｖｐ２以上となっている。また、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１６にてパイロットアーク電流Ｉｐを上昇させた後、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１を下回っている。よって、時刻ｔ１６以降、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を維持する。このとき、パイロットアークＰａは通常の強さに戻っている。

＜時刻ｔ１７〜時刻ｔ１８＞
そして、時刻ｔ１７において、溶接開始指示信号（図示略）が動作制御回路２やメインアーク用回路４に送られる。これにより、図３（ｆ）に示すように、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間に、メインアーク電圧Ｖｍが印加され、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間にメインアークＭａが発生する。メインアークＭａが発生すると、図３（ｂ）に示すように、メインアーク電流Ｉｍが流れ始める。メインアーク電流Ｉｍが流れ始めると、メインアーク電流通電検出回路４５からメインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍが、パイロットアーク電源回路３１に送られる。メインアーク電流Ｉｍが流れている間は常に、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍは送られる。

同図（ｅ）に示すように、メインアークＭａが発生すると、パイロットアーク電圧Ｖｐが低下する。これは、パイロットアーク電流Ｉｐの一部がメインアークＭａを経由して流れる結果、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間の抵抗が低下するためである。

パイロットアーク電源回路３１は、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けている場合に、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が第１基準値ｖｐ１を下回ったとしても、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる上述の第１上昇処理を行わない。すなわち、パイロットアーク電源回路３１は、メインアークＭａが発生している場合には、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が第１基準値ｖｐ１を下回ったとしても、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる上述の第１上昇処理を行わない。

＜時刻ｔ１８以降＞
同図（ｄ）に示すように、時刻ｔ１８において、プラズマノズル１２２が母材Ｗに対して移動し始め（ロボット移動速度Ｖｒが０より大きい値となり）、定常溶接が開始される。そして、時刻ｔ１８以降のいずれかの時点において、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が時刻ｔ１４以前の値まで減少させられる。その後は、上述の時刻ｔ１１からの工程が繰り返される。なお、メインアークＭａが発生した後は、メインアークＭａの熱等によって非消耗電極１２１やプラズマノズル１２２に付着した酸化物が除去される。

図３では、パイロットアーク電流Ｉｐが上限値ｉｐ１を超えない場合を示したが、図５に示すように、パイロットアーク電流Ｉｐが上限値ｉｐ１を超えてしまう場合もある。パイロットアーク電流Ｉｐが上限値ｉｐ１を超えた場合について、図５を用いて説明する。

＜時刻ｔ１６〜時刻ｔ１７＞

図５（ａ）に示すように、図３と同様に時刻ｔ１６にてパイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させると、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１以上となっている。この場合、パイロットアーク電源回路３１は、プラズマノズル１２２が高温になるおそれがあると判断し、報知指示信号ＳＩｎ２を報知部８５に送る。報知部８５は、報知指示信号ＳＩｎ２を受けると、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ１７にて高温警報Ｉｎｆ２を報知する。高温警報Ｉｎｆ２は、プラズマノズル１２２が高温であることを示す警報である。高温警報Ｉｎｆ２は、たとえばブザー音やアラーム音や、ライトの点灯や、プラズマノズル１２２が高温となっている旨の表示である。

また、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が上限値ｉｐ１以上となっている場合、パイロットアーク電源回路３１は、出力を停止し、パイロットアークＰａを消弧する。これにより、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１８において、パイロットアーク電流Ｉｐが０となり、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐが０となる。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態においては、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電圧検出回路３６によって検出されたパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値に基づき、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を上昇させる。このような構成によると、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値（電源出力値）とともに、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値（アーク状態反映値）が上昇し、パイロットアークＰａがより強くなる。これにより、より確実にメインアークＭａを点弧させることができる。

本実施形態においては、第１基準値ｖｐ１および第２基準値ｖｐ２を用いているため、パイロットアークＰａが弱くなったことを検出する基準値と、パイロットアークＰａが適正になったことを検出する基準値と、を異ならせることができる。これにより、パイロットアークＰａをより適正な強さまで戻すことができる。そのため、より確実にメインアークＭａを点弧させることができる。

本実施形態においては、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値の上限値ｉｐ１を記憶する上限値記憶部３９３を更に備える。パイロットアーク電源回路３１は、上限値ｉｐ１に基づいて、パイロットアーク電源回路３１の出力状態を決定する。このような構成によると、プラズマノズル１２２が過度に高温となることを抑制できる。

本実施形態においては、パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値の値が、上限値ｉｐ１以上である場合、パイロットアーク電源回路３１の出力を停止する。このような構成は、プラズマノズル１２２が過度に高温となることを抑制するのに適する。

本実施形態においては、報知部８５は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値の値が第１基準値ｖｐ１を下回ると、パイロットアークＰａが不具合状態であることを示す不具合情報Ｉｎｆ１を報知する。このような構成によると、プラズマアーク溶接システムＢ１のユーザが、パイロットアークＰａが不具合であることを、知ることができる。

本実施形態においては、報知部８５は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値が、上限値ｉｐ１以上である場合、プラズマノズル１２２が高温であることを示す高温警報Ｉｎｆ２を報知する。このような構成によると、プラズマアーク溶接システムＢ１のユーザが、プラズマノズル１２２が高温となっている可能性があることを知ることができる。

本実施形態においては、パイロットアーク電源回路３１は、非消耗電極１２１および母材Ｗの間にメインアークＭａが発生していない場合にのみ、パイロットアーク電流Ｉｐを上昇させる。このような構成によると、正常にメインアークＭａが点弧した場合に、パイロットアークＰａが不具合であると判断される不具合を回避できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１ 溶接ロボット
１１ マニピュレータ
１２ トーチ
１２１ 非消耗電極
１２２ プラズマノズル
１２３ シールドガスノズル
２ 動作制御回路
３ パイロットアーク用回路
３１ パイロットアーク電源回路
３３ パイロットアーク電流検出回路
３６ パイロットアーク電圧検出回路
３９１ 第１基準値記憶部
３９２ 第２基準値記憶部
３９３ 上限値記憶部
４ メインアーク用回路
４１ メインアーク電源回路
４３ メインアーク電流検出回路
４５ メインアーク電流通電検出回路
４９１ プラズマガス流量制御回路
４９２ シールドガス流量制御回路
８１ プラズマガス供給装置
８２ シールドガス供給装置
８５ 報知部
Ｂ１ プラズマアーク溶接システム
Ｄｉｍ メインアーク電流通電検出信号
Ｄｒ 溶接進行方向
Ｉｄｍ メインアーク電流検出信号
Ｉｄｐ パイロットアーク電流検出信号
Ｉｍ メインアーク電流
Ｉｎｆ１ 不具合情報
Ｉｎｆ２ 高温警報
Ｉｐ パイロットアーク電流
ｉｐ１ 上限値
Ｍａ メインアーク
Ｍｓ 動作制御信号
Ｐａ パイロットアーク
ＰＧ プラズマガス
ＳＧ シールドガス
ＳＩｎ１ 報知指示信号
ＳＩｎ２ 報知指示信号
Ｓｐｇ プラズマガス流量制御信号
Ｓｓｇ シールドガス流量制御信号
ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６，ｔ１７，ｔ１８ 時刻
Ｖｄｐ パイロットアーク電圧検出信号
Ｖｍ メインアーク電圧
Ｖｐ パイロットアーク電圧
ｖｐ１ 第１基準値
ｖｐ２ 第２基準値
Ｖｒ ロボット移動速度
Ｗ 母材

Claims (12)

1. 非消耗電極および前記非消耗電極を囲むプラズマノズルを含むトーチを用いる、プラズマアーク溶接方法のためのプラズマアーク溶接システムであって、
   前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間にパイロットアーク電流を流すパイロットアーク電源回路と、
   前記非消耗電極および前記プラズマノズルとの間に発生しているパイロットアークの状態を示すアーク状態反映値を検出する検出回路と、を備え、
   前記パイロットアーク電源回路は、前記検出回路によって検出されたアーク状態反映値に基づき、電源出力値を上昇させ、
   前記アーク状態反映値は、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間のパイロットアーク電圧の電圧値と、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間に流れるパイロットアーク電流の電流値と、のいずれか一方であり、
   前記電源出力値は、前記パイロットアーク電圧の電圧値と、前記パイロットアーク電流の電流値と、の他方である、プラズマアーク溶接システム。
2. 第１基準値を記憶する第１基準値記憶部を更に備え、
   前記パイロットアーク電源回路は、前記アーク状態反映値が前記第１基準値を下回ると、前記電源出力値を上昇させる第１上昇処理を行う、請求項１に記載のプラズマアーク溶接システム。
3. 第２基準値を記憶する第２基準値記憶部を更に備え、
   前記パイロットアーク電源回路は、前記第１上昇処理を終えた後に、前記アーク状態反映値が第２基準値を下回る場合、前記電源出力値を上昇させる第２上昇処理を行う、請求項２に記載のプラズマアーク溶接システム。
4. 前記パイロットアーク電源回路は、前記第１上昇処理を終えた後、前記アーク状態反映値が第２基準値以上である場合、前記電源出力値を上昇させない、請求項３に記載のプラズマアーク溶接システム。
5. 前記電源出力値の上限値を記憶する上限値記憶部を更に備え、
   前記パイロットアーク電源回路は、前記上限値に基づいて、前記パイロットアーク電源回路の出力状態を決定する、請求項３または請求項４に記載のプラズマアーク溶接システム。
6. 前記パイロットアーク電源回路は、前記電源出力値が、前記上限値以上である場合、前記パイロットアーク電源回路の出力を停止する、請求項５に記載のプラズマアーク溶接システム。
7. 前記パイロットアーク電源回路は、
   前記電源出力値が前記上限値を下回っている場合であり、且つ、
   前記第１上昇処理を終えた後に、前記アーク状態反映値が第２基準値を下回る場合、
   前記第２上昇処理を行う、請求項５または請求項６に記載のプラズマアーク溶接システム。
8. 第１基準値を記憶する第１基準値記憶部と、
   報知部と、を更に備え、
   前記報知部は、前記アーク状態反映値が前記第１基準値を下回ると、前記パイロットアークが不具合状態であることを示す不具合情報を報知する、請求項１に記載のプラズマアーク溶接システム。
9. 前記電源出力値の上限値を記憶する上限値記憶部と、
   報知部と、を更に備え、
   前記報知部は、前記電源出力値が、前記上限値以上である場合、前記プラズマノズルが高温であることを示す高温警報を報知する、請求項３または請求項４に記載のプラズマアーク溶接システム。
10. 前記パイロットアーク電源回路は、前記非消耗電極および母材の間にメインアークが発生していない場合にのみ、前記電源出力値を上昇させる、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のプラズマアーク溶接システム。
11. 前記非消耗電極と母材との間にメインアーク電流を流すメインアーク電源回路を更に備える、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のプラズマアーク溶接システム。
12. 前記非消耗電極と前記プラズマノズルとの間にプラズマガスを流すプラズマガス供給装置を更に備える、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のプラズマアーク溶接システム。

Images