JP2016159330A - Power supply device for plasma welding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ溶接用電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for plasma welding.
プラズマ溶接においては、プラズマ溶接用電源装置にて生成した出力電力を溶接トーチに供給すると共に該トーチにプラズマガスを供給し、これらが協働してトーチ・母材間にプラズマアークを生じさせ溶接を行うものである。このようなプラズマ溶接に用いる溶接トーチとしては、中心に電極を有し、該電極周りにプラズマガス噴射用で二重構造をなすノズルを、更にその周りにシールドガス噴射用のノズルを有する構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。 In plasma welding, the output power generated by the plasma welding power supply is supplied to the welding torch and the plasma gas is supplied to the torch, and these cooperate to generate a plasma arc between the torch and the base material. Is to do. Such a welding torch used for plasma welding has an electrode in the center, a nozzle having a double structure for plasma gas injection around the electrode, and a nozzle for shielding gas injection around the nozzle. Those are known (for example, see Patent Document 1).
ここで、図４は、従来のプラズマ溶接用電源装置５０の一構成例を示す。プラズマガス噴射用の二重ノズル構造をなす溶接トーチＴＨにおいて電極ａ側から順に第１ノズルｂ、第２ノズルｃとすると、溶接を実施する際には先ず、高周波回路５１及びトランス５２にて生成した高周波電圧が電極ａと第１ノズルｂとの間に印加され、電極ａ・第１ノズルｂ間に高周波放電を発生させる。次いで、電極ａと第１ノズルｂとの間にパイロット回路５３にて生成したパイロットアーク電力が供給され、先の高周波放電に基づき電極ａと第１ノズルｂとの間に一先ずパイロットアークを点弧させる。次いで、切替スイッチ（マグネットスイッチ）ＭＳにてパイロットアーク電力の供給先が第２ノズルｃ側に切り替えられ、パイロットアークを電極ａと第２ノズルｃとの間に移行させる。 Here, FIG. 4 shows an example of the configuration of a conventional power supply device 50 for plasma welding. In the welding torch TH having a double nozzle structure for plasma gas injection, if the first nozzle b and the second nozzle c are sequentially formed from the electrode a side, first, the welding is performed by the high frequency circuit 51 and the transformer 52. The high frequency voltage thus applied is applied between the electrode a and the first nozzle b, and a high frequency discharge is generated between the electrode a and the first nozzle b. Next, the pilot arc power generated by the pilot circuit 53 is supplied between the electrode a and the first nozzle b, and the pilot arc is first ignited between the electrode a and the first nozzle b based on the previous high-frequency discharge. Let Next, the supply destination of the pilot arc power is switched to the second nozzle c side by the changeover switch (magnet switch) MS, and the pilot arc is shifted between the electrode a and the second nozzle c.
このように溶接トーチＴＨでは、実溶接を行う前の待機状態としてパイロットアークを点弧させておき、実溶接に移行する際にはメイン回路５４にて生成したメインアーク電力が電極ａと母材Ｍとの間に供給される。これにより、先のパイロットアークに基づいて電極ａ・母材Ｍ間にメインアーク（プラズマアーク）が生じるようになっている。 As described above, in the welding torch TH, the pilot arc is ignited as a standby state before actual welding is performed, and the main arc power generated by the main circuit 54 is transferred to the electrode a and the base material when shifting to actual welding. Supplied to M. As a result, a main arc (plasma arc) is generated between the electrode a and the base material M based on the previous pilot arc.
ところで、図４に示す一構成例では、パイロット回路５３の出力電路が途中から第１ノズルｂ側と第２ノズルｃ側とに分岐し、分岐後の第１ノズルｂ側の電路上に切替スイッチＭＳが配置されている。即ち、切替スイッチＭＳがオンの時には、第１及び第２ノズルｂ，ｃの両側にパイロットアーク電力が供給され、切替スイッチＭＳがオフになると、第１ノズルｂ側へのパイロットアーク電力の供給が停止されると共に、第２ノズルｃ側にその電力が集約される。つまり、パイロットアークを一先ず第１ノズルｂにて点弧するまで切替スイッチＭＳはオン状態とされ、パイロットアークを第２ノズルｃ側に移行する際に切替スイッチＭＳがオフされる。 Incidentally, in one configuration example shown in FIG. 4, the output circuit of the pilot circuit 53 branches from the middle to the first nozzle b side and the second nozzle c side, and the changeover switch is placed on the first nozzle b side circuit after branching. MS is arranged. That is, when the changeover switch MS is on, pilot arc power is supplied to both sides of the first and second nozzles b and c, and when the changeover switch MS is turned off, the pilot arc power is supplied to the first nozzle b side. While being stopped, the power is concentrated on the second nozzle c side. That is, the changeover switch MS is turned on until the pilot arc is first ignited by the first nozzle b, and the changeover switch MS is turned off when the pilot arc is shifted to the second nozzle c side.
このような構成であるために、パイロットアークを第２ノズルｃ側に移行すべく切替スイッチＭＳがオフに切り替えられる瞬間に該スイッチＭＳの機械接点間で放電が生じてパイロットアーク電流が消費されることがあると、第２ノズルｃ側へのパイロットアークの移行に支障を来すことが懸念される。特に、電極ａと第１ノズルｂとの間、電極ａと第２ノズルｃとの間の各インピーダンスは溶接トーチの接続状態やガスの流れ方等で成り行きで変化するため、第１ノズルｂ側への電流配分が多い状態で切替スイッチＭＳがオフされると放電による電流消費も大きく、第２ノズルｃ側が過渡的に電流不足に陥る場合がある。つまり、パイロットアークの第２ノズルｃ側への移行時に、場合によってはパイロットアークが消弧してしまう虞もあった。パイロットアークが消弧した場合、再始動する必要があるため、溶接工数が増加してしまう。 Due to such a configuration, a discharge occurs between the mechanical contacts of the switch MS and the pilot arc current is consumed at the moment when the changeover switch MS is switched off to shift the pilot arc to the second nozzle c side. If this is the case, there is a concern that it may hinder the pilot arc from moving toward the second nozzle c. In particular, since each impedance between the electrode a and the first nozzle b and between the electrode a and the second nozzle c varies depending on the connection state of the welding torch, the gas flow, etc., the first nozzle b side When the changeover switch MS is turned off in a state where the current distribution is large, the current consumption due to the discharge is large, and the second nozzle c side may transiently run out of current. That is, when the pilot arc moves to the second nozzle c side, the pilot arc may extinguish in some cases. When the pilot arc is extinguished, it is necessary to restart, so the number of welding steps increases.
そのため、パイロットアークをノズルｂ，ｃ間で移行させる二重ノズル構造の溶接トーチＴＨを用いるものでは、パイロットアークのスタート性をより良好とすることが検討課題となっている。 Therefore, in the case of using the welding torch TH having a double nozzle structure for transferring the pilot arc between the nozzles b and c, it is an examination subject to improve the startability of the pilot arc.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、パイロットアークのスタート性を向上させることができるプラズマ溶接用電源装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a plasma welding power supply device capable of improving the startability of a pilot arc.
上記課題を解決するプラズマ溶接用電源装置は、
電極、その外側に第１ノズル、更にその外側に第２ノズルを少なくとも有する溶接トーチが接続対象であり、前記溶接トーチの電極と溶接対象との間にメインアークを点弧して前記溶接対象の溶接を行うためのメインアーク電力の生成と、溶接前の待機状態としてパイロットアークを点弧するためのパイロットアーク電力の生成とを行う電力生成部を備えると共に、前記パイロットアークの点弧の過程で前記溶接トーチの電極・第１ノズル間から電極・第２ノズル間に前記パイロットアークを移行させるべく、その移行時に前記パイロットアーク電力の供給を前記第１ノズルを含む供給先から前記第２ノズルに切り替えるスイッチ手段を含んで構成されるプラズマ溶接用電源装置であって、前記スイッチ手段は、オン・オフ動作に加え、抵抗体としても機能するようにその何れかで切替可能に構成されると共に、前記第１ノズルが接続される前記電源装置の第１出力端子と前記第２ノズルが接続される前記電源装置の第２出力端子との内で第１出力端子側の電路上に設けられ、該スイッチ手段により前記パイロットアーク電力の供給先が前記第２ノズル側に切り替えられる直前に自身を前記抵抗体として機能させてパイロットアーク電流が前記第２ノズル側で増加するように予め動作し、該動作を経てから前記パイロットアーク電力の供給先が前記第２ノズル側に切り替えられるように構成される。
A power supply device for plasma welding that solves the above problems
A welding torch having at least an electrode, a first nozzle on the outside, and a second nozzle on the outside is an object to be connected. A main arc is ignited between the electrode of the welding torch and the object to be welded, and the welding torch A power generator for generating main arc power for welding and generating pilot arc power for igniting the pilot arc as a standby state before welding, and in the process of starting the pilot arc In order to transfer the pilot arc between the electrode and the first nozzle of the welding torch between the electrode and the second nozzle, the pilot arc power is supplied from the supply destination including the first nozzle to the second nozzle during the transition. A power supply apparatus for plasma welding comprising switch means for switching, wherein the switch means is a resistor in addition to an on / off operation. And the second output of the power supply apparatus to which the second nozzle is connected and the first output terminal of the power supply apparatus to which the first nozzle is connected. The pilot arc is provided on the electric circuit on the first output terminal side of the terminal and immediately before the pilot arc power supply destination is switched to the second nozzle side by the switch means to function as the resistor. An operation is performed in advance so that the current increases on the second nozzle side, and the supply destination of the pilot arc power is switched to the second nozzle side after the operation.
この構成によれば、オン・オフ動作と抵抗体との何れかで切替可能なスイッチ手段により、パイロットアーク電力の供給先が第２ノズル側に切り替えられる直前にスイッチ手段自身が抵抗体として機能してパイロットアーク電流が第２ノズル側で増加するように予め動作する。そして、該動作を経てからパイロットアーク電力の供給先が第２ノズル側に切り替えられる。これにより、パイロットアークを第１ノズルから第２ノズルに移行する際、第２ノズル側へのパイロットアーク電流が不足することが抑制され、パイロットアークのスタート性がより良好となる。 According to this configuration, the switch unit itself functions as the resistor immediately before the pilot arc power supply destination is switched to the second nozzle side by the switch unit that can be switched between the on / off operation and the resistor. The pilot arc current operates in advance so as to increase on the second nozzle side. After this operation, the pilot arc power supply destination is switched to the second nozzle side. As a result, when the pilot arc is shifted from the first nozzle to the second nozzle, a shortage of the pilot arc current to the second nozzle side is suppressed, and the startability of the pilot arc becomes better.
上記のプラズマ溶接用電源装置において、前記スイッチ手段は、半導体スイッチを用い、飽和領域と遮断領域との駆動によるオン・オフ動作に加え、能動領域駆動により前記抵抗体として機能させる動作を行わせるように構成されることが好ましい。 In the plasma welding power source apparatus, the switch means uses a semiconductor switch to perform an operation of functioning as the resistor by driving an active region in addition to an on / off operation by driving a saturation region and a cutoff region. Preferably it is comprised.
この構成によれば、スイッチ手段として用いる半導体スイッチは、オン・オフ動作に加え、能動領域駆動により抵抗体として動作させることが容易であるため、スイッチ手段を簡素に構成可能である。また、従来用いていたマグネットスイッチを省略することも可能である。 According to this configuration, since the semiconductor switch used as the switch means can be easily operated as a resistor by driving the active region in addition to the on / off operation, the switch means can be configured simply. It is also possible to omit the conventionally used magnet switch.
上記のプラズマ溶接用電源装置において、高周波電圧を生成する高周波回路とそれを昇圧するトランスとを有し、前記パイロットアークの点弧前に前記溶接トーチの電極・第１ノズル間に高周波放電を生じさせるべく、前記第１ノズルが接続される前記電源装置の第１出力端子に前記トランスから昇圧した高周波電圧を供給する高周波電圧生成部を備えるものであり、前記半導体スイッチは、前記高周波電圧の供給電路上に配置されると共に、自身にコンデンサが並列接続されて構成されることが好ましい。 The plasma welding power source apparatus includes a high-frequency circuit that generates a high-frequency voltage and a transformer that boosts the high-frequency voltage, and generates a high-frequency discharge between the electrode and the first nozzle of the welding torch before starting the pilot arc. In order to achieve this, a high-frequency voltage generation unit that supplies a high-frequency voltage boosted from the transformer to a first output terminal of the power supply device to which the first nozzle is connected is provided, and the semiconductor switch supplies the high-frequency voltage. It is preferable that the capacitor is arranged on the electric circuit and is connected to the capacitor in parallel.
この構成によれば、スイッチ手段として用いる半導体スイッチは、高周波電圧の供給電路上に配置されるため、半導体スイッチ自身にコンデンサを並列接続することで、半導体スイッチが高周波電圧印加により破損することが未然に防止可能である。 According to this configuration, since the semiconductor switch used as the switch means is disposed on the high-frequency voltage supply circuit, it is possible to damage the semiconductor switch by applying the high-frequency voltage by connecting the capacitor in parallel to the semiconductor switch itself. Can be prevented.
上記のプラズマ溶接用電源装置において、前記電源装置の第２出力端子には、高周波除去用のコンデンサが接続されることが好ましい。
この構成によれば、電源装置の第２出力端子に高周波除去用のコンデンサが接続されることで、高周波電圧の出力が特に不要な第２出力端子からその高周波電圧が出力されるのが抑制される。
In the plasma welding power supply device described above, it is preferable that a high frequency removing capacitor is connected to the second output terminal of the power supply device.
According to this configuration, the high-frequency removing capacitor is connected to the second output terminal of the power supply device, thereby suppressing the high-frequency voltage from being output from the second output terminal that does not particularly require the output of the high-frequency voltage. The
上記のプラズマ溶接用電源装置において、前記電力生成部は、前記メインアーク電力を生成するメインアーク電力生成部と、前記パイロットアーク電力を生成するパイロットアーク電力生成部とが別々に構成されることが好ましい。 In the above-described plasma welding power supply device, the power generation unit is configured such that a main arc power generation unit that generates the main arc power and a pilot arc power generation unit that generates the pilot arc power are configured separately. preferable.
この構成によれば、メインアーク電力を生成するメインアーク電力生成部と、パイロットアーク電力を生成するパイロットアーク電力生成部とが別々に構成されることで、各電力生成部にそれぞれ特化した回路構成及び制御とすることが可能となる。 According to this configuration, the main arc power generation unit that generates the main arc power and the pilot arc power generation unit that generates the pilot arc power are configured separately, and each circuit is specialized for each power generation unit. Configuration and control can be achieved.
本発明のプラズマ溶接用電源装置によれば、パイロットアークのスタート性を向上させることができる。 According to the plasma welding power supply device of the present invention, the startability of the pilot arc can be improved.
以下、プラズマ溶接用電源装置の一実施形態について説明する。
図１に示す本実施形態のプラズマ溶接用電源装置１０は、商用電源から供給される三相の交流入力電力からプラズマアーク溶接に適した直流出力電力を生成する電源装置である。本実施形態の電源装置１０は、メイン回路（メインアーク電力生成部）１１、パイロット回路（パイロットアーク電力生成部）１２、及び高周波電圧発生部１３を備えている。
Hereinafter, an embodiment of a power supply device for plasma welding will be described.
A power supply apparatus 10 for plasma welding according to the present embodiment shown in FIG. 1 is a power supply apparatus that generates DC output power suitable for plasma arc welding from three-phase AC input power supplied from a commercial power supply. The power supply device 10 of this embodiment includes a main circuit (main arc power generation unit) 11, a pilot circuit (pilot arc power generation unit) 12, and a high frequency voltage generation unit 13.
メイン回路１１は、溶接に用いるメインアークのための電力を生成する回路である。メイン回路１１は、例えばインバータやトランス（図示略）等を含む回路構成よりなり、商用交流電力からメインアークに適した直流出力電力（メインアーク電力）を生成するように構成されている。また、メイン回路１１に対しては、その時々に適した出力値となるように電流フィードバックによる出力制御（ＰＷＭ制御）が行われる。このようなメイン回路１１のマイナス側及びプラス側出力端子は、電源装置１０におけるマイナス側出力端子Ｔ１及びプラス側出力端子Ｔ２にそれぞれ接続されている。つまり、メイン回路１１にて生成されるメインアーク電力は、電源装置１０の出力端子Ｔ１，Ｔ２から出力される。因みに、出力端子Ｔ１はコンデンサＣ１を介してアース接続（ケースアース）される。 The main circuit 11 is a circuit that generates electric power for a main arc used for welding. The main circuit 11 has a circuit configuration including, for example, an inverter and a transformer (not shown), and is configured to generate DC output power (main arc power) suitable for the main arc from commercial AC power. Further, output control (PWM control) by current feedback is performed on the main circuit 11 so as to obtain an output value suitable for each time. The minus side and plus side output terminals of the main circuit 11 are connected to the minus side output terminal T1 and the plus side output terminal T2 of the power supply device 10, respectively. That is, the main arc power generated by the main circuit 11 is output from the output terminals T <b> 1 and T <b> 2 of the power supply device 10. Incidentally, the output terminal T1 is grounded (case ground) via the capacitor C1.
パイロット回路１２は、溶接前の待機状態として点弧させておくパイロットアークのための電力を生成する回路である。パイロット回路１２は、例えばメイン回路１１と同様にインバータやトランス（図示略）等を含み、商用交流電力からパイロットアークに適した直流出力電力（パイロットアーク電力）を生成するように例えばメイン回路１１よりも小型に構成されている。また、パイロット回路１２に対しては、パイロットアークの点弧に適した一定電流が生じる出力制御が行われる。このようなパイロット回路１２のマイナス側出力端子は、メイン回路１１と共通のマイナス側出力端子Ｔ１に接続されている。 The pilot circuit 12 is a circuit that generates electric power for a pilot arc that is ignited as a standby state before welding. The pilot circuit 12 includes, for example, an inverter and a transformer (not shown) as in the main circuit 11, and the main circuit 11 generates DC output power (pilot arc power) suitable for pilot arc from commercial AC power. Is also small. The pilot circuit 12 is subjected to output control that generates a constant current suitable for pilot arc firing. Such a negative output terminal of the pilot circuit 12 is connected to a negative output terminal T1 common to the main circuit 11.
一方、パイロット回路１２のプラス側出力端子は、電路上の接続点Ｎから一方では電源装置１０の出力端子Ｔ３に接続されると共に、他方では後述のトランス１５の二次コイル１７及び半導体スイッチＳＷを介して電源装置１０の出力端子Ｔ４に接続されている。つまり、パイロット回路１２にて生成されるパイロットアーク電力は、半導体スイッチＳＷがオフの時には出力端子Ｔ３から出力され、半導体スイッチＳＷがオンの時には各出力端子Ｔ３，Ｔ４からそれぞれ分配されて出力される。 On the other hand, the positive side output terminal of the pilot circuit 12 is connected to the output terminal T3 of the power supply device 10 on the one hand from the connection point N on the electric circuit, and on the other hand, the secondary coil 17 and the semiconductor switch SW of the transformer 15 described later are connected. To the output terminal T4 of the power supply device 10. That is, the pilot arc power generated by the pilot circuit 12 is output from the output terminal T3 when the semiconductor switch SW is off, and is distributed and output from the output terminals T3 and T4 when the semiconductor switch SW is on. .
高周波電圧発生部１３は、高周波回路１４及びトランス１５を備えている。高周波回路１４の出力端子間にはトランス１５の一次コイル１６が接続されている。トランス１５の二次コイル１７の第１端子は出力端子Ｔ３に接続され、第２端子は半導体スイッチＳＷを介して電源装置１０の出力端子Ｔ４に接続されている。半導体スイッチＳＷは、ＩＧＢＴ等のトランジスタ素子（Ｔｒ）よりなる。また、半導体スイッチＳＷには、自身の保護用として、ダイオードＤ１が逆接続されると共にコンデンサＣ３が並列接続されている。そして、高周波電圧発生部１３は高周波回路１４にて生成した数ＭＨｚの高周波電圧をトランス１５を介して十数ｋＶまで昇圧し、昇圧した高周波電圧は出力端子Ｔ４から出力される。尚、出力端子Ｔ３は、コンデンサＣ２を介してアース接続（ケースアース）され、該端子Ｔ３から高周波電圧が出力されることの抑制が図られている。 The high frequency voltage generator 13 includes a high frequency circuit 14 and a transformer 15. A primary coil 16 of the transformer 15 is connected between the output terminals of the high frequency circuit 14. The first terminal of the secondary coil 17 of the transformer 15 is connected to the output terminal T3, and the second terminal is connected to the output terminal T4 of the power supply device 10 via the semiconductor switch SW. The semiconductor switch SW is made of a transistor element (Tr) such as an IGBT. Further, the diode D1 is reversely connected and the capacitor C3 is connected in parallel to the semiconductor switch SW for its own protection. The high-frequency voltage generator 13 boosts the high-frequency voltage of several MHz generated by the high-frequency circuit 14 to several tens of kV through the transformer 15, and the boosted high-frequency voltage is output from the output terminal T4. The output terminal T3 is grounded (case ground) via the capacitor C2, so that the output of a high frequency voltage from the terminal T3 is suppressed.
ここで、電源装置１０に用いる溶接トーチＴＨは、中心に電極ａが設けられ、その外側に第１ノズル（カソードスリーブ）ｂが、更にその外側に第２ノズル（アノードスリーブ）ｃが、最も外側にシールドキャップｄが設けられてなる。電極ａと第１ノズルｂとの間、及び第１ノズルｂと第２ノズルｃとの間からはそれぞれプラズマガスが噴射され、第２ノズルｃとシールドキャップｄとの間からはシールドガスが噴射される。ガスの供給路及び供給源については図示を省略している。このような溶接トーチＴＨは、電極ａが電源装置１０の出力端子Ｔ１と、第１ノズルｂが出力端子Ｔ４と、第２ノズルｃが出力端子Ｔ３とそれぞれ接続される。溶接対象の母材Ｍは、電源装置１０の出力端子Ｔ２と接続される。 Here, the welding torch TH used for the power supply device 10 is provided with an electrode a at the center, a first nozzle (cathode sleeve) b on the outer side, and a second nozzle (anode sleeve) c on the outer side. Is provided with a shield cap d. Plasma gas is injected from between the electrode a and the first nozzle b and between the first nozzle b and the second nozzle c, and shield gas is injected from between the second nozzle c and the shield cap d. Is done. A gas supply path and a supply source are not shown. In such a welding torch TH, the electrode a is connected to the output terminal T1 of the power supply device 10, the first nozzle b is connected to the output terminal T4, and the second nozzle c is connected to the output terminal T3. The base material M to be welded is connected to the output terminal T <b> 2 of the power supply device 10.
そして、電源装置１０内に備えられる制御回路２０は、メイン回路１１、パイロット回路１２、高周波電圧発生部１３（高周波回路１４）、及び半導体スイッチＳＷの動作を制御する。また、制御回路２０は、プラズマガス及びシールドガスの噴射時期や噴射量等についても制御し、プラズマアーク溶接に係る動作の統括的な制御を行っている。 The control circuit 20 provided in the power supply device 10 controls operations of the main circuit 11, the pilot circuit 12, the high-frequency voltage generation unit 13 (high-frequency circuit 14), and the semiconductor switch SW. The control circuit 20 also controls the injection timing and injection amount of the plasma gas and shield gas, and performs overall control of operations related to plasma arc welding.
次に、本実施形態のプラズマ溶接用電源装置１０の動作、特にパイロットアークのスタート時の動作を中心に図１及び図２を用いて説明する。尚、ガスの噴射態様についてはその時々で適切に行われるものとし、以下の説明では省略する。 Next, the operation of the plasma welding power supply device 10 of the present embodiment, particularly the operation at the start of the pilot arc will be mainly described with reference to FIGS. Note that the gas injection mode is appropriately performed from time to time, and is omitted in the following description.
溶接を実施するに際して先ず、制御回路２０は半導体スイッチＳＷをオンすると共に、高周波回路１４を駆動して高周波電圧の生成を行う（図２のｔ１）。高周波回路１４で生じた高周波電圧はトランス１５にて昇圧され、昇圧された高周波電圧は電源装置１０の出力端子Ｔ４から出力されて溶接トーチＴＨの第１ノズルｂに供給される。溶接トーチＴＨの電極ａは電源装置１０の出力端子Ｔ１に接続されていることから、溶接トーチＴＨの電極ａと第１ノズルｂとの間に高周波放電が生じる。尚、電源装置１０の出力端子Ｔ３において高周波電圧はコンデンサＣ２にて吸収されるため、出力端子Ｔ３からの高周波電圧の出力は抑制されている。 When performing welding, first, the control circuit 20 turns on the semiconductor switch SW and drives the high-frequency circuit 14 to generate a high-frequency voltage (t1 in FIG. 2). The high-frequency voltage generated in the high-frequency circuit 14 is boosted by the transformer 15, and the boosted high-frequency voltage is output from the output terminal T4 of the power supply device 10 and supplied to the first nozzle b of the welding torch TH. Since the electrode a of the welding torch TH is connected to the output terminal T1 of the power supply device 10, a high frequency discharge is generated between the electrode a of the welding torch TH and the first nozzle b. Since the high frequency voltage is absorbed by the capacitor C2 at the output terminal T3 of the power supply device 10, the output of the high frequency voltage from the output terminal T3 is suppressed.
次いで、溶接トーチＴＨの電極ａと第１ノズルｂとの間に高周波放電を生じさせた状態で、制御回路２０はパイロット回路１２を駆動してパイロットアーク電力の生成を行う（図２のｔ２）。パイロット回路１２で生じたパイロットアーク電力は、電源装置１０の出力端子Ｔ３から溶接トーチＴＨの第２ノズルｃに供給されると共に、半導体スイッチＳＷを介して出力端子Ｔ４から第１ノズルｂに供給される。この時、電極ａと第１ノズルｂとの間に高周波放電が生じていることから、この高周波放電を拠り所として電極ａと第１ノズルｂとの間にパイロットアークが点弧する。尚、制御回路２０は、パイロット回路１２を駆動後に程なくして高周波回路１４の駆動を停止する。 Next, in a state where high frequency discharge is generated between the electrode a of the welding torch TH and the first nozzle b, the control circuit 20 drives the pilot circuit 12 to generate pilot arc power (t2 in FIG. 2). . The pilot arc power generated in the pilot circuit 12 is supplied from the output terminal T3 of the power supply device 10 to the second nozzle c of the welding torch TH, and is also supplied from the output terminal T4 to the first nozzle b via the semiconductor switch SW. The At this time, since a high frequency discharge is generated between the electrode a and the first nozzle b, a pilot arc is ignited between the electrode a and the first nozzle b based on the high frequency discharge. The control circuit 20 stops driving the high-frequency circuit 14 shortly after the pilot circuit 12 is driven.
次いで、制御回路２０は、半導体スイッチＳＷをオン（飽和領域駆動）から能動領域駆動（オン抵抗増大）に切り替え、該スイッチＳＷを所定値の抵抗体として機能させる（図２のｔ３：抵抗モード）。その際、半導体スイッチＳＷが適切な抵抗値となるように、該スイッチＳＷのゲート電圧の調整（設定）が行われる。これにより、電源装置１０の出力端子Ｔ４側に設けられる半導体スイッチＳＷが抵抗体となることで、出力端子Ｔ４側よりも出力端子Ｔ３側のパイロットアーク電力（電流）が相対的に増加する。つまり、次に半導体スイッチＳＷがオフして電源装置１０の出力端子Ｔ３側に電力を集約させる動作に予め備える動作となっている。尚、電源装置１０の出力端子Ｔ３側のパイロットアーク電力が減少するが、電極ａと第１ノズルｂとの間で点弧しているパイロットアークが消弧しない電流配分（半導体スイッチＳＷのオン抵抗）となるように適切に設定されている。 Next, the control circuit 20 switches the semiconductor switch SW from ON (saturation region driving) to active region driving (ON resistance increase), and causes the switch SW to function as a resistor having a predetermined value (t3 in FIG. 2: resistance mode). . At this time, the gate voltage of the switch SW is adjusted (set) so that the semiconductor switch SW has an appropriate resistance value. Thereby, the semiconductor switch SW provided on the output terminal T4 side of the power supply device 10 becomes a resistor, so that the pilot arc power (current) on the output terminal T3 side is relatively increased as compared with the output terminal T4 side. That is, the operation is prepared in advance for the operation that the semiconductor switch SW is turned off and the power is concentrated on the output terminal T3 side of the power supply device 10. In addition, although the pilot arc power on the output terminal T3 side of the power supply device 10 decreases, the current distribution (on-resistance of the semiconductor switch SW does not extinguish the pilot arc ignited between the electrode a and the first nozzle b). ) Is set appropriately.
次いで、制御回路２０は半導体スイッチＳＷをオフする（図２のｔ４）。即ち、電極ａと第１ノズルｂとの間で点弧しているパイロットアークを電極ａと第２ノズルｃとの間に移行すべく、制御回路２０は半導体スイッチＳＷをオフ（遮断領域駆動）してパイロットアーク電力を第２ノズルｃ側（電源装置１０の出力端子Ｔ３側）に集約させる。 Next, the control circuit 20 turns off the semiconductor switch SW (t4 in FIG. 2). That is, the control circuit 20 turns off the semiconductor switch SW (blocking region drive) in order to shift the pilot arc ignited between the electrode a and the first nozzle b between the electrode a and the second nozzle c. Thus, the pilot arc power is concentrated on the second nozzle c side (the output terminal T3 side of the power supply device 10).
ここで、半導体スイッチＳＷがオフされる直前においては抵抗体として機能する動作となることから、パイロット回路１２から出力されるパイロットアーク電流が予め出力端子Ｔ３側、即ち第２ノズルｃ側に多く流れる状況が作られるようになっている。つまり、背景技術で述べた切替スイッチ（ＭＳ）のオフ時に過渡的に第２ノズルｃ側のパイロットアーク電流が不足してパイロットアークが消弧してしまうようなことが本実施形態では抑制されている。 Here, immediately before the semiconductor switch SW is turned off, the operation functions as a resistor. Therefore, a large amount of pilot arc current output from the pilot circuit 12 flows in advance to the output terminal T3 side, that is, the second nozzle c side. A situation is being created. That is, in this embodiment, it is suppressed in this embodiment that the pilot arc current on the second nozzle c side is transiently insufficient and the pilot arc is extinguished when the changeover switch (MS) described in the background art is turned off. Yes.
次いで、電極ａと第２ノズルｃとの間にパイロットアークを移行させた状態が実溶接を行う前の待機状態であり、実溶接を行う指令が生じると、制御回路２０はメイン回路１１を駆動してメインアーク電力の生成を行う（図２のｔ５）。メイン回路１１で生じたメインアーク電力は、電源装置１０の出力端子Ｔ２から母材Ｍに供給され、先のパイロットアークを拠り所として電極ａと母材Ｍとの間にメインアークが点弧するようになっている。そして、このメインアークによる母材Ｍの実溶接が行われる。 Next, the state in which the pilot arc is transferred between the electrode a and the second nozzle c is a standby state before performing actual welding, and when a command to perform actual welding occurs, the control circuit 20 drives the main circuit 11. Then, the main arc power is generated (t5 in FIG. 2). The main arc power generated in the main circuit 11 is supplied to the base material M from the output terminal T2 of the power supply device 10, and the main arc is ignited between the electrode a and the base material M based on the pilot arc. It has become. And the actual welding of the base material M by this main arc is performed.
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）オン・オフ動作と抵抗体との何れかで切替可能な半導体スイッチＳＷが用いられ、パイロットアーク電力の供給先が第２ノズルｃ側に切り替えられる直前に半導体スイッチＳＷ自身が抵抗体（能動領域駆動）として機能してパイロットアーク電流が第２ノズルｃ側で増加するように予め動作する。そして、該動作を経てからパイロットアーク電力の供給先が第２ノズルｃ側に切り替えられる。これにより、パイロットアークを第１ノズルｂから第２ノズルｃに移行する際、第２ノズルｃ側へのパイロットアーク電流が不足することを抑制でき、パイロットアークのスタート性を向上することができる。結果、パイロットアークが消弧する機会を減少でき、再始動を繰り返して溶接工数が増加してしまうことを抑制することができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) A semiconductor switch SW that can be switched between an on / off operation and a resistor is used, and the semiconductor switch SW itself is a resistor (just before the pilot arc power supply destination is switched to the second nozzle c side). It operates in advance so that the pilot arc current increases on the second nozzle c side. After this operation, the pilot arc power supply destination is switched to the second nozzle c side. As a result, when the pilot arc is transferred from the first nozzle b to the second nozzle c, it is possible to suppress a shortage of the pilot arc current toward the second nozzle c, and to improve the startability of the pilot arc. As a result, the opportunity for the pilot arc to be extinguished can be reduced, and the number of welding processes can be prevented from increasing due to repeated restarts.
因みに、パイロット回路１２にて生成するパイロットアーク電流は数Ａ程度と小さいことから、パイロット回路１２を構成する例えばインバータに対してＰＷＭ制御を実施する態様としている場合、インバータを構成するスイッチング素子のオンパルス幅が幅狭に設定されがちである。特に制御ゲインを高めに設定するような場合では、オンパルス幅が消滅し出力が停止して、パイロットアークが消弧（アーク切れ）することも懸念される。しかしながら、本実施形態ではパイロット回路１２の出力側に設けられる半導体スイッチＳＷが抵抗体として動作することで、パイロット回路１２側から見て負荷が増大することになるため、オンパルス幅の消滅が生じ難く出力停止も起こり難くなり、アーク切れを防止する効果もある。 Incidentally, since the pilot arc current generated in the pilot circuit 12 is as small as several A, in the case where PWM control is performed on, for example, the inverter that constitutes the pilot circuit 12, the ON pulse of the switching element that constitutes the inverter The width tends to be set narrow. In particular, when the control gain is set high, there is a concern that the on-pulse width disappears, the output stops, and the pilot arc is extinguished (arc cut). However, in this embodiment, since the semiconductor switch SW provided on the output side of the pilot circuit 12 operates as a resistor, the load increases when viewed from the pilot circuit 12 side, and therefore, the on-pulse width is hardly lost. Output stops are less likely to occur, and there is an effect of preventing arc interruption.
（２）半導体スイッチＳＷは、オン・オフ動作に加え、能動領域駆動により抵抗体として動作させることが容易であるため、スイッチ手段として簡素に構成することができる。また、従来用いていたマグネットスイッチ（ＭＳ）を省略することもでき、電源装置１０の簡素化に寄与することができる。 (2) Since the semiconductor switch SW can be easily operated as a resistor by driving the active region in addition to the on / off operation, it can be simply configured as a switch means. Further, the conventionally used magnet switch (MS) can be omitted, which can contribute to simplification of the power supply device 10.
（３）半導体スイッチＳＷは、トランス１５の二次コイル１７と電源装置１０の出力端子Ｔ４との間、即ち高周波電圧の供給電路上に配置されるため、半導体スイッチＳＷ自身にコンデンサＣ３を並列接続することで、半導体スイッチＳＷが高周波電圧印加により破損することを未然に防止することができる。 (3) Since the semiconductor switch SW is arranged between the secondary coil 17 of the transformer 15 and the output terminal T4 of the power supply device 10, that is, on the supply circuit of the high frequency voltage, a capacitor C3 is connected in parallel to the semiconductor switch SW itself. By doing so, it is possible to prevent the semiconductor switch SW from being damaged by the application of the high frequency voltage.
（４）電源装置１０の出力端子Ｔ３に高周波除去用のコンデンサＣ２を接続する構成としたことで、高周波電圧の出力が特に不要な出力端子Ｔ３からその高周波電圧が出力されるのを抑制することができる。 (4) By using the configuration in which the capacitor C2 for removing high frequency is connected to the output terminal T3 of the power supply device 10, it is possible to suppress the output of the high frequency voltage from the output terminal T3 that does not particularly require the output of the high frequency voltage. Can do.
（５）メインアーク電力を生成するメイン回路１１と、パイロットアーク電力を生成するパイロット回路１２とを別々の電力生成部として構成したことで、各回路１１，１２にそれぞれ特化した回路構成及び制御とすることができる。 (5) The main circuit 11 that generates the main arc power and the pilot circuit 12 that generates the pilot arc power are configured as separate power generation units, so that the circuit configuration and control specialized for each of the circuits 11 and 12 are provided. It can be.
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・特に言及しなかったが、半導体スイッチＳＷを抵抗体として機能させる際、ゲート電圧を一定として自身の抵抗値（オン抵抗）を一定としてもよく、またその時々で適切な抵抗値となるようにゲート電圧をその時々で変更させてもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
Although not specifically mentioned, when the semiconductor switch SW functions as a resistor, the gate voltage may be constant and the resistance value (ON resistance) may be constant, and the appropriate resistance value may be obtained from time to time. The gate voltage may be changed from time to time.
・オン・オフ動作と抵抗体との何れかで切替可能なスイッチ手段として半導体スイッチＳＷを用い、特に能動領域にて駆動することで抵抗体として機能させる構成としたが、スイッチ手段の構成はこれに限らない。 ・ Semiconductor switch SW is used as a switching means that can be switched between on / off operation and a resistor, and is configured to function as a resistor by driving in an active region. Not limited to.
例えば図３に示すように、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２を直列接続し、一方のスイッチ素子ＳＷ２に抵抗素子Ｒ１を並列接続し、各スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２に自身の保護用のコンデンサＣ４，Ｃ５をそれぞれ並列接続するスイッチ回路として構成してもよい。そして、スイッチ回路のオンの際にはスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２を共にオン、オフの際にはスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２を共にオフし、スイッチ回路を抵抗体として機能させる場合は、スイッチ素子ＳＷ１をオン、スイッチ素子ＳＷ２をオフし、抵抗素子Ｒ１を電路上に介装するように動作させる。この構成では、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２を単にオン・オフ動作させるだけで済む。 For example, as shown in FIG. 3, switch elements SW1 and SW2 are connected in series, one switch element SW2 is connected in parallel with a resistor element R1, and each of the switch elements SW1 and SW2 is provided with its own protective capacitors C4 and C5. You may comprise as a switch circuit connected in parallel. When the switch circuit is turned on, both the switch elements SW1 and SW2 are turned on. When the switch circuit is turned off, both the switch elements SW1 and SW2 are turned off. When the switch circuit functions as a resistor, the switch element SW1 is turned on. Then, the switch element SW2 is turned off and the resistor element R1 is operated to be interposed on the electric circuit. In this configuration, the switch elements SW1 and SW2 need only be turned on / off.
・電源装置１０の出力端子Ｔ３に高周波除去用のコンデンサＣ２を接続したが、高周波の除去が可能な他の回路素子を設置してもよい。また、高周波除去用のコンデンサＣ２を省略してもよい。 Although the high frequency removing capacitor C2 is connected to the output terminal T3 of the power supply device 10, another circuit element capable of removing high frequency may be installed. Further, the high frequency removing capacitor C2 may be omitted.
・メイン回路１１とパイロット回路１２とを別々の電力生成部として構成したが、メインアーク電力とパイロットアーク電力とを共に生成する一つの電力生成部で構成してもよい。 Although the main circuit 11 and the pilot circuit 12 are configured as separate power generation units, the main circuit 11 and the pilot circuit 12 may be configured as a single power generation unit that generates both main arc power and pilot arc power.
１０ プラズマ溶接用電源装置
１１ メイン回路（メインアーク電力生成部、電力生成部）
１２ パイロット回路（パイロットアーク電力生成部、電力生成部）
１３ 高周波電圧生成部
１４ 高周波回路
１５ トランス
Ｔ３ 出力端子（第２出力端子）
Ｔ４ 出力端子（第１出力端子）
ＴＨ 溶接トーチ
ａ 電極
ｂ 第１ノズル
ｃ 第２ノズル
Ｍ 母材（溶接対象）
ＳＷ 半導体スイッチ（スイッチ手段、抵抗体）
ＳＷ１ スイッチ素子（スイッチ手段）
ＳＷ２ スイッチ素子（スイッチ手段）
Ｃ２ コンデンサ
Ｃ３ コンデンサ
Ｒ１ 抵抗素子（スイッチ手段、抵抗体）
10 Power supply device for plasma welding 11 Main circuit (main arc power generator, power generator)
12 Pilot circuit (pilot arc power generator, power generator)
13 High-frequency voltage generator 14 High-frequency circuit 15 Transformer T3 Output terminal (second output terminal)
T4 output terminal (first output terminal)
TH welding torch a electrode b first nozzle c second nozzle M base material (object to be welded)
SW Semiconductor switch (switch means, resistor)
SW1 switch element (switch means)
SW2 switch element (switch means)
C2 capacitor C3 capacitor R1 resistance element (switch means, resistor)
Claims (5)
前記スイッチ手段は、オン・オフ動作に加え、抵抗体としても機能するようにその何れかで切替可能に構成されると共に、前記第１ノズルが接続される前記電源装置の第１出力端子と前記第２ノズルが接続される前記電源装置の第２出力端子との内で第１出力端子側の電路上に設けられ、該スイッチ手段により前記パイロットアーク電力の供給先が前記第２ノズル側に切り替えられる直前に自身を前記抵抗体として機能させてパイロットアーク電流が前記第２ノズル側で増加するように予め動作し、該動作を経てから前記パイロットアーク電力の供給先が前記第２ノズル側に切り替えられるように構成されていることを特徴とするプラズマ溶接用電源装置。 A welding torch having at least an electrode, a first nozzle on the outside, and a second nozzle on the outside is an object to be connected. A main arc is ignited between the electrode of the welding torch and the object to be welded, and the welding torch A power generator for generating main arc power for welding and generating pilot arc power for igniting the pilot arc as a standby state before welding, and in the process of starting the pilot arc In order to transfer the pilot arc between the electrode and the first nozzle of the welding torch between the electrode and the second nozzle, the pilot arc power is supplied from the supply destination including the first nozzle to the second nozzle during the transition. A power supply device for plasma welding comprising switch means for switching,
The switch means is configured to be able to function as a resistor in addition to an on / off operation, and can be switched by any one of the switch means, and the first output terminal of the power supply device to which the first nozzle is connected and the Among the second output terminals of the power supply device to which the second nozzle is connected, the switch is provided on the first output terminal side electric circuit, and the switch means switches the pilot arc power supply destination to the second nozzle side. Immediately before being operated, it operates in advance so that the pilot arc current increases on the second nozzle side by causing itself to function as the resistor, and after that operation, the pilot arc power supply destination is switched to the second nozzle side. A power supply device for plasma welding, wherein the power supply device is configured to be configured as described above.
前記スイッチ手段は、半導体スイッチを用い、飽和領域と遮断領域との駆動によるオン・オフ動作に加え、能動領域駆動により前記抵抗体として機能させる動作を行わせるように構成されていることを特徴とするプラズマ溶接用電源装置。 In the plasma welding power supply device according to claim 1,
The switch means uses a semiconductor switch, and is configured to perform an operation of functioning as the resistor by driving an active region in addition to an on / off operation by driving a saturation region and a cutoff region. Power supply device for plasma welding.
高周波電圧を生成する高周波回路とそれを昇圧するトランスとを有し、前記パイロットアークの点弧前に前記溶接トーチの電極・第１ノズル間に高周波放電を生じさせるべく、前記第１ノズルが接続される前記電源装置の第１出力端子に前記トランスから昇圧した高周波電圧を供給する高周波電圧生成部を備えるものであり、
前記半導体スイッチは、前記高周波電圧の供給電路上に配置されると共に、自身にコンデンサが並列接続されて構成されていることを特徴とするプラズマ溶接用電源装置。 The power supply device for plasma welding according to claim 2,
A high-frequency circuit for generating a high-frequency voltage; and a transformer for boosting the high-frequency voltage. The first nozzle is connected to generate a high-frequency discharge between the electrode and the first nozzle of the welding torch before starting the pilot arc. A high-frequency voltage generator for supplying a high-frequency voltage boosted from the transformer to the first output terminal of the power supply device,
The power supply device for plasma welding, wherein the semiconductor switch is arranged on a supply circuit for the high-frequency voltage and has a capacitor connected in parallel to the semiconductor switch.
前記電源装置の第２出力端子には、高周波除去用のコンデンサが接続されていることを特徴とするプラズマ溶接用電源装置。 In the power supply device for plasma welding according to claim 3,
A power supply apparatus for plasma welding, wherein a capacitor for removing high frequency is connected to the second output terminal of the power supply apparatus.
前記電力生成部は、前記メインアーク電力を生成するメインアーク電力生成部と、前記パイロットアーク電力を生成するパイロットアーク電力生成部とが別々に構成されていることを特徴とするプラズマ溶接用電源装置。 In the power supply apparatus for plasma welding of any one of Claims 1-4,
The power generation unit includes a main arc power generation unit that generates the main arc power and a pilot arc power generation unit that generates the pilot arc power, which are separately configured. .
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