JP2017064738A - プラズマ溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことの可能なプラズマ溶接方法を提供することを課題とする。
【解決手段】電極42とインサートチップ43との間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ43とシールドキャップ47との間にシールドガスを供給することで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、パイロットアーク発生工程後、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に切断し、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給を継続した上で、電気的に接続されたプラス端子14Aと被溶接物11との間に、メインアークを発生させる第1の溶接工程と、を含む。
【選択図】図1
【解決手段】電極42とインサートチップ43との間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ43とシールドキャップ47との間にシールドガスを供給することで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、パイロットアーク発生工程後、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に切断し、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給を継続した上で、電気的に接続されたプラス端子14Aと被溶接物11との間に、メインアークを発生させる第1の溶接工程と、を含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、プラズマ溶接方法に関する。
従来、被溶接物(母材)を溶接する非消耗電極式溶接法として、TIG溶接法やプラズマ溶接法が用いられている。プラズマ溶接法は、TIG溶接法と比較して、熱集中性が優れているため、ビード幅を狭く、高速に溶接することが可能で、かつ歪の少ない溶接法である。
プラズマ溶接法には、プラズマアーク方式(移行式プラズマ)や、プラズマジェット方式(非移行式プラズマ)等がある。
一般的に、プラズマアーク方式の溶接装置(プラズマアーク方式の溶接機)は、トーチと、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、かつプラス端子が被溶接物と電気的に接続された主電源と、配線を介して、電源と電気的に接続されたパイロットアーク電源と、パイロットアーク電源とトーチを構成するインサートチップ(「拘束ノズル」ともいう)とを接続する配線に設けられた切替スイッチと、パイロットアークを発生させる高周波装置と、を有する。
プラズマアーク方式のプラズマ溶接装置を用いる場合、比較的溶け込みの大きい溶接を行うことが可能となる。
一般的に、プラズマアーク方式の溶接装置(プラズマアーク方式の溶接機)は、トーチと、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、かつプラス端子が被溶接物と電気的に接続された主電源と、配線を介して、電源と電気的に接続されたパイロットアーク電源と、パイロットアーク電源とトーチを構成するインサートチップ(「拘束ノズル」ともいう)とを接続する配線に設けられた切替スイッチと、パイロットアークを発生させる高周波装置と、を有する。
プラズマアーク方式のプラズマ溶接装置を用いる場合、比較的溶け込みの大きい溶接を行うことが可能となる。
プラズマジェット方式のプラズマ溶接装置(プラズマジェット方式のプラズマ溶接機)を用いる場合、トーチを構成する電極を主電源のマイナス端子と接続させ、該主電源のプラス端子とトーチを構成するインサートチップとをプラス電極で接続させる。
プラズマジェット方式では、被溶接物に電流が流れないため、溶射の熱源や炉の熱源にも使用されている。
プラズマジェット方式では、被溶接物に電流が流れないため、溶射の熱源や炉の熱源にも使用されている。
特許文献1に開示された複合方式のプラズマ溶接装置は、トーチと、電源装置(以下、「複合方式用のプラズマ電源装置」という)と、を有する。複合方式用のプラズマ電源装置は、メインアーク電源(「主電源」ともいう)と、パイロットアーク電源と、高周波装置と、を有した構成とされている。
メインアーク電源(主電源)は、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、プラス端子が被溶接物と電気的に接続されている。パイロットアーク電源は、メインアーク電源及びインサートチップと電気的に接続されている。
上記構成とされた複合方式のプラズマ溶接装置は、非常に低電流でも安定したプラズマを得ることが可能であるため、TIG溶接法では難しい極薄板の溶接が可能となる。
メインアーク電源(主電源)は、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、プラス端子が被溶接物と電気的に接続されている。パイロットアーク電源は、メインアーク電源及びインサートチップと電気的に接続されている。
上記構成とされた複合方式のプラズマ溶接装置は、非常に低電流でも安定したプラズマを得ることが可能であるため、TIG溶接法では難しい極薄板の溶接が可能となる。
ところで、TIG溶接装置(TIG溶接機)を構成する電源装置(以下、「TIG用電源装置」という)としては、溶接電源及び高周波装置が用いられ、非常に簡便な構成とされている。
このように、TIG用電源装置と比較して、プラズマ電源装置が高価であるため、プラズマ溶接装置のコストを高くする要因となっている。
このため、プラズマ溶接装置の溶接性能が良くても、初期投資時のコストが高いというデメリットにより、深い溶け込みを得ることの可能なプラズマ溶接装置を採用しにくいという問題があった。
このように、TIG用電源装置と比較して、プラズマ電源装置が高価であるため、プラズマ溶接装置のコストを高くする要因となっている。
このため、プラズマ溶接装置の溶接性能が良くても、初期投資時のコストが高いというデメリットにより、深い溶け込みを得ることの可能なプラズマ溶接装置を採用しにくいという問題があった。
なお、プラズマ電源装置に替えて、安価なTIG用電源装置を用いて、プラズマ溶接を行うことが考えられる。
しかしながら、TIG用電源装置の無負荷電圧は、プラズマ電源装置の無負荷電圧の数分の1程度である。このため、単に、プラズマ電源装置に替えて、安価なTIG用電源装置を用いるだけでは、プラズマ溶接を行うことができないという問題があった。
しかしながら、TIG用電源装置の無負荷電圧は、プラズマ電源装置の無負荷電圧の数分の1程度である。このため、単に、プラズマ電源装置に替えて、安価なTIG用電源装置を用いるだけでは、プラズマ溶接を行うことができないという問題があった。
そこで、本発明は、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことの可能なプラズマ溶接方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、TIG溶接装置に使用される1つの溶接電源と、所定方向に延在する電極、電極の周囲を囲むインサートチップ、及び該インサートチップの外側を囲むシールドキャップを含む溶接トーチと、該溶接電源のプラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続または電気的に切断する第1の切り替えスイッチと、を有する溶接装置を用いたプラズマ溶接方法であって、前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続し、前記電極と前記インサートチップとの間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するとともに、前記インサートチップと前記シールドキャップとの間にシールドガスを供給することで、前記電極と前記インサートチップとの間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、前記パイロットアーク発生工程後、前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、前記第1のパイロットガス及び前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行う第1の溶接工程と、を有することを特徴とするプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項2に係る発明によれば、前記第1の溶接工程に替えて、第2の溶接工程を含み、前記第2の溶接工程では、前記パイロットアーク発生工程後、前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断した段階で、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、前記第1のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガスを供給して、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行うことを特徴とする請求項1記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項3に係る発明によれば、前記プラズマ溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第2の切り替えスイッチを含み、
前記第2の溶接工程では、前記第1の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第2の切り替えスイッチを用いて、一度、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、その後、前記第1の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする請求項2記載のプラズマ溶接方法が提供される。
前記第2の溶接工程では、前記第1の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第2の切り替えスイッチを用いて、一度、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、その後、前記第1の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする請求項2記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項4に係る発明によれば、前記溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを常に電気的に接続状態とする配線を有し、前記第1の溶接工程に替えて、第3の溶接工程を含み、前記第3の溶接工程は、前記パイロットアーク発生工程後、前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、前記第1のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガスを第1の流量で供給し、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させる第1の段階と、前記第3の溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、前記第2のパイロットガスを前記第1の流量をよりも少ない第2の流量で供給する第2の段階と、を有することを特徴とする請求項1記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項5に係る発明によれば、前記プラズマ溶接装置は、前記配線に替えて、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第2の切り替えスイッチが設けられた他の配線を含み、前記第3の溶接工程では、前記第1の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第2の切り替えスイッチを用いて、一度、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、その後、前記第1の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする請求項4記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項6に係る発明によれば、前記第1のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種を用いることを特徴とする請求項1ないし5のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項7に係る発明によれば、前記第2のパイロットガスとして、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種のガスであって、かつ第1のパイロットガスよりも電位傾度の比が大きいガスを用いることを特徴とする請求項2ないし6のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項8に係る発明によれば、前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、TIG溶接電源の無負荷電圧を利用することを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項9に係る発明によれば、前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、TIG溶接電源の高周波電圧発生装置を利用することを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法が提供される。
また、請求項10に係る発明によれば、前記溶接装置には、シールドガス供給源と接続され、前記溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給ラインと、パイロットガス供給源と接続され、前記溶接トーチにパイロットガスを供給するパイロットガス供給ラインと、を含み、前記シールドガス供給ライン及び/又は前記パイロットガス供給ラインには、その上流側から下流側に向かう方向に、電磁弁と、逆止弁と、が設けられていることを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法が提供される。
本発明によれば、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことがでる。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の溶接装置の寸法関係とは異なる場合がある。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。
図1では、説明の便宜上、溶接トーチ12を構成するインサートチップ43及びシールドキャップ47と、被溶接物11と、を断面で図示する。また、図1では、溶接装置10の構成要素以外の構成を点線で図示する。また、図1では、第1の切り替えスイッチ18が閉じた状態を模式的に図示する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。
図1では、説明の便宜上、溶接トーチ12を構成するインサートチップ43及びシールドキャップ47と、被溶接物11と、を断面で図示する。また、図1では、溶接装置10の構成要素以外の構成を点線で図示する。また、図1では、第1の切り替えスイッチ18が閉じた状態を模式的に図示する。
図1を参照するに、第1の実施の形態の溶接装置10は、溶接トーチ12と、溶接電源14と、配線15〜17と、第1の切り替えスイッチ18と、冷却水循環部19と、循環ライン21と、第1のパイロットガス供給源23と、第1のパイロットガス供給ライン25と、ニードル弁27,36と、流量計28,37と、電磁弁29,39と、シールドガス供給源32と、シールドガス供給ライン34と、制御部(図示せず)と、を有する。
溶接トーチ12は、プラズマ溶接用トーチであり、トーチスイッチ(図示せず)と、電極42と、インサートチップ43と、パイロットガス供給路45と、シールドキャップ47と、シールドガス供給路49と、を有する。
トーチスイッチ(図示せず)は、パイロットアークを発生させる期間中と、後述する第1の溶接工程の最後の期間(具体的には、メインアークが所定の電流値から低下する期間)と、においてオン状態とされる。
そして、トーチスイッチは、上記溶接工程の最後の期間以外の溶接工程の間、オフ状態とされる。
そして、トーチスイッチは、上記溶接工程の最後の期間以外の溶接工程の間、オフ状態とされる。
電極42は、一方向に延在した非消耗電極であり、先鋭形状とされた先端部42Aを有する。先端部42Aは、インサートチップ43内に完全に収容されている。電極42は、融点の高い金属材料で構成されている。
電極42の材料としては、例えば、タングステンや、タングステンに酸化物(例えば、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム等)を添加した材料を用いることができる。
電極42の材料としては、例えば、タングステンや、タングステンに酸化物(例えば、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム等)を添加した材料を用いることができる。
インサートチップ43は、電極42との間に隙間が介在されるように(言い換えれば、パイロットガス供給路45が形成可能なように)、電極42の外周を囲むように配置された筒状の部材である。インサートチップ43の中心軸は、電極42の中心軸(電極42の延在方向に延在する中心軸)と一致している。
インサートチップ43は、その内部に冷却水を供給可能な冷却水用流路51を有する。冷却水用流路51には、インサートチップ43を冷却する冷却水が供給される。インサートチップ43の先端部の形状は、インサートチップ43の基端から先端に向かう方向に対して縮径された形状とされている。
インサートチップ43は、その内部に冷却水を供給可能な冷却水用流路51を有する。冷却水用流路51には、インサートチップ43を冷却する冷却水が供給される。インサートチップ43の先端部の形状は、インサートチップ43の基端から先端に向かう方向に対して縮径された形状とされている。
インサートチップ43の先端は、インサートチップ43の外部に電極42から発生したプラズマアークを噴出させるインサートチップ孔43Aを有する。
電極42において発生したプラズマアークは、インサートチップ43によってウォール効果及びサーマルピンチ効果を受けるため、絞られてエネルギー密度の高いアークとなり、インサートチップ孔43Aから噴出する。
電極42において発生したプラズマアークは、インサートチップ43によってウォール効果及びサーマルピンチ効果を受けるため、絞られてエネルギー密度の高いアークとなり、インサートチップ孔43Aから噴出する。
パイロットガス供給路45は、電極42の外面とインサートチップ43の内面とで区画された略筒状の空間である。パイロットガス供給路45は、第1のパイロットガス供給ライン25を介して、第1のパイロットガス供給源23と接続されている。
第1のパイロットガス供給源23からパイロットガス供給路45にパイロットガスが供給されると、電極42の先端部42Aにパイロットガスが供給される。
第1のパイロットガス供給源23からパイロットガス供給路45にパイロットガスが供給されると、電極42の先端部42Aにパイロットガスが供給される。
シールドキャップ47は、インサートチップ43との間に隙間が介在されるように(言い換えれば、シールドガス供給路49が形成可能なように)、インサートチップ43の外周を囲むように配置された筒状の部材である。シールドキャップ47の中心軸は、電極42の中心軸と一致している。
シールドキャップ47の先端部の形状は、縮径された形状とされている。
シールドキャップ47の先端部の形状は、縮径された形状とされている。
シールドガス供給路49は、インサートチップ43の外面とシールドキャップ47の内面とで区画された略筒状の空間である。シールドガス供給路49は、シールドガス供給ライン34を介して、シールドガス供給源32と接続されている。
シールドガス供給源32からシールドガス供給路49にシールドガスが供給されると、溶接トーチ12の先端側にシールドガスが供給される。
シールドガス供給源32からシールドガス供給路49にシールドガスが供給されると、溶接トーチ12の先端側にシールドガスが供給される。
溶接電源14は、TIG溶接装置に使用される1つの溶接電源であり、高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。
第1の溶接電源14は、一般的な従来のプラズマ電源装置(具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置)ではなく、一般的なTIG溶接装置で使用される安価な溶接電源である。
第1の溶接電源14は、一般的な従来のプラズマ電源装置(具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置)ではなく、一般的なTIG溶接装置で使用される安価な溶接電源である。
第1の溶接電源14としては、例えば、アーク形成用の高周波装置や、アーク形成用の高電圧装置、或いは、直流出力電流、初期電流、クレータ電流、ガスプリフロー時間、ガスアフター時間、電流アップスロープ時間、電流ダウンスロープ時間、パルス周波数、及びパルス幅等の調整可能な溶接電源を用いることができる。
第1の溶接電源14の仕様としては、例えば、直流出力電流が2A〜500A、初期電流が2A〜500A、クレータ電流が2A〜500A、ガスプリフロー時間が0秒〜30秒、ガスアフター時間が0秒〜30秒、アップスロープ時間が0秒〜10秒、電流出力が0秒〜10秒、ダウンスロープ時間が0秒〜10秒、電流出力が0秒〜10秒、パルス周波数が0.1Hz〜999Hz、パルス幅が5%〜95%を用いることができる。
なお、第1の溶接電源14として、例えば、交流と直流との併用が可能な交直両用の溶接電源を用いてもよい。この場合には、交直両用の溶接電源の直流の機能のみを用いる。
なお、第1の溶接電源14として、例えば、交流と直流との併用が可能な交直両用の溶接電源を用いてもよい。この場合には、交直両用の溶接電源の直流の機能のみを用いる。
第1の溶接電源14は、プラス端子14Aと、マイナス端子14Bと、を有する。プラス端子14Aは、配線15を構成する第1の配線15−1の一端と接続されている。第1の切り替えスイッチ18がオンの場合において、プラス端子14Aは、配線15を介して、インサートチップ43と電気的に接続される。
マイナス端子14Bは、配線16の一端と接続されている。マイナス端子14Bは、配線16を介して、電極42と電気的に接続されている。
マイナス端子14Bは、配線16の一端と接続されている。マイナス端子14Bは、配線16を介して、電極42と電気的に接続されている。
上記構成とされた溶接電源14は、例えば、一般的な従来のプラズマ電源装置の価格の1/10〜1/3程度の価格である。したがって、このような溶接電源14を用いることで、溶接装置10の低コスト化を図ることができる。
配線15は、第1の配線15−1と、第2の配線15−2と、で構成されている。第1の配線15−1の他端は、第1の切り替えスイッチ18の一端と接続されている。
第2の配線15−2は、一端が第1の配線15−1の他端の近傍に配置されている。第2の配線15−2の一端は、第1の切り替えスイッチ18と接続される部分である。第2の配線15−2の一端に第1の切り替えスイッチ18が接続されると、第1の配線15−1と第2の配線15−2とが電気的に接続される。
第2の配線15−2の一端に第1の切り替えスイッチ18が接続されていない状態では、第1の配線15−1と第2の配線15−2とが電気的に絶縁される。第2の配線15−2の他端は、インサートチップ43と接続されている。
第2の配線15−2は、一端が第1の配線15−1の他端の近傍に配置されている。第2の配線15−2の一端は、第1の切り替えスイッチ18と接続される部分である。第2の配線15−2の一端に第1の切り替えスイッチ18が接続されると、第1の配線15−1と第2の配線15−2とが電気的に接続される。
第2の配線15−2の一端に第1の切り替えスイッチ18が接続されていない状態では、第1の配線15−1と第2の配線15−2とが電気的に絶縁される。第2の配線15−2の他端は、インサートチップ43と接続されている。
配線16は、その他端が電極42と接続されている。配線16は、マイナス端子14Bと電極42とを接続している。
配線17は、第1の配線15−1から分岐された分岐配線であり、先端が被溶接物11と接続されている。
配線17は、第1の配線15−1から分岐された分岐配線であり、先端が被溶接物11と接続されている。
第1の切り替えスイッチ18は、第1の配線15−1の他端と第2の配線15−2の一端との間に設けられている。第1の切り替えスイッチ18の一端は、第1の配線15−1の他端と接続されている。
第1の切り替えスイッチ18の他端は、第2の配線15−2の一端に対して開くことで、第1の配線15−1と第2の配線15−2とを電気的に絶縁する(以下、この状態を「オフ状態」という。)。
第1の切り替えスイッチ18は、パイロットアーク発生工程において、パイロットアークを発生させるときにオフ状態にする。オフ状態とすることで、被溶接物11と電極42との間に電流が流れる。
第1の切り替えスイッチ18の他端は、第2の配線15−2の一端に対して開くことで、第1の配線15−1と第2の配線15−2とを電気的に絶縁する(以下、この状態を「オフ状態」という。)。
第1の切り替えスイッチ18は、パイロットアーク発生工程において、パイロットアークを発生させるときにオフ状態にする。オフ状態とすることで、被溶接物11と電極42との間に電流が流れる。
また、第1の切り替えスイッチ18の他端は、第2の配線15−2の一端に対して閉じることで、第1の配線15−1と第2の配線15−2とを電気的に接続する(以下、この状態を「オン状態」という。)。
第1の切り替えスイッチ18は、溶接工程(第1の溶接工程)において、メインアークを発生させるときにオン状態にする。オン状態とすることで、電極42とインサートチップ43との間に電流が流れる。
第1の切り替えスイッチ18は、制御部(図示せず)と電気的に接続されており、該制御部により開閉動作が制御される。
第1の切り替えスイッチ18としては、例えば、電磁開閉器や電磁接触器等を用いることができる。
第1の切り替えスイッチ18は、溶接工程(第1の溶接工程)において、メインアークを発生させるときにオン状態にする。オン状態とすることで、電極42とインサートチップ43との間に電流が流れる。
第1の切り替えスイッチ18は、制御部(図示せず)と電気的に接続されており、該制御部により開閉動作が制御される。
第1の切り替えスイッチ18としては、例えば、電磁開閉器や電磁接触器等を用いることができる。
冷却水循環部19は、冷却水用流路51と接続された循環ライン21と接続されている。冷却水循環部19は、循環ライン21を介して、冷却水用流路51にインサートチップ43を冷却する冷却水を供給するとともに、インサートチップ43の冷却に寄与することで、温度が上昇した冷却水を回収し、再度、冷却水を冷却した後、冷却した冷却水を冷却水用流路51に供給する。
第1のパイロットガス供給源23は、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するガス供給源である。プラズマ化しやすい第1のパイロットガスとしては、例えば、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種を例示することができる。
第1のパイロットガス供給源23は、第1のパイロットガス供給ライン25の一端と接続されている。
パイロットアーク発生工程、及び溶接工程(第1の溶接工程)において、第1のパイロットガス供給源23は、第1のパイロットガス供給ライン25を介して、パイロットガス供給路45に第1のパイロットガスを供給する。
第1のパイロットガス供給源23は、第1のパイロットガス供給ライン25の一端と接続されている。
パイロットアーク発生工程、及び溶接工程(第1の溶接工程)において、第1のパイロットガス供給源23は、第1のパイロットガス供給ライン25を介して、パイロットガス供給路45に第1のパイロットガスを供給する。
第1のパイロットガス供給ライン25は、その他端がパイロットガス供給路45と接続されている。
ニードル弁27は、電磁弁29の後段に位置する第1のパイロットガス供給ライン25に設けられている。このように、電磁弁29の後段に位置する第1のパイロットガス供給ライン25にニードル弁27を設けることで、第1のパイロットガスの供給開始初期に発生する突流を防止することができる。
ニードル弁27は、電磁弁29の後段に位置する第1のパイロットガス供給ライン25に設けられている。このように、電磁弁29の後段に位置する第1のパイロットガス供給ライン25にニードル弁27を設けることで、第1のパイロットガスの供給開始初期に発生する突流を防止することができる。
流量計28は、ニードル弁27の前段に位置する第1のパイロットガス供給ライン25に設けられている。流量計28は、第1のパイロットガス供給ライン25内を流れる第1のパイロットガスの流量を測定する。
流量計28としては、例えば、デジタル式(熱線式流量計)やアナログ式(フロート型流量計)を用いることができる。
流量計28としては、例えば、デジタル式(熱線式流量計)やアナログ式(フロート型流量計)を用いることができる。
電磁弁29は、流量計28の前段に位置する第1のパイロットガス供給ライン25に設けられている。電磁弁29が開くと、電磁弁29の下流側に位置する第1のパイロットガス供給ライン25に第1のパイロットガスが供給され、電磁弁29が閉じると、電磁弁29の下流側に位置する第1のパイロットガス供給ライン25への第1のパイロットガスの供給が停止される。
上記説明したニードル弁27、流量計28、及び電磁弁29は、制御部(図示せず)と電気的に接続されており、該制御部により制御される。
上記説明したニードル弁27、流量計28、及び電磁弁29は、制御部(図示せず)と電気的に接続されており、該制御部により制御される。
シールドガス供給源32は、シールドガス供給ライン34の一端と接続されている。シールドガス供給源32は、シールドガス供給ライン34を介して、シールドガス供給路49にシールドガスを供給する。
シールドガスとしては、例えば、アルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガス単体、アルゴンガスと水素ガスとを混合させた混合ガス(アルゴン水素ガス)、アルゴンガスとヘリウムガスとを混合させた混合ガス(アルゴンヘリウムガス)、アルゴンガスとヘリウムガスと水素ガスとを混合させた混合ガス、アルゴンと酸素や二酸化炭素からなる酸化性ガスを混合させた混合ガス、酸素若しくは二酸化炭素からなる酸化性ガスとアルゴンの混合ガス、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスに窒素を混合させた混合ガス、アルゴンヘリウムに窒素を混合させた混合ガス等を用いることができる。
シールドガスとしては、例えば、アルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガス単体、アルゴンガスと水素ガスとを混合させた混合ガス(アルゴン水素ガス)、アルゴンガスとヘリウムガスとを混合させた混合ガス(アルゴンヘリウムガス)、アルゴンガスとヘリウムガスと水素ガスとを混合させた混合ガス、アルゴンと酸素や二酸化炭素からなる酸化性ガスを混合させた混合ガス、酸素若しくは二酸化炭素からなる酸化性ガスとアルゴンの混合ガス、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスに窒素を混合させた混合ガス、アルゴンヘリウムに窒素を混合させた混合ガス等を用いることができる。
シールドガス供給ライン34は、その他端がシールドガス供給路49と接続されている。シールドガス供給ライン34は、シールドガス供給路49内にシールドガスを供給するためのラインである。
ニードル弁36は、電磁弁39の後段に位置するシールドガス供給ライン25に設けられている。このように、電磁弁39の後段に位置するシールドガス供給ライン25にニードル弁36を設けることで、シールドガスの供給開始初期に発生する突流を防止することができる。
流量計37は、ニードル弁36の前段に位置するシールドガス供給ライン25に設けられている。流量計37は、シールドガス供給ライン25内を流れるシールドガスの流量を測定する。
電磁弁39は、流量計37の前段に位置するシールドガス供給ライン25に設けられている。電磁弁39が開くと、電磁弁39の下流側に位置するシールドガス供給ライン25にシールドガスが供給され、電磁弁39が閉じると、電磁弁39の下流側に位置するシールドガス供給ライン25へのシールドガスの供給が停止される。
上記説明したニードル弁36、流量計37、及び電磁弁39は、制御部(図示せず)と電気的に接続されており、該制御部により制御される。
上記説明したニードル弁36、流量計37、及び電磁弁39は、制御部(図示せず)と電気的に接続されており、該制御部により制御される。
上記構成とされた溶接装置10は、一般的な従来のプラズマ電源装置(具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置)よりも安価な汎用のTIG溶接電源を溶接電源14として用いるため、溶接装置10への初期投資を抑制することができる。
図2は、図1に示す溶接装置を用いた第1の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
図2の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図1に示す溶接装置10の構成要素の符号に対応している。
例えば、図2の上から2番目のタイミングチャートの縦軸において、「第1の切り替えスイッチ(18)」とは、図1に示す第1の切り替えスイッチ18を示す。
また、図2の上から3番目のタイミングチャートの縦軸において、「メインアーク(42〜11間)」とは、図1に示す電極42と被溶接物11との間ということを意味する。
そして、このタイミングチャートは、電極42と被溶接物11との間に発生するメインアークの発生状態をその間を流れる電流値の変化によって表している。
図2の上から4番目のタイミングチャートの縦軸において、「第1のパイロットガス(28)」とは、図1に示す流量計28が表示する第1のパイロットガスの流量を示している。
図2の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図1に示す溶接装置10の構成要素の符号に対応している。
例えば、図2の上から2番目のタイミングチャートの縦軸において、「第1の切り替えスイッチ(18)」とは、図1に示す第1の切り替えスイッチ18を示す。
また、図2の上から3番目のタイミングチャートの縦軸において、「メインアーク(42〜11間)」とは、図1に示す電極42と被溶接物11との間ということを意味する。
そして、このタイミングチャートは、電極42と被溶接物11との間に発生するメインアークの発生状態をその間を流れる電流値の変化によって表している。
図2の上から4番目のタイミングチャートの縦軸において、「第1のパイロットガス(28)」とは、図1に示す流量計28が表示する第1のパイロットガスの流量を示している。
次いで、図1及び図2を参照して、図1に示す溶接装置10を用いた場合を例に挙げて、第1の実施の形態のプラズマ溶接方法について説明する。
第1の実施の形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが浅い(例えば、6mm以下)溶接を行う場合の溶接方法である。
第1の実施の形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが浅い(例えば、6mm以下)溶接を行う場合の溶接方法である。
第1の実施の形態のプラズマ溶接方法は、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に接続し、電極42とインサートチップ43との間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ43とシールドキャップ47との間にシールドガスを供給することで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、パイロットアーク発生工程後、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に切断し、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給を継続した上で、電気的に接続されたプラス端子14Aと被溶接物11との間に、メインアークを発生させることで、被溶接物11の溶接を行う第1の溶接工程と、を含む。
以下、図2に示すタイミングチャートを参照しながら、第1の実施の形態のプラズマ溶接方法を構成する「パイロットアーク発生工程」及び「第1の溶接工程」(メインアーク発生工程)について説明する。
パイロットアーク発生工程は、プリフローの期間(パージ期間)と、プリフローの期間の後の期間であり、非移行式のパイロットアークを初期電流に維持する期間と、で構成されている。
プリフローの開始とともに、トーチスイッチをオンにし、パイロットガス供給路45に第1のパイロットガスを供給するとともに、シールドガス供給路49にシールドガスを供給する。プリフローでは、第1の切り替えスイッチ18が閉じた状態であり、移行式のメインアークを発生させる。
パイロットアーク発生工程は、プリフローの期間(パージ期間)と、プリフローの期間の後の期間であり、非移行式のパイロットアークを初期電流に維持する期間と、で構成されている。
プリフローの開始とともに、トーチスイッチをオンにし、パイロットガス供給路45に第1のパイロットガスを供給するとともに、シールドガス供給路49にシールドガスを供給する。プリフローでは、第1の切り替えスイッチ18が閉じた状態であり、移行式のメインアークを発生させる。
第1のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、上述したガスを用いることができる。また、パイロットガス供給路45への第1のパイロットガスの供給量は、例えば、0.1L/min〜10L/minの範囲内で適宜設定することができる。
シールドガスの供給量は、例えば、1L/min〜50L/minの範囲内で適宜設定することができる。
具体的には、第1のパイロットガスとしてアルゴンガスを用い、シールドガスとしてアルゴンガスやアルゴンガスに3〜10%の水素を混合したガスを用いる場合、第1のパイロットガスの供給量は、例えば、3L/minとすることができる。この場合、シールドガスの供給量は、例えば、20L/minとすることができる。
プリフローの時間は、例えば、0〜60秒の範囲内とすることができる。プリフローは、第1のパイロットガスの経路、及びシールドガスの経路をパージするための処理である。
シールドガスの供給量は、例えば、1L/min〜50L/minの範囲内で適宜設定することができる。
具体的には、第1のパイロットガスとしてアルゴンガスを用い、シールドガスとしてアルゴンガスやアルゴンガスに3〜10%の水素を混合したガスを用いる場合、第1のパイロットガスの供給量は、例えば、3L/minとすることができる。この場合、シールドガスの供給量は、例えば、20L/minとすることができる。
プリフローの時間は、例えば、0〜60秒の範囲内とすることができる。プリフローは、第1のパイロットガスの経路、及びシールドガスの経路をパージするための処理である。
パイロットアーク発生工程では、プリフローが終了後、パイロットアークが初期電流(例えば、2〜500Aの範囲内の所定の電流値)を維持するようにすることで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させる。これ以外は、プリフローの条件を維持する。
このとき、配線17を介して、プラス端子14Aと被溶接物11とが接続されているが、電極42と被溶接物11との距離は、電極42とインサートチップ43との間の距離よりも長いため、電極42と被溶接物11との間に、メインアークは発生しない。
このとき、配線17を介して、プラス端子14Aと被溶接物11とが接続されているが、電極42と被溶接物11との距離は、電極42とインサートチップ43との間の距離よりも長いため、電極42と被溶接物11との間に、メインアークは発生しない。
このとき、第1のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種のガスを用いることで、上述した溶接電源14を用いた場合でも、パイロットアークを容易に発生させることができる。
また、第1のパイロットガスには、溶接条件の改善の為に、最大3%程度の水素、最大10%程度のヘリウム又は最大5%程度の窒素の少なくとも1種類のガスを混合させてもよい。第1のパイロットガスの目的は、安定したパイロットアーク発生とメインアークへのスムーズな移行である。従って、その為に、ガス流量、パイロットアーク発生の為の電流値、パイロットガスの電位傾度の比が適宜選択される。
なお、本発明において、プラズマ化しやすいとは、電位傾度の比(表1参照)が小さいガスのことをいう。表1は、各種ガス気中の電位傾度の比較を示している。
また、第1のパイロットガスには、溶接条件の改善の為に、最大3%程度の水素、最大10%程度のヘリウム又は最大5%程度の窒素の少なくとも1種類のガスを混合させてもよい。第1のパイロットガスの目的は、安定したパイロットアーク発生とメインアークへのスムーズな移行である。従って、その為に、ガス流量、パイロットアーク発生の為の電流値、パイロットガスの電位傾度の比が適宜選択される。
なお、本発明において、プラズマ化しやすいとは、電位傾度の比(表1参照)が小さいガスのことをいう。表1は、各種ガス気中の電位傾度の比較を示している。
続く、第1の溶接工程では、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持し、かつトーチスイッチをオフにした上で、メインアークの所定の電流値は、溶接機の電流範囲内で変化する。メインアークが所定の電流値(例えば、10〜300、2〜500Aの範囲内の所定の電流値)となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極42と被溶接物11との間に、メインアークを発生させて、被溶接物11の溶接を行う。
通常、TIG用の溶接電源の無負荷電圧は、従来のプラズマ電源装置の無負荷電圧よりも小さきため、パイロットアークからメインアークに移行しにくいが、第1のパイロットガスとして、上述したプラズマ化しやすいガスを用いているため、メインアークへの移行が容易となる。
被溶接物11が完了した段階で、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持した上で、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、一定時間(例えば、0〜10秒)クレータ電流を維持させる。
クレータ電流としては、例えば、2〜500Aの範囲内の所定の電流値を用いることができる。
クレータ電流としては、例えば、2〜500Aの範囲内の所定の電流値を用いることができる。
上記第1の溶接工程が終了後、アフターフロー処理を行う。
アフターフローでは、トーチスイッチをオフ状態とし、メインアークを0Aとし、さらに、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持する。
アフターフローの処理時間は、例えば、0〜60秒の範囲内で適宜選択することができる。
このように、第1の溶接工程後に、アフターフローを行うことで、電極42及び溶接ビードの酸化(焼け)を防止することができる。
上記アフターフロー処理後、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給を停止させる。
アフターフローでは、トーチスイッチをオフ状態とし、メインアークを0Aとし、さらに、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持する。
アフターフローの処理時間は、例えば、0〜60秒の範囲内で適宜選択することができる。
このように、第1の溶接工程後に、アフターフローを行うことで、電極42及び溶接ビードの酸化(焼け)を防止することができる。
上記アフターフロー処理後、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給を停止させる。
第1の実施の形態のプラズマ溶接方法によれば、一般的な従来のプラズマ電源装置と比較して、低コストで、かつ無負荷電圧の小さいTIG溶接装置用の1つの溶接電源を溶接電源14として用い、パイロットアーク発生工程において、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウム等のガスを用いても電極とインサートチップの間が近いため、パイロットアークを容易に発生させることが可能となる。また、TIG溶接装置に設置されている高周波電源発生装置を利用することもできる。
また、パイロットガスにプラズマ化しやすいガス(アルゴンなど)を用いることで、第1の溶接工程において、パイロットアークからメインアークに容易に移行することが可能となるので、溶接装置10への初期投資を抑制した上で、溶け込み深さが6mm程度のプラズマ溶接を行うことができる。
なお、第1の溶接工程において、シールドガスは、溶接装置10の起動時から供給してもよいし、溶接装置10の起動から第1の切り替えスイッチ18を閉状態にするタイミングで供給してもよい。
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。図2において、図1に示す第1の実施の形態の溶接装置10と同一構成部分には、同一符号を付す。
図2では、説明の便宜上、溶接トーチ12を構成するインサートチップ43及びシールドキャップ47と、被溶接物11と、を断面で図示する。また、図2では、第1の切り替えスイッチ18が閉じ、第2の切り替えスイッチ73が開いた状態を模式的に図示する。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。図2において、図1に示す第1の実施の形態の溶接装置10と同一構成部分には、同一符号を付す。
図2では、説明の便宜上、溶接トーチ12を構成するインサートチップ43及びシールドキャップ47と、被溶接物11と、を断面で図示する。また、図2では、第1の切り替えスイッチ18が閉じ、第2の切り替えスイッチ73が開いた状態を模式的に図示する。
図2を参照するに、第2の実施の形態の溶接装置60は、第1の実施の形態の溶接装置10を構成する第1のパイロットガス供給ライン25、ニードル弁27、流量計28、及び電磁弁29に替えて、第1及び第2のニードル弁27−1,27−2、第1及び第2の流量計28−1,28−2、第1及び第2の電磁弁29−1,29−2、第2のパイロットガス供給源62、第1のパイロットガス供給ライン64、第1の逆止弁65、第2のパイロットガス供給ライン67、第2の逆止弁68、及びパイロットガス供給ライン71を有するとともに、第1及び第2の配線17−1,17−2を有する配線17を含み、第2の切り替えスイッチ73をさらに有すること以外は、溶接装置10と同様に構成される。
第1及び第2のニードル弁27−1,27−2は、第1の実施の形態で説明したニードル弁27と同様な構成とされている。第1のニードル弁27−1は、第1のパイロットガス供給ライン64に設けられている。第2のニードル弁27−2は、第2のパイロットガス供給ライン67に設けられている。
第1の流量計28−1,28−2は、第1の実施の形態で説明した流量計28と同様な構成とされている。第1の流量計28−1は、第1のパイロットガス供給源23と第1のニードル弁27−1との間に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に設けられている。
第2の流量計28−2は、第2のパイロットガス供給源62と第2のニードル弁27−2との間に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に設けられている。
第1の流量計28−1,28−2は、第1の実施の形態で説明した流量計28と同様な構成とされている。第1の流量計28−1は、第1のパイロットガス供給源23と第1のニードル弁27−1との間に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に設けられている。
第2の流量計28−2は、第2のパイロットガス供給源62と第2のニードル弁27−2との間に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に設けられている。
第1及び第2の電磁弁29−1,29−2は、第1の実施の形態で説明した電磁弁29と同様な構成とされている。第1の電磁弁29−1は、第1のパイロットガス供給源23と第1の流量計28−1との間に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に設けられている。第2の電磁弁29−2は、第2のパイロットガス供給源62と第2の流量計28−2との間に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に設けられている。
第2のパイロットガス供給源62は、第1のパイロットガス供給源23が供給する第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガスを供給する。第2のパイロットガスとしては、例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガス等を用いることができる。
アルゴン水素ガスは、溶け込み深さが深くする必要がある場合に好適なパイロットガスである。また、アルゴンヘリウムガスは、二層ステンレス鋼をプラズマ溶接する際に好適なパイロットガスである。
アルゴン水素ガスは、溶け込み深さが深くする必要がある場合に好適なパイロットガスである。また、アルゴンヘリウムガスは、二層ステンレス鋼をプラズマ溶接する際に好適なパイロットガスである。
第1のパイロットガス供給ライン64は、一端が第1のパイロットガス供給源23と接続されており、他端がパイロットガス供給ライン71の一端と接続されている。
第1の逆止弁65は、第1のニードル弁27−1と第1のパイロットガス供給ライン64の他端との間に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に設けられている。
第2のパイロットガス供給ライン67は、その一端が第2のパイロットガス供給源62と接続されており、他端がパイロットガス供給ライン71と接続されている。
第1の逆止弁65は、第1のニードル弁27−1と第1のパイロットガス供給ライン64の他端との間に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に設けられている。
第2のパイロットガス供給ライン67は、その一端が第2のパイロットガス供給源62と接続されており、他端がパイロットガス供給ライン71と接続されている。
第2の逆止弁68は、第2のニードル弁27−2と第2のパイロットガス供給ライン67の他端との間に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に設けられている。
パイロットガス供給ライン71は、その一端が第1及び第2のパイロットガス供給ライン64,67と接続されており、他端がパイロットガス供給路45と接続されている。
パイロットガス供給ライン71は、その一端が第1及び第2のパイロットガス供給ライン64,67と接続されており、他端がパイロットガス供給路45と接続されている。
第2の切り替えスイッチ73は、その一端が第1の配線15から分岐した第1の配線17−1の先端と接続されており、他端が第2の配線17−2の一端に対して開閉可能な構成とされている。
第2の切り替えスイッチ73が閉じて、第2の配線17−2の一端と接続されると、第1の配線17−1と第2の配線17−2とが電気的に接続される。
第2の切り替えスイッチ73が開くと、第1の配線17−1と第2の配線17−2とが電気的に絶縁される。
第2の切り替えスイッチ73としては、第1の切り替えスイッチ18と同様なものをっ用いることができる。
第2の切り替えスイッチ73が閉じて、第2の配線17−2の一端と接続されると、第1の配線17−1と第2の配線17−2とが電気的に接続される。
第2の切り替えスイッチ73が開くと、第1の配線17−1と第2の配線17−2とが電気的に絶縁される。
第2の切り替えスイッチ73としては、第1の切り替えスイッチ18と同様なものをっ用いることができる。
上記構成とされた第2の実施の形態の溶接装置は、電磁弁29−2の後段に位置する第2のパイロットガス供給ライン67にもニードル弁27−2が設けられているので、第2のパイロットガスの供給開始初期に発生する突流を防止することができる。
また、パイロットガス供給ライン71の一端の近傍に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に第1の逆止弁65を設けるとともに、パイロットガス供給ライン71の一端の近傍に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に第2の逆止弁68を設けることで、第1の逆止弁65の前段に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に第2のパイロットガスが流入することや、第2の逆止弁68の前段に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に第1のパイロットガスが流入することを防止できる。
また、パイロットガス供給ライン71の一端の近傍に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に第1の逆止弁65を設けるとともに、パイロットガス供給ライン71の一端の近傍に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に第2の逆止弁68を設けることで、第1の逆止弁65の前段に位置する第1のパイロットガス供給ライン64に第2のパイロットガスが流入することや、第2の逆止弁68の前段に位置する第2のパイロットガス供給ライン67に第1のパイロットガスが流入することを防止できる。
図4は、図3に示す溶接装置を用いた第2の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
図4の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図3に示す溶接装置60の構成要素の符号に対応している。
図4の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図3に示す溶接装置60の構成要素の符号に対応している。
次いで、図3及び図4を参照して、図3に示す溶接装置60を用いた場合を例に挙げて、第2の実施の形態のプラズマ溶接方法について説明する。
第2の実施の形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが深い溶接を行う場合の溶接方法である。
第2の実施の形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが深い溶接を行う場合の溶接方法である。
第2の実施の形態のプラズマ溶接方法は、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に接続し、電極42とインサートチップ43との間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガス18を供給するとともに、インサートチップ43とシールドキャップ47との間にシールドガスを供給することで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、パイロットアーク発生工程後、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に切断した段階で、プラス端子14Aと被溶接物11とを電気的に接続し、第1のパイロットガスの供給を停止するとともに、シールドガスの供給を継続した上で、電極42とインサートチップ43との間に、第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガスを供給して、プラス端子14Aと被溶接物11との間に、メインアークを発生させて、被溶接物11の溶接を行う第2の溶接工程と、を含む。
以下、図4に示すタイミングチャートを参照しながら、第2の実施の形態のプラズマ溶接方法を構成する「パイロットアーク発生工程」及び「第1の溶接工程」について説明する。
第2の実施の形態のプラズマ溶接方法を構成するパイロットアーク発生工程では、第1の実施の形態で説明したパイロットアーク発生工程と同様な処理を行う。パイロットアーク発生工程では、第2の切り替えスイッチ73は、開いた状態にする。
第1のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、第1の実施の形態で説明した第1のパイロットガス及びシールドガスと同様なものを用いることができる。
また、第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量は、第1の実施の形態の第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量と同様な値にすることができる。
第2の実施の形態のプラズマ溶接方法を構成するパイロットアーク発生工程では、第1の実施の形態で説明したパイロットアーク発生工程と同様な処理を行う。パイロットアーク発生工程では、第2の切り替えスイッチ73は、開いた状態にする。
第1のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、第1の実施の形態で説明した第1のパイロットガス及びシールドガスと同様なものを用いることができる。
また、第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量は、第1の実施の形態の第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量と同様な値にすることができる。
続く、第2の溶接工程では、第1のパイロットガスの供給を停止し、トーチスイッチをオフにし、シールドガスの供給量を維持した上で、一度、第1及び第2の切り替えスイッチ18,73が閉じた状態にした後、瞬時に第1の切り替えスイッチ18を開き、第2の切り替えスイッチ73を閉じたまま、パイロットガス供給路45内に、第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガス(例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガスやアルゴン窒素ガス等)を所定の流量(例えば、0.1〜10L/minの範囲内の所定の流量値)供給する。
そして、メインアークが所定の電流値(例えば、2〜500Aの範囲内の所定の電流値)となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極42と被溶接物11との間に、メインアークを発生させて、被溶接物11の溶接を行う。
そして、メインアークが所定の電流値(例えば、2〜500Aの範囲内の所定の電流値)となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極42と被溶接物11との間に、メインアークを発生させて、被溶接物11の溶接を行う。
このように、第2の溶接工程において、第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガス(例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガスやアルゴン窒素ガス等)を用いることで、第1の実施の形態で説明した第1のパイロットガスを溶接工程で用いた場合と比較して、溶け込み深さを深くすることができる。
また、第2の溶接工程において、一度、第1及び第2の切り替えスイッチ18,73が閉じた状態にした後、瞬時に第1の切り替えスイッチ18を開くことで、電極42とインサートチップ43との間に発生していたパイロットアークをメインアークに容易に移行させることができる。
また、第2の溶接工程において、一度、第1及び第2の切り替えスイッチ18,73が閉じた状態にした後、瞬時に第1の切り替えスイッチ18を開くことで、電極42とインサートチップ43との間に発生していたパイロットアークをメインアークに容易に移行させることができる。
次いで、被溶接物11が完了した段階で、第2のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持した上で、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、クレータ電流を一定時間維持させる。
その後、第1の実施の形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
その後、第1の実施の形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
第2の実施の形態のプラズマ溶接方法によれば、溶接装置60への初期投資を抑制した上で、溶け込み深さの深いプラズマ溶接を行うことができる。
(第3の実施の形態)
図5は、本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。
図5において、図3に示す第2の実施の形態の溶接装置60と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図5では、説明の便宜上、溶接トーチ12を構成するインサートチップ43及びシールドキャップ47と、被溶接物11と、を断面で図示する。また、図5では、第1の切り替えスイッチ18が閉じ、第2の切り替えスイッチ73が開いた状態を模式的に図示する。
図5は、本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。
図5において、図3に示す第2の実施の形態の溶接装置60と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図5では、説明の便宜上、溶接トーチ12を構成するインサートチップ43及びシールドキャップ47と、被溶接物11と、を断面で図示する。また、図5では、第1の切り替えスイッチ18が閉じ、第2の切り替えスイッチ73が開いた状態を模式的に図示する。
図5を参照するに、第3の実施の形態の溶接装置80は、第2の実施の形態の溶接装置60の構成に、さらに、分岐ライン84と、第3のニードル弁27−3と、第3の流量計28−3と、第3の電磁弁29−3と、を有すること以外は、溶接装置60と同様に構成される。
分岐ライン84は、第2の電磁弁29−2と第2のパイロットガス供給源62との間に位置する第2のパイロットガス供給ライン67から分岐されており、第2のニードル弁27−2と第2の逆止弁68との間に位置する第2のパイロットガス供給ライン67と接続されている。
第3のニードル弁27−3は、第1の実施の形態で説明したニードル弁27と同様な構成とされている。第3のニードル弁27−3は、分岐ライン84に設けられている。
第3の流量計28−3は、第1の実施の形態で説明した流量計28と同様な構成とされている。第3の流量計28−3は、第1のパイロットガス供給源23と第3のニードル弁27−3との間に位置する分岐ライン84に設けられている。
第3の流量計28−3は、第1の実施の形態で説明した流量計28と同様な構成とされている。第3の流量計28−3は、第1のパイロットガス供給源23と第3のニードル弁27−3との間に位置する分岐ライン84に設けられている。
第3の電磁弁29−3は、第1の実施の形態で説明した電磁弁29と同様な構成とされている。第3の電磁弁29−3は、第3の流量計28−3の前段に位置する分岐ライン84に設けられている。
上記構成とされた第3の実施の形態の溶接装置80は、分岐ライン84、第3のニードル弁27−3、第3の流量計28−3、及び第3の電磁弁29−3を有することで、後述する第3の溶接工程において、第2のパイロットガスの流量を異ならせることができる。
図6は、図5に示す溶接装置を用いた第3の実施の形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
図6の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図5に示す溶接装置80の構成要素の符号に対応している。
図6の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図5に示す溶接装置80の構成要素の符号に対応している。
次いで、図5及び図6を参照して、図5に示す溶接装置80を用いた場合を例に挙げて、第3の実施の形態のプラズマ溶接方法について説明する。
第3の実施の形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが深い溶接を行う場合の溶接方法である。
第3の実施の形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが深い溶接を行う場合の溶接方法である。
第3の実施の形態のプラズマ溶接方法は、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に接続し、電極42とインサートチップ43との間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガス18を供給するとともに、インサートチップ43とシールドキャップ47との間にシールドガスを供給することで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、パイロットアーク発生工程後に行う第3の溶接工程、と、を含み、第3の溶接工程は、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に切断した段階で、プラス端子14Aと被溶接物11とを電気的に接続し、第1のパイロットガスの供給を停止するとともに、シールドガスの供給を継続した上で、電極42とインサートチップ43との間に、第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガスを第1の流量で供給し、プラス端子14Aと被溶接物11との間に、メインアークを発生させる第1の段階と、第3の溶接工程の最後において、シールドガスの供給を継続させた上で、第2のパイロットガスを第1の流量をよりも少ない第2の流量で供給する第2の段階と、を有する。
以下、図6に示すタイミングチャートを参照しながら、第3の実施の形態のプラズマ溶接方法を構成する「パイロットアーク発生工程」及び「第3の溶接工程」について説明する。
第3の実施の形態のプラズマ溶接方法を構成するパイロットアーク発生工程では、第2の実施の形態で説明したパイロットアーク発生工程と同様な処理を行う。このとき、パイロットアーク発生工程では、第2の切り替えスイッチ73は、開いた状態にする。
第1のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、第2の実施の形態で説明したガスと同様なものを用いることができる。
また、第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量は、第1の実施の形態の第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量と同様な値にすることができる。
第3の実施の形態のプラズマ溶接方法を構成するパイロットアーク発生工程では、第2の実施の形態で説明したパイロットアーク発生工程と同様な処理を行う。このとき、パイロットアーク発生工程では、第2の切り替えスイッチ73は、開いた状態にする。
第1のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、第2の実施の形態で説明したガスと同様なものを用いることができる。
また、第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量は、第1の実施の形態の第1のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量と同様な値にすることができる。
続く、第3の溶接工程では、第1のパイロットガスの供給を停止し、トーチスイッチをオフにし、シールドガスの供給量を維持した上で、一度、第1及び第2の切り替えスイッチ18,73が閉じた状態にした後、瞬時に第1の切り替えスイッチ18を開き、第2の切り替えスイッチ73を閉じたまま、パイロットガス供給路45内に、第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガス(例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガスやアルゴン窒素ガス等)を第1の流量(例えば、0.1〜10L/minの範囲内の所定の流量値)供給する。
そして、メインアークが所定の電流値(例えば、2〜500Aの範囲内の所定の電流値)となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極42と被溶接物11との間に、メインアークを発生させて、被溶接物11の溶接を行う。
そして、メインアークが所定の電流値(例えば、2〜500Aの範囲内の所定の電流値)となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極42と被溶接物11との間に、メインアークを発生させて、被溶接物11の溶接を行う。
次いで、被溶接物11が完了した段階で、分岐ライン84を介さない第2のパイロットガスの供給を停止し、分岐ライン84を介して、第1の流量よりも少ない第2の流量とされた第2のパイロットガスを供給し、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、クレータ電流を一定時間維持させる。
第1の流量が、例えば、3L/minの場合、第2の流量は、例えば、1L/minとすることができる。
その後、第1の実施の形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
第1の流量が、例えば、3L/minの場合、第2の流量は、例えば、1L/minとすることができる。
その後、第1の実施の形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
第3の実施の形態のプラズマ溶接方法によれば、溶接装置80への初期投資を抑制した上で、溶け込み深さが深く、かつ被溶接物11を貫通する溶接を行うことができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、図1に示す溶接装置10において、配線17に第2の切り替えスイッチ73を設け、第2の切り替えスイッチ73により、被溶接物11と溶接電源14のプラス端子14Aとを電気的に接続状態又は切断状態に切り替え可能な構成としてもよい。
このような構成とされた溶接装置を用いる場合、パイロットアーク発生工程では、第1の実施の形態で説明したパイロットアーク発生工程とは、以下の点が異なる。
上記構成とされた溶接装置では、パイロットアーク発生工程において、最初、第2の切り替えスイッチ73は、開いた状態(電気的に接続されていない状態)にする。第1のパイロットガス23及びシールドガス32の種類及び供給量としては、例えば、第1の実施の形態で説明した第1のパイロットガス及びシールドガスの種類及び供給量と同様なものを用いることができる。
このような構成とされた溶接装置を用いる場合、パイロットアーク発生工程では、第1の実施の形態で説明したパイロットアーク発生工程とは、以下の点が異なる。
上記構成とされた溶接装置では、パイロットアーク発生工程において、最初、第2の切り替えスイッチ73は、開いた状態(電気的に接続されていない状態)にする。第1のパイロットガス23及びシールドガス32の種類及び供給量としては、例えば、第1の実施の形態で説明した第1のパイロットガス及びシールドガスの種類及び供給量と同様なものを用いることができる。
続く、溶接工程では、トーチスイッチをオフにし、第1のパイロットガスの供給量、及びシールドガスの供給量を維持した上で、一度、第1及び第2の切り替えスイッチ18,73が閉じた状態(電気的に接続された状態)にする。その後、瞬時に第1の切り替えスイッチ18を開き、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極42と被溶接物11との間に、メインアークを発生させて、被溶接物11の溶接を行う。
上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、アークが途切れることなく、安定してメインアークを発生させることができる。その結果、初期の溶接工程においても、安定した溶接が可能となる。
上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、アークが途切れることなく、安定してメインアークを発生させることができる。その結果、初期の溶接工程においても、安定した溶接が可能となる。
次に、図5に示す溶接装置80の変形例について説明する。
該変形例の溶接装置では、第2の切り替えスイッチ73に替えて、溶接電源14のプラス端子14Aと被溶接物11と常に電気的に接続する配線を備えてもよい。
この場合のプラズマ溶接方法は、下記パイロットアーク発生工程と、溶接工程と、を含む。
パイロットアーク発生工程では、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に接続し、電極42とインサートチップ43との間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ43とシールドキャップ47との間にシールドガスを供給することで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させる。
該変形例の溶接装置では、第2の切り替えスイッチ73に替えて、溶接電源14のプラス端子14Aと被溶接物11と常に電気的に接続する配線を備えてもよい。
この場合のプラズマ溶接方法は、下記パイロットアーク発生工程と、溶接工程と、を含む。
パイロットアーク発生工程では、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に接続し、電極42とインサートチップ43との間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ43とシールドキャップ47との間にシールドガスを供給することで、電極42とインサートチップ43との間に、パイロットアークを発生させる。
次いで、溶接工程では、パイロットアーク発生工程後、第1の切り替えスイッチ18により、プラス端子14Aとインサートチップ43とを電気的に切断し、第1のパイロットガス及びシールドガスの供給を継続した上で、電気的に接続されたプラス端子14Aと被溶接物11との間に、メインアークを発生させることで、被溶接物11の溶接を行う。
その後、被溶接物11が完了した段階で、分岐ライン84を介して、所定の流量の第2のパイロットガスを供給し、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、クレータ電流を一定時間維持させる。例えば、上記所定の流量は、例えば、1L/minとすることができる。
その後、第3の実施の形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
つまり、溶接工程の初期において、第1のパイロットガス23から第2のパイロットガス62への切り替えをしないが、溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、分岐ライン84から第2のパイロットガスを所定流量で供給する。
上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、溶接部におけるクレータ部の凹みの発生や気孔発生を抑制できる。
その後、被溶接物11が完了した段階で、分岐ライン84を介して、所定の流量の第2のパイロットガスを供給し、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、クレータ電流を一定時間維持させる。例えば、上記所定の流量は、例えば、1L/minとすることができる。
その後、第3の実施の形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
つまり、溶接工程の初期において、第1のパイロットガス23から第2のパイロットガス62への切り替えをしないが、溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、分岐ライン84から第2のパイロットガスを所定流量で供給する。
上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、溶接部におけるクレータ部の凹みの発生や気孔発生を抑制できる。
次に、図5に示す溶接装置80の他の変形例について説明する。
この場合、溶接工程の初期において、第1のパイロットガス23から第2のパイロットガス62への切り替えをしないが、溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、分岐ライン84から第2のパイロットガスを所定の流量で供給する。
上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、溶接部におけるクレータ部の凹みの発生や気孔発生を抑制できる。
この場合、溶接工程の初期において、第1のパイロットガス23から第2のパイロットガス62への切り替えをしないが、溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、分岐ライン84から第2のパイロットガスを所定の流量で供給する。
上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、溶接部におけるクレータ部の凹みの発生や気孔発生を抑制できる。
上述した3つの変形例においても、第1ないし第3の実施の形態と同様に、第1のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス(アルゴン窒素ガス)のうち、いずれか1種を用いることができる。
また、第2のパイロットガスを用いる場合、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種のガスであって、かつ第1のパイロットガスよりも電位傾度の比が大きいガスを用いることができる。
上述した3つの変形例において、メインアークを発生させる際に使用する電源として、TIG溶接電源の無負荷電圧又はTIG溶接電源の高周波電圧発生装置を利用することができる。
また、第2のパイロットガスを用いる場合、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種のガスであって、かつ第1のパイロットガスよりも電位傾度の比が大きいガスを用いることができる。
上述した3つの変形例において、メインアークを発生させる際に使用する電源として、TIG溶接電源の無負荷電圧又はTIG溶接電源の高周波電圧発生装置を利用することができる。
上記3つの変形例の溶接装置には、シールドガス供給源と接続され、溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給ラインと、パイロットガス供給源と接続され、溶接トーチにパイロットガスを供給するパイロットガス供給ラインと、を含み、シールドガス供給ライン及び/又はパイロットガス供給ラインには、その上流側から下流側に向かう方向に、電磁弁と、逆止弁と、を設けてもよい。
上述したように、本願発明では、溶接対象、溶接目的に応じて、メインアーク発生工程において使用するスイッチの数、第1のパイロットガスと第2のパイロットガスの切り替えの有無、そのパイロットガス種類と流量及び、溶接工程の最後におけるアフターフロー処理の有無を組み合わせることができる。
上述したように、本願発明では、溶接対象、溶接目的に応じて、メインアーク発生工程において使用するスイッチの数、第1のパイロットガスと第2のパイロットガスの切り替えの有無、そのパイロットガス種類と流量及び、溶接工程の最後におけるアフターフロー処理の有無を組み合わせることができる。
本発明は、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことの可能なプラズマ溶接方法に適用可能である。
10,60,80…溶接装置、11…被溶接物、12…溶接トーチ、14…溶接電源、14A…プラス端子、14B…マイナス端子、15〜17…配線、15−1,17−1…第1の配線、15−2,17−2…第2の配線、18…第1の切り替えスイッチ、19…冷却水循環部、21…循環ライン、23…第1のパイロットガス供給源、25,64…第1のパイロットガス供給ライン、27,36…ニードル弁、27−1…第1のニードル弁、27−2…第2のニードル弁、27−3…第3のニードル弁、28,37…流量計、28−1…第1の流量計、28−2…第2の流量計、28−3…第3の流量計、29,39…電磁弁、29−1…第1の電磁計、29−2…第2の電磁計、29−3…第3の電磁計、32…シールドガス供給源、34…シールドガス供給ライン、42…電極、42A…先端部、43…インサートチップ、43A…インサートチップ孔、45…パイロットガス供給路、47…シールドキャップ、49…シールドガス供給路、51…冷却水用流路、62…第2のパイロットガス供給源、65…第1の逆止弁、67…第2のパイロットガス供給ライン、68…第2の逆止弁、71…パイロットガス供給ライン、73…第2の切り替えスイッチ、84…分岐ライン
Claims (10)
- TIG溶接装置に使用される1つの溶接電源と、所定方向に延在する電極、電極の周囲を囲むインサートチップ、及び該インサートチップの外側を囲むシールドキャップを含む溶接トーチと、該溶接電源のプラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続または電気的に切断する第1の切り替えスイッチと、を有する溶接装置を用いたプラズマ溶接方法であって、
前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続し、前記電極と前記インサートチップとの間に、プラズマ化しやすい第1のパイロットガスを供給するとともに、前記インサートチップと前記シールドキャップとの間にシールドガスを供給することで、前記電極と前記インサートチップとの間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、
前記パイロットアーク発生工程後、前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、前記第1のパイロットガス及び前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行う第1の溶接工程と、
を有することを特徴とするプラズマ溶接方法。 - 前記第1の溶接工程に替えて、第2の溶接工程を含み、
前記第2の溶接工程では、前記パイロットアーク発生工程後、前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断した段階で、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、前記第1のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガスを供給して、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行うことを特徴とする請求項1記載のプラズマ溶接方法。 - 前記プラズマ溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第2の切り替えスイッチを含み、
前記第2の溶接工程では、前記第1の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第2の切り替えスイッチを用いて、一度、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、
その後、前記第1の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする請求項2記載のプラズマ溶接方法。 - 前記溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを常に電気的に接続状態とする配線を有し、
前記第1の溶接工程に替えて、第3の溶接工程を含み、
前記第3の溶接工程は、前記パイロットアーク発生工程後、前記第1の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、
前記第1のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第1のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第2のパイロットガスを第1の流量で供給し、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させる第1の段階と、
前記第3の溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、前記第2のパイロットガスを前記第1の流量をよりも少ない第2の流量で供給する第2の段階と、
を有することを特徴とする請求項1記載のプラズマ溶接方法。 - 前記プラズマ溶接装置は、前記配線に替えて、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第2の切り替えスイッチが設けられた他の配線を含み、
前記第3の溶接工程では、前記第1の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第2の切り替えスイッチを用いて、一度、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、
その後、前記第1の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする請求項4記載のプラズマ溶接方法。 - 前記第1のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種を用いることを特徴とする請求項1ないし5のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法。
- 前記第2のパイロットガスとして、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと窒素との混合ガスのうち、いずれか1種のガスであって、かつ第1のパイロットガスよりも電位傾度の比が大きいガスを用いることを特徴とする請求項2ないし6のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法。
- 前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、TIG溶接電源の無負荷電圧を利用することを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法。
- 前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、TIG溶接電源の高周波電圧発生装置を利用することを特徴とする請求項1ないし7のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法。
- 前記溶接装置には、シールドガス供給源と接続され、前記溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給ラインと、
パイロットガス供給源と接続され、前記溶接トーチにパイロットガスを供給するパイロットガス供給ラインと、
を含み、
前記シールドガス供給ライン及び/又は前記パイロットガス供給ラインには、その上流側から下流側に向かう方向に、電磁弁と、逆止弁と、が設けられていることを特徴とする請求項1ないし9のうち、いずれか1項記載のプラズマ溶接方法。
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