JP7309369B2

JP7309369B2 - 溶接装置、溶接方法、及びプラズマ／放電溶接変換器

Info

Publication number: JP7309369B2
Application number: JP2019007437A
Authority: JP
Inventors: 孝小池; 忠星野
Original assignee: 日鉄溶接工業株式会社
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: JP2020116586A

Description

この発明は、溶接装置、溶接方法、及びプラズマ／放電溶接変換器に関する。

溶接、例えば、非消耗電極式ガスシールド溶接として、放電溶接及びプラズマ溶接がよく知られている。放電溶接は、アーク放電を、電極から母材に移行させる。放電溶接の典型的な例は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接である。放電溶接は、ビード幅が広く、例えば、なめ付け溶接や本溶接前の仮付け溶接（点付け溶接）等に適している。プラズマ溶接は、電極収容空間中に発生させたパイロットアークのプラズマを、インサートチップの先端に設けられた冷却可能な噴出孔より噴出させ、このプラズマ化（導電性を有する）したガス流を通じてメインアークを母材へ通電させる。メインアークは、冷却可能な噴出孔を通過する事で緊縮され、エネルギー密度が高い熱源で、なおかつ、パイロットガスの高温、高速流との効果で、母材（突合せ溶接材料）を貫通しながら溶接（キーホール溶接）することができる。プラズマ溶接は、放電溶接（ＴＩＧ溶接）と比較して、ビード幅が狭く、かつ、指向性も高い。このため、例えば、すみ肉溶接等にも適している。これらの特長からトーチが小さく手溶接に適した放電溶接（ＴＩＧ溶接）は、本溶接前の仮付け溶接に使用され、トーチが割合大きなプラズマ溶接は、本溶接（完全裏波形成溶接）に使用される場合が多い。

放電溶接（ＴＩＧ溶接）及びプラズマ溶接のそれぞれを記載した文献としては、特許文献１～４がある。

特許文献１には、ＴＩＧ溶接及びプラズマ溶接のそれぞれに使用可能なトーチが記載されている。

特許文献２には、ＴＩＧ用溶接電源を用いたプラズマ溶接方法が記載されている。特許文献２では、プラズマ化しやすいパイロットガスを用いてパイロットアークを発生させた後、ＴＩＧ用溶接電源のプラス端子とインサートチップとを電気的に切断し、電極と被溶接物との間にメインアークを発生させる。これにより、無負荷電圧が小さいＴＩＧ用溶接電源を用いたプラズマ溶接を可能としている。

特許文献３には、パイロットアーク用トランスを必要としないＴＩＧ溶接兼用プラズマアーク発生装置が記載されている。特許文献３は、ＴＩＧ溶接とプラズマ切断との組み合わせを開示する。特許文献３では、ＴＩＧ溶接用始動電圧回路を、主トランスの二次側に設けた補助巻線によって整流回路としても機能させる。これにより、ＴＩＧ溶接用始動電圧回路をパイロットアーク発生回路として使うことができ、ＴＩＧ溶接兼用プラズマアーク発生装置において、パイロットアーク用トランスを不要としている。

特許文献４には、ホットワイヤ式の同期ハイブリッドガスメタルアーク溶接が記載されている。特許文献４には、ＴＩＧ／プラズマ電源が記載されている。しかし、特許文献４の記載は、ＴＩＧ電源又はプラズマ電源の択一記載である。特許文献４は、ＴＩＧ溶接か、プラズマ溶接かのいずれか１つを開示するのみである。

国際公開第２０１５／１４１７６８号特開２０１７－６４７３８号公報特開昭５８－１４１８５７号公報実用新案登録第３１９７９１４号公報

近時の溶接作業では、ワークによって、放電溶接及びプラズマ溶接のそれぞれの特徴を活かし、放電溶接とプラズマ溶接とを適宜使い分けることがある。このため、生産工場等の溶接現場においては、電源装置（例えば、ＴＩＧ溶接機本体）と、プラズマ電源装置（例えば、プラズマ溶接機本体）とが、別々に併設されている。２台の電源装置が併設された溶接現場では、作業スペースが狭くなることや、ガスボンベや元電源の用意や配管、配線が必要となる、という事情がある。

この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、その目的は、放電溶接及びプラズマ溶接の双方が可能であり、かつ、溶接現場における作業スペースを広くとることが可能で、放電溶接機用のガスボンベや元電源、それらに属する配管、配線を除くことが可能な溶接装置、その溶接装置を用いた溶接方法、及びプラズマ電源装置を、プラズマ溶接の電源又は放電溶接の電源に切換え可能とするプラズマ／放電溶接変換器を提供することにある。

第１発明に係る溶接装置は、プラズマの噴出が可能なプラズマトーチと、アーク放電可能な放電トーチと、前記プラズマを発生させるパイロット電源と、メイン電源と、を有し、高周波電力、シールドガス、及びパイロットガスのそれぞれを、前記プラズマトーチ又は前記放電トーチに供給する溶接機本体と、を備え、前記プラズマトーチから前記プラズマを噴出させるとき、前記パイロット電源及び前記メイン電源のそれぞれを用いて前記高周波電力を発生させ、前記高周波電力と、前記シールドガスと、前記パイロットガスと、を前記プラズマトーチへ供給し、前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、前記メイン電源を用いて前記高周波電力を発生させ、前記高周波電力と、前記シールドガスと、を前記放電トーチへ供給するように構成されていることを特徴とする。

第２発明に係る溶接装置は、第１発明において、プラズマ／放電溶接変換器を有し、前記プラズマ／放電溶接変換器は、前記プラズマトーチから前記プラズマを噴出させるとき、前記高周波電力及び前記シールドガスの供給先を、前記放電トーチから前記プラズマトーチへ変換し、前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、前記高周波電力及び前記シールドガスの供給先を、前記プラズマトーチから前記放電トーチへ変換するように構成されていることを特徴とする。

第３発明に係る溶接装置は、第２発明において、前記プラズマ／放電溶接変換器は、前記溶接機本体内に設置されていることを特徴とする。

第４発明に係る溶接装置は、第２発明において、前記プラズマトーチは、前記パイロットガスが供給され、第１電極が着脱自在に収容されてプラズマを発生させる第１電極収容空間、及び先端に前記プラズマを通過させてプラズマを噴出させる冷却可能な噴出孔を有するインサートチップと、前記シールドガスが供給され、前記インサートチップの外側周囲を囲むシールドガス空間、及び先端に前記噴出されたプラズマと前記噴出されたプラズマの外側周囲を覆う前記シールドガスとを通過させる第１開口を有する第１シールドキャップと、を含み、前記放電トーチは、前記シールドガスが供給され、第２電極が着脱自在に収容される第２電極収容空間、及び先端に放電アークと前記放電アークの外側周囲を覆う前記シールドガスとを通過させる第２開口を有する第２シールドキャップ、を含み、前記溶接機本体は、第１ケーブルが接続され、前記パイロット電源の第１端子及び前記メイン電源の第２端子のそれぞれと電気的に結合された第１ケーブル接続端子と、第２ケーブルが接続され、前記パイロット電源の第３端子と電気的に結合された第２ケーブル接続端子と、前記第１端子及び前記第２端子のそれぞれと前記第１ケーブル接続端子とを電気的に結合する配線の経路中に設けられ、高周波発生器を、前記配線と電気的に結合させる電気的結合器と、第１ガスホースが接続され、パイロットガス源と結合されたパイロットガスホース接続端子と、第２ガスホースが接続され、シールドガス源と結合されたシールドガスホース接続端子と、を含み、前記プラズマ／放電溶接変換器は、前記第１ケーブルが接続される第１電源入力端子と、前記第２ケーブルが接続される第２電源入力端子と、前記第１ガスホースが接続されるパイロットガス受給端子と、前記第２ガスホースが接続されるシールドガス受給端子と、前記第１電極と電気的に結合される第３ケーブルが接続され、前記第１電源入力端子と第１スイッチを介して電気的に結合された第１電源出力端子と、前記第２電極と電気的に結合される第４ケーブルが接続され、前記第１電源入力端子と第２スイッチを介して電気的に結合された第２電源出力端子と、前記インサートチップと電気的に結合される第５ケーブルが接続され、前記第２電源入力端子と電気的に結合された第３電源出力端子と、前記第１電極収容空間と結合される第３ガスホースが接続され、前記パイロットガス受給端子と結合されたパイロットガス供給端子と、前記シールド空間と結合される第４ガスホースが接続され、前記シールドガス受給端子と第１バルブを介して結合された第１シールドガス供給端子と、前記第２電極収容空間と結合される第５ガスホースが接続され、前記シールドガス受給端子と第２バルブを介して結合された第２シールドガス供給端子と、を含むことを特徴とする。

第５発明に係る溶接装置は、第４発明において、前記溶接機本体は、母材ケーブルが接続され、前記メイン電源の第４端子と電気的に結合された母材ケーブル接続端子、を有し、前記母材ケーブルは、作業時において、前記噴出孔又は前記第２電極と近接される母材と電気的に結合されることを特徴とする。

第６発明に係る溶接装置は、第１発明～第５発明のいずれか１つにおいて、前記溶接機本体は、前記プラズマトーチから前記プラズマを噴出させるとき、前記パイロットガスを前記プラズマトーチに供給し、前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、前記パイロットガスの前記プラズマトーチへの供給を停止させるように構成されていることを特徴とする。

第７発明に係る溶接装置は、第１発明～第６発明のいずれか１つにおいて、前記溶接機本体は、前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、前記パイロット電源及び前記パイロットガスの供給を停止させるように構成されていることを特徴とする。

第８発明に係る溶接方法は、第１発明～第７発明のいずれか１つに記載の溶接装置を用いた溶接方法であって、前記放電トーチを使用して、前記母材に対する仮付け溶接を行い、前記仮付け溶接の後、前記プラズマトーチを使用して、前記母材に対する本溶接を行うことを特徴とする。

第９発明に係るプラズマ／放電溶接変換器は、プラズマ電源装置を、プラズマ溶接の電源又は放電溶接の電源に切換え可能とするプラズマ／放電溶接変換器であって、前記プラズマ電源装置のパイロット電源の第１端子、及び前記プラズマ電源装置のメイン電源の第２端子のそれぞれと電気的に結合される第１ケーブルの接続が可能な、第１電源入力端子と、前記パイロット電源の第３端子と電気的に結合される第２ケーブルの接続が可能な、第２電源入力端子と、パイロットガス源と結合される第１ガスホースの接続が可能な、パイロットガス受給端子と、シールドガス源と結合される第２ガスホースの接続が可能な、シールドガス受給端子と、プラズマトーチの第１電極と電気的に結合される第３ケーブルの接続が可能な、前記第１電源入力端子と第１スイッチを介して電気的に結合された第１電源出力端子と、放電トーチの第２電極と電気的に結合される第４ケーブルの接続が可能な、前記第１電源入力端子と第２スイッチを介して電気的に結合された第２電源出力端子と、前記プラズマトーチのインサートチップと電気的に結合される第５ケーブルの接続が可能な、前記第２電源入力端子と電気的に結合された第３電源出力端子と、前記プラズマトーチの第１電極収容空間と結合される第３ガスホースの接続が可能な、前記パイロットガス受給端子と結合されたパイロットガス供給端子と、前記プラズマトーチのシールド空間と結合される第４ガスホースの接続が可能な、前記シールドガス受給端子と第１バルブを介して結合された第１シールドガス供給端子と、前記放電トーチの第２電極収容空間と結合される第５ガスホースの接続が可能な、前記シールドガス受給端子と第２バルブを介して結合された第２シールドガス供給端子と、を備えることを特徴とする。

第１～第８発明によれば、放電溶接及びプラズマ溶接の双方が可能であり、かつ、溶接現場における作業スペースを広くとることが可能で、放電溶接機用のガスボンベや元電源、それらに属する配管、配線を除くことが可能な溶接装置、及びその溶接装置を用いた溶接方法を提供できる。

第９発明によれば、プラズマ電源装置をプラズマ溶接又は放電溶接の電源に切換え可能とするプラズマ／放電溶接変換器を提供できる。

図１は、この発明の一実施形態に係る溶接装置の一例を示す模式図である。図２は、この発明の一実施形態に係る溶接装置の一例を示す模式ブロック図である。図３は、放電溶接加工作業の一例を示す模式図である。図４は、プラズマ溶接加工作業の一例を示す模式図である。図５は、この発明の一実施形態に係る溶接装置の一変形例を示す模式ブロック図である。

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。各図において、共通する部分については、共通する参照符号を付し、重複する説明は省略する。

（溶接装置）
図１は、この発明の一実施形態に係る溶接装置の一例を示す模式図である。図２は、この発明の一実施形態に係る溶接装置の一例を示す模式ブロック図である。

図１及び図２に示すように、一実施形態に係る溶接装置１００は、例えば、プラズマトーチ２と、放電トーチ３と、溶接機本体４と、第１トーチホース５と、第２トーチホース６と、第３トーチホース７と、母材ケーブル８と、プラズマ又は放電溶接変換器（以下、プラズマ／放電溶接変換器と表記する）９と、を含む。溶接装置１００は、例えば、非消耗電極式ガスシールド溶接装置である。

＜プラズマトーチ２＞
プラズマトーチ２は、例えば、インサートチップ２０と、第１シールドキャップ３０ａと、を含む。インサートチップ２０は、第１電極収容空間２１ａと、噴出孔２２と、冷媒流路２３と、を有する。

第１電極収容空間２１ａ内には、例えば、センタリングストーン２１ａａが挿入されている。センタリングストーン２１ａａは、そのほぼ中心にセンタリング用の第１貫通孔２１ａｂと、第１貫通孔２１ａｂの外側に第１ガス通流孔２１ａｃと、を有する。第１電極１ａは、第１貫通孔２１ａｂ内に挿入される。これにより、第１電極１ａは、第１電極収容空間２１ａの中にセンタリングされるとともに、インサートチップ２０の内壁面２０ａから離間されて着脱自在に収容される。第１電極１ａは、例えば、タングステンの棒体である。

第１電極収容空間２１ａ内にプラズマを発生させるとき、第１電極収容空間２１ａには、第１ガス通流孔２１ａｃを介してパイロットガスＰＧが供給される。パイロットガスＰＧを第１電極収容空間２１ａに供給しながら、第１電極１ａとインサートチップ２０の内壁面２０ａとの間で放電させる。この放電により、パイロットガスＰＧがアーク放電により電離し、プラズマ着火し、第１電極収容空間２１ａ内にプラズマが発生される。パイロットガスＰＧの例は、例えば、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、不活性ガスに水素又は別の不活性ガスを混合した混合ガス等である。

噴出孔２２は、インサートチップ２０の先端に設けられ、例えば、第１貫通孔２１ａｂのほぼ直下に位置している。パイロットガスＰＧは、第１電極収容空間２１ａの中を、第１センタリングストーン２１ａａから噴出孔２２に向かって流れる。

冷媒流路２３は、インサートチップ２０の周壁２０ｂ内に設けられている。冷媒流路２３には、冷媒、例えば、冷却液ＣＬが通流される。冷却液ＣＬは、ポンプＰによって給排液され、冷媒流路２３を、例えば循環する。インサートチップ２０及び噴出孔２２のそれぞれは、冷却液ＣＬによる冷却が可能である。冷却液は、例えば、水である。プラズマが冷却された噴出孔２２を通過すると、プラズマはウォール効果によってさらに緊縮される。これにより、噴出孔２２からは、よりエネルギー密度が高められたアークプラズマが噴出される（移行形）。また、非移行形の場合は、プラズマジェットが噴出される。

第１シールドキャップ３０ａは、シールドガス空間３１と、第１開口３２ａと、を有する。第１シールドキャップ３０ａは、インサートチップ２０の外側周囲に設けられている。第１シールドキャップ３０ａは、インサートチップ２０を囲む。シールドガス空間３１は、第１シールドキャップ３０ａとインサートチップ２０の先端部分との間に設けられている。シールドガス空間３１は、例えば、インサートチップ２０の先端部分の周方向に沿っている。第１開口３２ａは、第１シールドキャップ３０ａの先端に設けられている。第１開口３２ａの平面形状は、例えば円状であるが、円状に限られるものではない。

プラズマを噴出孔２２から噴出させるとき、シールドガス空間３１には、シールドガスＳＧが供給される。シールドガスＳＧは、シールドガス空間３１の中を、シールドガス空間３１の上部から第１開口３２ａに向かって流れる。シールドガスＳＧは、噴出孔２２から噴出されているプラズマの外側周囲を覆う。シールドガスＳＧの例は、例えば、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、又はこの不活性ガスに水素若しくは別の不活性ガス若しくは酸素や炭酸ガスを混合した混合ガス等である。

＜放電トーチ３＞
放電トーチ３は、例えば、第２シールドキャップ３０ｂを含む。第２シールドキャップ３０ｂは、第２電極収容空間２１ｂを有する。

第２電極収容空間２１ｂ内には、例えば、コレットボディ２１ｂａが挿入されている。コレットボディ２１ｂａは、そのほぼ中心にセンタリング用の第２貫通孔２１ｂｂと、第２貫通孔２１ｂｂの外側に第２ガス通流孔２１ｂｃと、を有する。第２電極１ｂは、第２貫通孔２１ｂｂ内に挿入される。これにより、第２電極１ｂは、第２電極収容空間２１ｂの中にセンタリングされるとともに、第２シールドキャップ３０ｂの内壁面３０ｂａから離間されて着脱自在に収容される。第２電極１ｂは、例えば、タングステンの棒体である。放電トーチ３は、例えば、ＴＩＧトーチである。

第２シールドキャップ３０ｂは、第２電極収容空間２１ｂと、第２開口３２ｂと、を有する。第２電極収容空間２１ｂ内には、例えば、コレットボディ２１ｂａが挿入されている。コレットボディ２１ｂａは、そのほぼ中心にセンタリング用の第２貫通孔２１ｂｂと、第２貫通孔２１ｂｂの外側に第２ガス通流孔２１ｂｃと、を有する。第２電極１ｂは、第２貫通孔２１ｂｂ内に挿入される。これにより、第２電極１ｂは、第２電極収容空間２１ｂの中にセンタリングされるとともに、第２シールドキャップ３０ｂの内壁面３０ｂａから離間されて着脱自在に収容される。第２電極１ｂは、例えば、タングステンの棒体である。第２開口３２ｂは、第２シールドキャップ３０ｂの先端に設けられている。第２開口３２ｂの平面形状は、例えば円状であるが、円状に限られるものではない。

アークを第２電極１ｂから放電させるとき、第２電極収容空間２１ｂには、シールドガスＳＧが供給される。シールドガスＳＧは、第２電極収容空間２１ｂの中を、第２電極収容空間２１ｂの上部から第２開口３２ｂに向かって流れる。シールドガスＳＧは、第２電極１ｂから放電されているアークの外側周囲を覆う。

＜溶接機本体４＞
溶接機本体４は、例えば、パイロット電源４１と、メイン電源４２と、第１ケーブル接続端子ＷＩと、第２ケーブル接続端子ＷＯと、母材ケーブル接続端子Ｍと、パイロットガスホース接続端子４６と、シールドガスホース接続端子４７と、を含む。溶接機本体４は、例えば、プラズマ電源装置である。なお、一実施形態では、プラズマ電源装置として、移行形のプラズマ溶接に利用可能なプラズマ電源装置を例示する。

パイロット電源４１及びメイン電源４２のそれぞれは、溶接機本体４内に設置されている。パイロット電源４１は、第１端子４１ａと、第３端子４１ｃと、を有する。第１端子４１ａは低電位端子（－）であり、第３端子４１ｃは高電位端子（＋）である。メイン電源４２は、第２端子４２ｂと、第４端子４２ｄと、を有する。第２端子４２ｂは低電位端子（－）であり、第４端子４２ｄは高電位端子（＋）である。パイロット電源４１及びメイン電源４２のそれぞれは、例えば、商用電源ＣＰ等から交流入力の供給を受け、交流入力を直流出力に変換するＡＣ－ＤＣコンバータである。また、パイロット電源４１及びメイン電源４２のそれぞれは、出力電流が可変である。

第１ケーブル接続端子ＷＩ、第２ケーブル接続端子ＷＯ、母材ケーブル接続端子Ｍ、パイロットガスホース接続端子４６、及びシールドガスホース接続端子４７のそれぞれは、溶接機本体４の外面に設けられた外部接続端子である。第１ケーブル接続端子ＷＩは、パイロット電源４１の第１端子４１ａ、及びメイン電源４２の第２端子４２ｂのそれぞれと電気的に結合されている。第２ケーブル接続端子ＷＯは、パイロット電源４１の第３端子４１ｃと電気的に結合されている。母材ケーブル接続端子Ｍは、メイン電源４２の第４端子４２ｄと電気的に結合されている。

高周波発生器４４は、高周波を発生させる。高周波発生器４４は、内部に、例えば、コンデンサの充放電により高周波放電する放電装置（図示せず）を有している。高周波発生器４４を起動させると、放電装置が高周波放電を開始する。カップリングコイル（電気的結合器）４５は、例えば、配線４５ａの経路中に設けられている。配線４５ａは、第１端子４１ａ及び第２端子４２ｂのそれぞれを、第１ケーブル接続端子ＷＩと電気的に結合する。パイロット電源４１及びメイン電源４２のそれぞれから、又はメイン電源４２から配線４５ａに対して電圧を印加した状態で、高周波発生器４４からカップリングコイル４５に対して高周波放電させると、配線４５ａの電圧は、高周波高電圧となる。この高周波高電圧は、図示せぬパイロット電源４１及びメイン電源４２内内蔵のバイパスコンデンサを通じて、第２ケーブル接続端子ＷＯ及び母材ケーブル接続端子Ｍに供給される。また、高周波電圧は、第１電極１ａと内壁面２０ａとの間の絶縁破壊、又は第２電極１ｂと母材１０との間の絶縁破壊を誘起させる。これにより、第１電極１ａと内壁面２０ａとの間、又は第２電極１ｂと母材１０との間で放電が開始される。

＜第１トーチホース５＞
第１トーチホース５は、例えば、第１ケーブル５１ａと、第２ケーブル５１ｂと、第１ガスホース５２ａと、第２ガスホース５２ｂと、を含む。第１ケーブル５１ａ及び第２ケーブル５１ｂのそれぞれは、例えば、水冷ケーブルである。なお、冷却液ＣＬが通流される冷媒ホースについては、図示を省略する。第１ケーブル５１ａは、第１ケーブル接続端子ＷＩと電気的に接続される。第２ケーブル５１ｂは、第２ケーブル接続端子ＷＯと電気的に接続される。第１ガスホース５２ａは、パイロットガスホース接続端子４６と接続される。第２ガスホース５２ｂは、シールドガスホース接続端子４７と接続される。

＜プラズマ／放電溶接変換器９＞
プラズマ／放電溶接変換器９は、例えば、第１電源入力端子９１ａと、第２電源入力端子９１ｂと、パイロットガス受給端子９２と、シールドガス受給端子９３と、第１電源出力端子９４ａと、第２電源出力端子９４ｂと、第３電源出力端子９４ｃと、パイロットガス供給端子９５と、第１シールドガス供給端子９６ａと、第２シールドガス供給端子９６ｂと、を含む。

第１電源入力端子９１ａには、第１ケーブル５１ａが電気的に接続される。第２電源入力端子９１ｂには、第２ケーブル５１ｂが電気的に接続される。パイロットガス受給端子９２には、第１ガスホース５２ａが接続される。シールドガス受給端子９３には、第２ガスホース５２ｂが接続される。

第１電源出力端子９４ａは、第１電源入力端子９１ａと第１スイッチ９７ａを介して電気的に結合されている。第２電源出力端子９４ｂは、第１電源入力端子９１ａと第２スイッチ９７ｂを介して電気的に結合されている。第１スイッチ９７ａ及び第２スイッチ９７ｂには、例えば、マグネットスイッチが用いられる。第３電源出力端子９４ｃは、第２電源入力端子９１ｂと電気的に結合されている。

パイロットガス供給端子９５は、パイロットガス受給端子９２と結合されている。
第１シールドガス供給端子９６ａは、第１バルブ９８ａを介してシールドガス受給端子９３と結合されている。第２シールドガス供給端子９６ｂは、第２バルブ９８ｂを介してシールドガス受給端子９３と結合されている。第１バルブ９８ａ及び第２バルブ９８ｂには、例えば、ソレノイドバルブが用いられる。

＜第２トーチホース６＞
第２トーチホース６は、例えば、第３ケーブル６１ｃと、第５ケーブル６１ｅと、第３ガスホース６２ｃと、第４ガスホース６２ｄと、を含む。第３ケーブル６１ｃ及び第５ケーブル６１ｅのそれぞれは、例えば、水冷ケーブルである。第３ケーブル６１ｃは、第１電源出力端子９４ａと電気的に接続され、第１電源出力端子９４ａを第１電極１ａと電気的に結合させる。第５ケーブル６１ｅは、第３電源出力端子９４ｃと電気的に接続され、第３電源出力端子９４ｃをインサートチップ２０と電気的に結合させる。第３ガスホース６２ｃは、パイロットガス供給端子９５と接続され、パイロットガス供給端子９５を第１電極収容空間２１ａと結合させる。第４ガスホース６２ｄは、第１シールドガス供給端子９６ａと接続され、第１シールドガス供給端子９６ａをシールドガス空間３１と結合させる。

＜第３トーチホース７＞
第３トーチホース７は、例えば、第４ケーブル７１ｄと、第５ガスホース７２ｅと、を含む。第４ケーブル７１ｄは、例えば、水冷ケーブルである。第４ケーブル７１ｄは、第２電源出力端子９４ｂと電気的に接続され、第２電源出力端子９４ｂを第２電極１ｂと電気的に結合させる。第５ガスホース７２ｅは、第２シールドガス供給端子９６ｂと接続され、第２シールドガス供給端子９６ｂを第２電極収容空間２１ｂと結合させる。

＜母材ケーブル８＞
母材ケーブル８は、母材１０を、母材ケーブル接続端子Ｍと電気的に結合させる。母材１０は、例えば、接地されている。母材１０を加工するとき（作業時）、母材１０は、プラズマトーチ２の噴出孔２２又は放電トーチ３の第２電極１ｂと近接される。

このように、溶接装置１００は、プラズマ／放電溶接変換器９を備えている。プラズマ／放電溶接変換器９は、プラズマ電源を、プラズマ溶接の電源又は放電溶接の電源に切換え可能とする、いわばインターフェース装置である。このような溶接装置１００によれば、溶接機本体４が１台で、
１．母材１０に対する放電溶接加工作業
２．母材１０に対するプラズマ溶接加工作業
のいずれかを選択して行うことができる。以下、溶接装置１００を用いた溶接加工作業の一例を、プラズマ／放電溶接変換器９の動作とともに説明する。

（溶接方法、プラズマ／放電溶接変換器９の動作）
＜１．放電溶接加工作業＞
図３は、放電溶接加工作業の一例を示す模式図である。
図３に示すように、放電溶接加工作業を行うときには、放電トーチ３が使用される。プラズマ／放電溶接変換器９には、例えば、操作部９９ａと、制御部９９ｂと、が設けられている。作業者が操作部９９ａにおいて“放電溶接”を選択すると、制御部９９ｂは、第１スイッチ９７ａ、第２スイッチ９７ｂ、第１バルブ９８ａ、及び第２バルブ９８ｂのそれぞれを、以下のように制御する。
・第１スイッチ９７ａ：非導通（ＯＦＦ）
・第２スイッチ９７ｂ：導通（ＯＮ）
・第１バルブ９８ａ：閉（ＣＬＯＳＥ）
・第２バルブ９８ｂ：開（ＯＰＥＮ）

なお、溶接機本体４では、例えば、以下のような制御が行われる。
・パイロット電源４１：停止
・メイン電源４２：作動
・高周波発生器４４：作動
・パイロットガスＰＧ：停止
・シールドガスＳＧ：供給

例えば、このような制御によって、放電トーチ３には、例えば、第３トーチホース７を介して、放電溶接時の高周波電力ＨＦ（ＡＲＣ）、及びシールドガスＳＧが供給される。これにより、放電トーチ３の第２電極１ｂと母材１０との間に絶縁破壊が起き、第２電極１ｂから母材１０へ向けてアーク放電Ａが発生する。アーク放電Ａを用いて、溶接ワイヤＷＷを溶融させながら、母材１０に対する放電溶接が行われる。なお、溶接ワイヤＷＷを使用しない場合もある。

放電トーチ３を使用した溶接作業の一例は、母材１０に対する仮付け溶接である。仮付け溶接では、第１母材１０ａと第２母材１０ｂとを付き合わせた状態で、例えば、なめ付け溶接が行われる。これにより、例えば、第１母材１０ａが、第２母材１０ｂに仮付けされる。

＜２．プラズマ溶接加工作業＞
図４は、プラズマ溶接加工作業の一例を示す模式図である。
図４に示すように、プラズマ溶接加工作業を行うときには、プラズマトーチ２が使用される。作業者が操作部９９ａにおいて“プラズマ溶接”を選択すると、制御部９９ｂは、第１スイッチ９７ａ、第２スイッチ９７ｂ、第１バルブ９８ａ、及び第２バルブ９８ｂのそれぞれを、以下のように制御する。
・第１スイッチ９７ａ：導通（ＯＮ）
・第２スイッチ９７ｂ：非導通（ＯＦＦ）
・第１バルブ９８ａ：開（ＯＰＥＮ）
・第２バルブ９８ｂ：閉（ＣＬＯＳＥ）

また、溶接機本体４では、例えば、以下のような制御が行われる。
・パイロット電源４１：作動
・メイン電源４２：作動
・高周波発生器４４：作動
・パイロットガスＰＧ：供給
・シールドガスＳＧ：供給

これにより、プラズマトーチ２には、例えば、第２トーチホース６を介して、プラズマ溶接時の高周波電力ＨＦ（ＰＬＡＳＭＡ）、インサートチップ用電位“＋”、パイロットガスＰＧ、及びシールドガスＳＧが供給される。これにより、プラズマトーチ２の第１電極１ａとインサートチップ２０の内壁面２０ａとの間に絶縁破壊が起き、第１電極収容空間２１ａにアーク放電が発生する。これにより、パイロットガスＰＧを介してアーク放電が着火し、発生されたプラズマが、噴出孔２２から、例えば、アークプラズマＡＰとして噴出される。アークプラズマＡＰを用いて、溶接ワイヤＷＷを溶融させながら、母材１０に対するプラズマ溶接が行われる。なお、溶接ワイヤＷＷを使用しない場合もある。

プラズマトーチ２を使用した溶接作業の一例は、母材１０に対する本溶接である。本溶接では、仮付けされた第１母材１０ａ及び第２母材１０ｂに、例えば、突き合わせ溶接、若しくはキーホール溶接が行われる。これにより、例えば、第１母材１０ａが、第２母材１０ｂに本溶接される。

このように、一実施形態によれば、例えば、放電溶接及びプラズマ溶接の双方が可能であり、かつ、溶接現場における作業スペースを広くとることが可能で、放電溶接機用のガスボンベや元電源、それらに属する配管、配線を除くことが可能な溶接装置１００、その溶接装置１００を用いた溶接方法を提供できる。

一実施形態に係る溶接装置１００は、プラズマ／放電溶接変換器９を、含む。プラズマ／放電溶接変換器９は、既存のプラズマ電源装置、例えば、プラズマ用電源を内蔵した溶接機本体４を、プラズマ溶接の電源又は放電溶接の電源に切換えることが可能である。このため、作業現場に、プラズマ／放電溶接変換器９を、例えば、１台用意すれば、プラズマ溶接及び放電溶接のそれぞれを行うことができる。このため、作業現場から、放電電源装置、例えば、ＴＩＧ溶接機本体、及びＴＩＧ溶接機用のガスボンベや元電源、それらに属する配管、配線を除くことができる。作業現場には、電源装置として、例えば、プラズマ用電源を内蔵した溶接機本体４のみを用意すればよい。

プラズマ／放電溶接変換器９には、例えば、溶接電源として使用される大型の電源は必要ない。プラズマ／放電溶接変換器９には、例えば、スイッチ、バルブ等が内蔵されればよい。このため、プラズマ／放電溶接変換器９は、例えば、ＴＩＧ溶接電源が内蔵されたＴＩＧ溶接機本体よりも小型化することができ、溶接機本体（プラズマ溶接機本体）４の上に設置することも可能である。したがって、作業現場に、プラズマ／放電溶接変換器９が用意されても、ＴＩＧ溶接機本体と、プラズマ溶接機本体とを、別々に併設する場合と比較すれば、溶接現場における作業スペースを広くとることが可能である。

このように、一実施形態によれば、プラズマ電源装置を、プラズマ溶接の電源又は放電溶接の電源に切換え可能とするプラズマ／放電溶接変換器についても、提供できる。

（変形例）
この発明の実施形態は、上述した一実施形態が唯一のものではない。例えば、プラズマ／放電溶接変換器９は、溶接機本体４内に組み込むことも可能である。

図５は、この発明の一実施形態に係る溶接装置の一変形例を示す模式ブロック図である。

図５に示すように、一変形例に係る溶接装置１００ｂが、溶接装置１００と異なるところは、溶接機本体４に代えて、溶接機本体４ｂを備えていることである。プラズマ／放電溶接変換器９は、溶接機本体４ｂ内に設置されている。

溶接機本体４ｂは、プラズマ溶接用第１ケーブル接続端子ＷＩａ、放電溶接用第１ケーブル接続端子ＷＩｂ、プラズマ溶接用シールドガスホース接続端子４７ａ、及び放電溶接用シールドガスホース接続端子４７ｂを、さらに備えている。第２トーチホース６の第３ケーブル６１ｃ、及び第３トーチホース７の第４ケーブル７１ｄはそれぞれ、プラズマ溶接用第１ケーブル接続端子ＷＩａ、及び放電溶接用第１ケーブル接続端子ＷＩｂと電気的に接続される。第２トーチホース６の第４ガスホース６２ｄ、及び第３トーチホース７の第５ガスホース７２ｅはそれぞれ、プラズマ溶接用シールドガスホース接続端子４７ａ、及び放電溶接用シールドガスホース接続端子４７ｂと接続される。なお、溶接装置１００ｂでは、第１トーチホース５は、不要となる。

このように、プラズマ／放電溶接変換器９は、溶接機本体４ｂ内に組み込まれてよい。溶接装置１００ｂによれば、プラズマ／放電溶接変換器９が溶接機本体４ｂ内に組み込まれている。これにより、溶接機本体４ｂの１台だけで、プラズマ溶接及び放電溶接のそれぞれを行うことができる。

以上、この発明の一実施形態及び一変形例を説明したが、一実施形態及び一変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、この発明は、一実施形態及び一変形例のほか、様々な新規な形態で実施することができる。したがって、一実施形態及び一変形例は、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。このような新規な形態や変形は、この発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。

１００：溶接装置
１００ｂ：溶接装置（変形例）
１ａ：第１電極
１ｂ：第２電極
２：プラズマトーチ
２０：インサートチップ
２０ａ：インサートチップの内壁面
２０ｂ：インサートチップの周壁
２１ａ：第１電極収容空間
２１ａａ：センタリングストーン
２１ａｂ：第１貫通孔
２１ａｃ：第１ガス通流孔
２２：噴出孔
２３：冷媒流路
３０ａ：第１シールドキャップ
３１：シールドガス空間
３２ａ：第１開口
３：放電トーチ
３０ｂ：第２シールドキャップ
３０ｂａ：第２シールドキャップの内壁面
３２ｂ：第２開口
２１ｂ：第２電極収容空間
２１ｂａ：コレットボディ
２１ｂｂ：第２貫通孔
２１ｂｃ：第２ガス通流孔
４：溶接機本体
４ｂ：溶接機本体（プラズマ／放電溶接変換器内蔵型）
４１：パイロット電源
４１ａ：第１端子
４１ｃ：第３端子
４２：メイン電源
４２ｂ：第２端子
４２ｄ：第４端子
４４：高周波発生器
４５：カップリングコイル
４５ａ：配線
４６：パイロットガスホース接続端子
４７：シールドガスホース接続端子
４７ａ：プラズマ溶接用シールドガスホース接続端子
４７ｂ：放電溶接用シールドガスホース接続端子
５：第１トーチホース
５１ａ：第１ケーブル
５１ｂ：第２ケーブル
５２ａ：第１ガスホース
５２ｂ：第２ガスホース
６：第２トーチホース
６１ｃ：第３ケーブル
６１ｅ：第５ケーブル
６２ｃ：第３ガスホース
６２ｄ：第４ガスホース
７：第３トーチホース
７１ｄ：第４ケーブル
７２ｅ：第５ガスホース
８：母材ケーブル
９：プラズマ／放電溶接変換器
９１ａ：第１電源入力端子
９１ｂ：第２電源入力端子
９２：パイロットガス受給端子
９３：シールドガス受給端子
９４ａ：第１電源出力端子
９４ｂ：第２電源出力端子
９４ｃ：第３電源出力端子
９５：パイロットガス供給端子
９６ａ：第１シールドガス供給端子
９６ｂ：第２シールドガス供給端子
９７ａ：第１スイッチ
９７ｂ：第２スイッチ
９８ａ：第１バルブ
９８ｂ：第２バルブ
９９ａ：操作部
９９ｂ：制御部
１０：母材
ＣＰ：商用電源
ＰＧ：パイロットガス
ＳＧ：シールドガス
ＣＬ：冷却液
ＷＩ：第１ケーブル接続端子
ＷＩａ：プラズマ溶接用第１ケーブル接続端子
ＷＩｂ：放電溶接用第１ケーブル接続端子
ＷＯ：第２ケーブル接続端子
Ｍ：母材ケーブル接続端子
Ａ：アーク放電
ＡＰ：アークプラズマ
ＷＷ：溶接ワイヤ

Claims

プラズマの噴出が可能なプラズマトーチと、
アーク放電可能な放電トーチと、
前記プラズマを発生させるパイロット電源と、メイン電源と、を有し、高周波電力、シールドガス、及びパイロットガスのそれぞれを、前記プラズマトーチ又は前記放電トーチに供給する溶接機本体と、
を備え、
前記プラズマトーチから前記プラズマを噴出させるとき、
前記パイロット電源及び前記メイン電源のそれぞれを用いて前記高周波電力を発生させ、前記高周波電力と、前記シールドガスと、前記パイロットガスと、を前記プラズマトーチへ供給し、
前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、
前記メイン電源を用いて前記高周波電力を発生させ、前記高周波電力と、前記シールドガスと、を前記放電トーチへ供給するように構成されていること
を特徴とする溶接装置。
プラズマ／放電溶接変換器を有し、
前記プラズマ／放電溶接変換器は、
前記プラズマトーチから前記プラズマを噴出させるとき、
前記高周波電力及び前記シールドガスの供給先を、前記放電トーチから前記プラズマトーチへ変換し、
前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、
前記高周波電力及び前記シールドガスの供給先を、前記プラズマトーチから前記放電トーチへ変換するように構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
前記プラズマ／放電溶接変換器は、前記溶接機本体内に設置されていること
を特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
前記プラズマトーチは、
前記パイロットガスが供給され、第１電極が着脱自在に収容されてプラズマを発生させる第１電極収容空間、及び先端に前記プラズマを通過させてプラズマを噴出させる冷却可能な噴出孔を有するインサートチップと、
前記シールドガスが供給され、前記インサートチップの外側周囲を囲むシールドガス空間、及び先端に前記噴出されたプラズマと前記噴出されたプラズマの外側周囲を覆う前記シールドガスとを通過させる第１開口を有する第１シールドキャップと、
を含み、
前記放電トーチは、
前記シールドガスが供給され、第２電極が着脱自在に収容される第２電極収容空間、及び先端に放電アークと前記放電アークの外側周囲を覆う前記シールドガスとを通過させる第２開口を有する第２シールドキャップ、
を含み、
前記溶接機本体は、
第１ケーブルが接続され、前記パイロット電源の第１端子及び前記メイン電源の第２端子のそれぞれと電気的に結合された第１ケーブル接続端子と、
第２ケーブルが接続され、前記パイロット電源の第３端子と電気的に結合された第２ケーブル接続端子と、
前記第１端子及び前記第２端子のそれぞれと前記第１ケーブル接続端子とを電気的に結合する配線の経路中に設けられ、高周波発生器を、前記配線と電気的に結合させる電気的結合器と、
第１ガスホースが接続され、パイロットガス源と結合されたパイロットガスホース接続端子と、
第２ガスホースが接続され、シールドガス源と結合されたシールドガスホース接続端子と、
を含み、
前記プラズマ／放電溶接変換器は、
前記第１ケーブルが接続される第１電源入力端子と、
前記第２ケーブルが接続される第２電源入力端子と、
前記第１ガスホースが接続されるパイロットガス受給端子と、
前記第２ガスホースが接続されるシールドガス受給端子と、
前記第１電極と電気的に結合される第３ケーブルが接続され、前記第１電源入力端子と第１スイッチを介して電気的に結合された第１電源出力端子と、
前記第２電極と電気的に結合される第４ケーブルが接続され、前記第１電源入力端子と第２スイッチを介して電気的に結合された第２電源出力端子と、
前記インサートチップと電気的に結合される第５ケーブルが接続され、前記第２電源入力端子と電気的に結合された第３電源出力端子と、
前記第１電極収容空間と結合される第３ガスホースが接続され、前記パイロットガス受給端子と結合されたパイロットガス供給端子と、
前記シールド空間と結合される第４ガスホースが接続され、前記シールドガス受給端子と第１バルブを介して結合された第１シールドガス供給端子と、
前記第２電極収容空間と結合される第５ガスホースが接続され、前記シールドガス受給端子と第２バルブを介して結合された第２シールドガス供給端子と、
を含むこと
を特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
前記溶接機本体は、
母材ケーブルが接続され、前記メイン電源の第４端子と電気的に結合された母材ケーブル接続端子、を有し、
前記母材ケーブルは、作業時において、前記噴出孔又は前記第２電極と近接される母材と電気的に結合されること
を特徴とする請求項４に記載の溶接装置。
前記溶接機本体は、
前記プラズマトーチから前記プラズマを噴出させるとき、
前記パイロットガスを前記プラズマトーチに供給し、
前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、
前記パイロットガスの前記プラズマトーチへの供給を停止させるように構成されていること
を特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の溶接装置。
前記溶接機本体は、
前記放電トーチから前記アーク放電させるとき、
前記パイロット電源及び前記パイロットガスの供給を停止させるように構成されていること
を特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の溶接装置。
請求項１～７のいずれか１項に記載の溶接装置を用いた溶接方法であって、
前記放電トーチを使用して、前記母材に対する仮付け溶接を行い、
前記仮付け溶接の後、前記プラズマトーチを使用して、前記母材に対する本溶接を行うこと
を特徴とする溶接方法。
プラズマ電源装置を、プラズマ溶接の電源又は放電溶接の電源に切換え可能とするプラズマ／放電溶接変換器であって、
前記プラズマ電源装置のパイロット電源の第１端子、及び前記プラズマ電源装置のメイン電源の第２端子のそれぞれと電気的に結合される第１ケーブルの接続が可能な、第１電源入力端子と、
前記パイロット電源の第３端子と電気的に結合される第２ケーブルの接続が可能な、第２電源入力端子と、
パイロットガス源と結合される第１ガスホースの接続が可能な、パイロットガス受給端子と、
シールドガス源と結合される第２ガスホースの接続が可能な、シールドガス受給端子と、
プラズマトーチの第１電極と電気的に結合される第３ケーブルの接続が可能な、前記第１電源入力端子と第１スイッチを介して電気的に結合された第１電源出力端子と、
放電トーチの第２電極と電気的に結合される第４ケーブルの接続が可能な、前記第１電源入力端子と第２スイッチを介して電気的に結合された第２電源出力端子と、
前記プラズマトーチのインサートチップと電気的に結合される第５ケーブルの接続が可能な、前記第２電源入力端子と電気的に結合された第３電源出力端子と、
前記プラズマトーチの第１電極収容空間と結合される第３ガスホースの接続が可能な、前記パイロットガス受給端子と結合されたパイロットガス供給端子と、
前記プラズマトーチのシールド空間と結合される第４ガスホースの接続が可能な、前記シールドガス受給端子と第１バルブを介して結合された第１シールドガス供給端子と、
前記放電トーチの第２電極収容空間と結合される第５ガスホースの接続が可能な、前記シールドガス受給端子と第２バルブを介して結合された第２シールドガス供給端子と、
を備えること
を特徴とするプラズマ／放電溶接変換器。