JPH0328263B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、プラズマアークにより切断、溶接な
どの加工を行う加工方法に関するものである。 従来技術 プラズマアークを用いて金属類を加工する方法
においては、通常第１図に示すように構成されて
いる。同図において、起動スイツチＳを閉じて電
源Ｅの出力をトーチ１および被加工物４に供給
し、トーチ１の電源１０１の先端と狭搾用ノズル
１０２との間に制限抵抗器Ｒによつて制限された
電流によるパイロツトアークを発生させるととも
に電磁弁２を開いてガスボンベ３からあらかじめ
プラズマアーク加工用に適した圧力および流量に
調整された作動ガスを流す。このパイロツトアー
クにより作動ガスは高温のイオン化されたガス流
となり、ノズル１０２から外部に噴出する。この
状態でノズル１０２を被加工物４に近接させる
と、このイオン化ガス流が被加工物４に達して電
極１０１から被加工物４に向うプラズマアークが
発生し加工が開始される。 ここで電源Ｅとしては垂下特性あるいは定電流
特性のものが用いられ、かつパイロツトアークは
ノズル１０２の消耗を低減するために抵抗器Ｒに
よつて極く小さな値に制限されている。この小電
流のパイロツトアークを高圧の供給源からの高速
ガス中で安定に維持するために電源Ｅの夢負荷電
圧は非常に高く、特に小形のトーチを用いるもの
においてはパイロツトアーク電流も小さいので
250V程度もの無負荷電圧が必要であつた。 その理由は大略つぎのように考えられる。従来
のプラズマアーク加工においては、パイロツトア
ーク時においても高速で大量のガスを流すために
ガス供給源は相当高い圧力とすることが必要であ
り、このガス流はノズル出口で強く狭搾されるた
めにほとんどの圧力損失がこの部分で発生し、こ
のためにノズル内のパイロツトアーク発生部分に
おいてはガス供給源の圧力に近い高圧となり、こ
のためにアーク電圧が高い値となる。さらにパイ
ロツトアークによつてイオン化されたガス分子が
高速で流れ去つてしまうために、十分な電離状態
が維持できずさらに高い電圧を必要とするように
なる。このような高圧でしかも高速でガスが流出
するノズル内においては、アークの電圧電流特性
は第２図にその例を実線で示すように小電流域で
は極端な負特性を示す。第２図はチツ素ガス中に
おけるアークの電圧電流特性の例を示すものであ
り、実線は圧力２Kg／cm²のときの特性を示す。図
から判るようにパイロツトアーク時のように数ア
ンペア程度のときにはアーク電圧は200Vを超え
る値となる。このような負特性領域にあつてしか
も高い電圧のパイロツトアークを安定に維持する
ためには、これらの電圧領域の最高電圧以上の無
負荷電圧が必要となる。これに対してプラズマア
ークに移行した後は、電流が大きくそのときのア
ーク電圧も比較的低くなる。このために実際の加
圧時には高い無負荷電圧は不要であるにもかかわ
らず、単にパイロツトアークを維持するために高
い無負荷電圧の電源を用意することが必要となつ
て、電源の容量が不必要に大きなものとなるばか
りでなく、ノズル部にこの高いパイロツトアーク
電圧が印加されるために手持で加工を行う半自動
加工機においては非常に危険であつた。さらに電
極１０１とノズル１０２との間がスパツタの飛来
など何らかの原因で短絡されたときには、電源Ｅ
の全電圧がノズルに印加されることになり、パイ
ロツトアークの発生が阻害されるだけでなく極め
て危険な状態となる。このような現象をなくす方
法として、パイロツトアーク時に流すガスをアル
ゴンのように電離電圧が低くかつアークの安定性
のよいガスを使用しプラズマ加工時にはアーク冷
却効果にすぐれかつ安価なチツ素ガスやこれに若
干の水素ガスなどを加えたガスを使用するように
切替える方式のものも提案されているが、ガスの
切替の前後においてアークが不安定となつたり加
工始端にガス成分の不安定に原因する不良加工部
ができたりすることがありあまり実用的でなかつ
た。 発明の経過 本発明者等は先に、昭和58年７月４日付で(1)パ
イロツトアーク時に供給するガスをプラズマアー
ク時に供給するガスと同種でかつ低圧のガス源か
ら供給して流量を少なくしてパイロツトアークを
発生および維持するために必要な電源の無負荷電
圧を低下させ、(2)トーチノズルを被加工物に略接
触、即ち接触あるいは至近距離に接近させること
によつて低いアーク電圧でもパイロツトアークか
ら加工時のプラズマアークへの移行を容易とし、
(3)加工時もトーチノズルと被加工物とを略接触状
態を保つことによつてアーク長を短かくし、加工
時のアーク電圧も低い値としてさらに電源容量を
低減し、(4)ノズルと被加工物とを略接触状態を保
つことによりプラズマアークへの移行および加工
が安定することから、トーチノズルと被加工物と
を常時短絡状態に接続しておくことが可能とな
り、これによつて感電の危険性を皆無とした、プ
ラズマアーク加工方法を提案した。即ちパイロツ
トアーク時に供給するガスの圧力を次第に低くし
て流量を低減してゆくと、第２図に実線で示した
通り圧力２Kg／cm²とした従来方法におけるパイロ
ツトアークの電圧電流特性に対して、圧力１Kg／
cm²のときの状態を破線１また0.5Kg／cm²のときの
状態を破線２で示すように同じパイロツト電流に
対してもアーク電圧が大きく低下し、低い無負荷
電圧の電源でも安定にパイロツトアークが維持で
きることを見出した結果、パイロツトアーク時に
供給するガスをプラズマ加工時よりも低い圧力、
例えば0.5Kg／cm²程度のガス源から供給して流量
を少なくすればプラズマ加工時と同じ種類のガス
を用いても、185V程度以下の低い無負荷電圧の
電源で十分に安定したパイロツトアークが維持で
きると判断し、この場合にアーク電力が低くなる
ことからパイロツトアークから主アークへの移行
が困難となることが予想されたので、これを解決
すべき種々実験考察の結果、前述の先行発明に至
つたものである。しかし薄板加工を対象とした小
形のトーチにおいては、加工電流自体が数10アン
ペア以下の小電流であり、これに用いるパイロツ
トアーク電流は極めて小電流であるために、先の
発明のようにするだけでは十分に安定なパイロツ
トアークの維持および主アークへの移転が難しい
場合もあることがわかつた。そこで本発明は上記
先行発明をさらに発展させてなされたものであ
り、パイロツトアークの維持および主アークへの
移行を極めて安定に行いうるようにしたものであ
る。 発明の要旨 本発明は、先の発明に加えて、トーチの電極と
ノズルとの間に高周波電圧を重畳させてパイロツ
トアークを発生させ、かつ該高周波電圧を主アー
クに移行した漸時の後まで継続させた後に停止す
るようにして、パイロツトアーク電流をより小電
流とすることを可能とし、小形トーチへの適用を
容易にしたものである。 実施例 第３図は本発明の方法を実施するときの装置の
例を示す接続図である。同図において５および６
は作動ガス通路に設けられた減圧弁および電磁弁
であり、減圧弁５によりパイロツトアーク時の低
圧、低流量のガス流を得、電磁弁６が開くことに
よりプラズマ加工用の高圧大流量のガス流を得る
ようになつている。７はプラズマ加工時に供給す
る電力を制御する第１の出力制御回路、８はパイ
ロツトアーク時に供給する小電流出力を制御する
第２の出力制御回路、９は主アーク電流検出回
路、１０は起動回路であり、例えばトーチに設け
られたトリガスイツチにより起動信号を出力す
る。１１は起動回路９の出力により出力電流制御
回路を第２の出力制御回路８から第１の出力制御
回路７へ切替える切替回路であり、その内部構造
は起動回路１０の出力信号を受けた後主アーク電
流検出回路９が出力信号を発生するまでは第２の
出力制御回路を有効とし、主アーク電流検出回路
９が主アーク電流を発生すると第１の出力制御回
路を有効とする回路であればよく、リレー接点や
半導体論理素子など公知の論理回路を用いること
ができる。１２は高周波重畳期間制御回路であ
り、起動回路１０の出力を受けて高周波発生装置
OSCを起動させるとともに主アーク電流検出器
９の出力信号を受信した後、あらかじめ定められ
た時限の後にこれを停止させるようにした時限要
素を含む論理回路が用いられる。 同図の実施例において、加工開始時に起動回路
１０からの起動信号が供給されると、第２の出力
制御回路８を通して電圧が電極１０１とノズル１
０２との間に印加されるとともに電磁弁２が開き
減圧弁５を通して少流量のガスがノズル内に供給
される。この後に電極１０１とノズル１０２との
間には起動回路１０の信号によつて動作する高周
波発生期間制御回路１２の出力によつて出力を発
生する高周波発生装置OSCからの高電圧が印加
されて電極１０１とノズル１０２との間の絶縁を
破壊しパイロツトアークが起動する。このパイロ
ツトアークは第２の出力制御回路によつて定まる
小電流であるが、供給されたガスも電磁弁６が未
だ閉じているために少量であり、パイロツトアー
ク電圧は比較的低い電圧で安定に維持される。次
にノズル１０２を被加工物４に略接触させるまで
近づけると、パイロツトアークにより生成された
高温のイオン化ガスは被加工物の表面に達し主ア
ークへと移行する。この電流は主アーク電流検出
器９によつて検出され、この出力を受けて電磁弁
６は開きプラズマアーク加工に必要な大量の高圧
ガスのノズル１０２に供給する。また切替回路１
１は第２の出力制御回路を停止させ、第１の制御
回路を起動してプラズマアーク加工用の大電力が
電極１０１と被加工物４との間に供給され、加工
が開始される。主アーク電流検出器９の出力はま
た高周波発生期間制御回路１２にも供給され、高
周波発生期間制御回路１２はこのときから時限を
開始し、設定時限の後に高周波発生装置OSCを
停止させる。この結果、高周波発生装置OSCは、
起動回路１０の起動信号を受けたときから主アー
ク電流検出回路９が主アーク電流を検出した後、
設定時限の完了時まで継続して高周波電圧を出力
することになり、パイロツトアークおよび主アー
クへの移行直後に万一アークが消滅することがあ
つても直ちに高周波電圧によつて回復し、完全に
中断してしまうことがなくなる。このためにパイ
ロツトアーク電流を極端に小電流としまた電源Ｅ
の無負荷電圧も十分に低い値とすることが可能と
なる。 次表は、本発明の方法によりアーク起動を行つ
たときに主アークへの移行に失敗した割合（アー
ク切れ発生率…％）を先の発明の方法による場合
および従来方法による場合と比較したものであ
り、本発明の方法によるときはパイロツトアーク
電流が最も低いにもかかわらずほとんどアーク切
れは発生しておらず、その優れた効果が確認でき
た。

【表】 なお第３図の実施例においては主アーク電流検
出器９の出力によつてガス流の切替えと電源出力
の切替えとを同時に行つたが、これらの切替えの
タイミングは若干前後してもよく、このときは高
周波電圧は両方とも切替えられた後にプラズマア
ークが安定するまでの間継続して供給されるよう
に時限を設定するのが望ましい。また本発明にお
いては、高周波電圧を主アークに移行した後まで
継続して供給するようにしたのでパイロツトアー
ク電流制限用の抵抗器Ｒを省略して第３図に破線
で示すようにノズルと被加工物とをケーブルによ
り短絡しても主アークへの移行が確実に行なわれ
るようになる。 発明の効果 上記のような本発明は、 (1) パイロツトアーク中に供給する作動ガスを低
圧力、少量とすることにより、パイロツトアー
ク用の電力を低い無負荷電圧の電源から供給し
ても安定にパイロツトアークを維持できるとと
もに、パイロツトアーク用のガスをプラズマ加
工時のガスと同種のガスとすることができ、 (2) ノズルと被加工物とを略接触させることによ
り低いパイロツトアーク電圧でも容易に主アー
クへの移行が行なわれるようになり、 (3) 加工時もノズルを被加工物と略接触状態に保
つことにより加工時のアーク長が短かくなり、
プラズマ加工用のアーク電圧も低い値を採用す
ることができ、パイロツトアーク時の無負荷電
圧を低くできることと相俟つて電源容量を大巾
に低減することができ、かつ感電の危険性を減
少できる。 (4) また高周波電圧をパイロツトアークの起動か
ら主アーク移動後漸時の後まで継続させるよう
にすることにより、パイロツトアーク電流およ
び電源の無負荷電圧をさらに低い値に設定する
ことが可能となり、薄板加工用の小電流を用い
る小形のプラズマアーク加工用トーチにおいて
もアーク切れを起すことなく確実なアーク起動
が可能となる。 (5) さらにノズルと被加工物との間をケーブルに
よつて直接短絡するときは、トーチ内の電極と
ノズルとが何らかの事故によつて接触したとき
でも、ノズルに無負荷電圧が印加されることが
ないので、トーチを手持ちで作業する半自動加
工においても感電の危険性が皆無となる。 など多くの優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマアーク加工装置の従来例を示
す接続図、第２図はプラズマアーク加工における
アーク電圧と電流との関係を示す線図、第３図は
本発明のプラズマアーク加工方法を実施する装置
の例を示す接続図である。 １……トーチ、２，６……電磁弁、３……ガス
ボンベ、４……被加工物、５……減圧弁、７……
第１の出力制御回路、８……第２の出力制御回
路、９……主アーク電流検出回路、１１……切替
回路、１２……高周波発生期間制御回路、１０１
……電極、１０２……ノズル、OSC……高周波
発生装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トーチにガスを供給し、電極とトーチのノズ
   ルとの間にパイロツトアークを発生させてイオン
   化されたガス流を形成し、次いでパイロツトアー
   クを被加工物に移行させるとともに電極と被加工
   物との間に主電力を供給してプラズマアークを発
   生させて加工を行なうプラズマアーク加工方法に
   おいて、前記電極とノズルとの間に低電圧の電源
   から電力を供給するとともに高周波電圧を重畳さ
   せてパイロツトアークを発生させ、このとき供給
   するガスは前記低電圧アークが安定に維持できる
   値に低圧力または少量とし、前記ノズルを被加工
   物に略接触させて主アークに移行させた後に前記
   供給ガスおよびアーク電力をプラズマ加工に適し
   た値にそれぞれ増大変化させ、前記高周波電圧の
   重量をプラズマアークに移行した後所定の時間後
   に停止し、前記ノズルは被加工物に略接触させた
   まま加工を行うプラズマアーク加工方法。 ２ 前記トーチのノズルと被加工物との間をケー
   ブルにより接続して短絡状態とした特許請求の範
   囲第１項に記載のプラズマアーク加工方法。