JPH046473B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非消耗性電極を用いてアーク溶断又
はアーク溶接を行なうプラズマアーク機器の前記
電極の消耗を検出して警報を発生するプラズマア
ーク機器の電極消耗検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種プラズマアーク機器の１例である
プラズマアーク自動溶断機は第４図に示すように
構成され、同図において、１は商用交流電源端
子、２は電源端子１の商用交流を整流する入力側
整流器、３は整流器２の出力を平滑する平滑コン
デンサ、４はコンデンサ３の平滑出力が入力され
るインバータであり、内蔵のスイツチングトラン
ジスタの高周波スイツチングにより平滑出力を高
周波交流に変換する。５はインバータ４の高周波
交流が１次巻線５ａに印加される出力トランスで
あり、２次巻線５ｂに中間タツプ（ｔ）が設けら
れている。

６は２次巻線５ｂの出力交流を整流する出力側
整流器であり、２次巻線５ｂの両端それぞれにア
ノードが接続された２個の整流ダイオード６ａ，
６ｂからなる。７は一端がダイオード６ａ，６ｂ
のカソードに接続された平滑リアクトル、８は主
アーク電流検出器９を介してリアクトル７の他端
に接続された母材、１０は母材９の上部に位置す
るトーチ、１１はトーチ１０に収容された非消耗
性電極、１２はトーチ１１のノズルである。

１３はパイロツトアーク電流形成用の高周波発
生器、１４は１次巻線１４ａに発生器１３の高周
波出力が印加されるカツプリングコイルであり、
２次巻線１４ｂがタツプ（ｔ）と電極１１との間
に設けられている。１５はタツプ（ｔ）とノズル
１２との間に設けられたパイロツトアーク電流の
バイパスコンデンサ、１６，１７はリアクトル７
の他端とノズル１２との間に直列に設けられた開
閉器、限流抵抗である。

１８は検出器９の電流検出信号が入力される誤
差増幅器であり、定電流制御用の基準電源１９の
制御基準信号と電流検出信号との差分信号を出力
する。２０は差分信号が入力される高周波駆動回
路であり、電流検出信号が制御基準信号に一致す
るように、インバータ４のスイツチングトランジ
スタを駆動制御する。

２１は電極１１の消耗検出用の比較回路であ
り、後述の警報回路とともに電極消耗検出装置を
形成し、電極１１、母材８間の直流電圧を検出し
て電圧検出信号を得るとともに、該電圧検出信号
と消耗検出用の基準電源２２の検出基準信号とを
比較し、電圧検出信号が検出基準信号に達したと
きに内蔵の警報リレーを駆動し、警報回路２３に
設けられた前記リレーのＡ接点２４を閉成し、警
報回路２３を駆動する。

なお、検出器９は、たとえば抵抗又は変成器か
らなる。

また、比較回路２１は、たとえば電圧検出抵抗
と比較器とからなる。

さらに、トーチ１０は上下方向に自動的に移動
制御されるとともに、溶断を行なうための動作ガ
ス、たとえば酸素ガスが電極１１とノズル１２と
の間隙を介して母材８方向に噴出する。

そして、電源端子１の商用交流が整流器２、コ
ンデンサ３によつて整流、平滑され、直流に交換
されるとともに、該直流がインバータ４の高周波
スイツチングによつて高周波交流に変換される。

さらに、インバータ４から出力された高周波交
流がトランス５で変圧されるとともに、該変圧に
よつて形成された２次巻線５ｂの出力交流が整流
器６、リアクトル７によつて整流、平滑され、大
電流容量の主アーク電流用の直流が形成される。

ところで、事故などが発生しない限り開閉器１
６が閉成されているため、形成された直流の電圧
は母材８、ノズル１２と電極１１間に印加され
る。

そして、アークスタート時には、母材８、ノズ
ル１２と電極１１間にアークが発生しておらず、
しかも、トーチ１０と母材８との距離（間隔）が
大きく、母材８、ノズル１２と電極１１間のイン
ピーダンスが非常に高いため、母材８、ノズル１
２から電極１１に直流電流は流れない。

一方、発生器１３の高周波出力にもとづき、コ
イル１４の２次巻線１４ｂの両端間には、高圧小
電流の高周波交流が生じる。

そして、２次巻線１４ｂの高周波交流に対して
コンデンサ１５が短絡状態になるため、２次巻線
１４ｂの高周波交流が電極１１、ノズル１２間に
印加され、このとき、ノズル１２の先端ａと電極
１１の先端ｂとの間で微小プラズマアークが発生
し、ノズル１２、電極１１間に微小なパイロツト
電流が流れる。

ところで、アークスタートによつてトーチ１０
は母材８の方向（下方）に移動され、所定の溶断
位置まで母材８に近づくと、トーチ１０の上下移
動が停止する。

そして、パイロツトアークの発生した状態でト
ーチ１０が母材８に近づくと、直流電圧にもとづ
き、電極１１の先端ｂと母材８との間に主プラズ
マアーク（AC）が発生し、母材８から電極１１
に直流の主アーク電流が流れ、母材８の溶断が開
始される。

一方、主アーク電流は検出器９で検出され、検
出器９から誤差増幅器１８に、主アーク電流に比
例して電圧変化する電流検出信号が出力される。

そして、誤差増幅器１８により、基準電源１９
の制御基準信号の電圧を基準にして、電流検出信
号と制御基準信号の電圧が誤差増幅され、誤差増
幅器１８から駆動回路２０に、電流検出信号の電
圧の制御基準信号の電圧からのずれに比例した電
圧信号が出力される。

さらに、誤差増幅器１８から出力された電圧信
号にもとづき、駆動回路２０からインバータ４の
スイツチングトランジスタに供給されるスイツチ
ング制御信号の周波数又はパルス幅が可変され
る。

すなわち、検出器９、誤差増幅器１８、駆動回
路２０のフイードバツク制御により、主アーク電
流が基準電源１９の制御基準信号の電圧によつて
定まる定電流に制御される。

そして、定電流制御された主アーク電流にもと
づき、母材８がプラズマアーク切断される。

なお、切断中には、たとえば母材８が水平方向
に定速移動される。

また、切断が終了すると、トーチ１０は上方に
移動して所定のアークスタート位置に保持され
る。

ところで、電極１１は長期間の使用によつて少
しずつ消耗する。

そして、過度に消耗した電極１１を用いると、
良好な切断が行なえなくなる。

そのため、電極１１の消耗を検出し、電極１１
が規定量消耗したときには、電極１１を交換する
必要がある。

なお、電極１１の消耗が使用期間に依存するた
め、たとえば稼動率を高めるために、いわゆる24
時間運転により、第１図の切断機を連続駆動して
長尺鋼板を自動切断するときなどには、電極１１
を比較的短い間隔で交換する必要がある。

そして、電極１１の消耗により、主アーク電流
にもとづく母材８、電極１１間の直流電圧が上昇
変動するため、第１図の切断機は、比較回路２１
によつて母材８、電極１１間の直流電圧を検出す
るとともに、検出した電圧が基準電源２２の検出
基準信号の電圧に上昇し、電極１１が規定量以上
消耗したときに、比較回路２１の警報リレーを駆
動し、Ａ接点２４を閉成して警報回路２３を駆動
し、ブザー音などによつて電極１１の消耗交換を
報知する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記従来の電極消耗検出装置のよう
に母材８、電極１１間の直流電圧から電極１１の
消耗を検出する場合、母材８の厚みが変化する
と、それに伴なつて母材８、電極１１間の電圧が
変化するため、たとえば、母材８を厚みの薄いも
のに変更したときには、母材８、電極１１間の直
流電圧の上昇にもとづき、電極１１の消耗を誤検
出する問題点がある。

また、切断中のトーチ１０の揺動により、母材
８、電極１７間の距離が変動したときにも、それ
に伴なつて母材８、電極１１間の電圧が変動し、
電極１１の消耗を誤検出する問題点がある。

そして、本発明は、非消耗性電極を用いてアー
ク溶断又はアーク溶接を行なう際に、母材の厚み
及びトーチの揺動などによつて母材、電極間の距
離が変動しても、誤検出することなく、電極の消
耗を正確に検出し、規定量以上消耗したときに警
報を発生するプラズマアーク機器の電極消耗検出
装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のプラズマ
アーク機器の電極消耗検出装置は、アークスター
ト後にトーチの非消耗性電極、母材の直流の通流
電流を主アーク電流に定電流制御して前記電極と
前記母材との間に主プラズマアークを発生し、前
記母材のアーク溶断又はアーク溶接を行なうプラ
ズマアーク機器の前記電極の消耗を検出するプラ
ズマアーク機器の電極消耗検出装置において、 前記通流電流を検出する主アーク電流検出器
と、 前記主アーク電流検出器の前記主アーク電流の
検出信号によりリレーを通電駆動する主アーク発
生検出回路と、 前記リレーの通電駆動により動作して前記主プ
ラズマアークが発生する間の前記トーチのノズル
と前記電極との間の直流電圧を検出する電圧検出
部と、 前記検出部の検出電圧と消耗検出の基準電圧と
を比較し、前記検出電圧が前記基準電圧に達した
ときに警報指令信号を出力する比較部と、 前記警報指令信号のよつて駆動され、警報を発
生する警報発生部と を備えたものである。

〔作用〕

そして、トーチのノズル、電極間のギヤツプ
（間隔）が母材の厚み及びトーチの揺動などによ
つてはほとんど変化せず、しかも、アークスター
ト後の主アーク電流が定電流制御されるため、母
材の変更及びトーチの揺動があつても、ノズル、
電極間の主アーク電流にもとづく直流電圧は変動
しない。

一方、電極が消耗するとノズル、電極間のギヤ
ツプが広がるため、ノズル、電極間の直流電圧が
上昇変動する。

そして、電極が規定量消耗し、ノズル、電極間
の直流電圧が消耗検出の基準電圧に達すると、比
較部の警報指令信号にもとづき、警報部が警報を
発生する。

〔実施例〕

つぎに、本発明を、その１実施例を示した第１
図ないし第３図とともに詳細に説明する。

第２図は本発明の電極消耗検出装置を備えたプ
ラズマアーク自動切断機を示し、同図において、
第４図と同一記号は同一もしくは相当するものを
示す。

そして、第２図の切断機が、第４図の切断機と
異なる点は、第４図の検出器９の代わりに主アー
ク電流検出器２５を設けるとともに、主アーク発
生検出回路２６及び消耗検出警報回路２７を付加
し、かつ、検出回路２６のリレー２８のＢ接点２
９を発生器１３とコイル１４の１次巻線１４ａと
の間に挿入した点である。

ところで、検出器２５は変成器などからなり、
通流電流に比例した電流検出信号を増幅器１８、
検出回路２６に出力する。

また、検出回路２６は第２図に示すように、整
流ダイオード３０及び限流抵抗３１、平滑コンデ
ンサ３２を有し、ダイオード３０の整流及びコン
デンサ３２の平滑により、電流検出信号を直流に
変換し、該直流をリレー２８に供給する。

さらに、警報回路２７は第１図に示すように構
成され、同図において、３３ａ，３３ｂはリレー
２８の２個のＡ接点であり、一端がノズル１２、
電極１１それぞれに接続され、接点２９に連動し
て閉成する。３４は接点３３ａ，３３ｂの他端間
にフイルタ抵抗３５、フイルタコンデンサ３６、
フイルタ抵抗３７を直列接続して形成されたロー
パスフイルタであり、コンデンサ３６、抵抗３７
の接続点がアースされ、ノズル１２、電極１１間
の直流電圧を検出する電圧検出部３９を形成す
る。

３９は非反転入力端子（＋）が入力抵抗４０を
介して抵抗３５、コンデンサ３６の接続点に接続
された演算増幅器、４１は消耗検出の基準電圧を
設定する可変抵抗であり、一端が正電源端子４２
に接続されるとともに他端がアースされ、かつ、
摺動片が入力抵抗４３を介して増幅器３８の反転
入力端子（−）に接続されている。４４はリレー
駆動用のNPN型のトランジスタであり、ベース
が入力抵抗４５を介して増幅器３９の出力端子に
接続され、エミツタがアースされている。４６は
電源端子４２とトランジスタ４４のコレクタとの
間に設けられた警報指令用のリレーであり、サー
ジ吸収用のダイオード４７が並列に接続されてい
る。４８は増幅器３９、可変抵抗４１、トランジ
スタ４４、リレー４６などが形成する比較部であ
り、リレー４６の駆動によつて警報指令信号を出
力する。

４９はリレー４６のＢ接点４８が設けられた警
報発生部であり、警報指令信号にもとづく接点４
８の閉成により、第４図の警報回路２３と同様、
ブザー音などによつて電極１１の消耗交換を警報
する。

そして、アークスタート時に発生器１３の高周
波交流にもとづき、第４図の場合と同様にしてノ
ズル１２、電極１１間にパイロツトアークが発生
し、その後トーチ１０が母材８に近づき、電極１
１、母材８間に主プラズマアーク（AC）が発生
すると、検出器２５に定電流制御された主アーク
電流が流れる。

さらに、主アーク電流にもとづく検出器２５の
電流検出信号がダイオード３０、コンデンサ３２
で整流、平滑され、このとき、主アーク電流が大
容量であるため、リレー２８に十分な駆動電圧が
印加され、リレー２８が通電駆動されて動作し、
接点２９が開路されるとともに接点３３ａ，３３
ｂが閉成される。

すなわち、主アーク電流が流れ始めると、発生
器１３の高周波交流が遮断されるとともに、警報
回路２７にノズル１２、電極１１間の直流電圧が
印加される。

そして、フイルタ３４によつて不要な高周波ノ
イズが除去され、フイルタ３４から増幅器３９の
非反転入力端子（＋）に、ノズル１２、電極１１
間の直流電圧の検出電圧が出力される。

このとき、ノズル１２、電極１１間のギヤツ
プ、すなわち第２図の先端ａ，ｂ間のギヤツプ
が、母材８の厚み及びトーチ１０の揺動にもとづ
く電極１１、母材８間の距離の変動によつて変化
せず、しかも、主アーク電流が定電流制御されて
いるため、ノズル１２、電極１１間の電圧、すな
わち先端ａ，ｂ間の電圧は、電極１１、母材８の
距離によらずほぼ一定になる。

すなわち、動作ガスを酸素とし、トーチ１０、
母材８間の距離を変えて主アーク電流が流れると
きのノズル１２、電極１１間の電圧、すなわち先
端ａ，ｂ間の電圧Vab及び母材８、電極１１間の
電圧、すなわち先端ｂと母材８の表面ｃとの間の
電圧Vbc並びに母材８、ノズル１０間の電圧、す
なわち先端ｂ、表面ｃ間の電圧Vacを実測した結
果、第３図ａ，ｂの測定結果が得られた。

なお、第３図ｂは同図ａの状態よりトーチ１
０、母材８間の距離を変え、電極１１、母材８間
の距離を大きくしたときを示す。

また、第３図ａ，ｂにおいて、破線ab、実線
bc、１点鎖線acは電極１１が消耗していないと
きの電圧Vac，Vbc，Vacそれぞれを示し、破線
ab′、実線bc′、１点鎖線ac′は電極１１が２mm消
耗したときの電圧Vab，Vbc，Vacそれぞれを示
す。

そして、第３図ａ，ｂからも明らかなように、
主アーク電流にもとづく電圧Vabは、電極１１、
母材８間の距離によらずほぼ一定になるととも
に、電極１１の消耗にしたがつて上昇する。

そこで、増幅器３９により、フイルタ３４の検
出電圧、すなわち前述の電圧Vabと、可変抵抗４
１によつて設定された消耗検出の基準電圧V₀と
が比較される。

そして、電極１１が規定量消耗し、フイルタ３
４の検出電圧が基準電圧V₀に達すると、増幅器
３９の出力信号がローレベルからハイレベルに反
転し、トランジスタ４４がオンしてリレー４６が
駆動され、リレー４６の警報指令信号により、警
報部４９の接点４８が閉成され、警報部４９が電
極１１の消耗交換をブザー音などで報知する。

そのため、母材８の変更によつて母材８の厚み
が変化した場合及びトーチ１０が揺動した場合に
も、電極１１の消耗を誤検出することがなく、電
極１１が規定量消耗したときにのみ消耗交換が報
知される。

したがつて、たとえば、24時間運転によつて切
断機を連続駆動する際にも、電極１１の消耗交換
が適切なタイミングで誤検出することなく報知さ
れ、作業性が著しく向上する。

なお、前記実施例では自動溶断機に適用した
が、手動のプラズマアーク溶断機及び自動、手動
のプラズマアーク溶接機に適用できるのは勿論で
ある。

また、前記実施例では、主アーク電流に移行し
たときに、検出回路２６により、接点３３ａ，３
３ｂを閉成するとともに接点２９を開路し、パイ
ロツトアーク電流を遮断して該電流にもとづく誤
検出を防止したが、たとえば、パイロツトアーク
電流の影響が少ないときには、パイロツトアーク
電流を遮断しなくてもよい。

そして、検出回路２６、警報回路２７の構成が
実施例と異なつていてもよいのは勿論であり、こ
のとき、警報にブザー音以外の音、光などの種々
の報知手段を使用してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のプラズマアーク機器の
電極消耗検出装置によると、アークスタート後の
トーチの非消耗電極、母材を定電流制御された主
アーク電流が流れて主プラズマアークが発生する
間に、トーチのノズルと電極との間の直流電圧を
検出して電極の消耗を検出したことにより、母材
の厚みの変化及びトーチの揺動による電極、母材
間の距離の変動の影響および電極、母材の通流電
流の影響を受けることなく、電極の消耗を正確に
検出し、基準電圧によつて設定される規定量の消
耗検出にもとづき、電極の消耗交換を報知するこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明のプラズマアーク
機器の電極消耗検出装置の１実施例を示し、第１
図は要部の結線図、第２図はプラズマアーク自動
切断機のブロツク図、第３図ａ，ｂはそれぞれ動
作ガスのガス圧と電圧との関係図、第４図は従来
のプラズマアーク自動切断機のブロツク図であ
る。 ８……母材、１０……トーチ、１１……非消耗
性電極、１２……ノズル、２５……主アーク電流
検出器、２６……主アーク発生検出回路、２７…
…消耗検出警報回路、３８……電圧検出部、４８
……比較部、４９……警報発生部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アークスタート後にトーチの非消耗性電極、
   母材の直流の通流電流を主アーク電流に定電流制
   御して前記電極と前記母材との間に主プラズマア
   ークを発生し、前記母材のアーク溶断又はアーク
   溶接を行なうプラズマアーク機器の前記電極の消
   耗を検出するプラズマアーク機器の電極消耗検出
   装置において、 前記通流電流を検出する主アーク電流検出器
   と、 前記主アーク電流検出器の前記主アーク電流の
   検出信号によりリレーを通電駆動する主アーク発
   生検出回路と、 前記リレーの通電駆動により動作して前記主プ
   ラズマアークが発生する間の前記トーチのノズル
   と前記電極との間の直流電圧を検出する電圧検出
   部と、 前記検出部の検出電圧と消耗検出の基準電圧と
   を比較し、前記検出電圧が前記基準電圧に達した
   ときに警報指令信号を出力する比較部と、 前記警報指令信号のよつて駆動され、警報を発
   生する警報発生部と を備えたことを特徴とするプラズマアーク機器の
   電極消耗検出装置。