JPS63101076A - プラズマア−ク溶接機のア−ク起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラズマアーク溶接機のアーク起動方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

第４図及び第５図はプラズマアーク溶接機の原理構成図
を示す。同図において、１はタングステン電極、２は水
冷ノズル、３はシールドキャップ、４は被溶接材であり
、タングステン電極１と被溶接機４との間にはプラズマ
アーク電源８が接続されている。また、タングステン電
極１と水冷パイロットアーク電源７に接続されており、
さらに該パイロットアーク電源回路には高周波電圧を発
生する高周波発生器９が設けられている。

上記構成のプラズマアーク溶接機において、そのアーク
起動は次に述べる手順で行われる。

先ず、タングステン電極１と水冷ノズル２との間に動作
ガスであるアルゴンガスを矢印５で示すように流した後
、高周波発生器９を動作させて、上記タングステン電極
１と水冷ノズル２との間に高周波高電圧をスイッチ１０
を介して印加し、両者の空間部分の電気絶縁を破壊して
イオン化した電流通路を作る。即ちプラズマ状態にする
。これに伴い上記タングステンｆ４８ｉｉ１と水冷ノズ
ル２との間にアーク電流が動作ガス中を持続して流れ、
パイロットアーク１１が発生すると共に、このアーク熱
によってプラズマガスが発生する。なお、高周波高電圧
の印加は、パイロットアーク１１が発生したことを確認
して自動的に停止するようになっている。

以上のようにして発生した高温プラズマは、膨張して水
冷ノズル２の先端小孔からフレームとなって噴出するが
、この時、水冷ノズル２によりサーマルピンチ効果を与
えることで、エネルギ密度の高いアークプラズマにする
。このアークプラズマが被溶接材４にタッチすると、プ
ラズマアーク電源８によって、主アーク、即ちプラズマ
アーク１２が第５図に示すように発生する。

また、第４図及び第５図において、水冷ノズル２とシー
ルドキャップ３の間に矢印６の如く供給され、被溶接材
４に向けて噴出するシールドガスは溶融池を空気から遮
蔽する。ここで、シールドガスには、比重が軽いため、
プラズマアークを緊縮させてサーマルピンチ効果を助長
する水素を混合したアルゴンガスが用いられる。

従って、パイロットアーク１１を持続させたままにして
おけば、プラズマアーク１２、即ち主アークを発生させ
たい時にパイロットアークを被溶接材４にタッチさせて
、タングステン電極１と被溶接材との間の電気絶縁を破
壊し電流通路を作れば良い。

即ち、プラズマアーク溶接機においては、ＴＩＧアーク
溶接機のようにアーク発生毎に、ノイズ発生の要因とな
る高周波高電圧を印加する必要がないと云う利点がある
。

以上、プラズマアーク溶接機の原理と、そのア一り起動
方法について述べたが、プラズマアーク溶接の諸条件の
中で、動作ガス流量がアーク起動特性、ビード形成現象
に大きく影響する。即ち、アーク起動特性に関しては、
動作ガスの流量を増すほど、水冷ノズル２の先端小孔か
らフレームとなって噴出する高温プラズマの被溶接物４
への到着距離が長くなり、水冷ノズル２の先端と被溶接
物４のアークギャップｉｓが大きくてもプラズマアーク
の発生、即ちアーク起動が可能にな、る。しかし、第６
図に示すようにフィラヮ斗ヤ１３を添加しながら溶接す
る場合があり、この場合は動作ガスがある値、即ちビー
ドが形成限界流量以上に増大すると、アーク圧力が大き
くなり過ぎて溶融池が撹乱されてしまい、ビード形成さ
れなくなる。

なお、第６図において、第４図、第５図と同一符号は同
一部分を表わしている。

第７図はアークギャップｙと動作ガスのアーク起動可能
な限界流量！との関係を示すグラフであり、ｊｎは溶接
時流量、ｌｃはビード形成限界流量、Ｉｓはアーク起動
可能な下限流量、ｊｎはアーク起動時流量、ｐｓは溶接
時のアークギャップ、ｉａはＩ　ｓ＝ｌ　ｃ時の１＝ク
ギヤツプである。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上のような従来のプラズマアーク溶接機のアーク起動
方法では、動作ガス流量Ｉとアークギャップｌとの関係
は、第６図に示す如きリニアなものとなるが、これでは
動作ガス流量−がビード形成限界流量Ｊｃのときのアー
ク起動可能な増大アークギャップ２ｃより大きいアーク
ギャップ２３にしないと溶接できないような狭隘部の溶
接ではアーク起動が不可能になると云う問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、アーク起動可能な最大アークギャップより大
きいアークギャップでもアーク起動が可能で、かつ良好
なビード形成が可能なプラズマアーク溶接機のアーク起
動方法を得ることを目的とする。゛ 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係るプラズマアーク溶接機のアーク起動方法
は、動作ガス流量をビード形成限界流量より大きくして
アーク起動を伴い、アーク起動後は、動作ガス流量をビ
ード形成限界流量以下にするようにしたものである。

〔作　用〕

乙の発明においては、プラズマアーク溶接機のアーク起
動時、動作ガス流量をビード形成限界流量以上に増大さ
せるから、アークギャップが大きくてもアーク起動が可
能になり、しかもアーク起動後は、作動ガス流量をビー
ド形成限界流量以下に減少させるから、プラズマアーク
により溶融池が撹乱されることがなく、狭隘部の溶接を
可能にする。

〔実施例〕

以下、この発明のアーク起動方法を図面について説明す
る。

第１図はこの発明にかかるアーク起動方法を実現するた
めのシステム構成図であり、第２図はそのアーク起動の
一例を示すパターン図である。

第１図において、第４図と同一符号は同一部分を表わし
ている。１４はタングステン電極１と水冷ノズル２間に
供給される動作ガスの流量調整部であり、１５は流量ｉ
監部１４の制御回路である。

上記構成のアーク起動システムにおいて、アーク起動に
対しては、まず、ｇＪｔｘＪ回路１５からの指令により
流量調整部１４を制御して、動作ガスの流ｆｉｔをビー
ド形成限界流量ｊｃより小さい溶接時流量ｊｎに設定し
、乙の流量の動作ガスをタングステン電極１と水冷ノズ
ル２間に供給する。かかる状態で高周波発生＃９から高
周波高電圧をタングステン電極１と水冷ノズル２間に印
加してパイロットアーク１１を発生させろ。その後、プ
ラズマアーク、即ち主アーク起動時に溶接開始信号を制
御回路１５に加えることにより、流量調整部１４を制御
して水冷ノズル２への動作ガス流量Ｉが、ビード形成限
界流量ＩＣより大きく、かつアーク起動可能な下限流量
Ｉｓよりさらに大きいアーク起動時流量１ｔｎとなるよ
うにする。そしてプラズマアークが充分発生されるに必
要な所定の時間ｔｓ、上記流量１ｆｆＩの状態を保持さ
せ、ｔｓ経過後に動作ガスの流量１　ｊｉ−１ｒｎから
溶接時流量Ｉｎへ戻るように流量調整部１４を制御回路
１５で制御する。乙の時の動作ガス流量Ｉの変化状態は
、第２図の１点鎖線工に示すようになる。

−Ｓに、狭隘部の溶接では、水冷ノズルの先端を被溶接
物４から離して設定しなければならない場合が多く、こ
の時の溶接アークギャップｉｇでのアーク起動可能な下
限流量Ｉｓはビード形成限界施蓋ｊｃより大きいのが普
通である。

また、フイラワイヤを用いる場合は、第２図に示す１点
１線Ｉに示すパターンで動作ガスの流量を制御してアー
ク起動を行った後、第２図のフイラワイヤ送給速度パタ
ーン■及び溶接速度パターン■に示すようなタイミング
でフイラワイヤ送給開始及び溶接送行開始を行い、溶接
終了信号にて溶接送行を停止させ、そして所定の時間後
にフイラワイヤ送給を停止し、その後、アークを停止さ
せる。アーク電流はパターン■に示すようになる。

但し、パイロットアーク１１は従来と同様に発生状態に
保持されている。

従って、上記のような本実施例にあっては、ア一り起動
時に、作動ガス流量ｌをビード形成限界流量１ａより小
さい溶接時流量Ｉｎからビード形成限界流量ｌ。より大
きく、かつアーク起動可能な下限流量ｊｓより大きいア
ーク起動時流量１ｆｆ１へ増大させるから、水冷ノズル
２の先端小孔から噴出する高温プラズマのフレームが大
きくなり、高温プラズマの被溶接物４への到着距離を長
くすることができる。これに伴いアークギャップｙが、
従来３鶴程度でしかアーク起動できなかったのが、１０
−程度でもアーク起動できろようになる。そして、アー
ク起動後は、直ちに動作ガス流量Ｉをビード形成限界流
量１ｃ以下に減少させてアーク力による溶融池の撹乱を
防止するようにしているから、水冷ノズル２の先端を被
溶接物４から従来よ１離して溶接できるようになり、狭
隘部の溶接が可能になる。

第３図はこの発明のアーク起動方法の他の例を示す図で
ある。

この実施例においては、第３図の１点鎖線Ｉに示す如く
、溶接開始信号にて動作ガスの流量ｉを溶接時流量ｊｎ
からアーク起動可能な下限流量Ｉｓへ増大させ、しかる
後、プラズマアーク１２が発生して主アークが流れたこ
とを検出した時点、即ち主アークによる電流を検出し、
これにより動作ガスの流量ｌをＩｓからＩｎへ戻すよう
にしたものであり、それ以外は第２図の場合と同様であ
る。

なお、アーク電流パターン■′は第２図と異なるものの
、フィラヮイヤ送給速度パターン■、溶接速度パターン
■は同一である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、プラズマアーク溶接
機のアーク起動時は、動作ガス流量をビード形成限界流
量以上に増大させ、そしてアーク起動後は、作動ガス流
量をビード形成限界流量以下に減少させる流量制御方法
を採用したため、アークギャップが大きくてもアーク起
動が可能になり、しかも水冷ノズルとこれが対向する被
溶接物間の間隙を大きくでき、従来より離して溶接でき
るため、狭隘部の溶接が可能になると云う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のプラズマアーク溶接機のアーク起動
方法の一例を示すシステム構成図、第２図はそのアーク
起動方法によるパターン図、第３ずはこの発明のアーク
起動方法の他の実施例を示すパターン図、第４図はプラ
ズマアーク溶Ｐｉのパイロットアーク発生方法を説明す
るための構成図、第５図はプラズマアーク溶接機のプラ
ズマアーク発生方法を説明するための構成図、第６図は
フィラワイヤ使用時のプラズマアーク発生状況を説明す
るための構成図、第７図はアークギャップと動作ガス流
量との関係を示すグラフである。 １・・タングステン電極、２・・・水ン令ノズル、３・
・シールドキャップ、４・・・被溶接材、７・・・パイ
ロットアーク電源、８・・・プラズマアーク電源、９・
・高周波発生器、１１・・パイロットアーク、１２・・
プラズマアーク、１３・・・フィラワイヤ、１４・・・
流量調整部、１５・・制御回路。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 ＣＸ：３　　　　　　　　　　　　第 （イ 手続補正書（ｈ範ン 昭和　　年　　月　　日 特許庁長官殿　　　　　　　　　　　　　　　　　℃電
１、事件の表示　　　特願昭　６１−２４６４０１　　
号３、補正をする者 代表者志岐守哉 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三
菱電機株式会社内 ５、補正の対象 ゛（１）明細書の発明の詳細な説明の欄６、補正の内容 （１）明細書第２頁１３〜１４行目に「被溶接機４」と
あるを、「被溶接材４」と補正する。 （２）同第２頁１５行目に「水冷」とあるを抹消する。 （３）同第３頁１９行目に「アークプラズマにする」と
あるを、「アークプラズマになる」と補正する。 （４）同第５頁１４行目の「形成されなくなる。」に続
いて下記の文を挿入する。 記 このように溶融池が撹乱される現象は、フイラワイヤを
添加しない、いわゆるなめ付溶接においても被溶接材４
のみが溶融して形成される溶融池がある程度以上に太き
（なると、同様に起こりビード形成されなくなる。 （５）同第５頁２０行目に「２ｎ」とあるを、「１ｍ」
と補正する。 （６）　　同第６頁８行目に「増大」とあるを、「最大
」と補正する。 （７）同第６頁１３行目に「アーク起動可能な」とある
を、「ビード形成限界流量のときのアーク起動可能な」
と補正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水冷ノズルより動作ガスを噴出させると共に水冷
   ノズルと電極間に高周波高電圧を印加してパイロットア
   ークを生じさせ、かつ電極と被溶接材間に電圧を印加し
   てプラズマアークを生じさせるプラズマアーク溶接機に
   おいて、パイロットアークを形成する動作ガス流量をビ
   ード形成限界流量以上にしてアーク起動を行い、アーク
   起動後は上記動作ガス流量をビード形成限界流量以下に
   減少させるようにしたことを特徴とするプラズマアーク
   溶接機のアーク起動方法。
2. （２）動作ガス流量のビード形成限界流量以上への増大
   操作を溶接開始信号により行い、この時点から所定時間
   後にビード形成限界流量以下に減少させるようになって
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラ
   ズマアーク溶接機のアーク起動方法。
3. （３）動作ガス流量のビード形成限界流量以下への減少
   操作をプラズマアーク電流検出時に行うようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマアー
   ク溶接機のアーク起動方法。