WO1994026456A1

WO1994026456A1 - Plasma arc welding apparatus and welding method using the same

Info

Publication number: WO1994026456A1
Application number: PCT/JP1994/000745
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Takada; Masamitsu Kitahashi; Kunio Horiai; Iwao Kurokawa; Mikio Minonishi
Original assignee: Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1994-11-24
Also published as: US5728991A; EP0698441A4; EP0698441A1

Description

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明細書プラズマアーク溶接装置及びそれを用いた溶接方法技術分野

この発明は、複数の板材を重ね合わせ溶接するためのプラズマアーク溶接装置及びそれを用いた溶接方法に関するものである。背景技術

アークを用いて、重ね合わせた 2枚の板材をスポット溶接する溶接装置として、特開昭 5 8 一 1 1 6 9 8 1号公報に示されたアークスポット溶接装置がある。

この従来のアークスポッ卜溶接装置は、図 1に示すように、基端が図示しない溶接ロボットのアームに取付けられ且つ先端に溶接トーチ cが設けられたアークスポット溶接機 a と、該溶接機 aにアーム bを介して取り付けられていて該溶接機 a と一体に動くと共に先端に押圧部材 f が取り付けられたエアシリンダ装置 c とが設けてある。そして、アークスポット溶接機 aの溶接トーチ dを表側板材 e に対向するようにして該表側部材 eから所定の間隔（スタンドォフ）の位置にセッ卜してから、エアシリンダ装置 cを作動して押圧部材 f にて表側板材 eを押圧して表側板材 e と裏側板材 gとの間の隙間を排除して、溶接トーチ aにより両板材 e ， gを溶接するようにしている。なお、 hは裏側板材 gを支持する台である。

上記従来の技術においては、溶接トーチ dを所定の位置にセッ卜してからエアシリンダ装置 cを作動して押圧部材 f にて表側板材 eを両板材 e , g間の隙間分だけ押動するため、溶接トーチ dの先端と被溶接部材である表側板材 e との間隔（スタンドオフ）がセット時に対してずれてしまう。

このため、溶接トーチ dを両板材 e , gの隙間分だけあらかじめ見込んだ位置にセットしなければならず、その調節，制御がやっかいであると共に、思惑通りに表側板材 eが変形しない場合は不本意な間隔でアークスポット溶接が行なわれて、所定の強度が得られないという問題があった。

上記従来技術は、アークスポッ卜溶接装置の場合を示しているが、プラズマスアーク溶接装置においても同様な問題がある。

また、従来のプラズマアーク溶接装置の一つとして、作業者が手でもつて作業するようにしたプラズマトーチがあるが、この種プラズマトーチは、図 2に示すように、先端にプラズマノズル i を有するトーチ本体 j の側面に握り柄 kが固着された構成となっている。上記従来のプラズマトーチでは、プラズマノズル aがトーチ本体 b と一体になつていたことにより、ノズル i の先端から被溶接部材までの距離（スタンドオフ）の調節及び保持は、作業者の目測により行われていた。即ち、プラズマアーク溶接における最も重要な条件の一つであって、被溶接材の材質，板厚によっても最適値が異なるスタンドオフの調節及び保持が人為的に行われていた。したがつて、上記従来のプラズマトーチでは、かなりの熟練者でないと安定した溶接を行なうことができなかった。

そこで、本発明の目的は、上記のことに鑑み、溶接ロボッ卜にプラズマトーチが支持されている装置において表側板材を押動して裏側板材との間の隙間を排除したときにおいても、作業者が手でもつ - 3 - て作業するようにしたプラズマトーチにおいても、プラズマトーチの先端と表側板材との間隔であるスタンドオフを常に一定に保つことができ、またこのスタンドオフを容易に調節することができて、あらゆる材質，板厚の被溶接材に対して最適なスタンドオフで作業を行なうことができるプラズマ溶接装置及びそれを用いた溶接方法を提供することを目的とするものである。発明の開示

上記の目的を達成するために、本発明の第一の構成によれば、プラズマトーチと、該プラズマトーチに取り付けられ且つその先端が該プラズマトーチの先端と被溶接材との間に位置する間隔保持部材とを含み、該間隔保持部材の先端を被溶接材に押しつけて溶接を行うようにしたプラズマアーク溶接装置が提供される。

上記構成によれば、被溶接材同志の間に隙間がある場合に、ブラズマトーチの先端と被溶接材との間隔（スタンドオフ）の設定が完了してから、溶接ロボッ卜でまたは人為的に間隔保持部材の先端側で被溶接材を押動して上記隙間を排除したときにおいても、プラズマトーチの先端と被溶接材との間隔であるスタンドオフが変ることがなく、常時一定のスタンドオフにてプラズマアークによるスポット溶接を行なうことができる。そして、スタンドオフを一定にすることができることにより、溶接ロボット等によるプラズマトーチの所定位置へのセッ卜動作を容易にすることができる。

そして、上記構成に加えて、前記プラズマトーチの先端に対する前記間隔保持部材の先端の軸方向の相対位置が調節可能であることが望ましい。この構成によれば、スタンドオフを溶接条件にあわせて任意に変えることができるので、あらゆる材質，板厚の被溶接材に対して最適なスタンドオフで作業を行なうことができる

さらに、好ましくは、前記間隔保持部材を被溶接材に押しつける移動手段を備えている。

また、前記間隔保持部材が前記プラズマトーチに軸方向に進退可能に螺合するトーチ保持具であって、該トーチ保持具が溶接ロボッ卜のアームに取り付けられている。そして、前記トーチ保持具と前記アームとの間に移動装置が介在せしめられていても良い。また、前記トーチ保持具の先端が前記プラズマトーチの先端を囲む筒状のものであり、前記トーチ保持具の先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成してもよい。

また、好ましくは、前記間隔保持部材が前記プラズマトーチを囲むケースであって、該ケースが溶接ロボッ卜のアームに取り付けられている。そして、前記プラズマトーチのケース取付部と先端との間が伸縮自在であり、前記ケースに固定された移動装置により前記プラズマトーチの先端部を前記ケースに対して軸方向に相対移動せしめるようにしてもよい。また、前記ケースの先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成しても良い。

また、好ましくは、前記間隔保持部材が、前記プラズマトーチの先端に取り付けられた環状のスぺーサであって、前記プラズマト一チに握り柄が固着されている。そして、前記スぺ一ザに形成された軸方向の支持枠が前記プラズマトーチの先端に固着されたブラケットに軸方向に摺動可能に嵌合し、前記支持枠の軸方向の長孔に嵌合し且つ前記ブラケットに螺着される固定ネジにより前記支持枠が前記ブラケッ卜に軸方向の位置調整可能に固定されるようにしても良い。また、前記スぺ一ザの周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成しても良い。

また、好ましくは、前記間隔保持部材が前記プラズマトーチを囲むケースであって、該ケースに握り柄が固着されている。そして、前記握り柄が 2本であっても良い。また、前記プラズマトーチのケース取付部と先端との間が伸縮自在であり、前記ケースに固定された移動装置により前記プラズマトーチの先端部を前記ケースに対して軸方向に相対移動せしめるようにしても良い。また、前記ケースの先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成しても良い。また、好ましくは、前記間隔保持部材が前記プラズマトーチの先端に取り付けられた保護キャップであて、該プラズマトーチが溶接ロボッ卜のアームに取り付けられている。そして、前記プラズマトーチと前記アームとの間に移動装置が介在せしめられていても良い。また、前記保護キヤップがプラズマトーチの先端を囲む筒状のものであり、前記保護キヤップの先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成しても良い。

また、好ましくは、前記プラズマトーチと操作電源との間に感電防止用のインタロック回路を設けている。

この構成によれば、パイロットアークにより作業者が不用意に感電することが防止される。

そして、上記の場合、前記インタロック回路に含まれる溶接スタートスィッチを前記握り柄に設けても良い。

また、好ましくは、前記移動装置に自動スタンドオフ制御回路を接続している。この構成によれば、極めて容易にスタンドオフの制御を行うことができる。

そして、上記の場合、前記自動スタンドオフ制御回路に含まれるトーチ移動スィツチを前記握り柄に設けても良い。

また、好ましくは、前記プラズマトーチと操作電源との間に感電防止用のインタロック回路を設け、前記移動装置に自動スタンドォフ制御回路を接続している。そして、前記インタロック回路に含まれる溶接スタートスィッチと、前記自動スタンドオフ制御回路に含まれるトーチ移動スィツチとを前記握り柄に設けても良い。

また、本発明の第二の構成によれば、

プラズマトーチと、該プラズマトーチの基部に取り付けられ且つその先端が該プラズマトーチの先端と被溶接材との間に位置する間隔保持部材とを含むプラズマアーク溶接装置を用い、該間隔保持部材の先端を被溶接材に押しつけて溶接を行うようにしたプラズマアーク溶接方法が提供される。

そして、上記構成に加えて、溶接前に前記プラズマトーチの先端に対する前記間隔保持部材の先端の軸方向の相対位置を調節するようにするのが好ましい。さらに、上記構成に加えて、溶接後も前記プラズマトーチの先端に対する前記間隔保持部材の先端の軸方向の相対位置を調節するのが好ましい。図面の簡単な説明

本発明は、以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図面により、より良く理解されるものとなろう。なお、添付図面に示す実施例は、発明を特定することを意図するものではなく、単に説明及び理解を容易とするものである。

図中、

図 1 は、従来のプラズマアーク溶接装置の一例を示す概略図である。

図 2は、従来のプラズマアーク溶接装置の他の例を示す概略図である。

図 3は、本発明のプラズマアーク溶接装置の第 1実施例の斜視図である。

図 4は、上記第 1実施例のプラズマトーチを溶接ロボッ卜に装着した状態を示す図である。

図 5は、上記第 1実施例のトーチ保持装置を示す一部破断正面図である。

図 6 A及び図 6 Bは、それぞれ上記第 1実施例のトーチ保持具の先端部の例を示す斜視図である。

図 7は、上記実施例によるスポット溶接の概略的なシーケンスを示す図である。

図 8は、本発明のプラズマアーク溶接装置の第 2実施例の断面図である。

図 9 A及び図 9 Bは、上記第 2実施例において溶接中にスタンドォフを変える例を示すグラフである。

図 1 0は、本発明のプラズマアーク溶接装置の第 3実施例の側面図である。

図 1 1 は、図 1 0の A方向矢視図である。

図 1 2は、上記第 3実施例のスぺーサ部分の構成を示す一部破断側面図である。図 1 3は、本発明のブラズマアーク溶接装置の第 4実施例の断面図である。

図 1 4は、本発明のブラズマアーク溶接装置の第 5実施例の断面図である。

図 1 5は、本発明のブラズマアーク溶接装置の第 6実施例の側面図である。

図 1 6は、上記第 6実施例のプラズマトーチ先端部への保護キヤップの取付構造を示すの断面図である。

図 1 7は、上記第 3乃至第 5実施例に採用されるィンタロック装置による被溶接材のクランプ状態を示す概略図である。

図 1 8は、上記インタロック装置のインタロック回路図である。図 1 9は、上記インタロック回路による作動を含む溶接作業全体の流れを示すフローチャートである。

図 2 0は、上記第 2 , 第 4及び第 5実施例に採用される自動スタンドオフ制御回路図である。

図 2 1 は、上記自動スタンドオフ制御のフローチャートである。発明を実施するための好適な態様

以下に、本発明の好適実施例によるプラズマアーク溶接装置及びそれを使用する方法を添付図面を参照しながら説明する。

図 3乃至図 6 Bは本発明によるプラズマアーク溶接装置の第 1実施例を示している。図 3において、 2は電源部、 3は高周波ユニットを内蔵した制御部であり、電源部 2に電線を内蔵したケーブル 4を介して被溶接材クランプ 5が、また制御部 3にガス管及び電線を内蔵したトーチケーブル 6を介してプラズマトーチ 7がそれぞれ接続 5

- - されている。また、 8はガス管 2 3を介して制御部 3に接続されたガスボンベである。

上記プラズマトーチ 7は、図 4に示すように、多関節型の溶接口ボット 9のアーム 1 0の先端部に固着したトーチ保持装置 1 1 に取付けて用いるようになつている。

上記保持装置 1 1 とプラズマトーチ 7 との結合構造は、図 5に示すようになつていて、アーム 1 0 の先端に取付けられるブラケット 1 2にエアシリンダ装置 1 3を介してトーチ保持具 1 4が取付けてある。そして、このトーチ保持具 1 4にプラズマトーチ 7が螺合して軸方向に進退可能に取付けられている。

なお、エアシリンダ装置 1 3 は必ずしも必須な装置ではなく、トーチ保持具 1 4だけでもよい。

トーチ保持具 1 4の先端部は、プラズマトーチ 7の先端部より軸方向において外側に突出している即ちプラズマトーチ 7の先端部と被溶接材との間に位置しており、かつプラズマトーチ 7の先端を囲繞する筒状のものとなっている。そして、このプラズマトーチ 7を軸方向に進退せしめることによりプラズマトーチ 7の先端からトーチ保持具 1 4の先端までの距離、すなわちスタンドオフ Lは調節できるようになつている。即ち、本実施例ではトーチ保持具 1 4がスタンドオフを保持しまたは調節するための間隔保持部材となっている。また、このトーチ保持具 1 4の先端部には、図 6 Aまたは図 6 Bに示すように、ガス抜き用の切り欠き 1 5または孔 1 6が設けてある。このトーチ保持具 1 4は、電気的絶縁材料にて構成されている。

なお、トーチ保持具 1 4の先端部だけを電気的絶縁材料にて構成してもよい。

上記第 1実施例の作用を以下に説明する。

図 5に示すように隙間 Sだけ離間して対向する表側板材 1 7と裏側板材 1 8をスポット溶接するには、まずトーチ保持具 1 4の先端とプラズマトーチ 7の先端との間隔即ちスタンドオフ Lを最適な値に設定する。次に、溶接ロボット 9のアーム 1 0を作動して、保持装置 1 1のトーチ保持具 1 4の先端を表側板材 1 7の溶接ポイント上に移動させる。次に、エアシリンダ 1 3を作動してトーチ保持具 1 4を軸方向において下側に移動させ、その先端を表側板材 1 7に接触させ、さらに表側板材 1 7を隙間 S分だけ押動して両板 1 7 , 1 8を密着させる。このとき、トーチ保持具 1 4 と共にプラズマトーチ 7 もこれと一体に移動するので、スタンドオフ Lは変化しない。従って、両板材 1 7 , 1 8間の隙間 Sの大きさに関係なく、溶接時におけるスタンドオフ Lは常に一定になる。

尚、この実施例ではエアシリンダ装置 1 3にて板材即ち被溶接材を押し付ける場合を説明したが、トーチ保持具 1 4だけの場合では、溶接ロボット 9のアーム 1 0にて押し付けて兩板材 1 7， 1 8 を密着させる。

図 7 は上記作用にて両板材 1 7 , 1 8を密着させた後、兩板材 1 7 , 1 8をスポット溶接する場合の概略的なシーケンスを示すものであり、該シーケンスは以下の通りである。

( 1 ) プラズマトーチ 7からプラズマアーク 1 9を噴出して、そのアーク熱によって重ねた 2枚の板材 1 7 , 1 8のうちプラズマ卜一チ 7に近い方である表側板材 1 7を加熱し、この表側板材 1 7に溶融プール 2 0を形成する。 ( 2 ) この溶融プール 2 0はそれ自身の表面張力作用にて垂れ落ちない状態に保持されており、該溶融プール 2 0をプラズマアーク 1 9の圧力で裏側板材 1 8に接触させる。

( 3 ) 熱伝導によって、裏側板材 1 8を十分に加熱溶融させて溶け込みをこの裏側板材 1 8の裏側まで到達させる。

( 4 ) プラズマアーク 1 9をストップして溶接を終了させる。なお、上記説明に用いた図 7において両板材 1 7， 1 8間に大きな隙間があるように示したが、実際はトーチ保持装置 1 1 のトーチ保持具 1 4 による押し付けにより、この隙間は十分小さくなつている。

以上のように、表側部材 1 7 と裏側部材 1 8 との間に隙間 Sがある場合に、溶接ロボッ卜 9 によるセッ卜が完了してから、表側板材 1 7をトーチ保持具 1 4の先端で押動して上記隙間 Sを排除したときにおいても、プラズマトーチ 7の先端と表側板材 1 7 との間隔であるスタンドオフ Lが変ることがなく、常時一定のスタンドオフ L にてプラズマアーク 1 9 によるスポット溶接を行なうことができる。そして、スタンドオフ Lを一定にすることができることにより、溶接ロボット 9によるプラズマトーチ 7の所定位置へのセット動作を容易にすることができる。

図 8は、第 2実施例を示しており、これはプラズマトーチ 7を囲むようにしてプラズマトーチ 7の基部に固定されたケース 2 1 を備えており、該ケース 2 1 に対してプラズマトーチ 7の先端を軸方向に移動自在にし、スタンドオフ Lをある範囲内において自由に変えることができるようにしたものである。即ち、該ケース 2 1がスタンドオフを保持しまたは調節するための間隔保持部材となっている。すなわち、プラズマトーチ 7の先端と基部の間の部分 7 aが軸方向に伸縮自在であると共に、先端に筒状部分 2 1 aを設けたケース 2 1 の内側にエアシリンダ装置 2 2が設けられていて、該エアシリンダ装置 2 2 のロツド部 2 2 a がケース 2 1 側に、シリンダ部 2 2 bがプラズマトーチ 7 の先端側にそれぞれ固着してあり、このエアシリンダ装置 2 2を作動することによりプラズマトーチ 7の先端がケース 2 1 に対して相対的に軸方向に移動してスタンドオフ L が制御できるようになつている。

さらに、ケース 2 1 は溶接ロボット 9のアーム 1 0に取り付けられており、その先端の筒状部分 2 1 aの周壁にガス抜き用の孔または切り欠き 1 5が形成されている。

なお、スタンドオフ Lは、例えば図 9 A及び図 9 Bに示したように、溶接中に必要に応じて時間の経過に従って変えることがある。これは、主として溶接ナゲット径を変えたり、スポット溶接したときの凝固割れを防止するためである。このように、スタンドオフ L を溶接条件にあわせて任意に変えることができる。

図 1 0乃至図 1 2は第 3実施例を示している。

図中、 3 1 はプラズマトーチであり、このプラズマトーチ 3 1の先端部にはプラズマノズル 3 2が設けてあり、またプラズマトーチ 3 1 の基端部には電磁的にシールドされ且つガス管及び電線が内蔵された可撓性を有するトーチケーブル 3 3が導出されている。そして、このプラズマトーチ 3 1 の外側面には握り柄 3 4が固着してあり、この握り柄 3 4に溶接スタートスィッチ 3 5が設けてある。この溶接スタートスィッチ 3 5は握り柄 3 4に埋め込まれており、かつそれに接続された電線はトーチケーブル 3 3の内部を通ってブラズマ電源の制御装置まで配線されている。

尚、上記プラズマトーチ 3 1及びこの組立にに用いるねじ 3 6、さらにハンドル 3 4及び溶接スィツチ 3 5の全てが電気的絶縁物で構成されている。

上記プラズマノズル 3 2を囲むノズルキヤップ 3 7の両側方に位置するようにして、一対のブラケット 3 8 , 3 8がプラズマトーチ 3 1の先端に固着されている。該一対のブラケット 3 8 , 3 8にはそれぞれ軸方向の案内溝 3 8 a , 3 8 aが形成されており、該両案内溝 3 8 , 3 8の中間部にねじ孔 3 9 , 3 9が設けてある。また、このプラズマノズル 3 2を囲むノズルキヤップ 3 7 も、その内部の図示しない絶縁リングによつて電極やプラズマノズル 3 2 と電気的に絶縁されている。

4 0は上記プラズマノズル 3 2の先端側に位置する環状のスぺーサであり、その直径方向両側には上記両ブラケット 3 8 , 3 8の案内溝 3 8 a , 3 8 aに軸方向に摺動自在に嵌合する支持枠 4 1 , 4 1 が突設してある。この両支持枠 4 1 , 4 1 には軸方向の長孔 4 2 , 4 2が設けてあり、該長孔 4 2 , 4 2に嵌合するねじ 4 3 , 4 3がそれぞれねじ孔 3 9 , 3 9に螺合している。そして、スぺーサ 4 0 は、この長孔 4 2 とねじ 4 3が支持枠 4 1 の摺動を許容する範囲内で軸方向の位置が調整され、ねじ 4 3を締め込むことによりその位置にてブラケット 3 8に固着されるようになっている。即ち、本実施例の場合、スぺーサ 4 0がスタンドオフを保持しまたは調節するための間隔保持部材となつている。

また、スぺーサ 4 0の先端面はプラズマノズル 3 2の軸心に対して直角になっており、またこの先端面には放射方向にプラズマガスが抜けるための切欠き 4 4が設けてある。

尚、スぺ一サ 4 0の材質は、銅、真鍮、ステンレス、軟鋼、銀、ァルミ二ゥム、またはセラミックのいずれかである。また、支持枠 4 1 , 4 1の材質は、銅、銀、真鍮、ステンレス、軟鋼、またはァルミニゥムのいずれかである。

本実施例によるプラズマアーク溶接は、握り柄 4を持ってスぺーサ

4 0を被溶接材 4 5に押しつけながら移動して、または固定して行なう。

このとき、スぺーサ 4 0の先端面がプラズマノズル 3 2の軸心と直角になつているので、プラズマノズル 3 2を常に被溶接材 4 5に対して直角に対向させる。そして、このときのスタンドオフはスぺーサ 4 0によって一定に確保される。従って、熟練者でなくても、常にスタンドオフを一定に保つことができる。

尚、このスぺ一サ 4 0の固定位置をねじ 4 3を緩めて変えることにより、上記スタンドオフを任意に変えることもできる。

また、プラズマノズル 3 2からのプラズマガスは被溶接材 4 5に吹きつけられるが、該プラズマガスはスぺーサ 4 0の端面に設けた切欠き 4 4より外方へ放出されるので、プラズマノズル 3 2側へはねかえることがない。

図 1 3は、第 4実施例を示しており、これは、スタンドオフをシリンダ装置により調節可能にしたものである。

本実施例は、プラズマトーチ 5 0を囲むようにしてプラズマトーチ

5 0の基部に固定されたケース 5 1 を備えており、該ケース 5 1 に対してプラズマトーチ 5 0の先端を軸方向に移動自在にし、スタンドオフ Lをある範囲内において自由に変えることができるようにし 56 P T

- 15 - たものである。即ち、該ケース 5 1がスタンドオフを保持しまたは調節するための間隔保持部材となつている。

すなわち、プラズマトーチ 5 0の先端と基部の間の部分 5 0 aが軸方向に伸縮自在であると共に、ケース 5 1 内にはピストンロッド 5 2をケース 5 1 に固着したシリンダ 5 3がプラズマトーチ 5 0 と平行に設けてあり、このシリンダ 5 3の側面に取付台 5 4及びバンド 5 5を介してプラズマトーチ 5 0が固着されている。

5 3 a , 5 3 bは、上記シリンダ 5 3のストロークを設定するストツバであり、その一方は外部から位置調節可能になっている。ケース 5 1 の先端部には、第 1 の実施例と同様のプラズマノズル 3 2のスタンドオフを設定するスぺーサ 4 0がー体に形成されている。上記シリンダ 5 3は、電磁バルブ 5 6を介して図示しない空圧源に接続されている。

上記ケース 5 1 の外側面には握り柄 3 4が固着してあり、この握り柄 3 4に溶接スタートスィッチ 3 5が設けてある。この溶接スタートスイッチ 3 5に接繞された電線は、上記第 3実施例と同様に、プラズマ電源の制御装置まで配線されている。

この実施例によれば、溶接スタートスィッチ 3 5の操作により、自動溶接シーケンスが開始され、所定時間後に、シリンダ 5 3によりプラズマトーチ 5 0が軸方向に移動せしめられ、所定のスタードォフに調節される。

図 1 4は第 5実施例を示しており、これは上記第 4実施例の構成に加え、さらに握り柄を 1本増設した構成を有している。すなわち、ケース 5 1 の内部の構造は第 2実施例と同様であり、上記ケース 5 1 の外側面には主握り柄 5 7 と副握り柄 5 8 とが軸方向に位置をずらせて固着してある。そして、主握り柄 5 7 に溶接スタートスイッチ 3 5が設けてあり、副握り柄 5 8に電磁バルブ 5 6を切換えてシリンダ 5 3を伸縮作動させるための卜一チ移動スィツチ 5 9が設けてある。

この実施例によれば、主，副の握り柄 5 7 , 5 8を持つことにより両手で操作できる。そして、トーチ移動スィッチ 5 9の操作により、シリンダ 5 3を介してプラズマトーチ 5 0は軸方向に移動されて、スぺーサ 4 0の先端との間のスタンドオフが調節される。なお、上記シリンダ 5 3として、ストロークの異なるものを複数用いてそれらのうちのいずれか選択的に作動させることにより、多段階にスタンドオフを制御することができる。

図 1 5は、第 6実施例を示しており、これはをプラズマトーチ 7 0の先端に保護キヤップ 7 4を固着したものであって、この場合保護キャップ 7 4がスタンドオフを一定に保持する間隔保持部材となっている。即ち、保護キャップ 7 4の先端がプラズマトーチ 7 0 の先端と被溶接材との間に位置している。また、溶接ロボット 9のアーム 1 0の先端に保持装置 7 1が固定され、該保持装置 7 1 にブラケット 7 2を介してプラズマトーチ 7 0が固定されている。そして、保持装置 7 1 内にはエアシリンダ装置 7 3が内蔵されており、このエアシリンダ装置 7 3によりブラケット 7 2を介してプラズマトーチ 7 0を軸方向に移動させるようになつている。

なお、ブラケット 7 2を介さずに直接エアシリンダ装置 7 3にプラズマト一チ 7 0を固定してプラズマトーチ 7 0を駆動するようにしても良い。

図 1 6はプラズマトーチ 7 0の先端への保護キャップ 7 4の取付構造を示している。プラズマトーチ 7 0 の先端部は、電極部 8 0 と、該電極部 8 0を囲む第 1 ノズル部 8 1 と、該第 1 ノズル部 8 1 を囲み且つ先端が該第 1 ノズル部 8 1 に固着された第 2 ノズル部 8 2 と、該第 2ノズル部 8 2を囲み且つ該第 2 ノズル部 8 2に電気的絶縁材 8 6を介して固着されたシールド部 8 5からなり、電極先端部 8 3の材料に Wを使用している。そして、第 2 ノズル部 8 2を囲むようにしてシールド部 8 5の先端に保護キャップ 7 4が固着されている。第 2ノズル部 8 2 とシールド部 8 5が電気的に絶縁されているので、保護キャップ 7 4は導電性の材料から構成しても良い力熱による影響や被溶接材への押しつけに耐え得る強度を考慮すると、セラミツクス材料、例えば S i A 1 ₂0 ₃, S i ₃ N ₄等が望ましい。

なお、シールド部 8 5への保護キャップ 7 4の固定構造としては、螺合構造ゃネジ止め構造等着脱可能な構造でも良い。また、保護キャップ 7 4の先端周壁にガス抜き用の孔 8 7または切り欠きが形成されている。

次に、上記第 3乃至第 5実施例に採用されるプラズマトーチの感電防止用のインタロック装置について説明する。

図 1 7に示すように、溶接しょうとする 2つの被溶接材 4 5 a , 4 5 bは、少なくとも 2組の被溶接材クランパ 6 0 , 6 1 にてクランプされるようになつているおり、この両被溶接材クランパ 6 0 , 6 1 にインタロックケーブル 6 2 , 6 3が接続されている。そして、一方の被溶接材クランパ 6 0のインタロックケーブル 6 2は、被溶接材 4 5 a , 4 5 bに対するプラズマトーチ 3 1 または 5 0の作業範囲を大きく越えない程度の長さになっていて、これがプラズマトーチ 3 1 または 5 0に接続されている。

上記両インタロックケーブル 6 2 , 6 3は、図 1 8に示すインタ口ック回路に接続されている。

すなわち、一方のインタロックケーブル 6 2は、第 2 リレー 6 4の O Nで開となる第 2常閉接点 6 5を介して操作電源に接続され、且つ他方のインタロックケーブル 6 3は、第 2常閉接点 6 5 と、そのほかに第 1 リレ一 6 6を介して操作電源に接続されている。そして、両インタロックケーブル 6 2 , 6 3 と並列に、溶接スタートスイッチ 3 5 と第 1 , 第 2 リレー 6 6 , 6 4の O Nでそれぞれ閉となる並列接続の第 1 , 第 2常開接点 6 7 , 6 8 と第 2 リレー 6 4 とからなる回路が接続されている。

この構成において、両被溶接材クランパ 6 0， 6 1 による被溶接材 4 5 a , 4 5 bのクランプのない状態では、第 1 , 第 2常開接点 6 7 , 6 8は開となったままなので、仮に溶接スタートスィッチ 3 5を O Nにしてもプラズマアーク溶接はスター卜せず、不用意な溶接スタートスィッチ 3 5の O Nによる感電等の事故を防止できる。

一方、両被溶接材クランパ 6 0 , 6 1にて被溶接材 4 5 a , 4 5 b をクランプすると、両被溶接材クランパ 6 0， 6 1 間が被溶接材 4 5 a , 4 5 bを介して導通されて第 1 リレー 6 6が 0 Nとなり、これにより第 1常開接点 6 7が閉となり、この状態ではじめて溶接スタートスィツチ 3 5の〇 Nによる溶接スター卜が可能になる。また、この状態では、プラズマトーチ 3 1 または 5 0は一方のインタロックケーブル 6 2を介して一方の被溶接材クランパ 6 0に接続されているので、プラズマトーチ 3 1 または 5 0は被溶接材 4 5 a， 4 5 bの近傍に位置せしめられていることになり、これにより作業開始状態が確認されたことになる。

次に、溶接スタートスィッチ 3 5が 0 Nになると、第 2 リレー 6 4 が作動して第 2常開接点 6 8が閉となって該第 2 リレー 6 4が自己保持されると共に、被溶接材クランパ 6 1 , 6 2に接続された両第 2常閉接点 6 5 , 6 5が開となり、以後は溶接スター卜スィッチ

3 5の O N , 0 F Fによりプラズマ溶接作業がなされる。

なお、上記実施例では、プラズマトーチ 3 1 または 5 0をインタロックケーブル 6 2にて被溶接材クランパ 6 0に接続することにより、クランプ時においてプラズマトーチ 3 1 または 5 0が被溶接材

4 5 a , 4 5 bの近傍に位置されていることを確認するようにした、この実施例にかぎるものではなく、例えばスぺーサ 4 0 にロードセルや近接スィツチ，プレツシヤスイツチ等のセンサを取付けて、このスぺーサ 4 0が被溶接材 4 5 a , 4 5 b に接触したり、ある程度近づいたことを検出するようにしてもよい。

図 1 9は、上記インタロック回路による作動を含む溶接作業全体の流れを示すフローチヤ一トである。

また、図 2 0は上記第 2 , 第 4及び第 5実施例に採用される自動スタンドオフ制御回路を示している。

この回路によれば、溶接スタートスィッチ 3 5を O Nにすることによりトーチ上昇タイマーリレ一 T I M 1 とトーチ下降タイマリレー T I M I 2が作動して所定の時間後にトーチ上昇指令が出される。

トーチ移動スィッチ 5 9を O Nにすると、トーチ移動優先により、トーチ上昇となる。そして、これと共に、トーチ上昇バルブが作動し、トーチ上昇位置ランプ 7 0が点灯する。なお、このトーチ上昇位置ランプ 7 0は、プラズマトーチ 7または 5 0のよく見える位置に設けてある。

この作動を示すフローチャートを図 2 1 に示す。

かくして、スタンドオフが容易に調節できて、あらゆる材質、板厚のワークに対して最適なスタンドオフで作業を行なうことができる。

なお、本発明は例示的な実施例について説明したが、開示した実施例に関して、本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく、種々の変更、省略、追加が可能であることは、当業者において自明である。従って、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された要素によって規定される範囲及びその均等範囲を包含するものとして理解されなければならない。産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係るプラズマアーク溶接装置及びそれを用いた溶接方法は、複数の板材を重ね合わせて溶接するために極めて有用である。

Claims

請求の範囲

1 . プラズマトーチと、該プラズマトーチに取り付けられ且つその先端が該プラズマトーチの先端と被溶接材との間に位置する間隔保持部材とを含み、該間隔保持部材の先端を被溶接材に押しつけて溶接を行うようにしたプラズマアーク溶接装置。

2 . 前記プラズマトーチの先端に対する前記間隔保持部材の先端の軸方向の相対位置が調節可能であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のプラズマアーク溶接装置。

3 . 前記間隔保持部材を被溶接材に押しつける移動手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載のプラズマアーク溶接装置。

4 . 前記間隔保持部材が前記プラズマトーチに軸方向に進退可能に螺合するトーチ保持具であって、該トーチ保持具が溶接ロボッ卜のアームに取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれかに記載のプラズマアーク溶接装置。

5 . 前記トーチ保持具と前記アームとの間に移動装置が介在せしめられていることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載のプラズマアーク溶接装置。

6 . 前記トーチ保持具が前記プラズマトーチの先端を囲む筒状のものであり、前記トーチ保持具の先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成したことを特徴とする請求の範囲第 4項または第 5項に記載のプラズマアーク溶接装置。

7 . 前記間隔保持部材が前記プラズマトーチを囲むケースであつて、該ケースが溶接ロボッ卜のアームに取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれかに記載のブラズマアーク溶接装置。

8 . 前記プラズマトーチのケース取付部と先端との間が伸縮自在であり、前記ケースに固定された移動装置により前記プラズマトーチの先端部を前記ケースに対して軸方向に相対移動せしめるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 7項に記載のプラズマアーク溶接装置。

9 . 前記ケースの先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成したことを特徴とする請求の範囲第 7項または第 8項に記載のブラズマアーク溶接装置。

1 0 . 前記間隔保持部材が、前記プラズマトーチの先端に取り付けられた環状のスぺーサであって、前記プラズマトーチに握り柄が固着されていることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載のプラズマアーク溶接装置。

1 1 . 前記スぺ一ザに形成された支持枠が前記プラズマトーチの先端に固着されたブラケッ卜に軸方向に摺動可能に嵌合し、前記支持枠の軸方向の長孔に嵌合し且つ前記ブラケットに螺着される固定ネジにより前記支持枠が前記ブラケッ卜に軸方向の位置調整可能に固定されることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載のプラズマアーク溶接装置。

1 2 . 前記スぺーザの周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成したことを特徴とする請求の範囲第 1 0項または第 1 1項に記載のプラズマアーク溶接装置。

1 3 . 前記間隔保持部材が前記プラズマトーチを囲むケースであつて、該ケースに握り柄が固着されていることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれかに記載のプラズマアーク溶接装置。

1 4 . 前記握り柄が 2本であることを特徴とする請求の範囲第 1 3 項に記載のプラズマアーク溶接装置。

1 5 . 前記プラズマトーチのケース取付部と先端との間が伸縮自在であり、前記ケースに固定された移動装置により前記プラズマトーチの先端部を前記ケースに対して軸方向に相対移動せしめるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1 3項または第 1 4項に記載のプラズマアーク溶接装置。

1 6 . 前記ケースの先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成したことを特徴とする請求の範囲第 1 3項乃至第 1 5項のいずれかに記載のプラズマアーク溶接装置。

1 7 . 前記間隔保持部材が前記プラズマトーチの先端に取り付けられた保護キャップであって、該プラズマトーチが溶接ロボッ卜のアームに取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項に記載のプラズマアーク溶接装置。

1 8 . 前記プラズマトーチと前記アームとの間に移動装置が介在せしめられていることを特徴とする請求の範囲第 1 7項に記載のブラズマアーク溶接装置。

1 9 . 前記保護キヤップが前記プラズマトーチの先端を囲む筒状のものであり、前記保護キヤップの先端周壁にガス抜き用の孔または切り欠きを形成したことを特徴とする請求の範囲第 1 7項または第 1 8項に記載のプラズマアーク溶接装置。

2 0 . 前記プラズマトーチと操作電源との間に感電防止用のインタロック回路を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1 0項乃至第 1 6項のいずれかに記載のプラズマアーク溶接装置。

2 1 . 前記インタロック回路に含まれる溶接スタートスィッチを前記握り柄に設けたことを特徴とする請求の範囲第 2 0項に記載のプラズマアーク溶接装置。

2 2 . 前記移動装置に自動スタンドオフ制御回路を接続したことを特徴とする請求の範囲第 5項，第 6項，第 8項，第 9項，第 1 3項乃至第 1 6のいずれかに記載のプラズマアーク溶接装置。

2 3 . 前記自動スタンドオフ制御回路に含まれるトーチ移動スイツチを前記握り柄に設けたことを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載のプラズマアーク溶接装置。

2 4 . 前記プラズマトーチと操作電源との間に感電防止用のインタロック回路を設け、前記移動装置に自動スタンドオフ制御回路を接続したことをたことを特徴とする請求の範囲第 1 3項乃至第 1 6項のいずれかに記載のプラズマアーク溶接装置。

2 5 . 前記インタロック回路に含まれる溶接スタートスィッチと、前記自動スタンドオフ制御回路に含まれるトーチ移動スィッチとを前記握り柄に設けたことを特徴とする請求の範囲第 2 4項に記載のプラズマアーク溶接装置。

2 6 . プラズマトーチと、該プラズマトーチの基部に取り付けられ且つその先端が該プラズマトーチの先端と被溶接材との間に位置する間隔保持部材とを含むプラズマアーク溶接装置を用い、該間隔保持部材の先端を被溶接材に押しっけて溶接を行うようにしたプラズマアーク溶接方法。

2 7 . 溶接前に前記ブラズマトーチの先端に対する前記間隔保持部材の先端の軸方向の相対位置を調節するようにしたことを特徴とする請求の範囲第 2 6項に記載のプラズマアーク溶接方法。

2 8 . 溶接後も前記プラズマトーチの先端に対する前記間隔保持部材の先端の軸方向の相対位置を調節するようにしたことを特徴とする請求の範囲第 2 6項に記載のプラズマアーク溶接方法。