WO2017057380A1 - プラズマ溶接方法 - Google Patents

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insert tip
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勝則 和田
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大陽日酸株式会社
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    • H05H1/3494—Means for controlling discharge parameters

Definitions

  • the present invention relates to a plasma welding method.
  • a TIG welding method or a plasma welding method has been used as a non-consumable electrode type welding method for welding a workpiece (base material).
  • the plasma welding method is superior in heat concentration as compared with the TIG welding method, so that the bead width is narrow, the welding can be performed at a high speed, and the distortion is small.
  • Plasma welding methods include a plasma arc method (transfer plasma), a plasma jet method (non-transfer plasma), and the like.
  • a plasma arc type welding apparatus (plasma arc type welding machine) is a main unit in which a torch, a minus terminal is connected to an electrode constituting the torch, and a plus terminal is electrically connected to an object to be welded.
  • Changeover switch provided on the wiring connecting the power supply, the pilot arc power supply electrically connected to the power supply through the wiring, and the insert tip (also referred to as “restraining nozzle”) constituting the pilot arc power supply and the torch.
  • restraining nozzle also referred to as “restraining nozzle”
  • the electrode constituting the torch is connected to the negative terminal of the main power source, and the positive terminal of the main power source and the insert tip constituting the torch are used. Connect with a positive electrode.
  • the plasma jet method since no current flows through the work piece, it is also used as a heat source for thermal spraying or a heat source for a furnace.
  • the composite-type plasma welding apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a torch and a power supply device (hereinafter referred to as “composite-type plasma power supply device”).
  • the plasma power supply device for the composite system has a main arc power supply (also referred to as “main power supply”), a pilot arc power supply, and a high-frequency device.
  • main arc power supply also referred to as “main power supply”
  • pilot arc power supply is electrically connected to the main arc power source and the insert tip. Since the composite type plasma welding apparatus having the above-described configuration can obtain a stable plasma even at a very low current, it is possible to weld an ultra-thin plate which is difficult with the TIG welding method.
  • a welding power source and a high frequency device are used as a power source device (hereinafter referred to as “TIG power source device”) constituting the TIG welding apparatus (TIG welding machine), and has a very simple configuration.
  • TIG power source device a power source device constituting the TIG welding apparatus (TIG welding machine)
  • TIG welding machine TIG welding machine
  • the plasma power supply device is more expensive than the TIG power supply device, it is a factor that increases the cost of the plasma welding apparatus. For this reason, even if the welding performance of the plasma welding apparatus is good, there is a problem that it is difficult to employ a plasma welding apparatus that can obtain deep penetration due to the disadvantage that the cost at the time of initial investment is high.
  • plasma welding may be performed using an inexpensive TIG power supply device instead of the plasma power supply device.
  • the no-load voltage of the TIG power supply is about a fraction of the no-load voltage of the plasma power supply. For this reason, there is a problem that plasma welding cannot be performed simply by using an inexpensive TIG power supply device instead of the plasma power supply device.
  • an object of the present invention is to provide a plasma welding method capable of performing plasma welding while suppressing initial investment in a welding apparatus.
  • the present invention provides the following plasma welding method.
  • a welding power source used in the TIG welding apparatus a welding torch including an electrode extending in a predetermined direction, an insert tip surrounding the electrode, and a shield cap surrounding the outside of the insert tip, and the welding
  • a second welding step is included.
  • the plus terminal and the insert are moved by the first changeover switch.
  • the supply of the first pilot gas is stopped, and the supply of the shielding gas is continued.
  • a second pilot gas that is more suitable for plasma welding than the first pilot gas is supplied between the electrode and the insert tip, and a main arc is provided between the plus terminal and the workpiece.
  • the plasma welding apparatus includes a second changeover switch that electrically connects or disconnects the plus terminal and the workpiece.
  • the plus terminal and the insert tip are electrically connected using the first changeover switch, and the plus changer is used once with the second changeover switch.
  • the terminal and the workpiece are electrically connected, and then the positive terminal and the insert tip are electrically insulated instantaneously using the first changeover switch (2)
  • the plasma welding method as described.
  • the welding apparatus has a wiring that always electrically connects the plus terminal and the workpiece to be welded,
  • a third welding step is included, and the third welding step is configured to connect the plus terminal and the insert tip by the first changeover switch after the pilot arc generation step. Electrically disconnected, the supply of the first pilot gas is stopped, and the supply of the shield gas is continued. Then, plasma is generated between the electrode and the insert tip rather than the first pilot gas.
  • Supplying a second pilot gas suitable for welding at a first flow rate to generate a main arc between the positive terminal and the work piece; and at the end of the third welding step A second stage of supplying the second pilot gas at a second flow rate that is less than the first flow rate after continuing the supply of the shielding gas.
  • the plasma welding apparatus includes, in place of the wiring, another wiring provided with a second changeover switch that electrically connects or disconnects the plus terminal and the workpiece to be welded,
  • the plus switch and the insert tip are electrically connected using the first changeover switch, and the plus changeover is used once with the second changeover switch.
  • the terminal and the workpiece are electrically connected, and then the positive terminal and the insert tip are electrically insulated instantaneously using the first changeover switch (4)
  • the plasma welding method as described.
  • any one of argon gas, a mixed gas of argon and hydrogen, a mixed gas of argon and helium, and a mixed gas of argon and nitrogen is used.
  • the welding apparatus is connected to a shield gas supply source and connected to a shield gas supply line for supplying a shield gas to the welding torch, and a pilot gas supply source, and a pilot for supplying the pilot gas to the welding torch
  • the shield gas supply line and / or the pilot gas supply line are provided with a solenoid valve and a check valve in a direction from the upstream side to the downstream side.
  • plasma welding can be performed while suppressing initial investment in a welding apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an example of a welding apparatus used when performing the plasma welding method according to the first embodiment of the present invention.
  • the insert tip 43, the shield cap 47, and the work piece 11 constituting the welding torch 12 are shown in cross section.
  • components other than the component of the welding apparatus 10 are illustrated with a dotted line.
  • FIG. 1 schematically shows a state where the first changeover switch 18 is closed.
  • a welding apparatus 10 includes a welding torch 12, a welding power source 14, wirings 15 to 17, a first changeover switch 18, a cooling water circulation unit 19, and a circulation line 21.
  • a first pilot gas supply source 23, a first pilot gas supply line 25, needle valves 27 and 36, flow meters 28 and 37, electromagnetic valves 29 and 39, a shield gas supply source 32, A shield gas supply line 34 and a controller (not shown) are included.
  • the welding torch 12 is a plasma welding torch, and includes a torch switch (not shown), an electrode 42, an insert tip 43, a pilot gas supply path 45, a shield cap 47, and a shield gas supply path 49. .
  • the torch switch (not shown) is turned on during a period during which the pilot arc is generated and during the last period of the first welding process described later (specifically, a period during which the main arc decreases from a predetermined current value). State. The torch switch is turned off during the welding process other than the last period of the welding process.
  • the electrode 42 is a non-consumable electrode extending in one direction, and has a tip portion 42A having a sharp shape.
  • the distal end portion 42A is completely accommodated in the insert tip 43.
  • the electrode 42 is made of a metal material having a high melting point.
  • tungsten or a material obtained by adding an oxide (for example, thorium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, or the like) to tungsten can be used.
  • the insert chip 43 is a cylindrical member disposed so as to surround the outer periphery of the electrode 42 so that a gap is interposed between the insert chip 43 and the electrode 42 (in other words, the pilot gas supply path 45 can be formed). It is.
  • the center axis of the insert tip 43 coincides with the center axis of the electrode 42 (center axis extending in the extending direction of the electrode 42).
  • the insert tip 43 has a cooling water channel 51 capable of supplying cooling water therein.
  • the cooling water channel 51 is supplied with cooling water for cooling the insert tip 43.
  • the shape of the distal end portion of the insert tip 43 is a shape whose diameter is reduced in the direction from the proximal end to the distal end of the insert tip 43.
  • the tip of the insert tip 43 has an insert tip hole 43 ⁇ / b> A that ejects a plasma arc generated from the electrode 42 to the outside of the insert tip 43. Since the plasma arc generated at the electrode 42 is subjected to a wall effect and a thermal pinch effect by the insert tip 43, it is narrowed to become an arc having a high energy density, and is ejected from the insert tip hole 43A.
  • the pilot gas supply path 45 is a substantially cylindrical space defined by the outer surface of the electrode 42 and the inner surface of the insert tip 43.
  • the pilot gas supply path 45 is connected to the first pilot gas supply source 23 via the first pilot gas supply line 25.
  • the pilot gas is supplied from the first pilot gas supply source 23 to the pilot gas supply path 45, the pilot gas is supplied to the tip portion 42 ⁇ / b> A of the electrode 42.
  • the shield cap 47 is a cylindrical shape disposed so as to surround the outer periphery of the insert chip 43 so that a gap is interposed between the shield cap 47 and the insert chip 43 (in other words, the shield gas supply path 49 can be formed). It is a member.
  • the central axis of the shield cap 47 coincides with the central axis of the electrode 42.
  • the shape of the tip of the shield cap 47 is a reduced diameter.
  • the shield gas supply path 49 is a substantially cylindrical space defined by the outer surface of the insert tip 43 and the inner surface of the shield cap 47.
  • the shield gas supply path 49 is connected to the shield gas supply source 32 via the shield gas supply line 34. When the shield gas is supplied from the shield gas supply source 32 to the shield gas supply path 49, the shield gas is supplied to the distal end side of the welding torch 12.
  • the welding power source 14 is one welding power source used for the TIG welding apparatus, and is configured to have a high-frequency device or a high-voltage device.
  • the first welding power source 14 is not a general conventional plasma power source device (specifically, a power source device including a plasma arc power source, a pilot arc power source, and a high frequency device), but is used in a general TIG welding device. This is an inexpensive welding power source.
  • Examples of the first welding power source 14 include a high-frequency device for arc formation, a high-voltage device for arc formation, or a DC output current, initial current, crater current, gas preflow time, gas after-time, and current up-slope time.
  • An adjustable welding power source such as current down slope time, pulse frequency, and pulse width can be used.
  • the specifications of the first welding power source 14 include, for example, a DC output current of 2 A to 500 A, an initial current of 2 A to 500 A, a crater current of 2 A to 500 A, a gas preflow time of 0 seconds to 30 seconds, and a gas after time of 0 to 30 seconds, upslope time 0 to 10 seconds, current output 0 to 10 seconds, downslope time 0 to 10 seconds, current output 0 to 10 seconds, pulse frequency 0.1 Hz Up to 999 Hz and a pulse width of 5% to 95%.
  • the first welding power source 14 has a plus terminal 14A and a minus terminal 14B.
  • the plus terminal 14A is connected to one end of the first wiring 15-1 constituting the wiring 15.
  • the plus terminal 14 ⁇ / b> A is electrically connected to the insert chip 43 via the wiring 15.
  • the minus terminal 14 ⁇ / b> B is connected to one end of the wiring 16.
  • the minus terminal 14 ⁇ / b> B is electrically connected to the electrode 42 through the wiring 16.
  • the welding power supply 14 configured as described above is, for example, about 1/10 to 1/3 the price of a general conventional plasma power supply device. Therefore, the use of such a welding power source 14 can reduce the cost of the welding apparatus 10.
  • the wiring 15 is composed of a first wiring 15-1 and a second wiring 15-2.
  • the other end of the first wiring 15-1 is connected to one end of the first changeover switch 18.
  • One end of the second wiring 15-2 is arranged in the vicinity of the other end of the first wiring 15-1.
  • One end of the second wiring 15-2 is connected to the first changeover switch 18.
  • the first changeover switch 18 is connected to one end of the second wiring 15-2
  • the first wiring 15-1 and the second wiring 15-2 are electrically connected.
  • the first wiring 15-1 and the second wiring 15-2 are electrically insulated.
  • the other end of the second wiring 15-2 is connected to the insert chip 43.
  • the other end of the wiring 16 is connected to the electrode 42.
  • the wiring 16 connects the negative terminal 14 ⁇ / b> B and the electrode 42.
  • the wiring 17 is a branch wiring branched from the first wiring 15-1, and the tip is connected to the workpiece 11.
  • the first changeover switch 18 is provided between the other end of the first wiring 15-1 and one end of the second wiring 15-2. One end of the first changeover switch 18 is connected to the other end of the first wiring 15-1. The other end of the first changeover switch 18 is opened with respect to one end of the second wiring 15-2, thereby electrically insulating the first wiring 15-1 and the second wiring 15-2 ( Hereinafter, this state is referred to as an “off state”).
  • the first changeover switch 18 is turned off when a pilot arc is generated in the pilot arc generation step. By setting the OFF state, a current flows between the workpiece 11 and the electrode 42.
  • the other end of the first changeover switch 18 is closed with respect to one end of the second wiring 15-2 to electrically connect the first wiring 15-1 and the second wiring 15-2.
  • this state is referred to as an “on state”.
  • the first changeover switch 18 is turned on when a main arc is generated in the welding process (first welding process). By setting the ON state, a current flows between the electrode 42 and the insert tip 43.
  • the first changeover switch 18 is electrically connected to a control unit (not shown), and the control unit controls the opening / closing operation.
  • an electromagnetic switch, an electromagnetic contactor, etc. can be used, for example.
  • the cooling water circulation section 19 is connected to a circulation line 21 connected to a cooling water flow path 51.
  • the cooling water circulation unit 19 supplies cooling water for cooling the insert tip 43 to the cooling water flow path 51 via the circulation line 21 and contributes to cooling of the insert tip 43, thereby increasing the temperature of the cooling water. Then, after cooling the cooling water again, the cooled cooling water is supplied to the cooling water channel 51.
  • the first pilot gas supply source 23 is a gas supply source that supplies a first pilot gas that is easily plasmatized.
  • the first pilot gas that can be easily converted to plasma include argon gas, a mixed gas of argon and hydrogen, a mixed gas of argon and helium, and a mixed gas of argon and nitrogen.
  • the first pilot gas supply source 23 is connected to one end of the first pilot gas supply line 25. In the pilot arc generation process and the welding process (first welding process), the first pilot gas supply source 23 is connected to the pilot gas supply path 45 via the first pilot gas supply line 25. Supply.
  • the other end of the first pilot gas supply line 25 is connected to the pilot gas supply path 45.
  • the needle valve 27 is provided in the first pilot gas supply line 25 located after the electromagnetic valve 29. As described above, by providing the needle valve 27 in the first pilot gas supply line 25 located at the subsequent stage of the electromagnetic valve 29, it is possible to prevent a rush generated at the beginning of the supply of the first pilot gas.
  • the flow meter 28 is provided in the first pilot gas supply line 25 located in front of the needle valve 27.
  • the flow meter 28 measures the flow rate of the first pilot gas flowing in the first pilot gas supply line 25.
  • a digital type hot wire type flow meter
  • an analog type float type flow meter
  • the electromagnetic valve 29 is provided in the first pilot gas supply line 25 located in the front stage of the flow meter 28.
  • the solenoid valve 29 When the solenoid valve 29 is opened, the first pilot gas is supplied to the first pilot gas supply line 25 located downstream of the solenoid valve 29.
  • the solenoid valve 29 When the solenoid valve 29 is closed, the solenoid valve 29 is located downstream of the solenoid valve 29. The supply of the first pilot gas to the first pilot gas supply line 25 is stopped.
  • the needle valve 27, the flow meter 28, and the electromagnetic valve 29 described above are electrically connected to a control unit (not shown) and are controlled by the control unit.
  • the shield gas supply source 32 is connected to one end of the shield gas supply line 34.
  • the shield gas supply source 32 supplies shield gas to the shield gas supply path 49 via the shield gas supply line 34.
  • the shielding gas for example, an inert gas such as argon gas or helium gas, a mixed gas of argon gas and hydrogen gas (argon hydrogen gas), a mixed gas of argon gas and helium gas (argon helium gas), argon A mixed gas of gas, helium gas and hydrogen gas, a mixed gas of argon and an oxidizing gas composed of oxygen and carbon dioxide, a mixed gas of inert gas such as argon and helium and nitrogen, argon, helium and nitrogen A mixed gas or the like can be used.
  • an inert gas such as argon gas or helium gas, a mixed gas of argon gas and hydrogen gas (argon hydrogen gas), a mixed gas of argon gas and helium gas (argon helium gas), argon A mixed gas
  • the other end of the shield gas supply line 34 is connected to the shield gas supply path 49.
  • the shield gas supply line 34 is a line for supplying shield gas into the shield gas supply path 49.
  • the needle valve 36 is provided in the shield gas supply line 25 located at the subsequent stage of the electromagnetic valve 39. As described above, by providing the needle valve 36 in the shield gas supply line 25 located at the subsequent stage of the electromagnetic valve 39, it is possible to prevent a rush generated at the beginning of the supply of the shield gas.
  • the flow meter 37 is provided in the shield gas supply line 25 located in front of the needle valve 36.
  • the flow meter 37 measures the flow rate of the shield gas flowing through the shield gas supply line 25.
  • the electromagnetic valve 39 is provided in the shield gas supply line 25 located in the front stage of the flow meter 37.
  • the solenoid valve 39 When the solenoid valve 39 is opened, the shield gas is supplied to the shield gas supply line 25 located on the downstream side of the solenoid valve 39.
  • the solenoid valve 39 When the solenoid valve 39 is closed, the shield gas is supplied to the shield gas supply line 25 located on the downstream side of the solenoid valve 39. The supply of shielding gas is stopped.
  • the needle valve 36, the flow meter 37, and the electromagnetic valve 39 described above are electrically connected to a control unit (not shown) and controlled by the control unit.
  • the welding apparatus 10 configured as described above is a general-purpose TIG welding power source that is less expensive than a general conventional plasma power source device (specifically, a power source device including a plasma arc power source, a pilot arc power source, and a high frequency device). Since it is used as the welding power source 14, initial investment in the welding apparatus 10 can be suppressed.
  • a general conventional plasma power source device specifically, a power source device including a plasma arc power source, a pilot arc power source, and a high frequency device. Since it is used as the welding power source 14, initial investment in the welding apparatus 10 can be suppressed.
  • FIG. 2 is a timing chart for explaining the plasma welding method according to the first embodiment using the welding apparatus shown in FIG.
  • the numerical values in parentheses shown on the vertical axis of each timing chart in FIG. 2 correspond to the reference numerals of the components of the welding apparatus 10 shown in FIG.
  • first changeover switch (18) indicates the first changeover switch 18 shown in FIG.
  • main arc (between 42 and 11) means between the electrode 42 and the workpiece 11 shown in FIG.
  • This timing chart represents the state of main arc generated between the electrode 42 and the work piece 11 by the change in the value of the current flowing between them.
  • first pilot gas (28) indicates the flow rate of the first pilot gas displayed by the flow meter 28 shown in FIG.
  • the plasma welding method of the first embodiment is a welding method in the case of performing welding with a shallow penetration depth (for example, 6 mm or less).
  • the first changeover switch 18 electrically connects the plus terminal 14A and the insert tip 43, and the first switching switch 18 makes it easy to generate plasma between the electrode 42 and the insert tip 43.
  • the first changeover switch 18 electrically disconnects the plus terminal 14A and the insert tip 43, thereby electrically connecting the plus terminal 14A and the work piece 11 to the first pilot gas.
  • the supply of shielding gas Between the terminal 14A and the weld object 11, by generating a main arc, and a first welding step for welding the welded object 11.
  • the pilot arc generation step is a preflow period (purge period) and a period after the preflow period, and includes a period in which the non-transfer pilot arc is maintained at the initial current.
  • the torch switch is turned on to supply the first pilot gas to the pilot gas supply path 45 and to supply the shield gas to the shield gas supply path 49.
  • the first changeover switch 18 is closed, and a transitional main arc is generated.
  • the supply amount of the first pilot gas to the pilot gas supply path 45 can be appropriately set within a range of, for example, 0.1 L / min to 10 L / min.
  • the supply amount of the shielding gas can be appropriately set within a range of 1 L / min to 50 L / min, for example.
  • the supply amount of the first pilot gas is, for example, 3 L / min.
  • the supply amount of the shielding gas can be set to 20 L / min, for example.
  • the preflow time can be, for example, in the range of 0 to 60 seconds. The preflow is a process for purging the first pilot gas path and the shield gas path.
  • the pilot arc In the pilot arc generation process, after the preflow is completed, the pilot arc maintains an initial current (for example, a predetermined current value within a range of 2 to 500 A), so that the gap between the electrode 42 and the insert tip 43 is maintained. Generate a pilot arc. Other than this, the preflow conditions are maintained. At this time, the plus terminal 14 ⁇ / b> A and the workpiece 11 are connected via the wiring 17, but the distance between the electrode 42 and the workpiece 11 is larger than the distance between the electrode 42 and the insert tip 43. Since it is long, no main arc is generated between the electrode 42 and the workpiece 11.
  • an initial current for example, a predetermined current value within a range of 2 to 500 A
  • any one of the argon gas, the mixed gas of argon and hydrogen, the mixed gas of argon and helium, and the mixed gas of argon and nitrogen is used as the first pilot gas.
  • the first pilot gas may be mixed with at least one kind of gas of up to about 3% hydrogen, up to about 10% helium or up to about 5% nitrogen in order to improve welding conditions. .
  • the purpose of the first pilot gas is for stable pilot arc generation and smooth transition to the main arc. Therefore, for this purpose, the ratio of the gas flow rate, the current value for generating the pilot arc, and the potential gradient of the pilot gas is appropriately selected.
  • the phrase “easily converted to plasma” refers to a gas having a small potential gradient ratio (see Table 1). Table 1 shows a comparison of potential gradients in various gas atmospheres.
  • the supply amount of the first pilot gas and shield gas is maintained and the torch switch is turned off, and then the predetermined current value of the main arc is changed within the current range of the welding machine.
  • the current value is gradually increased so that the main arc has a predetermined current value (for example, a predetermined current value in the range of 10 to 300, 2 to 500 A), and then the predetermined current value is maintained for a certain period.
  • a predetermined current value for example, a predetermined current value in the range of 10 to 300, 2 to 500 A
  • the no-load voltage of the TIG welding power source is smaller than the no-load voltage of the conventional plasma power supply device, it is difficult to shift from the pilot arc to the main arc. Since gas is used, the transition to the main arc is facilitated.
  • the torch switch When the welding of the workpiece 11 is completed, the supply amounts of the first pilot gas and the shield gas are maintained, the torch switch is turned on, and the main arc is gradually changed from a predetermined current value to a crater current value. Then, the crater current is maintained for a certain time (for example, 0 to 10 seconds).
  • a predetermined current value within a range of 2 to 500 A can be used.
  • after-flow processing is performed.
  • the torch switch is turned off, the current value of the main arc is set to 0 A, and the supply amounts of the first pilot gas and the shield gas are maintained.
  • the afterflow processing time can be appropriately selected within a range of 0 to 60 seconds, for example.
  • one welding power source for a TIG welding apparatus is used as the welding power source 14 at a low cost and with a low no-load voltage compared to a general conventional plasma power source apparatus.
  • the pilot arc generation step even if a gas such as argon hydrogen gas or argon helium is used, the pilot arc can be easily generated because the electrode and the insert tip are close to each other.
  • the high frequency power generation device installed in the TIG welding apparatus can also be used.
  • a gas such as argon
  • plasma welding with a penetration depth of about 6 mm can be performed.
  • the shield gas may be supplied from the time when the welding apparatus 10 is activated, or may be supplied at the timing when the first changeover switch 18 is closed after the welding apparatus 10 is activated. Good.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an example of a welding apparatus used when performing the plasma welding method according to the second embodiment of the present invention. 3, the same components as those of the welding apparatus 10 according to the first embodiment shown in FIG. In FIG. 3, for convenience of explanation, the insert tip 43 and the shield cap 47 constituting the welding torch 12 and the workpiece 11 are shown in cross section.
  • FIG. 3 schematically shows a state where the first changeover switch 18 is closed and the second changeover switch 73 is opened.
  • the welding device 60 of the second embodiment includes a first pilot gas supply line 25, a needle valve 27, a flow meter 28, and an electromagnetic valve 29 that constitute the welding device 10 of the first embodiment.
  • the wiring 17 having the first and second wirings 17-1 and 17-2, and further including the second changeover switch 73.
  • the first and second needle valves 27-1 and 27-2 have the same configuration as the needle valve 27 described in the first embodiment.
  • the first needle valve 27-1 is provided in the first pilot gas supply line 64.
  • the second needle valve 27-2 is provided in the second pilot gas supply line 67.
  • the first and second flow meters 28-1 and 28-2 have the same configuration as the flow meter 28 described in the first embodiment.
  • the first flow meter 28-1 is provided in a first pilot gas supply line 64 located between the first pilot gas supply source 23 and the first needle valve 27-1.
  • the second flow meter 28-2 is provided in a second pilot gas supply line 67 located between the second pilot gas supply source 62 and the second needle valve 27-2.
  • the first and second electromagnetic valves 29-1 and 29-2 have the same configuration as the electromagnetic valve 29 described in the first embodiment.
  • the first electromagnetic valve 29-1 is provided in a first pilot gas supply line 64 located between the first pilot gas supply source 23 and the first flow meter 28-1.
  • the second electromagnetic valve 29-2 is provided in a second pilot gas supply line 67 located between the second pilot gas supply source 62 and the second flow meter 28-2.
  • the second pilot gas supply source 62 supplies a second pilot gas that is more suitable for plasma welding than the first pilot gas supplied by the first pilot gas supply source 23.
  • the second pilot gas for example, argon hydrogen gas or argon helium gas can be used.
  • Argon hydrogen gas is a suitable pilot gas when it is necessary to increase the penetration depth.
  • Argon helium gas is a pilot gas suitable for plasma welding of double layer stainless steel.
  • first pilot gas supply line 64 is connected to the first pilot gas supply source 23, and the other end is connected to one end of the pilot gas supply line 71.
  • the first check valve 65 is provided in the first pilot gas supply line 64 located between the first needle valve 27-1 and the other end of the first pilot gas supply line 64.
  • the second pilot gas supply line 67 has one end connected to the second pilot gas supply source 62 and the other end connected to the pilot gas supply line 71.
  • the second check valve 68 is provided in the second pilot gas supply line 67 located between the second needle valve 27-2 and the other end of the second pilot gas supply line 67.
  • One end of the pilot gas supply line 71 is connected to the first and second pilot gas supply lines 64 and 67, and the other end is connected to the pilot gas supply path 45.
  • One end of the second changeover switch 73 is connected to the tip of the first wiring 17-1 branched from the first wiring 15, and the other end is opened and closed with respect to one end of the second wiring 17-2.
  • Possible configuration When the second selector switch 73 is closed and connected to one end of the second wiring 17-2, the first wiring 17-1 and the second wiring 17-2 are electrically connected.
  • the second changeover switch 73 When the second changeover switch 73 is opened, the first wiring 17-1 and the second wiring 17-2 are electrically insulated.
  • the same switch as the first change-over switch 18 can be used.
  • the needle valve 27-2 is also provided in the second pilot gas supply line 67 located at the rear stage of the electromagnetic valve 29-2. It is possible to prevent a rush generated at the beginning of gas supply.
  • a first check valve 65 is provided in the first pilot gas supply line 64 located near one end of the pilot gas supply line 71 and a second pilot located near one end of the pilot gas supply line 71.
  • the second check valve 68 By providing the second check valve 68 in the gas supply line 67, the second pilot gas flows into the first pilot gas supply line 64 positioned in front of the first check valve 65, It is possible to prevent the first pilot gas from flowing into the second pilot gas supply line 67 positioned in front of the second check valve 68.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining the plasma welding method according to the second embodiment using the welding apparatus shown in FIG.
  • the numerical values in parentheses shown on the vertical axis of each timing chart in FIG. 4 correspond to the reference numerals of the components of the welding apparatus 60 shown in FIG.
  • the plasma welding method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4 by taking the case of using the welding apparatus 60 shown in FIG. 3 as an example.
  • the plasma welding method of the second embodiment is a welding method in the case of performing welding with a deep penetration depth.
  • the first changeover switch 18 electrically connects the plus terminal 14A and the insert tip 43, and the first switching switch 18 makes it easy to generate plasma between the electrode 42 and the insert tip 43.
  • a second pilot gas more suitable for plasma welding than the first pilot gas is supplied between 42 and the insert tip 43 to generate a main arc between the plus terminal 14A and the workpiece 11 to be welded. And a second welding process for welding the workpiece 11.
  • the “pilot arc generation process” and the “first welding process” of the plasma welding method of the second embodiment will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
  • the pilot arc generation step in the plasma welding method of the second embodiment the same processing as the pilot arc generation step described in the first embodiment is performed.
  • the second changeover switch 73 is opened.
  • 1st pilot gas and shielding gas the thing similar to 1st pilot gas and shielding gas demonstrated in 1st Embodiment can be used, for example.
  • the supply amount of the first pilot gas and the supply amount of the shield gas can be set to the same values as the supply amount of the first pilot gas and the supply amount of the shield gas in the first embodiment.
  • the supply of the first pilot gas is stopped, the torch switch is turned off, the supply amount of the shield gas is maintained, and the first and second changeover switches 18 and 73 are closed.
  • the first changeover switch 18 is opened instantaneously while the second changeover switch 73 is closed, and the second changeover gas is more suitable for plasma welding than the first pilot gas in the pilot gas supply path 45.
  • the pilot gas eg, argon hydrogen gas, argon helium gas, argon nitrogen gas, etc.
  • a predetermined flow rate eg, a predetermined flow rate value in the range of 0.1 to 10 L / min.
  • the current value is gradually increased so that the main arc has a predetermined current value (for example, a predetermined current value within a range of 2 to 500 A), and then the predetermined current value is maintained for a certain period.
  • a predetermined current value for example, a predetermined current value within a range of 2 to 500 A
  • the second pilot gas for example, argon hydrogen gas, argon helium gas, argon nitrogen gas, etc.
  • the penetration depth can be increased.
  • the first changeover switch 18 is opened instantly, so that the gap between the electrode 42 and the insert tip 43 is increased. It is possible to easily shift the pilot arc generated in the main arc to the main arc.
  • the afterflow process is performed by the same method as the afterflow process of the first embodiment.
  • the plasma welding method of the second embodiment it is possible to perform plasma welding with a deep penetration depth while suppressing initial investment in the welding apparatus 60.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an example of a welding apparatus used when performing the plasma welding method according to the third embodiment of the present invention. 5, the same components as those of the welding apparatus 60 of the second embodiment shown in FIG. Further, in FIG. 5, for convenience of explanation, the insert tip 43 and the shield cap 47 constituting the welding torch 12 and the workpiece 11 are shown in cross section.
  • FIG. 5 schematically shows a state in which the first changeover switch 18 is closed and the second changeover switch 73 is opened.
  • the welding device 80 of the third embodiment has a configuration of the welding device 60 of the second embodiment, a branch line 84, a third needle valve 27-3, and a third flow rate. Except for having a total 28-3 and a third electromagnetic valve 29-3, it is configured in the same manner as the welding apparatus 60.
  • the branch line 84 is branched from a second pilot gas supply line 67 located between the second electromagnetic valve 29-2 and the second pilot gas supply source 62, and the second needle valve 27-2. And a second pilot gas supply line 67 located between the second check valve 68 and the second check valve 68.
  • the third needle valve 27-3 has the same configuration as the needle valve 27 described in the first embodiment.
  • the third needle valve 27-3 is provided in the branch line 84.
  • the third flow meter 28-3 has the same configuration as the flow meter 28 described in the first embodiment.
  • the third flow meter 28-3 is provided in the branch line 84 located between the second pilot gas supply source 62 and the third needle valve 27-3.
  • the third solenoid valve 29-3 has the same configuration as the solenoid valve 29 described in the first embodiment.
  • the third electromagnetic valve 29-3 is provided in the branch line 84 located in the preceding stage of the third flow meter 28-3.
  • the welding apparatus 80 of the third embodiment configured as described above has a branch line 84, a third needle valve 27-3, a third flow meter 28-3, and a third electromagnetic valve 29-3.
  • the flow rate of the second pilot gas can be changed.
  • FIG. 6 is a timing chart for explaining the plasma welding method according to the third embodiment using the welding apparatus shown in FIG.
  • the numerical values in parentheses shown on the vertical axis of each timing chart in FIG. 6 correspond to the reference numerals of the components of the welding apparatus 80 shown in FIG.
  • the plasma welding method according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6 by taking the case of using the welding apparatus 80 shown in FIG. 5 as an example.
  • the plasma welding method of the third embodiment is a welding method in the case of performing welding with a deep penetration depth.
  • the first changeover switch 18 electrically connects the plus terminal 14A and the insert tip 43, and a first plasma that is easily converted into plasma between the electrode 42 and the insert tip 43 is provided.
  • a suitable second pilot gas is supplied at a first flow rate to generate a main arc between the positive terminal 14A and the work piece 11, and at the end of the third welding process, the shield A second stage of supplying the second pilot gas at a second flow rate less than the first flow rate while continuing to supply the gas.
  • the “pilot arc generation step” and the “third welding step” of the plasma welding method of the third embodiment will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
  • the pilot arc generation process that constitutes the plasma welding method of the third embodiment
  • the same process as the pilot arc generation process described in the second embodiment is performed.
  • the second changeover switch 73 is opened.
  • the first pilot gas and the shielding gas for example, the same gas as described in the second embodiment can be used.
  • the supply amount of the first pilot gas and the supply amount of the shield gas can be set to the same values as the supply amount of the first pilot gas and the supply amount of the shield gas in the first embodiment.
  • the supply of the first pilot gas is stopped, the torch switch is turned off, the supply amount of the shield gas is maintained, and the first and second changeover switches 18 and 73 are closed.
  • the first changeover switch 18 is opened instantaneously while the second changeover switch 73 is closed, and the second changeover gas is more suitable for plasma welding than the first pilot gas in the pilot gas supply path 45.
  • a pilot gas eg, argon hydrogen gas, argon helium gas, argon nitrogen gas, etc.
  • a first flow rate eg, a predetermined flow rate within a range of 0.1 to 10 L / min).
  • the current value is gradually increased so that the main arc has a predetermined current value (for example, a predetermined current value within a range of 2 to 500 A), and then the predetermined current value is maintained for a certain period.
  • a predetermined current value for example, a predetermined current value within a range of 2 to 500 A
  • the supply of the second pilot gas that does not pass through the branch line 84 is stopped, and the second flow rate that is lower than the first flow rate is passed through the branch line 84.
  • the second pilot gas is supplied, the torch switch is turned on, the main arc is gradually lowered from a predetermined current value to a crater current value, and then the crater current is maintained for a certain time.
  • the first flow rate is 3 L / min, for example, the second flow rate can be 1 L / min, for example.
  • the afterflow process is performed by the same method as the afterflow process of the first embodiment.
  • the plasma welding method of the third embodiment it is possible to perform welding that has a deep penetration depth and penetrates the workpiece 11 while suppressing an initial investment in the welding apparatus 80.
  • the second changeover switch 73 is provided in the wiring 17, and the workpiece 11 and the plus terminal 14 ⁇ / b> A of the welding power source 14 are electrically connected by the second changeover switch 73. Or it is good also as a structure which can be switched to a cutting
  • the pilot arc generation process is different from the pilot arc generation process described in the first embodiment in the following points.
  • the second changeover switch 73 is set to an open state (a state where it is not electrically connected).
  • the types and supply amounts of the first pilot gas 23 and the shield gas 32 for example, the same types and supply amounts of the first pilot gas and the shield gas described in the first embodiment can be used.
  • the torch switch is turned off to maintain the first pilot gas supply amount and the shield gas supply amount, and the first and second changeover switches 18 and 73 are closed (electrical Connected state). Thereafter, the first changeover switch 18 is opened instantaneously, and then a predetermined current value is maintained for a certain period, thereby generating a main arc between the electrode 42 and the workpiece 11, and the workpiece 11. Welding. According to the welding apparatus and the plasma welding method having the above-described configuration, it is possible to suppress a rush current and to stably generate a main arc without interrupting the arc. As a result, stable welding is possible even in the initial welding process.
  • the plasma welding method in this case includes the following pilot arc generation step and welding step.
  • the first changeover switch 18 electrically connects the plus terminal 14A and the insert tip 43, and supplies a first pilot gas that is easily converted to plasma between the electrode 42 and the insert tip 43.
  • a pilot arc is generated between the electrode 42 and the insert tip 43.
  • the positive switch 14A and the insert tip 43 are electrically disconnected by the first changeover switch 18 and the supply of the first pilot gas and the shield gas is continued.
  • the workpiece 11 is welded by generating a main arc between the positive terminal 14A and the workpiece 11 that are electrically connected.
  • the second pilot gas having a predetermined flow rate is supplied via the branch line 84, the torch switch is turned on, and the main arc is changed from the predetermined current value.
  • the crater current is gradually decreased to the crater current value, and then the crater current is maintained for a certain time.
  • the predetermined flow rate can be set to 1 L / min, for example.
  • the afterflow process is performed by the same method as the afterflow process of the third embodiment. That is, at the beginning of the welding process, the first pilot gas 23 is not switched to the second pilot gas 62, but at the end of the welding process, the supply of the shielding gas is continued, and then the branch line 84 is used.
  • the second pilot gas is supplied at a predetermined flow rate. According to the welding apparatus and the plasma welding method having the above-described configuration, it is possible to suppress the rush flow and to suppress the generation of dents and pores in the crater portion in the welded portion.
  • argon gas a mixed gas of argon and hydrogen
  • a mixed gas of argon and helium, argon and nitrogen Any one of these mixed gases (argon nitrogen gas) can be used.
  • argon nitrogen gas a mixed gas of argon and hydrogen
  • a gas having a higher ratio of potential gradient than the first pilot gas can be used.
  • the no-load voltage of the TIG welding power source or the high-frequency voltage generator of the TIG welding power source can be used as the power source used when generating the main arc.
  • the welding apparatus of the above three modified examples is connected to a shield gas supply source and is connected to a shield gas supply line that supplies a shield gas to the welding torch, and a pilot gas that is connected to the pilot gas supply source and supplies the pilot to the welding torch.
  • the shield gas supply line and / or the pilot gas supply line may include a solenoid valve and a check valve in a direction from the upstream side to the downstream side.
  • the flow rate and the presence or absence of after-flow treatment at the end of the welding process can be combined. Note that, in the pilot arc generation step, the main arc generation step, and the step of maintaining the crater current for a predetermined time, the flow rate of the first pilot gas may be changed as appropriate without making them the same.
  • the present invention is applicable to a plasma welding method capable of performing plasma welding while suppressing initial investment in a welding apparatus.

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Abstract

本発明は、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことの可能なプラズマ溶接方法を提供することを課題とし、電極（４２）とインサートチップ（４３）との間に、プラズマ化しやすい第１のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ（４３）とシールドキャップ（４７）との間にシールドガスを供給することで、電極（４２）とインサートチップ（４３）との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、パイロットアーク発生工程後、第１の切り替えスイッチ（１８）により、プラス端子（１４Ａ）とインサートチップ（４３）とを電気的に切断し、第１のパイロットガス及びシールドガスの供給を継続しながら、電気的に接続されたプラス端子（１４Ａ）と被溶接物（１１）との間に、メインアークを発生させる第１の溶接工程とを具備するプラズマ溶接方法を提供する。

Description

プラズマ溶接方法
　本発明は、プラズマ溶接方法に関する。
　従来、被溶接物（母材）を溶接する非消耗電極式溶接法として、ＴＩＧ溶接法やプラズマ溶接法が用いられている。プラズマ溶接法は、ＴＩＧ溶接法と比較して、熱集中性が優れているため、ビード幅を狭く、高速に溶接することが可能で、かつ歪の少ない溶接法である。
　プラズマ溶接法には、プラズマアーク方式（移行式プラズマ）や、プラズマジェット方式（非移行式プラズマ）等がある。
　一般的に、プラズマアーク方式の溶接装置（プラズマアーク方式の溶接機）は、トーチと、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、かつプラス端子が被溶接物と電気的に接続された主電源と、配線を介して、電源と電気的に接続されたパイロットアーク電源と、パイロットアーク電源とトーチを構成するインサートチップ（「拘束ノズル」ともいう）とを接続する配線に設けられた切替スイッチと、パイロットアークを発生させる高周波装置とを有する。
　プラズマアーク方式のプラズマ溶接装置を用いる場合、比較的溶け込みの大きい溶接を行うことが可能となる。
　プラズマジェット方式のプラズマ溶接装置（プラズマジェット方式のプラズマ溶接機）を用いる場合、トーチを構成する電極を主電源のマイナス端子と接続させ、該主電源のプラス端子とトーチを構成するインサートチップとをプラス電極で接続させる。
　プラズマジェット方式では、被溶接物に電流が流れないため、溶射の熱源や炉の熱源にも使用されている。
　特許文献１に開示された複合方式のプラズマ溶接装置は、トーチと、電源装置（以下、「複合方式用のプラズマ電源装置」という）とを有する。複合方式用のプラズマ電源装置は、メインアーク電源（「主電源」ともいう）と、パイロットアーク電源と、高周波装置とを有した構成とされている。
　メインアーク電源（主電源）は、マイナス端子がトーチを構成する電極と接続され、プラス端子が被溶接物と電気的に接続されている。パイロットアーク電源は、メインアーク電源及びインサートチップと電気的に接続されている。
　上記構成とされた複合方式のプラズマ溶接装置は、非常に低電流でも安定したプラズマを得ることが可能であるため、ＴＩＧ溶接法では難しい極薄板の溶接が可能となる。
特開昭６３－１９４８６７号公報
　ところで、ＴＩＧ溶接装置（ＴＩＧ溶接機）を構成する電源装置（以下、「ＴＩＧ用電源装置」という）としては、溶接電源及び高周波装置が用いられ、非常に簡便な構成とされている。
　このように、ＴＩＧ用電源装置と比較して、プラズマ電源装置が高価であるため、プラズマ溶接装置のコスとを高くする要因となっている。
　このため、プラズマ溶接装置の溶接性能が良くても、初期投資時のコストが高いというデメリットにより、深い溶け込みを得ることの可能なプラズマ溶接装置を採用しにくいという問題があった。
　なお、プラズマ電源装置に替えて、安価なＴＩＧ用電源装置を用いて、プラズマ溶接を行うことが考えられる。
　しかしながら、ＴＩＧ用電源装置の無負荷電圧は、プラズマ電源装置の無負荷電圧の数分の１程度である。このため、単に、プラズマ電源装置に替えて、安価なＴＩＧ用電源装置を用いるだけでは、プラズマ溶接を行うことができないという問題があった。
　そこで、本発明は、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことの可能なプラズマ溶接方法を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明は以下のプラズマ溶接方法を提供する。
（１）ＴＩＧ溶接装置に使用される１つの溶接電源と、所定方向に延在する電極、電極の周囲を囲むインサートチップ、及び該インサートチップの外側を囲むシールドキャップを含む溶接トーチと、該溶接電源のプラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続または電気的に切断する第１の切り替えスイッチとを有する溶接装置を用いたプラズマ溶接方法であって、
　前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続し、前記電極と前記インサートチップとの間に、プラズマ化しやすい第１のパイロットガスを供給するとともに、前記インサートチップと前記シールドキャップとの間にシールドガスを供給することで、前記電極と前記インサートチップとの間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、
　前記パイロットアーク発生工程後、前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、前記第１のパイロットガス及び前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行う第１の溶接工程とを有することを特徴とするプラズマ溶接方法。
（２）前記第１の溶接工程に替えて、第２の溶接工程を含み、前記第２の溶接工程では、前記パイロットアーク発生工程後、前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断した段階で、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、前記第１のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガスを供給して、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行うことを特徴とする（１）記載のプラズマ溶接方法。
（３）前記プラズマ溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第２の切り替えスイッチを含み、
　前記第２の溶接工程では、前記第１の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第２の切り替えスイッチを用いて、一度、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、その後、前記第１の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする（２）記載のプラズマ溶接方法。
（４）前記溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを常に電気的に接続状態とする配線を有し、
　前記第１の溶接工程に替えて、第３の溶接工程を含み、前記第３の溶接工程は、前記パイロットアーク発生工程後、前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、前記第１のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガスを第１の流量で供給し、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させる第１の段階と、前記第３の溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、前記第２のパイロットガスを前記第１の流量をよりも少ない第２の流量で供給する第２の段階とを有することを特徴とする（１）記載のプラズマ溶接方法。
（５）前記プラズマ溶接装置は、前記配線に替えて、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第２の切り替えスイッチが設けられた他の配線を含み、
　前記第３の溶接工程では、前記第１の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第２の切り替えスイッチを用いて、一度、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、その後、前記第１の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする（４）記載のプラズマ溶接方法。
（６）前記第１のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガスのうちいずれか１種を用いることを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載のプラズマ溶接方法。
（７）前記第２のパイロットガスとして、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと窒素との混合ガスのうちいずれか１種のガスであって、かつ第１のパイロットガスよりも電位傾度の比が大きいガスを用いることを特徴とする（２）ないし（６）のいずれかに記載のプラズマ溶接方法。
（８）前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、ＴＩＧ溶接電源の無負荷電圧を利用することを特徴とする（１）ないし（７）のいずれかに記載のプラズマ溶接方法。
（９）前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、ＴＩＧ溶接電源の高周波電圧発生装置を利用することを特徴とする（１）ないし（７）のいずれかに記載のプラズマ溶接方法。
（１０）前記溶接装置には、シールドガス供給源と接続され、前記溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給ラインと、パイロットガス供給源と接続され、前記溶接トーチにパイロットガスを供給するパイロットガス供給ラインとを含み、前記シールドガス供給ライン及び／又は前記パイロットガス供給ラインには、その上流側から下流側に向かう方向に、電磁弁と、逆止弁とが設けられていることを特徴とする（１）ないし（７）のいずれかに記載のプラズマ溶接方法。
　本発明によれば、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことがでる。
本発明の第１実施形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。 図１に示す溶接装置を用いた第１実施形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。 図３に示す溶接装置を用いた第２実施形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。 本発明の第３実施形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。 図５に示す溶接装置を用いた第３実施形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
　以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の溶接装置の寸法関係とは異なる場合がある。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。
　図１では、説明の便宜上、溶接トーチ１２を構成するインサートチップ４３と、シールドキャップ４７と、被溶接物１１とを断面で図示する。また、図１では、溶接装置１０の構成要素以外の構成を点線で図示する。また、図１では、第１の切り替えスイッチ１８が閉じた状態を模式的に図示する。
　図１を参照するに、第１実施形態の溶接装置１０は、溶接トーチ１２と、溶接電源１４と、配線１５～１７と、第１の切り替えスイッチ１８と、冷却水循環部１９と、循環ライン２１と、第１のパイロットガス供給源２３と、第１のパイロットガス供給ライン２５と、ニードル弁２７，３６と、流量計２８，３７と、電磁弁２９，３９と、シールドガス供給源３２と、シールドガス供給ライン３４と、制御部（図示せず）とを有する。
　溶接トーチ１２は、プラズマ溶接用トーチであり、トーチスイッチ（図示せず）と、電極４２と、インサートチップ４３と、パイロットガス供給路４５と、シールドキャップ４７と、シールドガス供給路４９とを有する。
　トーチスイッチ（図示せず）は、パイロットアークを発生させる期間中と、後述する第１の溶接工程の最後の期間（具体的には、メインアークが所定の電流値から低下する期間）とにおいてオン状態とされる。
　そして、トーチスイッチは、上記溶接工程の最後の期間以外の溶接工程の間、オフ状態とされる。
　電極４２は、一方向に延在した非消耗電極であり、先鋭形状とされた先端部４２Ａを有する。先端部４２Ａは、インサートチップ４３内に完全に収容されている。電極４２は、融点の高い金属材料で構成されている。
　電極４２の材料としては、例えば、タングステンや、タングステンに酸化物（例えば、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム等）を添加した材料を用いることができる。
　インサートチップ４３は、電極４２との間に隙間が介在されるように（言い換えれば、パイロットガス供給路４５が形成可能なように）、電極４２の外周を囲むように配置された筒状の部材である。インサートチップ４３の中心軸は、電極４２の中心軸（電極４２の延在方向に延在する中心軸）と一致している。
　インサートチップ４３は、その内部に冷却水を供給可能な冷却水用流路５１を有する。
　冷却水用流路５１には、インサートチップ４３を冷却する冷却水が供給される。インサートチップ４３の先端部の形状は、インサートチップ４３の基端から先端に向かう方向に対して縮径された形状とされている。
　インサートチップ４３の先端は、インサートチップ４３の外部に電極４２から発生したプラズマアークを噴出させるインサートチップ孔４３Ａを有する。
　電極４２において発生したプラズマアークは、インサートチップ４３によってウォール効果及びサーマルピンチ効果を受けるため、絞られてエネルギー密度の高いアークとなり、インサートチップ孔４３Ａから噴出する。
　パイロットガス供給路４５は、電極４２の外面とインサートチップ４３の内面とで区画された略筒状の空間である。パイロットガス供給路４５は、第１のパイロットガス供給ライン２５を介して、第１のパイロットガス供給源２３と接続されている。
　第１のパイロットガス供給源２３からパイロットガス供給路４５にパイロットガスが供給されると、電極４２の先端部４２Ａにパイロットガスが供給される。
　シールドキャップ４７は、インサートチップ４３との間に隙間が介在されるように（言い換えれば、シールドガス供給路４９が形成可能なように）、インサートチップ４３の外周を囲むように配置された筒状の部材である。シールドキャップ４７の中心軸は、電極４２の中心軸と一致している。
　シールドキャップ４７の先端部の形状は、縮径された形状とされている。
　シールドガス供給路４９は、インサートチップ４３の外面とシールドキャップ４７の内面とで区画された略筒状の空間である。シールドガス供給路４９は、シールドガス供給ライン３４を介して、シールドガス供給源３２と接続されている。
　シールドガス供給源３２からシールドガス供給路４９にシールドガスが供給されると、溶接トーチ１２の先端側にシールドガスが供給される。
　溶接電源１４は、ＴＩＧ溶接装置に使用される１つの溶接電源であり、高周波装置または高電圧装置を有した構成とされている。
　第１の溶接電源１４は、一般的な従来のプラズマ電源装置（具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置）ではなく、一般的なＴＩＧ溶接装置で使用される安価な溶接電源である。
　第１の溶接電源１４としては、例えば、アーク形成用の高周波装置、アーク形成用の高電圧装置、または直流出力電流、初期電流、クレータ電流、ガスプリフロー時間、ガスアフター時間、電流アップスロープ時間、電流ダウンスロープ時間、パルス周波数、及びパルス幅等の調整可能な溶接電源を用いることができる。
　第１の溶接電源１４の仕様としては、例えば、直流出力電流が２Ａ～５００Ａ、初期電流が２Ａ～５００Ａ、クレータ電流が２Ａ～５００Ａ、ガスプリフロー時間が０秒～３０秒、ガスアフター時間が０秒～３０秒、アップスロープ時間が０秒～１０秒、電流出力が０秒～１０秒、ダウンスロープ時間が０秒～１０秒、電流出力が０秒～１０秒、パルス周波数が０．１Ｈｚ～９９９Ｈｚ、パルス幅が５％～９５％を挙げることができる。
　なお、第１の溶接電源１４として、例えば、交流と直流との併用が可能な交直両用の溶接電源を用いてもよい。この場合には、交直両用の溶接電源の直流機能のみを用いる。
　第１の溶接電源１４は、プラス端子１４Ａと、マイナス端子１４Ｂとを有する。プラス端子１４Ａは、配線１５を構成する第１の配線１５－１の一端と接続されている。第１の切り替えスイッチ１８がオンの場合において、プラス端子１４Ａは、配線１５を介して、インサートチップ４３と電気的に接続される。
　マイナス端子１４Ｂは、配線１６の一端と接続されている。マイナス端子１４Ｂは、配線１６を介して、電極４２と電気的に接続されている。
　上記構成とされた溶接電源１４は、例えば、一般的な従来のプラズマ電源装置の価格の１／１０～１／３程度の価格である。したがって、このような溶接電源１４を用いることで、溶接装置１０の低コスト化を図ることができる。
　配線１５は、第１の配線１５－１と、第２の配線１５－２とで構成されている。第１の配線１５－１の他端は、第１の切り替えスイッチ１８の一端と接続されている。
　第２の配線１５－２は、一端が第１の配線１５－１の他端の近傍に配置されている。第２の配線１５－２の一端は、第１の切り替えスイッチ１８と接続される。第２の配線１５－２の一端に第１の切り替えスイッチ１８が接続されると、第１の配線１５－１と第２の配線１５－２とが電気的に接続される。
　第２の配線１５－２の一端に第１の切り替えスイッチ１８が接続されていない状態では、第１の配線１５－１と第２の配線１５－２とが電気的に絶縁される。第２の配線１５－２の他端は、インサートチップ４３と接続されている。
　配線１６は、その他端が電極４２と接続されている。配線１６は、マイナス端子１４Ｂと電極４２とを接続している。
　配線１７は、第１の配線１５－１から分岐された分岐配線であり、先端が被溶接物１１と接続されている。
　第１の切り替えスイッチ１８は、第１の配線１５－１の他端と第２の配線１５－２の一端との間に設けられている。第１の切り替えスイッチ１８の一端は、第１の配線１５－１の他端と接続されている。
　第１の切り替えスイッチ１８の他端は、第２の配線１５－２の一端に対して開くことで、第１の配線１５－１と第２の配線１５－２とを電気的に絶縁する（以下、この状態を「オフ状態」という。）。
　第１の切り替えスイッチ１８は、パイロットアーク発生工程において、パイロットアークを発生させるときにオフ状態にする。オフ状態とすることで、被溶接物１１と電極４２との間に電流が流れる。
　また、第１の切り替えスイッチ１８の他端は、第２の配線１５－２の一端に対して閉じることで、第１の配線１５－１と第２の配線１５－２とを電気的に接続する（以下、この状態を「オン状態」という。）。
　第１の切り替えスイッチ１８は、溶接工程（第１の溶接工程）において、メインアークを発生させるときにオン状態にする。オン状態とすることで、電極４２とインサートチップ４３との間に電流が流れる。
　第１の切り替えスイッチ１８は、制御部（図示せず）と電気的に接続されており、該制御部により開閉動作が制御される。
　第１の切り替えスイッチ１８としては、例えば、電磁開閉器や電磁接触器等を用いることができる。
　冷却水循環部１９は、冷却水用流路５１と接続された循環ライン２１と接続されている。冷却水循環部１９は、循環ライン２１を介して、冷却水用流路５１にインサートチップ４３を冷却する冷却水を供給するとともに、インサートチップ４３の冷却に寄与することで、温度が上昇した冷却水を回収し、再度、冷却水を冷却した後、冷却した冷却水を冷却水用流路５１に供給する。
　第１のパイロットガス供給源２３は、プラズマ化しやすい第１のパイロットガスを供給するガス供給源である。プラズマ化しやすい第１のパイロットガスとしては、例えば、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガスを例示することができる。
　第１のパイロットガス供給源２３は、第１のパイロットガス供給ライン２５の一端と接続されている。
　パイロットアーク発生工程、及び溶接工程（第１の溶接工程）において、第１のパイロットガス供給源２３は、第１のパイロットガス供給ライン２５を介して、パイロットガス供給路４５に第１のパイロットガスを供給する。
　第１のパイロットガス供給ライン２５は、その他端がパイロットガス供給路４５と接続されている。
　ニードル弁２７は、電磁弁２９の後段に位置する第１のパイロットガス供給ライン２５に設けられている。このように、電磁弁２９の後段に位置する第１のパイロットガス供給ライン２５にニードル弁２７を設けることで、第１のパイロットガスの供給開始初期に発生する突流を防止することができる。
　流量計２８は、ニードル弁２７の前段に位置する第１のパイロットガス供給ライン２５に設けられている。流量計２８は、第１のパイロットガス供給ライン２５内を流れる第１のパイロットガスの流量を測定する。
　流量計２８としては、例えば、デジタル式（熱線式流量計）やアナログ式（フロート型流量計）を用いることができる。
　電磁弁２９は、流量計２８の前段に位置する第１のパイロットガス供給ライン２５に設けられている。電磁弁２９が開くと、電磁弁２９の下流側に位置する第１のパイロットガス供給ライン２５に第１のパイロットガスが供給され、電磁弁２９が閉じると、電磁弁２９の下流側に位置する第１のパイロットガス供給ライン２５への第１のパイロットガスの供給が停止される。
　上記説明したニードル弁２７、流量計２８、及び電磁弁２９は、制御部（図示せず）と電気的に接続されており、該制御部により制御される。
　シールドガス供給源３２は、シールドガス供給ライン３４の一端と接続されている。シールドガス供給源３２は、シールドガス供給ライン３４を介して、シールドガス供給路４９にシールドガスを供給する。
　シールドガスとしては、例えば、アルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガス単体、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガス（アルゴン水素ガス）、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガス（アルゴンヘリウムガス）、アルゴンガスとヘリウムガスと水素ガスとの混合ガス、アルゴンと、酸素や二酸化炭素からなる酸化性ガスとの混合ガス、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと窒素との混合ガス等を用いることができる。
　シールドガス供給ライン３４は、その他端がシールドガス供給路４９と接続されている。シールドガス供給ライン３４は、シールドガス供給路４９内にシールドガスを供給するためのラインである。
　ニードル弁３６は、電磁弁３９の後段に位置するシールドガス供給ライン２５に設けられている。このように、電磁弁３９の後段に位置するシールドガス供給ライン２５にニードル弁３６を設けることで、シールドガスの供給開始初期に発生する突流を防止することができる。
　流量計３７は、ニードル弁３６の前段に位置するシールドガス供給ライン２５に設けられている。流量計３７は、シールドガス供給ライン２５内を流れるシールドガスの流量を測定する。
　電磁弁３９は、流量計３７の前段に位置するシールドガス供給ライン２５に設けられている。電磁弁３９が開くと、電磁弁３９の下流側に位置するシールドガス供給ライン２５にシールドガスが供給され、電磁弁３９が閉じると、電磁弁３９の下流側に位置するシールドガス供給ライン２５へのシールドガスの供給が停止される。
　上記説明したニードル弁３６、流量計３７、及び電磁弁３９は、制御部（図示せず）と電気的に接続されており、該制御部により制御される。
　上記構成とされた溶接装置１０は、一般的な従来のプラズマ電源装置（具体的には、プラズマアーク電源、パイロットアーク電源、及び高周波装置よりなる電源装置）よりも安価な汎用のＴＩＧ溶接電源を溶接電源１４として用いるため、溶接装置１０への初期投資を抑制することができる。
　図２は、図１に示す溶接装置を用いた第１実施形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
　図２の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図１に示す溶接装置１０の構成要素の符号に対応している。
　例えば、図２の上から２番目のタイミングチャートの縦軸において、「第１の切り替えスイッチ（１８）」とは、図１に示す第１の切り替えスイッチ１８を示す。
　また、図２の上から３番目のタイミングチャートの縦軸において、「メインアーク（４２～１１間）」とは、図１に示す電極４２と被溶接物１１との間ということを意味する。
　そして、このタイミングチャートは、電極４２と被溶接物１１との間に発生するメインアークの発生状態をその間を流れる電流値の変化によって表している。
　図２の上から４番目のタイミングチャートの縦軸において、「第１のパイロットガス（２８）」とは、図１に示す流量計２８が表示する第１のパイロットガスの流量を示している。
　次いで、図１及び図２を参照して、図１に示す溶接装置１０を用いた場合を例に挙げて、第１実施形態のプラズマ溶接方法について説明する。
　第１実施形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが浅い（例えば、６ｍｍ以下）溶接を行う場合の溶接方法である。
　第１実施形態のプラズマ溶接方法は、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に接続し、電極４２とインサートチップ４３との間に、プラズマ化しやすい第１のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ４３とシールドキャップ４７との間にシールドガスを供給することで、電極４２とインサートチップ４３との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と；パイロットアーク発生工程後、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に切断することにより、プラス端子１４Ａと被溶接物１１とを電気的に接続させ、第１のパイロットガス及びシールドガスの供給を継続した上で、電気的に接続されたプラス端子１４Ａと被溶接物１１との間に、メインアークを発生させることで、被溶接物１１の溶接を行う第１の溶接工程とを含む。
　以下、図２に示すタイミングチャートを参照しながら、第１実施形態のプラズマ溶接方法が有する「パイロットアーク発生工程」及び「第１の溶接工程」（メインアーク発生工程）について説明する。
　パイロットアーク発生工程は、プリフローの期間（パージ期間）と、プリフロー期間の後の期間であり、非移行式のパイロットアークを初期電流に維持する期間とで構成されている。
　プリフローの開始とともに、トーチスイッチをオンにし、パイロットガス供給路４５に第１のパイロットガスを供給するとともに、シールドガス供給路４９にシールドガスを供給する。プリフローでは、第１の切り替えスイッチ１８が閉じた状態であり、移行式のメインアークを発生させる。
　第１のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、上述したガスを用いることができる。また、パイロットガス供給路４５への第１のパイロットガスの供給量は、例えば、０．１Ｌ／ｍｉｎ～１０Ｌ／ｍｉｎの範囲内で適宜設定することができる。
　シールドガスの供給量は、例えば、１Ｌ／ｍｉｎ～５０Ｌ／ｍｉｎの範囲内で適宜設定することができる。
　具体的には、第１のパイロットガスとしてアルゴンガスを用い、シールドガスとしてアルゴンガスやアルゴンガスに３～１０％の水素を混合したガスを用いる場合、第１のパイロットガスの供給量は、例えば、３Ｌ／ｍｉｎとすることができる。この場合、シールドガスの供給量は、例えば、２０Ｌ／ｍｉｎとすることができる。
　プリフローの時間は、例えば、０～６０秒の範囲内とすることができる。プリフローは、第１のパイロットガスの経路、及びシールドガスの経路をパージするための処理である。
　パイロットアーク発生工程では、プリフローが終了後、パイロットアークが初期電流（例えば、２～５００Ａの範囲内の所定の電流値）を維持するようにすることで、電極４２とインサートチップ４３との間に、パイロットアークを発生させる。これ以外は、プリフローの条件を維持する。
　このとき、配線１７を介して、プラス端子１４Ａと被溶接物１１とが接続されているが、電極４２と被溶接物１１との距離は、電極４２とインサートチップ４３との間の距離よりも長いため、電極４２と被溶接物１１との間に、メインアークは発生しない。
　このとき、第１のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガスのうちいずれか１種のガスを用いることで、上述した溶接電源１４を用いた場合でも、パイロットアークを容易に発生させることができる。
　また、第１のパイロットガスには、溶接条件の改善の為に、最大３％程度の水素、最大１０％程度のヘリウム又は最大５％程度の窒素の少なくとも１種類のガスを混合させてもよい。第１のパイロットガスの目的は、安定したパイロットアーク発生とメインアークへのスムーズな移行とである。従って、その為に、ガス流量、パイロットアーク発生の為の電流値、パイロットガスの電位傾度の比が適宜選択される。
　なお、本発明において、プラズマ化しやすいとは、電位傾度の比（表１参照）が小さいガスのことをいう。表１は、各種ガス気中の電位傾度の比較を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　　　　　　　　　　　　　　　　　 
　続く、第１の溶接工程では、第１のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持し、かつトーチスイッチをオフにした上で、メインアークの所定の電流値を溶接機の電流範囲内で変化させる。メインアークが所定の電流値（例えば、１０～３００、２～５００Ａの範囲内の所定の電流値）となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極４２と被溶接物１１との間に、メインアークを発生させて、被溶接物１１の溶接を行う。
　通常、ＴＩＧ用の溶接電源の無負荷電圧は、従来のプラズマ電源装置の無負荷電圧よりも小さいため、パイロットアークからメインアークに移行しにくいが、第１のパイロットガスとして、上述したプラズマ化しやすいガスを用いているため、メインアークへの移行が容易となる。
　被溶接物１１の溶接が完了した段階で、第１のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持した上で、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、一定時間（例えば、０～１０秒）クレータ電流を維持させる。
　クレータ電流としては、例えば、２～５００Ａの範囲内の所定の電流値を用いることができる。
　上記第１の溶接工程が終了後、アフターフロー処理を行う。
　アフターフローでは、トーチスイッチをオフ状態とし、メインアークの電流値を０Ａとし、さらに、第１のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持する。
　アフターフローの処理時間は、例えば、０～６０秒の範囲内で適宜選択することができる。
　このように、第１の溶接工程後に、アフターフローを行うことで、電極４２及び溶接ビードの酸化（焼け）を防止することができる。
　上記アフターフロー処理後、第１のパイロットガス及びシールドガスの供給を停止させる。
　第１実施形態のプラズマ溶接方法によれば、一般的な従来のプラズマ電源装置と比較して、低コストで、かつ無負荷電圧の小さいＴＩＧ溶接装置用の１つの溶接電源を溶接電源１４として用い、パイロットアーク発生工程において、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウム等のガスを用いても電極とインサートチップの間が近いため、パイロットアークを容易に発生させることが可能となる。また、ＴＩＧ溶接装置に設置されている高周波電源発生装置を利用することもできる。
　また、パイロットガスにプラズマ化しやすいガス（アルゴンなど）を用いることで、第１の溶接工程において、パイロットアークからメインアークに容易に移行することが可能となるので、溶接装置１０への初期投資を抑制した上で、溶け込み深さが６ｍｍ程度のプラズマ溶接を行うことができる。
　なお、第１の溶接工程において、シールドガスは、溶接装置１０の起動時から供給してもよいし、溶接装置１０の起動から第１の切り替えスイッチ１８を閉状態にするタイミングで供給してもよい。
　（第２実施形態）
　図３は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。図３において、図１に示す第１実施形態の溶接装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。
　図３では、説明の便宜上、溶接トーチ１２を構成するインサートチップ４３及びシールドキャップ４７と、被溶接物１１とを断面で図示する。また、図３では、第１の切り替えスイッチ１８が閉じ、第２の切り替えスイッチ７３が開いた状態を模式的に図示する。
　図３を参照するに、第２実施形態の溶接装置６０は、第１実施形態の溶接装置１０を構成する第１のパイロットガス供給ライン２５、ニードル弁２７、流量計２８、及び電磁弁２９に替えて、第１及び第２のニードル弁２７－１，２７－２、第１及び第２の流量計２８－１，２８－２、第１及び第２の電磁弁２９－１，２９－２、第２のパイロットガス供給源６２、第１のパイロットガス供給ライン６４、第１の逆止弁６５、第２のパイロットガス供給ライン６７、第２の逆止弁６８、及びパイロットガス供給ライン７１を有するとともに、第１及び第２の配線１７－１，１７－２を有する配線１７を含み、第２の切り替えスイッチ７３をさらに有すること以外は、溶接装置１０と同様に構成される。
　第１及び第２のニードル弁２７－１，２７－２は、第１実施形態で説明したニードル弁２７と同様な構成とされている。第１のニードル弁２７－１は、第１のパイロットガス供給ライン６４に設けられている。第２のニードル弁２７－２は、第２のパイロットガス供給ライン６７に設けられている。
　第１および第２の流量計２８－１，２８－２は、第１実施形態で説明した流量計２８と同様な構成とされている。第１の流量計２８－１は、第１のパイロットガス供給源２３と第１のニードル弁２７－１との間に位置する第１のパイロットガス供給ライン６４に設けられている。
　第２の流量計２８－２は、第２のパイロットガス供給源６２と第２のニードル弁２７－２との間に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７に設けられている。
　第１及び第２の電磁弁２９－１，２９－２は、第１実施形態で説明した電磁弁２９と同様な構成とされている。第１の電磁弁２９－１は、第１のパイロットガス供給源２３と第１の流量計２８－１との間に位置する第１のパイロットガス供給ライン６４に設けられている。第２の電磁弁２９－２は、第２のパイロットガス供給源６２と第２の流量計２８－２との間に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７に設けられている。
　第２のパイロットガス供給源６２は、第１のパイロットガス供給源２３が供給する第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガスを供給する。第２のパイロットガスとしては、例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガス等を用いることができる。
　アルゴン水素ガスは、溶け込み深さが深くする必要がある場合に好適なパイロットガスである。また、アルゴンヘリウムガスは、二層ステンレス鋼をプラズマ溶接する際に好適なパイロットガスである。
　第１のパイロットガス供給ライン６４は、一端が第１のパイロットガス供給源２３と接続されており、他端がパイロットガス供給ライン７１の一端と接続されている。
　第１の逆止弁６５は、第１のニードル弁２７－１と第１のパイロットガス供給ライン６４の他端との間に位置する第１のパイロットガス供給ライン６４に設けられている。
　第２のパイロットガス供給ライン６７は、その一端が第２のパイロットガス供給源６２と接続されており、他端がパイロットガス供給ライン７１と接続されている。
　第２の逆止弁６８は、第２のニードル弁２７－２と第２のパイロットガス供給ライン６７の他端との間に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７に設けられている。
　パイロットガス供給ライン７１は、その一端が第１及び第２のパイロットガス供給ライン６４，６７と接続されており、他端がパイロットガス供給路４５と接続されている。
　第２の切り替えスイッチ７３は、その一端が第１の配線１５から分岐した第１の配線１７－１の先端と接続されており、他端が第２の配線１７－２の一端に対して開閉可能な構成とされている。
　第２の切り替えスイッチ７３が閉じて、第２の配線１７－２の一端と接続されると、第１の配線１７－１と第２の配線１７－２とが電気的に接続される。
　第２の切り替えスイッチ７３が開くと、第１の配線１７－１と第２の配線１７－２とが電気的に絶縁される。
　第２の切り替えスイッチ７３としては、第１の切り替えスイッチ１８と同様なものを用いることができる。
　上記構成とされた第２実施形態の溶接装置は、電磁弁２９－２の後段に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７にもニードル弁２７－２が設けられているので、第２のパイロットガスの供給開始初期に発生する突流を防止することができる。
　また、パイロットガス供給ライン７１の一端の近傍に位置する第１のパイロットガス供給ライン６４に第１の逆止弁６５を設けるとともに、パイロットガス供給ライン７１の一端の近傍に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７に第２の逆止弁６８を設けることで、第１の逆止弁６５の前段に位置する第１のパイロットガス供給ライン６４に第２のパイロットガスが流入することや、第２の逆止弁６８の前段に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７に第１のパイロットガスが流入することを防止できる。
　図４は、図３に示す溶接装置を用いた第２実施形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
　図４の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図３に示す溶接装置６０の構成要素の符号に対応している。
　次いで、図３及び図４を参照して、図３に示す溶接装置６０を用いた場合を例に挙げて、第２実施形態のプラズマ溶接方法について説明する。
　第２実施形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが深い溶接を行う場合の溶接方法である。
　第２実施形態のプラズマ溶接方法は、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に接続し、電極４２とインサートチップ４３との間に、プラズマ化しやすい第１のパイロットガス１８を供給するとともに、インサートチップ４３とシールドキャップ４７との間にシールドガスを供給することで、電極４２とインサートチップ４３との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と；パイロットアーク発生工程後、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に切断した段階で、プラス端子１４Ａと被溶接物１１とを電気的に接続し、第１のパイロットガスの供給を停止するとともに、シールドガスの供給を継続した上で、電極４２とインサートチップ４３との間に、第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガスを供給して、プラス端子１４Ａと被溶接物１１との間に、メインアークを発生させて、被溶接物１１の溶接を行う第２の溶接工程とを含む。
　以下、図４に示すタイミングチャートを参照しながら、第２実施形態のプラズマ溶接方法が有する「パイロットアーク発生工程」及び「第１の溶接工程」について説明する。
　第２実施形態のプラズマ溶接方法におけるパイロットアーク発生工程では、第１実施形態で説明したパイロットアーク発生工程と同様な処理を行う。パイロットアーク発生工程では、第２の切り替えスイッチ７３は、開いた状態にする。
　第１のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、第１実施形態で説明した第１のパイロットガス及びシールドガスと同様なものを用いることができる。
　また、第１のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量は、第１実施形態の第１のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量と同様な値にすることができる。
　続く、第２の溶接工程では、第１のパイロットガスの供給を停止し、トーチスイッチをオフにし、シールドガスの供給量を維持した上で、第１及び第２の切り替えスイッチ１８，７３を閉じた状態にした後、第２の切り替えスイッチ７３を閉じたまま、瞬時に第１の切り替えスイッチ１８を開き、パイロットガス供給路４５内に、第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガス（例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガスやアルゴン窒素ガス等）を所定の流量（例えば、０．１～１０Ｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量値）供給する。
　そして、メインアークが所定の電流値（例えば、２～５００Ａの範囲内の所定の電流値）となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極４２と被溶接物１１との間に、メインアークを発生させて、被溶接物１１の溶接を行う。
　このように、第２の溶接工程において、第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガス（例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガスやアルゴン窒素ガス等）を用いることで、第１実施形態で説明した第１のパイロットガスを溶接工程で用いた場合と比較して、溶け込み深さを深くすることができる。
　また、第２の溶接工程において、第１及び第２の切り替えスイッチ１８，７３が閉じた状態にした後、瞬時に第１の切り替えスイッチ１８を開くことで、電極４２とインサートチップ４３との間に発生していたパイロットアークをメインアークに容易に移行させることができる。
　次いで、被溶接物１１の溶接が完了した段階で、第２のパイロットガス及びシールドガスの供給量を維持した上で、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、クレータ電流を一定時間維持させる。
　その後、第１実施形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
　第２実施形態のプラズマ溶接方法によれば、溶接装置６０への初期投資を抑制した上で、溶け込み深さの深いプラズマ溶接を行うことができる。
　（第３実施形態）
　図５は、本発明の第３実施形態に係るプラズマ溶接方法を実施する際に使用する溶接装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。
　図５において、図３に示す第２実施形態の溶接装置６０と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図５では、説明の便宜上、溶接トーチ１２を構成するインサートチップ４３及びシールドキャップ４７と、被溶接物１１とを断面で図示する。また、図５では、第１の切り替えスイッチ１８が閉じ、第２の切り替えスイッチ７３が開いた状態を模式的に図示する。
　図５を参照するに、第３実施形態の溶接装置８０は、第２実施形態の溶接装置６０の構成に、さらに、分岐ライン８４と、第３のニードル弁２７－３と、第３の流量計２８－３と、第３の電磁弁２９－３とを有すること以外は、溶接装置６０と同様に構成される。
　分岐ライン８４は、第２の電磁弁２９－２と第２のパイロットガス供給源６２との間に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７から分岐されており、第２のニードル弁２７－２と第２の逆止弁６８との間に位置する第２のパイロットガス供給ライン６７と接続されている。
　第３のニードル弁２７－３は、第１実施形態で説明したニードル弁２７と同様な構成とされている。第３のニードル弁２７－３は、分岐ライン８４に設けられている。
　第３の流量計２８－３は、第１実施形態で説明した流量計２８と同様な構成とされている。第３の流量計２８－３は、第２のパイロットガス供給源６２と第３のニードル弁２７－３との間に位置する分岐ライン８４に設けられている。
　第３の電磁弁２９－３は、第１実施形態で説明した電磁弁２９と同様な構成とされている。第３の電磁弁２９－３は、第３の流量計２８－３の前段に位置する分岐ライン８４に設けられている。
　上記構成とされた第３実施形態の溶接装置８０は、分岐ライン８４、第３のニードル弁２７－３、第３の流量計２８－３、及び第３の電磁弁２９－３を有することで、後述する第３の溶接工程において、第２のパイロットガスの流量を変更することができる。
　図６は、図５に示す溶接装置を用いた第３実施形態に係るプラズマ溶接方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
　図６の各タイミングチャートの縦軸に示す括弧内の数値は、図５に示す溶接装置８０の構成要素の符号に対応している。
　次いで、図５及び図６を参照して、図５に示す溶接装置８０を用いた場合を例に挙げて、第３実施形態のプラズマ溶接方法について説明する。
　第３実施形態のプラズマ溶接方法は、溶け込み深さが深い溶接を行う場合の溶接方法である。
　第３実施形態のプラズマ溶接方法は、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に接続し、電極４２とインサートチップ４３との間に、プラズマ化しやすい第１のパイロットガス１８を供給するとともに、インサートチップ４３とシールドキャップ４７との間にシールドガスを供給することで、電極４２とインサートチップ４３との間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と；パイロットアーク発生工程後に行う第３の溶接工程とを含み、
　第３の溶接工程は、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に切断した段階で、第２の切り替えスイッチ７３を閉じてプラス端子１４Ａと被溶接物１１とを電気的に接続し、第１のパイロットガスの供給を停止するとともに、シールドガスの供給を継続した上で、電極４２とインサートチップ４３との間に、第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガスを第１の流量で供給し、プラス端子１４Ａと被溶接物１１との間に、メインアークを発生させる第１の段階と、第３の溶接工程の最後において、シールドガスの供給を継続させた上で、第２のパイロットガスを第１の流量をよりも少ない第２の流量で供給する第２の段階とを有する。
　以下、図６に示すタイミングチャートを参照しながら、第３実施形態のプラズマ溶接方法が有する「パイロットアーク発生工程」及び「第３の溶接工程」について説明する。
　第３実施形態のプラズマ溶接方法を構成するパイロットアーク発生工程では、第２実施形態で説明したパイロットアーク発生工程と同様な処理を行う。このとき、パイロットアーク発生工程では、第２の切り替えスイッチ７３は、開いた状態にする。
　第１のパイロットガス及びシールドガスとしては、例えば、第２実施形態で説明したガスと同様なものを用いることができる。
　また、第１のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量は、第１実施形態の第１のパイロットガスの供給量及びシールドガスの供給量と同様な値にすることができる。
　続く、第３の溶接工程では、第１のパイロットガスの供給を停止し、トーチスイッチをオフにし、シールドガスの供給量を維持した上で、第１及び第２の切り替えスイッチ１８，７３が閉じた状態にした後、第２の切り替えスイッチ７３を閉じたまま、瞬時に第１の切り替えスイッチ１８を開き、パイロットガス供給路４５内に、第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガス（例えば、アルゴン水素ガスやアルゴンヘリウムガスやアルゴン窒素ガス等）を第１の流量（例えば、０．１～１０Ｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量値）供給する。
　そして、メインアークが所定の電流値（例えば、２～５００Ａの範囲内の所定の電流値）となるように、徐々に電流値を上昇させ、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極４２と被溶接物１１との間に、メインアークを発生させて、被溶接物１１の溶接を行う。
　次いで、被溶接物１１の溶接が完了した段階で、分岐ライン８４を介さない第２のパイロットガスの供給を停止し、分岐ライン８４を介して、第１の流量よりも少ない第２の流量で第２のパイロットガスを供給し、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、クレータ電流を一定時間維持させる。
　第１の流量が、例えば、３Ｌ／ｍｉｎの場合、第２の流量は、例えば、１Ｌ／ｍｉｎとすることができる。
　その後、第１実施形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
　第３実施形態のプラズマ溶接方法によれば、溶接装置８０への初期投資を抑制した上で、溶け込み深さが深く、かつ被溶接物１１を貫通する溶接を行うことができる。
　以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　例えば、図１に示す溶接装置１０において、配線１７に第２の切り替えスイッチ７３を設け、第２の切り替えスイッチ７３により、被溶接物１１と溶接電源１４のプラス端子１４Ａとを電気的に接続状態又は切断状態に切り替え可能な構成としてもよい。
　このような構成とされた溶接装置を用いる場合、パイロットアーク発生工程では、第１実施形態で説明したパイロットアーク発生工程とは、以下の点が異なる。
　上記構成とされた溶接装置では、パイロットアーク発生工程において、最初、第２の切り替えスイッチ７３は、開いた状態（電気的に接続されていない状態）にする。第１のパイロットガス２３及びシールドガス３２の種類及び供給量としては、例えば、第１実施形態で説明した第１のパイロットガス及びシールドガスの種類及び供給量と同様なものを用いることができる。
　続く、溶接工程では、トーチスイッチをオフにし、第１のパイロットガスの供給量、及びシールドガスの供給量を維持した上で、第１及び第２の切り替えスイッチ１８，７３が閉じた状態（電気的に接続された状態）にする。その後、瞬時に第１の切り替えスイッチ１８を開き、その後、所定の電流値を一定期間維持させることで、電極４２と被溶接物１１との間に、メインアークを発生させて、被溶接物１１の溶接を行う。
　上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、アークが途切れることなく、安定してメインアークを発生させることができる。その結果、初期の溶接工程においても、安定した溶接が可能となる。
　次に、図５に示す溶接装置８０の変形例について説明する。
　該変形例の溶接装置では、第２の切り替えスイッチ７３に替えて、溶接電源１４のプラス端子１４Ａと被溶接物１１と常に電気的に接続する配線を備えてもよい。
　この場合のプラズマ溶接方法は、下記パイロットアーク発生工程と、溶接工程とを含む。
　パイロットアーク発生工程では、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に接続し、電極４２とインサートチップ４３との間に、プラズマ化しやすい第１のパイロットガスを供給するとともに、インサートチップ４３とシールドキャップ４７との間にシールドガスを供給することで、電極４２とインサートチップ４３との間に、パイロットアークを発生させる。
　次いで、溶接工程では、パイロットアーク発生工程後、第１の切り替えスイッチ１８により、プラス端子１４Ａとインサートチップ４３とを電気的に切断し、第１のパイロットガス及びシールドガスの供給を継続した上で、電気的に接続されたプラス端子１４Ａと被溶接物１１との間に、メインアークを発生させることで、被溶接物１１の溶接を行う。
　その後、被溶接物１１の溶接が完了した段階で、分岐ライン８４を介して、所定の流量の第２のパイロットガスを供給し、トーチスイッチをオンにするとともに、メインアークを所定の電流値からクレータ電流値まで徐々に低下させ、その後、クレータ電流を一定時間維持させる。例えば、上記所定の流量は、例えば、１Ｌ／ｍｉｎとすることができる。
　その後、第３実施形態のアフターフロー処理と同様な手法により、アフターフロー処理を行う。
　つまり、溶接工程の初期において、第１のパイロットガス２３から第２のパイロットガス６２への切り替えをしないが、溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、分岐ライン８４から第２のパイロットガスを所定流量で供給する。
　上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、溶接部におけるクレータ部の凹みの発生や気孔発生を抑制できる。
　次に、図５に示す溶接装置８０の他の変形例について説明する。
　この場合、溶接工程の初期において、第１のパイロットガス２３から第２のパイロットガス６２への切り替えをしないが、溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させた上で、分岐ライン８４から第２のパイロットガスを所定の流量で供給する。
　上記構成とされた溶接装置及びプラズマ溶接方法によれば、突流を抑制できるとともに、溶接部におけるクレータ部の凹みの発生や気孔発生を抑制できる。
　上述した３つの変形例においても、第１ないし第３実施形態と同様に、第１のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス（アルゴン窒素ガス）のうちいずれか１種を用いることができる。
　また、第２のパイロットガスを用いる場合、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと窒素との混合ガスのうちいずれか１種のガスであって、かつ第１のパイロットガスよりも電位傾度の比が大きいガスを用いることができる。
　上述した３つの変形例において、メインアークを発生させる際に使用する電源として、ＴＩＧ溶接電源の無負荷電圧又はＴＩＧ溶接電源の高周波電圧発生装置を利用することができる。
　上記３つの変形例の溶接装置は、シールドガス供給源と接続され、溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給ラインと、パイロットガス供給源と接続され、溶接トーチにパイロットガスを供給するパイロットガス供給ラインとを含み、シールドガス供給ライン及び／又はパイロットガス供給ラインには、その上流側から下流側に向かう方向に、電磁弁と、逆止弁とを設けてもよい。
　上述したように、本願発明では、溶接対象、溶接目的に応じて、メインアーク発生工程において使用するスイッチの数、第１のパイロットガスと第２のパイロットガスとの切り替えの有無、そのパイロットガス種類と流量及び、溶接工程の最後におけるアフターフロー処理の有無を組み合わせることができる。
　なお、パイロットアーク発生工程、メインアーク発生工程、及びクレータ電流を一定時間維持する工程において、第１のパイロットガスの流量を同一としないで、夫々適宜変更しても良い。
　本発明は、溶接装置への初期投資を抑制した上で、プラズマ溶接を行うことの可能なプラズマ溶接方法に適用可能である。
　１０，６０，８０…溶接装置、１１…被溶接物、１２…溶接トーチ、１４…溶接電源、１４Ａ…プラス端子、１４Ｂ…マイナス端子、１５～１７…配線、１５－１，１７－１…第１の配線、１５－２，１７－２…第２の配線、１８…第１の切り替えスイッチ、１９…冷却水循環部、２１…循環ライン、２３…第１のパイロットガス供給源、２５，６４…第１のパイロットガス供給ライン、２７，３６…ニードル弁、２７－１…第１のニードル弁、２７－２…第２のニードル弁、２７－３…第３のニードル弁、２８，３７…流量計、２８－１…第１の流量計、２８－２…第２の流量計、２８－３…第３の流量計、２９，３９…電磁弁、２９－１…第１の電磁計、２９－２…第２の電磁計、２９－３…第３の電磁計、３２…シールドガス供給源、３４…シールドガス供給ライン、４２…電極、４２Ａ…先端部、４３…インサートチップ、４３Ａ…インサートチップ孔、４５…パイロットガス供給路、４７…シールドキャップ、４９…シールドガス供給路、５１…冷却水用流路、６２…第２のパイロットガス供給源、６５…第１の逆止弁、６７…第２のパイロットガス供給ライン、６８…第２の逆止弁、７１…パイロットガス供給ライン、７３…第２の切り替えスイッチ、８４…分岐ライン

Claims (10)

  1. 　ＴＩＧ溶接装置に使用される１つの溶接電源と、
    　所定方向に延在する電極、電極の周囲を囲むインサートチップ、及び該インサートチップの外側を囲むシールドキャップを含む溶接トーチと、
    　該溶接電源のプラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続または電気的に切断する第１の切り替えスイッチとを有する溶接装置を用いたプラズマ溶接方法であって、
    　前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に接続し、前記電極と前記インサートチップとの間に、プラズマ化しやすい第１のパイロットガスを供給するとともに、前記インサートチップと前記シールドキャップとの間にシールドガスを供給することで、前記電極と前記インサートチップとの間に、パイロットアークを発生させるパイロットアーク発生工程と、
    　前記パイロットアーク発生工程後、前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、前記第１のパイロットガス及び前記シールドガスの供給を継続しながら、前記電極と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行う第１の溶接工程とを有することを特徴とするプラズマ溶接方法。
  2. 　前記第１の溶接工程に替えて、第２の溶接工程を含み、
    　前記第２の溶接工程では、前記パイロットアーク発生工程後、前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断した段階で、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、前記第１のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続しながら、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガスを供給して、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させて、前記被溶接物の溶接を行うことを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶接方法。
  3. 　前記プラズマ溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第２の切り替えスイッチを含み、
    　前記第２の溶接工程では、前記第１の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第２の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、その後、前記第１の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする請求項２記載のプラズマ溶接方法。
  4. 　前記溶接装置は、前記プラス端子と前記被溶接物とを常に電気的に接続状態とする配線を有し、
    　前記第１の溶接工程に替えて、第３の溶接工程を含み、
    　前記第３の溶接工程は、
    　前記パイロットアーク発生工程後、前記第１の切り替えスイッチにより、前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に切断し、前記第１のパイロットガスの供給を停止するとともに、前記シールドガスの供給を継続した上で、前記電極と前記インサートチップとの間に、前記第１のパイロットガスよりもプラズマ溶接に適した第２のパイロットガスを第１の流量で供給し、前記プラス端子と前記被溶接物との間に、メインアークを発生させる第１の段階と、
    　前記第３の溶接工程の最後において、前記シールドガスの供給を継続させながら、前記第２のパイロットガスを前記第１の流量をよりも少ない第２の流量で供給する第２の段階とを有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶接方法。
  5. 　前記プラズマ溶接装置は、前記配線に替えて、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続または電気的に切断する第２の切り替えスイッチが設けられた他の配線を含み、
    　前記第３の溶接工程では、前記第１の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記インサートチップとが電気的に接続された状態で、前記第２の切り替えスイッチを用いて、前記プラス端子と前記被溶接物とを電気的に接続し、その後、前記第１の切り替えスイッチを用いて、瞬時に前記プラス端子と前記インサートチップとを電気的に絶縁することを特徴とする請求項４記載のプラズマ溶接方法。
  6. 　前記第１のパイロットガスとして、アルゴンガス、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、およびアルゴンと窒素との混合ガスのうちいずれか１種を用いることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項記載のプラズマ溶接方法。
  7. 　前記第２のパイロットガスとして、アルゴンと水素との混合ガス、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンと窒素との混合ガス、アルゴンとヘリウムと水素との混合ガス、およびアルゴンとヘリウムと窒素との混合ガスのうちいずれか１種のガスであって、かつ第１のパイロットガスよりも電位傾度の比が大きいガスを用いることを特徴とする請求項２ないし６のうちいずれか１項記載のプラズマ溶接方法。
  8. 　前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、ＴＩＧ溶接電源の無負荷電圧を利用することを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項記載のプラズマ溶接方法。
  9. 　前記メインアークを発生させる際に使用する電源として、ＴＩＧ溶接電源の高周波電圧発生装置を利用することを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項記載のプラズマ溶接方法。
  10. 　前記溶接装置は、シールドガス供給源と接続され、前記溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給ラインと、
    　パイロットガス供給源と接続され、前記溶接トーチにパイロットガスを供給するパイロットガス供給ラインとを含み、
    　前記シールドガス供給ライン及び／又は前記パイロットガス供給ラインには、その上流側から下流側に向かう方向に、電磁弁と、逆止弁とが設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項記載のプラズマ溶接方法。
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