JP3749061B2

JP3749061B2 - Plasma torch cleaning method and plasma processing apparatus

Info

Publication number: JP3749061B2
Application number: JP2000016990A
Authority: JP
Inventors: 田孝藤; 野優中
Original assignee: 日鐵溶接工業株式会社
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JP2001205446A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接，切断，加熱等の加工を行うプラズマ加工装置に関し、特に、プラズマトーチのノズル部材のクリーニングならびに該クリーニングに適した装置構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマトーチによる加工例えば鋼材の溶接においては、トーチ内部のタングステン電極棒を陰極として使用している。このタングステン棒の先端温度がアーク発生により非常に上昇しタングステン金属が蒸発飛散しノズル内面に付着し堆積する。また、加工材の表面ならびに内部の物質（メッキ材，鋼材）が溶融した時に蒸発飛散し、主にノズル部材の外表面に付着堆積する。この付着量が多くなると、アークの指向点が偏位したり動揺したりするなど、また、ノズル穴径が小さくなりすぎるとシリーズアークが発生するなど、不安定になって、溶接不良をもたらす。そこで従来は１〜３時間おきに、プラズマトーチの使用を停止して、工具で溶着金属を掻き落すなどにより、トーチのノズルまわりを掃除している。このような掃除は手作業であるので、トーチが冷えてから行なわなければならず、付着金属が凝固しているので除去しにくく、また、ノズル等を傷付けないように行なわなければならないので、かなりわずらわしい作業である。
【０００３】
そこで本出願人は、加工の終了時に、パイロットアークを維持するためにノズル部材へのプラズマガス供給と電極棒への通電を継続し、加工終了時の加工対象材に対してプラズマトーチが非作用となる時間後に、パイロットアークがガス流により弧状に曲がって伸びる流量に、ノズル部材へのプラズマガス供給量を高くして、高温，高速のガス流によりノズルおよび電極棒の付着物を吹き飛ばす、プラズマトーチのクリーニング方法を提示した(特許第２６８５９５２号)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電極棒の付着物除去ならびにノズル穴の内側の内壁面の付着物除去には効果があったが、ノズル穴面およびノズル穴の外側の外表面のクリーニング効果は低く、プラズマガスを多量に消費する割には、ノズル穴面およびノズル穴の外側の外表面のクリーニング効果が低かった。
【０００５】
本発明は、ノズル穴面およびノズル穴の外側の外表面のクリーニング効果を高くすることを第１の目的とし、それに加えて電極棒の付着物ならびにノズル穴の内側の内壁面の付着物を効果的に除去することを第２の目的とし、クリーニングによるノズル穴の外側の外表面の消耗は抑制することを第３の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）先端にノズル(3)を有するノズル部材(2)および該ノズル(3)の内部にあって先端が前記ノズル(3)に対向する電極棒(4)を備えるプラズマトーチ(1)の、前記ノズル部材(2)と電極棒(4)の間に、逆極性の直流電圧もしくは交流電圧を印加することを特徴とする、プラズマトーチのクリーニング方法。なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の記号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【０００７】
これによれば、ノズル部材(2)と電極棒(4)の間に、逆極性の直流電圧もしくは交流電圧を印加することにより、ノズル部材(2)が陰極となるアーク放電がノズル部材(2)と電極棒(4)の間に発生する。ノズル穴面およびノズル穴の外側の外表面の付着物はほとんどが酸化物であるので、該アーク放電のアークが、付着物を陰極点とするものとなり、陰極点となった付着物から電子が放出される。陰極点は局所的に高温となり、これによって付着物が高温になって溶解し飛散して行く。陰極点は突起物や酸化物表面にできやすい性質のため、ノズル部材(2)の該表面のきれいな部分よりも酸化物（付着物）を求めてアークが移動するため、自動的に広範囲に付着物が除去され、除去効果が大きい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（２）少なくとも前記電圧を印加している間少なくとも一時的に、前記ノズル部材(2)のノズル(3)から高速のガスを噴射する。これによれば、アーク長が長くなって、アークがノズル内面からノズル外表面にわたって広範囲に酸化物（付着物）を求めて移動するので、ノズル外表面の広範囲なクリーニングが実現する。
【０００９】
（３）少なくとも前記電圧を印加している間、前記ノズル部材(2)をシールドガスでシールドする。これによれば、ノズル部材(2)がシールドガスで覆われるので、ノズル部材(2)の外表面を酸化物（付着物）を求めて移動するアークによる２次酸化がシールドガスによって防がれ、クリーニングアークによるノズルの消耗を防止できる。
【００１０】
（４）先端にノズル(3)を有するノズル部材(2)および該ノズル部材の内部にあって先端が前記ノズルに対向する電極棒(4)を備えるプラズマトーチ(1)；
前記ノズル部材(2)の内部にプラズマガスを供給する手段(Sp,36,12,15)；
前記電極棒(4)と加工対象材(9)との間に、メインアークを発生するための電圧を印加するためのメインアークスイッチ(11)；
加工指示手段(Sa,21,22)；
前記ノズル部材(2)と電極棒(4)の間に、パイロットアークを発生するための正極性の電圧と、ノズル部材クリーニング用の逆極性の電圧もしくは交流電圧を、選択的に印加するためのパイロットアークスイッチ(6〜8)；および、
前記加工指示手段(Sa)が加工指示を発生するとパイロットアークスイッチ(6〜8)にてノズル部材(2)と電極棒(4)の間に正極性の電圧を印加し、それから設定時間(t1+t2)後にメインアークスイッチ(11)にて電極棒(4)と加工対象材(9)との間にメインアークを発生するための電圧を印加し、加工指示手段(Sa)が加工非指示になるとメインアークおよびパイロットアークを遮断し、それから設定時間(t5+t6)後にパイロットアークスイッチ(6〜8)にてノズル部材(2)と電極棒(4)の間にノズル部材クリーニング用の逆極性の電圧もしくは交流電圧を印加する制御手段(20)；
を備えるプラズマ加工装置。
【００１１】
これによれば、プラズマトーチ(1)による本来の加工処理を終える為に加工指示手段(Sa)が加工非指示になると、制御手段(20)が、メインアークおよびパイロットアークを遮断し、それから設定時間(t5+t6)後にパイロットアークスイッチ(6〜8)にてノズル部材(2)と電極棒(4)の間にノズル部材クリーニング用の逆極性の電圧もしくは交流電圧を印加する。したがって、加工処理の終了に伴って上記（１）に記述した付着物除去が自動的に行われ、プラズマトーチ(1)を常にきれいに維持する効果が高い。
【００１２】
（５）プラズマ加工装置は更に、前記ノズル部材(2)の内部へのプラズマガスの供給量を増量するための弁手段(13,17)を備え、前記制御手段(20)は、ノズル部材(2)と電極棒(4)の間にノズル部材クリーニング用の電圧を印加している間に、該弁手段(13,17)にて少なくとも一時的に、プラズマガスの供給量を増量する。これによれば、アーク長が長くなって、アークがノズル内面からノズル外表面にわたって広範囲に酸化物（付着物）を求めて移動するので、ノズル外表面の広範囲なクリーニングが実現する。
【００１３】
（６）プラズマ加工装置は更に、前記ノズル部材(2)をシールドするシールドガスをプラズマトーチに供給するための弁手段(14,16)を備え、前記制御手段(20)は、少なくともメインアークを発生している間ならびに前記ノズル部材クリーニング用の電圧によるパイロットアークを発生している間、該弁手段(14,16)にてシールドガスを供給する。これによれば、ノズル部材(2)がシールドガスで覆われるので、ノズル部材(2)の外表面を酸化物（付着物）を求めて移動するアークによる２次酸化がシールドガスによって防がれ、クリーニングアークによるノズルの消耗を防止できる。
【００１４】
（７）プラズマ加工装置は更に、制御モード指示手段(Sm)を備え、前記制御手段(20)は、前記加工指示手段(Sa)が加工指示を発生するとパイロットアークスイッチ(6〜8)にてノズル部材(2)と電極棒(4)の間に正極性の電圧を印加し、それから設定時間(t1+t2)後にメインアークスイッチ(11)にて電極棒(4)と加工対象材(9)との間にメインアークを発生するための電圧を印加し、加工指示手段(Sa)が加工非指示になるとメインアークおよびパイロットアークを遮断し、前記制御モード指示手段(Sm)がクリーニングモードを指示しているときにはそれから設定時間(t5+t6)後にパイロットアークスイッチ(6〜8)にてノズル部材(2)と電極棒(4)の間にノズル部材クリーニング用の逆極性の電圧もしくは交流電圧を印加する。
【００１５】
これによれば、制御モード指示手段(Sm)がクリーニングモードを指示していることを条件に制御手段(20)が、上記（１）に記述した付着物除去すなわちクリーニングを行なう。したがって、制御モード指示手段(Sm)を用いて、付着物除去を行うか否を選択設定できる。例えば３回の加工処理毎にあるいは延べ３０分の加工処理の経過後の加工処理終了毎に、１回のクリーニング（付着物除去）を行うなど、加工処理の作業効率を高くしてしかも必要なタイミングで効果的にクリーニング（付着物除去）を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１７】
【実施例】
第１図に、本発明を一態様で実施する装置構成を示す。プラズマトーチ１のノズル部材２には、流量調節弁１２および電磁開閉弁１５を通して、プラズマガスであるパイロットガスが供給されて、ノズル部材２の先端のノズル３より噴射される。ノズル部材２の外側の空間に、流量調節弁１４および電磁開閉弁１６を通して、シールドガスが供給されて、ノズル部材２の先端の外側のリング状のノズルより噴射される。
【００１８】
アークを起動するときには、パイロットアーク通電スイッチ６が閉じられ、これによりパイロット電源５の電圧がノズル部材２と電極棒４の間に印加されて、両者間にパイロットアークを発生する。この状態でメインアークスイッチ１１が閉じられると、これによりメイン電源１０の電圧が加工対象材９と電極棒４の間に印加されて、両者間にメインアークを発生する。このメインアークにより電離されたプラズマがノズル３から加工対象材９に噴射する。なお、第１図は移行型のプラズマトーチを示している。非移行型の場合には、電源１０が省略され、パイロット電源５がメイン電源とされる。
【００１９】
クリーニング（付着物除去）の時にパイロットガスをパルス的すなわち一時的に増量する為に、パイロットガス供給ライン上の流量調節弁１２および電磁開閉弁１５に並列に、増量供給用の流量調節弁１３および電磁開閉弁１７が接続されている。
【００２０】
また、クリーニング（付着物除去）の時にノズル部材２と電極棒４の間に加えるパイロットアーク電圧を溶接加工時とは逆極性にするためのパイロットアーク極性切換えスイッチ７，８が、パイロット電源５からトーチ１への給電ラインに介挿されている。極性切換えスイッチ７，８はリレースイッチであり、それらの電気コイルが非通電のときには、図１に示すように、黒丸で示す常閉接点に接片が閉じており、パイロット電源５の正極がノズル部材２に、負極が電極棒４に接続される。これが、溶接施工時の正極性電圧の印加態様である。極性切換えスイッチ７，８の電気コイルに通電があると、それらの接片が図１に白丸で示す常開接点に切り替わり接触して、パイロット電源５の正極が電極棒４に、負極がノズル部材２に接続される。これが、クリーニング時の逆極性電圧の印加態様である。
【００２１】
図１に示すスイッチ６，７，８，１１はリレードライバ３２，３３，３４によって切り替え駆動またはオン（閉）駆動され、電磁開閉弁１６，１５，１７はソレノイドドライバ３５，３６，３７によって開（開弁）駆動される。
【００２２】
制御回路２０には、パイロットガス供給指示スイッチＳｐ，アーク指示スイッチＳａ、ならびに、モード指示スイッチＳｍが接続されている。これらのスイッチはそれぞれ閉(オン)の時低レベルＬを出力し、それぞれのＬがパイロットガス供給指示，アーク発生指示およびクリーニングモード指示、を意味する。
【００２３】
図２に、図１に示す各要素の動作タイミングを示す。次に、各要素の動作を説明する。図１に加えて図２も参照されたい。作業者がパイロットガス供給指示スイッチＳｐを閉じると、ソレノイドドライバ３６が電磁開閉弁１５に通電し、これにより電磁開閉弁１５が弁開となって、パイロットガスがノズル部材２の内空間に供給され、そしてノズル３から噴出する。
【００２４】
作業者がアーク指示スイッチＳａを閉じると、その電源（＋Ｖｃ）側の接点の電位が、高レベルＨ（＋Ｖｃ）から低レベルＬ（機器アース）に切換り、この立下りに応答してパルス発生器２１が１パルスを発生し、このパルスがオアゲートを通してラッチ（フリップフロップ）２７のセット入力端Ｓに加わって、ラッチ２７がセット状態になって、そのＱ出力が、低レベルＬから高レベルＨに切換る。このＨに応答してリレードライバ３２がパイロットアーク通電スイッチ６（リレー）の電気コイルに通電し、これによりスイッチ６がオン（閉：導通）になる。これによりノズル部材２／電極棒４間に、パイロット電源５の電圧が加わり、ノズル部材２を正極、電極棒４を負極とする正極性のパイロットアークが発生する。
【００２５】
一方、パルス発生器２１が発生したパルスによって第１のプログラムタイマ２３がトリガされて計時を開始し、設定時間ｔ１の計時をした時点に、１パルスを、オアゲートを介してラッチ３０のセット端子Ｓに印加するとともに、再度計時を開始する。ラッチ３０はそのＱ出力をＬからＨに反転する。この出力Ｈによってソレノイドドライバ３５が付勢されて電磁開閉弁１６に通電し、電磁開閉弁１６が弁開となりノズル部材２の外側の空間にシールドガスが供給される。
【００２６】
その後、第１のプログラムタイマ２３が、設定時間ｔ２の計時をした時点に、１パルスを、ラッチ２９のセット端子Ｓに印加する。ラッチ２９はそのＱ出力をＬからＨに反転する。この出力Ｈによってリレードライバ３４が付勢されてメインアークスイッチ１１に通電し、メインアークスイッチ１１がオンとなり加工対象材９／電極棒４間に、メインアーク電源１０の電圧が加わってメインアークが発生する。これが溶接作業状態である。
【００２７】
溶接作業を終えるために作業者が、アーク指示スイッチＳａを開くと、その電源（＋Ｖｃ）側の接点の電位が、ＬからＨに切換り、この立上りに応答してパルス発生器２２が１パルスを発生し、このパルスがラッチ２９のリセット端子Ｒに加わって、ラッチ２９がリセット状態になって、そのＱ出力が、ＨからＬに切換りこれによりリレードライバ３４が消勢され、スイッチ１１がオフ（開：遮断）になってメインアークが消える。なお、図示しない溶接始端，終端処理回路がスイッチ１１に組付けられており、この回路の電流制御機能により実際には、メインアーク電流は図２に示すように、漸増，漸減の変化を示す。
【００２８】
一方、パルス発生器２２が発生したパルスによって第２のプログラムタイマ２４がトリガされて計時を開始し、設定時間ｔ３の計時をした時点に、１パルスを、オアゲートを介してラッチ３０のリセット端子Ｒに印加するとともに、再度計時を開始する。ラッチ３０はそのＱ出力をＨからＬに反転する。この出力Ｌによってソレノイドドライバ３５が消勢されて電磁開閉弁１６の通電が止まり、電磁開閉弁１６が弁閉となりノズル部材２の外側の空間へのシールドガスの供給が停止する。
【００２９】
その後、第２のプログラムタイマ２４が、設定時間ｔ４の計時をした時点に、１パルスを、ラッチ２７のリセット端子Ｒとアンドゲート３８に印加する。ラッチ２７はそのＱ出力をＨからＬに反転する。この出力Ｌによってリレードライバ３２が消勢されてパイロットアークスイッチ６の通電を遮断し、パイロットアークスイッチ６がオフとなり、パイロットアークが停止する。これが溶接終了後の、プラズマトーチ１への通電を停止した状態である。
【００３０】
ここで、モード指示スイッチＳｍがオフ（開：クリーニングの非指示）でＨレベルであると、アンドゲート３８がゲートオンであるので、第２のプログラムタイマ２４が設定時間ｔ４の計時をした時点に発生したパルスがアンドゲート３８およびオアゲートを通して第２のプログラムタイマ２４のクリア端子ＣＬＲに与えられ、第２のプログラムタイマ２４がそこで計時動作を停止して待機状態になる。この場合は、クリーニング動作は行われない。以上の経過を図２の「通常モード」と表示した区間に示す。
【００３１】
ところが、モード指示スイッチＳｍがオン（閉：クリーニングモードの指定）でＬレベルであると、アンドゲート３８がゲートオフであるので、第２のプログラムタイマ２４が設定時間ｔ４の計時をして発生したパルスはアンドゲート３８で遮断されるので、第２のプログラムタイマ２４はクリアされず、再度計時を開始する。そして設定時間ｔ５の計時をした時点に、１パルスを発生してラッチ２８のセット端子Ｓに与えると共に、オアゲートを通してラッチ３０のセット端子Ｓに与え、そして再度計時を開始する。ラッチ２８のＱ出力がＬからＨに反転して、リレースイッチ７，８のリレーコイルに電流が流れてそれらの接片が常閉接点（黒丸）から常開接点（白丸）に切換り接触する。一方、ラッチ３０のＱ出力がＬからＨに反転して、ソレノイドドライバ３５が付勢されて電磁開閉弁１６が開き、プラズマトーチ１にシールドガスが供給される。
【００３２】
第２のプログラムタイマ２４は、設定時間ｔ６の計時をした時点に１パルスを発生して再度オアゲートを通してラッチ２７をセットすると共に、再度計時を開始する。ラッチ２７がセットされてそのＱ出力が、低レベルＬから高レベルＨに切換り、このＨに応答してリレードライバ３２がパイロットアーク通電スイッチ６の電気コイルに通電し、これによりスイッチ６がオンになる。これによりノズル部材２／電極棒４間に、パイロット電源５の電圧が再度加わる。
【００３３】
この場合には、スイッチ７，８が切換っているので、ノズル部材２を負極、電極棒４を正極とする逆極性のパイロットアークが発生する。このパイロットアークが付着物（酸化物）を求めてノズル部材２の内面およびノズル３の穴面を動き回り、付着物を溶融飛散させる。パイロットガスがこの飛散物をノズル３の外部に放出する。
【００３４】
第２のプログラムタイマ２４は、設定時間ｔ７の計時をした時点に１パルスを発生してオアゲートを通してラッチ３１のセット端子Ｓに与えると共に再度計時を開始する。ラッチ３１のＱ出力がＬからＨになってソレノイドドライバ３７が付勢されて電磁開閉弁１７を開き、これによりノズル部材２に多量のパイロットガスが供給される。設定時間ｔ８の計時をした時点に第２のプログラムタイマ２４が１パルスを発生してラッチ３１をリセットしかつ再度計時を開始する。このリセットにより電磁開閉弁１７が閉じてパイロットガス流量が低下する。その後設定時間ｔ９の計時をした時点に第２のプログラムタイマ２４が１パルスを発生してオアゲートを通してラッチ３１のセット端子Ｓに与えると共に再度計時を開始する。ラッチ３１のＱ出力がＬからＨになってソレノイドドライバ３７が付勢されて電磁開閉弁１７を開き、これによりノズル部材２に再度、多量のパイロットガスが供給される。設定時間ｔ１０の計時をした時点に第２のプログラムタイマ２４が１パルスを発生してラッチ３１をリセットしかつ再度計時を開始する。このリセットにより電磁開閉弁１７が閉じてパイロットガス流量が低下する。
【００３５】
この２度の間欠的すなわちパルス的なパイロットガスの増量によって、パイロットアークによって溶融した付着物が強力に排出されると共に、パイロットアークがノズル３の外にも伸びてノズル部材２の、加工対象物９に対向する端面（外表面）の付着物も溶融飛散させる。この時、プラズマトーチ１のノズル部材２の外側にはシールドガスが供給されておりこのシールドガスが、ノズル部材２の外表面を酸化物を求めて移動する逆極性パイロットアークによるノズル部材２の２次酸化を防止する。
【００３６】
第２のプログラムタイマ２４は、更に設定時間ｔ１１の計時をした時点に１パルスを発生してオアゲートを通してラッチ２７のリセット端子Ｒに与えると共に再度計時を開始する。ラッチ２７がリセットされてリレードライバ３２が消勢されてスイッチ６をオフに戻すことにより、逆極性パイロットアークが消滅する。
【００３７】
その後設定時間ｔ１２の計時をした時点に第２のプログラムタイマ２４が１パルスを発生してオアゲートを通してラッチ３０のリセット端子Ｒと、ラッチ２８のリセット端子Ｒに与える。これにより、ラッチ３０がリセットされてソレノイドドライバ３５が消勢され電磁開閉弁１６が閉じると共に、ラッチ２８がリセットされてリレードライバ３２が消勢されて切換スイッチ７，８が、それらの接片が常閉接点に接触する図１に示す状態に戻る。作業者がパイロットガス供給指示スイッチＳｐを開に戻すと、ソレノイドドライバ３６が消勢されて電磁開閉弁１５への通電が遮断されて電磁開閉弁１５が閉じ、これによりノズル部材２内へのパイロットガスの供給が止まる。
【００３８】
モード指示スイッチＳｍが閉（Ｌ：クリーニング指示）である時には以上のように、プラズマ加工を終えてプラズマアークを消した後に、自動的に、シールドガスを供給しつつ逆極性のパイロットアークを発生しかつパルス的にパイロットガス流量を増量するクリーニング処理が行われる。以上のクリーニング処理の過程を図２の「クリーニングモード」と表示した区間に示す。
【００３９】
なお、上述の実施例では、切換スイッチ７，８でノズル部材２と電極棒４に加えるパイロットアーク電源５の極性を切換えるようにしているが、切換スイッチ７，８でノズル部材２と電極棒４を、直流電源５から交流電源に切換えるようにしても良い。交流電源を用いる場合には、ノズル部材２と電極棒４が交互に陰極になってそれらの付着物が溶融飛散するので、上述の実施例と同様なクリーニング効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を一態様で実施するプラズマ加工装置の構成の概要を示すブロック図である。
【図２】図１に示す装置の各要素の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１：プラズマトーチ２：ノズル部材
３：ノズル４：電極棒
５：パイロット電源６，７，８，１１：スイッチ
９：加工対象物１０：メイン電源
１２〜１４：調整弁１５〜１７：電磁開閉弁
２１，２２：パルス発生器２７〜３１：ラッチ
３８：アンドゲートＳｐ：パイロットガス供給指示スイッチ
Ｓａ：アーク指示スイッチＳｍ：モード指示スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing such as welding, cutting, and heating, and more particularly to cleaning of a nozzle member of a plasma torch and an apparatus configuration suitable for the cleaning.
[0002]
[Prior art]
In processing by a plasma torch, for example, in welding steel materials, a tungsten electrode rod inside the torch is used as a cathode. The tip temperature of the tungsten rod is greatly increased by the generation of an arc, and tungsten metal is evaporated and scattered, and adheres to and accumulates on the inner surface of the nozzle. Further, when the surface of the work material and the internal material (plating material, steel material) are melted, the material is evaporated and scattered, and is mainly deposited on the outer surface of the nozzle member. When this amount of adhesion increases, the directing point of the arc deviates or fluctuates, and when the nozzle hole diameter becomes too small, a series arc is generated, which leads to instability and poor welding. Therefore, conventionally, the use of the plasma torch is stopped every 1 to 3 hours, and the periphery of the nozzle of the torch is cleaned by scraping the weld metal with a tool. Since such cleaning is a manual operation, it must be performed after the torch has cooled down, and since the adhered metal is solidified, it is difficult to remove, and it must be performed so as not to damage the nozzle. It is annoying work.
[0003]
Therefore, at the end of processing, the present applicant continues to supply plasma gas to the nozzle member and energize the electrode rod in order to maintain the pilot arc, and the plasma torch does not act on the material to be processed at the end of processing. After a certain amount of time, the plasma flow increases the plasma gas supply rate to the nozzle member to a flow rate at which the pilot arc bends and extends in an arc shape by the gas flow, and blows away the deposits on the nozzle and electrode rod by the high-temperature, high-speed gas flow. A cleaning method for a torch has been presented (Japanese Patent No. 2,687,952).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, although it was effective in removing deposits from the electrode rod and deposits on the inner wall surface inside the nozzle hole, the cleaning effect on the nozzle hole surface and the outer surface outside the nozzle hole was low, and a large amount of plasma gas was consumed. The cleaning effect of the nozzle hole surface and the outer surface outside the nozzle hole was low for consumption.
[0005]
The first object of the present invention is to increase the cleaning effect of the nozzle hole surface and the outer surface outside the nozzle hole, and in addition to this, the deposit on the electrode rod and the deposit on the inner wall surface inside the nozzle hole are effective. The second purpose is to remove the target and the third purpose is to suppress the wear of the outer surface of the nozzle hole due to the cleaning.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1) of a plasma torch (1) having a nozzle member (2) having a nozzle (3) at the tip and an electrode rod (4) inside the nozzle (3) and facing the nozzle (3) at the tip A method for cleaning a plasma torch, wherein a DC voltage or AC voltage having a reverse polarity is applied between the nozzle member (2) and the electrode rod (4). In addition, in order to make an understanding easy, the symbol of the corresponding | compatible element of the Example shown in drawing and mentioned later is added to the parenthesis for reference. The same applies to the following.
[0007]
According to this, by applying a reverse polarity DC voltage or AC voltage between the nozzle member (2) and the electrode rod (4), an arc discharge in which the nozzle member (2) becomes a cathode is caused to occur in the nozzle member (2 ) And the electrode rod (4). Since most of the deposits on the nozzle hole surface and the outer surface outside the nozzle holes are oxides, the arc of the arc discharge has the deposit as a cathode spot. Released. The cathode spot is locally hot, which causes the deposit to become hot and melt and scatter. Since the cathode spot is easily formed on the surface of the protrusion and oxide, the arc moves to seek oxide (deposits) rather than the clean part of the surface of the nozzle member (2). The kimono is removed, and the removal effect is great.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(2) High-speed gas is ejected from the nozzle (3) of the nozzle member (2) at least temporarily during at least the application of the voltage. According to this, since the arc length becomes long and the arc moves in a wide range from the inner surface of the nozzle to the outer surface of the nozzle in search of oxides (deposits), a wide range of cleaning of the outer surface of the nozzle is realized.
[0009]
(3) The nozzle member (2) is shielded with a shielding gas at least while the voltage is applied. According to this, since the nozzle member (2) is covered with the shielding gas, the secondary oxidation by the arc moving on the outer surface of the nozzle member (2) in search of oxides (deposits) is prevented by the shielding gas. It is possible to prevent the nozzle from being consumed by the cleaning arc.
[0010]
(4) A plasma torch (1) comprising a nozzle member (2) having a nozzle (3) at the tip and an electrode rod (4) inside the nozzle member and having the tip facing the nozzle;
Means (Sp, 36, 12, 15) for supplying plasma gas into the nozzle member (2);
A main arc switch (11) for applying a voltage for generating a main arc between the electrode rod (4) and the workpiece (9);
Processing instruction means (Sa, 21, 22);
Between the nozzle member (2) and the electrode rod (4), a positive voltage for generating a pilot arc and a reverse polarity voltage or an AC voltage for cleaning the nozzle member are selectively applied. A pilot arc switch (6-8); and
When the processing instruction means (Sa) generates a processing instruction, a positive voltage is applied between the nozzle member (2) and the electrode rod (4) by a pilot arc switch (6-8), and then a set time (t1 + t2) After that, the main arc switch (11) applies a voltage for generating the main arc between the electrode rod (4) and the workpiece (9), and the processing instruction means (Sa) does not instruct the processing. The main arc and pilot arc are cut off, and after the set time (t5 + t6), the pilot arc switch (6-8) is used to reverse the nozzle member cleaning between the nozzle member (2) and the electrode rod (4). Control means (20) for applying polar or alternating voltage;
A plasma processing apparatus comprising:
[0011]
According to this, when the processing instruction means (Sa) is not instructed to finish the original processing by the plasma torch (1), the control means (20) cuts off the main arc and pilot arc and then sets After the time (t5 + t6), a reverse polarity voltage or an AC voltage for cleaning the nozzle member is applied between the nozzle member (2) and the electrode rod (4) by the pilot arc switch (6-8). Therefore, the deposit removal described in the above (1) is automatically performed with the end of the processing, and the effect of maintaining the plasma torch (1) always clean is high.
[0012]
(5) The plasma processing apparatus further includes valve means (13, 17) for increasing the amount of plasma gas supplied into the nozzle member (2), and the control means (20) includes a nozzle member ( While the nozzle member cleaning voltage is being applied between 2) and the electrode rod (4), the supply amount of the plasma gas is increased at least temporarily by the valve means (13, 17). According to this, since the arc length becomes long and the arc moves in a wide range from the inner surface of the nozzle to the outer surface of the nozzle in search of oxides (deposits), a wide range of cleaning of the outer surface of the nozzle is realized.
[0013]
(6) The plasma processing apparatus further includes valve means (14, 16) for supplying a shielding gas for shielding the nozzle member (2) to the plasma torch, and the control means (20) includes at least a main arc. During the generation and during the generation of the pilot arc by the voltage for cleaning the nozzle member, the shielding gas is supplied by the valve means (14, 16). According to this, since the nozzle member (2) is covered with the shielding gas, the secondary oxidation by the arc moving on the outer surface of the nozzle member (2) in search of oxides (deposits) is prevented by the shielding gas. It is possible to prevent the nozzle from being consumed by the cleaning arc.
[0014]
(7) The plasma processing apparatus further includes a control mode instruction means (Sm), and the control means (20) is operated by a pilot arc switch (6-8) when the processing instruction means (Sa) generates a processing instruction. A positive voltage is applied between the nozzle member (2) and the electrode rod (4), and then after a set time (t1 + t2), the main arc switch (11) and the electrode rod (4) and the workpiece (9) ) Is applied to generate a main arc, and when the machining instruction means (Sa) is not instructed to cut, the main arc and pilot arc are cut off, and the control mode instruction means (Sm) enters the cleaning mode. When instructed, a reverse polarity voltage or AC voltage for cleaning the nozzle member between the nozzle member (2) and the electrode rod (4) by the pilot arc switch (6-8) after a set time (t5 + t6) Apply.
[0015]
According to this, on the condition that the control mode instruction means (Sm) instructs the cleaning mode, the control means (20) performs the deposit removal, that is, cleaning described in the above (1). Therefore, it is possible to select and set whether or not to remove the deposit by using the control mode instruction means (Sm). For example, it is necessary to increase the working efficiency of the processing process, such as performing cleaning once (removing attached matter) every three processing processes or after the completion of the processing process after a total of 30 minutes. It becomes possible to perform cleaning (removal of deposits) effectively at the timing.
[0016]
Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
[0017]
【Example】
FIG. 1 shows an apparatus configuration for carrying out the present invention in one mode. A pilot gas, which is a plasma gas, is supplied to the nozzle member 2 of the plasma torch 1 through the flow rate control valve 12 and the electromagnetic on-off valve 15 and is injected from the nozzle 3 at the tip of the nozzle member 2. Shield gas is supplied to the space outside the nozzle member 2 through the flow rate control valve 14 and the electromagnetic on-off valve 16 and is injected from the ring-shaped nozzle outside the tip of the nozzle member 2.
[0018]
When starting the arc, the pilot arc energizing switch 6 is closed, whereby the voltage of the pilot power source 5 is applied between the nozzle member 2 and the electrode rod 4 to generate a pilot arc therebetween. When the main arc switch 11 is closed in this state, the voltage of the main power supply 10 is thereby applied between the workpiece 9 and the electrode rod 4, and a main arc is generated between them. Plasma ionized by the main arc is jetted from the nozzle 3 to the workpiece 9. FIG. 1 shows a transfer type plasma torch. In the case of the non-transfer type, the power supply 10 is omitted and the pilot power supply 5 is used as the main power supply.
[0019]
In order to increase the pilot gas in a pulsed manner, that is, temporarily during cleaning (removal of deposits), in parallel with the flow rate control valve 12 and the electromagnetic on-off valve 15 on the pilot gas supply line, the flow rate control valve 13 for increasing supply and An electromagnetic on-off valve 17 is connected.
[0020]
Also, pilot arc polarity change-over switches 7 and 8 for making the pilot arc voltage applied between the nozzle member 2 and the electrode rod 4 at the time of cleaning (removal of deposits) opposite to those at the time of welding are provided from the pilot power source 5. It is inserted in the power supply line to the torch 1. The polarity change-over switches 7 and 8 are relay switches. When the electric coils are not energized, as shown in FIG. 1, the contact piece is closed to the normally closed contact indicated by a black circle, and the positive electrode of the pilot power source 5 is the nozzle. The negative electrode is connected to the member 2 and the electrode rod 4. This is an application mode of the positive voltage at the time of welding construction. When the electric coils of the polarity changeover switches 7 and 8 are energized, their contact pieces are switched to the normally open contacts indicated by white circles in FIG. 1 so that the positive electrode of the pilot power source 5 is connected to the electrode rod 4 and the negative electrode is connected to the nozzle member. 2 is connected. This is an application mode of the reverse polarity voltage at the time of cleaning.
[0021]
The switches 6, 7, 8, and 11 shown in FIG. 1 are switched or turned on (closed) by relay drivers 32, 33, and 34, and the electromagnetic on-off valves 16, 15, and 17 are opened by solenoid drivers 35, 36, and 37 ( Opened) Driven.
[0022]
The control circuit 20 is connected to a pilot gas supply instruction switch Sp, an arc instruction switch Sa, and a mode instruction switch Sm. Each of these switches outputs a low level L when closed (ON), and each L means a pilot gas supply instruction, an arc generation instruction, and a cleaning mode instruction.
[0023]
FIG. 2 shows the operation timing of each element shown in FIG. Next, the operation of each element will be described. Please refer to FIG. 2 in addition to FIG. When the operator closes the pilot gas supply instruction switch Sp, the solenoid driver 36 energizes the electromagnetic opening / closing valve 15, thereby opening the electromagnetic opening / closing valve 15 and supplying pilot gas to the inner space of the nozzle member 2. And ejected from the nozzle 3.
[0024]
When the operator closes the arc indication switch Sa, the potential of the contact on the power supply (+ Vc) side is switched from the high level H (+ Vc) to the low level L (equipment ground), and a pulse is generated in response to this falling. The generator 21 generates one pulse, and this pulse is applied to the set input terminal S of the latch (flip-flop) 27 through the OR gate, so that the latch 27 is set and its Q output changes from the low level L to the high level H. Switch to. In response to this H, the relay driver 32 energizes the electric coil of the pilot arc energizing switch 6 (relay), whereby the switch 6 is turned on (closed: conductive). As a result, a voltage of the pilot power source 5 is applied between the nozzle member 2 and the electrode rod 4 to generate a positive pilot arc with the nozzle member 2 as the positive electrode and the electrode rod 4 as the negative electrode.
[0025]
On the other hand, the first program timer 23 is triggered by the pulse generated by the pulse generator 21 to start measuring time, and when the set time t1 is measured, one pulse is supplied to the set terminal S of the latch 30 via the OR gate. And start timing again. The latch 30 inverts its Q output from L to H. By this output H, the solenoid driver 35 is energized to energize the electromagnetic on-off valve 16, the electromagnetic on-off valve 16 is opened, and the shield gas is supplied to the space outside the nozzle member 2.
[0026]
Thereafter, one pulse is applied to the set terminal S of the latch 29 when the first program timer 23 measures the set time t2. The latch 29 inverts its Q output from L to H. The relay driver 34 is energized by this output H to energize the main arc switch 11, the main arc switch 11 is turned on, and the voltage of the main arc power supply 10 is applied between the workpiece 9 and the electrode rod 4 to generate the main arc. appear. This is the welding work state.
[0027]
When the operator opens the arc indication switch Sa to finish the welding operation, the potential of the contact on the power supply (+ Vc) side is switched from L to H, and the pulse generator 22 is turned on by one pulse in response to this rise. This pulse is applied to the reset terminal R of the latch 29, the latch 29 is reset, and its Q output is switched from H to L, whereby the relay driver 34 is de-energized and the switch 11 is turned off. Turns off (open: shuts off) and the main arc disappears. Note that a welding start and end processing circuit (not shown) is assembled to the switch 11, and the main arc current actually changes gradually and gradually as shown in FIG. 2 by the current control function of this circuit.
[0028]
On the other hand, the second program timer 24 is triggered by the pulse generated by the pulse generator 22 to start measuring time, and when measuring the set time t3, one pulse is supplied via the OR gate to the reset terminal R of the latch 30. And start timing again. The latch 30 inverts its Q output from H to L. The solenoid driver 35 is de-energized by this output L, the energization of the electromagnetic on-off valve 16 is stopped, the electromagnetic on-off valve 16 is closed, and the supply of shield gas to the space outside the nozzle member 2 is stopped.
[0029]
After that, the second program timer 24 applies one pulse to the reset terminal R and the AND gate 38 of the latch 27 when the set time t4 is counted. The latch 27 inverts its Q output from H to L. The relay driver 32 is de-energized by this output L to cut off the energization of the pilot arc switch 6, the pilot arc switch 6 is turned off, and the pilot arc is stopped. This is a state in which energization to the plasma torch 1 is stopped after the end of welding.
[0030]
Here, when the mode instruction switch Sm is off (open: cleaning is not instructed) and is at the H level, the AND gate 38 is on, so that the second program timer 24 measures the set time t4. The pulse thus applied is supplied to the clear terminal CLR of the second program timer 24 through the AND gate 38 and the OR gate, and the second program timer 24 stops the timing operation and enters a standby state. In this case, the cleaning operation is not performed. The above process is shown in the section labeled “normal mode” in FIG.
[0031]
However, when the mode instruction switch Sm is on (closed: designation of the cleaning mode) and is at the L level, the AND gate 38 is gate-off, so the pulse generated by the second program timer 24 counting the set time t4. Is interrupted by the AND gate 38, the second program timer 24 is not cleared and starts counting again. At the time when the set time t5 is measured, one pulse is generated and given to the set terminal S of the latch 28, is given to the set terminal S of the latch 30 through the OR gate, and time measurement is started again. The Q output of the latch 28 is inverted from L to H, and a current flows through the relay coils of the relay switches 7 and 8 so that their contact pieces are switched from the normally closed contact (black circle) to the normally open contact (white circle) and come into contact. . On the other hand, the Q output of the latch 30 is inverted from L to H, the solenoid driver 35 is energized, the electromagnetic on-off valve 16 is opened, and the shield gas is supplied to the plasma torch 1.
[0032]
The second program timer 24 generates one pulse when the set time t6 is measured, sets the latch 27 again through the OR gate, and starts counting again. The latch 27 is set and its Q output is switched from the low level L to the high level H. In response to this H, the relay driver 32 energizes the electric coil of the pilot arc energizing switch 6, thereby turning on the switch 6. become. As a result, the voltage of the pilot power source 5 is applied again between the nozzle member 2 and the electrode rod 4.
[0033]
In this case, since the switches 7 and 8 are switched, a reverse polarity pilot arc is generated with the nozzle member 2 as the negative electrode and the electrode rod 4 as the positive electrode. This pilot arc seeks the deposit (oxide) and moves around the inner surface of the nozzle member 2 and the hole surface of the nozzle 3 to melt and scatter the deposit. The pilot gas discharges the scattered matter to the outside of the nozzle 3.
[0034]
The second program timer 24 generates one pulse at the time when the set time t7 is measured, applies it to the set terminal S of the latch 31 through the OR gate, and starts counting again. The Q output of the latch 31 changes from L to H and the solenoid driver 37 is energized to open the electromagnetic on-off valve 17, whereby a large amount of pilot gas is supplied to the nozzle member 2. When the set time t8 is measured, the second program timer 24 generates one pulse, resets the latch 31, and starts counting again. By this reset, the electromagnetic on-off valve 17 is closed and the pilot gas flow rate is lowered. Thereafter, at the time when the set time t9 is measured, the second program timer 24 generates one pulse, gives it to the set terminal S of the latch 31 through the OR gate, and starts counting again. The Q output of the latch 31 changes from L to H and the solenoid driver 37 is energized to open the electromagnetic on-off valve 17, whereby a large amount of pilot gas is again supplied to the nozzle member 2. When the set time t10 is counted, the second program timer 24 generates one pulse, resets the latch 31, and starts counting again. By this reset, the electromagnetic on-off valve 17 is closed and the pilot gas flow rate is lowered.
[0035]
The two intermittent or pulsed increases in pilot gas cause the deposits melted by the pilot arc to be strongly discharged, and the pilot arc extends out of the nozzle 3 so that the workpiece of the nozzle member 2 is processed. The adhering matter on the end face (outer surface) facing 9 is also melted and scattered. At this time, a shielding gas is supplied to the outside of the nozzle member 2 of the plasma torch 1, and this shielding gas moves on the outer surface of the nozzle member 2 in search of oxides, and the 2 of the nozzle member 2 by a reverse polarity pilot arc. Prevent secondary oxidation.
[0036]
The second program timer 24 further generates one pulse at the time when the set time t11 is measured, applies it to the reset terminal R of the latch 27 through the OR gate, and starts counting again. The reverse polarity pilot arc is extinguished by resetting the latch 27 and deactivating the relay driver 32 to turn off the switch 6.
[0037]
Thereafter, when the set time t12 is counted, the second program timer 24 generates one pulse and applies it to the reset terminal R of the latch 30 and the reset terminal R of the latch 28 through the OR gate. As a result, the latch 30 is reset and the solenoid driver 35 is de-energized and the electromagnetic on-off valve 16 is closed, and the latch 28 is reset and the relay driver 32 is de-energized and the changeover switches 7 and 8 are connected to each other. The state returns to the state shown in FIG. 1 in contact with the normally closed contact. When the operator returns the pilot gas supply instruction switch Sp to the open state, the solenoid driver 36 is de-energized, the energization to the electromagnetic on-off valve 15 is cut off, and the electromagnetic on-off valve 15 is closed, whereby the pilot into the nozzle member 2 is closed. Gas supply stops.
[0038]
As described above, when the mode instruction switch Sm is closed (L: cleaning instruction), after the plasma processing is finished and the plasma arc is extinguished, a pilot arc having a reverse polarity is automatically generated while supplying the shielding gas. In addition, a cleaning process for increasing the pilot gas flow rate in a pulse manner is performed. The above-described cleaning process is shown in a section labeled “cleaning mode” in FIG.
[0039]
In the above-described embodiment, the polarity of the pilot arc power source 5 applied to the nozzle member 2 and the electrode rod 4 is switched by the changeover switches 7 and 8, but the nozzle member 2 and the electrode rod 4 are changed by the changeover switches 7 and 8. May be switched from the DC power supply 5 to the AC power supply. In the case of using an AC power source, the nozzle member 2 and the electrode rod 4 alternately become cathodes, and their deposits melt and scatter, so that the same cleaning effect as in the above-described embodiment can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of a plasma processing apparatus for carrying out the present invention in one mode.
FIG. 2 is a time chart showing the operation timing of each element of the apparatus shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1: Plasma torch 2: Nozzle member 3: Nozzle 4: Electrode rod 5: Pilot power supply 6, 7, 8, 11: Switch 9: Workpiece 10: Main power supply 12-14: Adjustment valve 15-17: Electromagnetic switching valve 21, 22: Pulse generators 27 to 31: Latch 38: AND gate Sp: Pilot gas supply instruction switch Sa: Arc instruction switch Sm: Mode instruction switch

Claims

先端にノズルを有するノズル部材および該ノズルの内部にあって先端が前記ノズルに対向する電極棒を備えるプラズマトーチの、前記ノズル部材と電極棒の間に、逆極性の直流電圧もしくは交流電圧を印加することを特徴とする、プラズマトーチのクリーニング方法。A reverse polarity DC voltage or AC voltage is applied between the nozzle member and the electrode rod of a plasma torch having a nozzle member having a nozzle at the tip and an electrode rod inside the nozzle and facing the nozzle. A method for cleaning a plasma torch, comprising:

少なくとも前記電圧を印加している間少なくとも一時的に、前記ノズル部材のノズルから高速のガスを噴射する、請求項１記載のプラズマトーチのクリーニング方法。The plasma torch cleaning method according to claim 1, wherein high-speed gas is ejected from a nozzle of the nozzle member at least temporarily while applying the voltage.

少なくとも前記電圧を印加している間、前記ノズル部材をシールドガスでシールドする、請求項１又は請求項２記載のプラズマトーチのクリーニング方法。The plasma torch cleaning method according to claim 1, wherein the nozzle member is shielded with a shielding gas at least while the voltage is applied.

先端にノズルを有するノズル部材および該ノズル部材の内部にあって先端が前記ノズルに対向する電極棒を備えるプラズマトーチ；
前記ノズル部材の内部にプラズマガスを供給する手段；
前記電極棒と加工対象材との間に、メインアークを発生するための電圧を印加するためのメインアークスイッチ；
加工指示手段；
前記ノズル部材と電極棒の間に、パイロットアークを発生するための正極性の電圧と、ノズル部材クリーニング用の逆極性の電圧もしくは交流電圧を、選択的に印加するためのパイロットアークスイッチ；および、
前記加工指示手段が加工指示を発生するとパイロットアークスイッチにてノズル部材と電極棒の間に正極性の電圧を印加し、それから設定時間後にメインアークスイッチにて電極棒と加工対象材との間にメインアークを発生するための電圧を印加し、加工指示手段が加工非指示になるとメインアークおよびパイロットアークを遮断し、それから設定時間後にパイロットアークスイッチにてノズル部材と電極棒の間にノズル部材クリーニング用の逆極性の電圧もしくは交流電圧を印加する制御手段；
を備えるプラズマ加工装置。A plasma torch comprising a nozzle member having a nozzle at the tip and an electrode rod inside the nozzle member and having the tip facing the nozzle;
Means for supplying plasma gas into the nozzle member;
A main arc switch for applying a voltage for generating a main arc between the electrode rod and the workpiece;
Processing instruction means;
A pilot arc switch for selectively applying a positive voltage for generating a pilot arc between the nozzle member and the electrode rod and a reverse polarity voltage or an AC voltage for cleaning the nozzle member; and
When the processing instruction means generates a processing instruction, a positive voltage is applied between the nozzle member and the electrode rod by a pilot arc switch, and after a set time, between the electrode rod and the material to be processed by the main arc switch. When the voltage for generating the main arc is applied and the processing instruction means is not instructed to process, the main arc and pilot arc are shut off, and then the nozzle member cleaning is performed between the nozzle member and the electrode rod by the pilot arc switch after a set time. Control means for applying a reverse polarity voltage or AC voltage for use;
A plasma processing apparatus comprising: