JPS61276768A - 非キ−ホ−ル形プラズマア−ク溶接における主プラズマア−クの点弧方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は被溶接物にキーホールを形成しないで溶接を行
う（非キーホール形）移行式プラズマアーク溶接におけ
る主プラズマアークの点弧方法忙関する。

（ロ）従来の技術 移行式プラズマアーク溶接法にはセンターガスにアルゴ
ンガスのような不活性ガスを用い、毎分当り数リットル
量の該ガスを拘束ノズル電極を通じて噴出させ、被溶接
物にキーホールをあけて溶接を進行させるキーホール形
プラズマアーク溶接法と、センターガスの流量を上記の
ものより小量に絞り（例えば０・２〜０・８ｔ／分程度
）、小電流域で使用し、被溶接物にキーホールをあけな
いで溶接を進行させるマイクロプラズマアーク溶接に代
表されハリ−ホール形プラズマアーク溶接法とがある。

このマイクロプラズマアーク溶接などの非キーホール形
プラズマアーク溶接法においては、その溶接法からくる
制約で、センターガスの流量をキーホール形プラズマア
ーク溶接法のように多量に流すことができないために、
パイロットアークが微弱であり、電極形状、電極表面の
状態、センターガスの流量などＫより１パイロツトアー
クの安定性が損われることが多々発生する。

例えば、数時間連続使用すると、センターガス中に含ま
れている酸素、窒素などの不純物ヤ金属蒸気の影響など
により、純タングステン電極では先端が消耗したり、ト
リャ入りタングステン電極では先端に再結晶リングが生
成されるなど非消耗電極の先端部が変形を生じ、これ忙
よプパイロットアークが拘束ノズル電極の先端から充分
外部まで突出できず、プラズマトーチを被溶接物に接近
させても非消耗電極と被溶接物の間にパイロットアーク
による電気的な橋渡しをすることが不能となり、主プラ
ズマアーク用電源を印加しても主プラズマアークを発生
させることができなくなる。

第７図は、非消耗電極２１としてトリャ入りタングステ
ン電極を使用し、連続して数時間使用した状態を示すも
のであるが、電極２１先端付近忙り（ングステンの再結
晶す、ング２２が成長し、やがてこの電極２１と拘束ノ
ズル電極２３内壁部との最短部がこの成長したリング外
周部になり、パイロットアーク２４を拘束ノズル電極２
３外部に突出することが困難となる。

なお、第６図は非消耗電極２１の使用初期の状態を表わ
し、２５はシールドガスノズル、２６はセンターガス供
給用流路、２７／ｆｉシールドガス供給用流路を表わす
。

このため、パイロットアークを正常に拘束ノズル電極外
部に突出させるために従来から二つの方法が採用されて
来た。その一つは非消耗電極をトーチ内から取り出して
グラインダー又はサンドペーパーなどで再整形する方法
であり、他の方法はプラズマアーク発生時にパイロット
アーク電流を瞬時的に増大し、パイロットアークにより
電離されたホットガス量を増す方法である。

ｅ→　発明が解決しようとする問題点 しかし上記従来の方法のうち、電極を再整形する場合は
、トーチを手動操作で使用する際ＦＣハ比較的容易な作
業であるが、ロボット組込み又は自動機組込みの場合は
、電極の交換や位置決めなどの段取シ時間が問題となシ
、自動機としての作業能率が低下するという欠点があっ
た。

また、パイロット電流を瞬時的に増大させる方法では、
電極の変形が比較的軽微な期間においてはある程度有効
であるが、さらに変形が進むと有効に作用せず、結局、
長時間連続して使用することはできなかった。

を改善して、一度トーチ内にセットした非消耗電極を再
整形することなく長時間使用り、得る非キーホール形プ
ラズマアーク溶接における主プラズマアークの点弧方法
を提供することを目的とする。

に）問題点を解決するための手段 本発明は上記の問題点を解決するため、非消耗電極と拘
束ノズル電極の間に発生させたパイロットアークによっ
て生じたプラズマガス流を通じて非消耗電極と被溶接物
の間に主プラズマアークを点弧させ、被溶接物にキーホ
ールを形成しないで行う非キーホール形プラズマアーク
溶接において、主プラズマアークを点弧する際に、セン
ターガスにインパルス状のセンターショックガスを加、
ｔてセンターガスの流量を瞬時的忙大きくするものであ
る。

（ホ）作　用 従来は数時間連続使用して非消耗電極の先端が変形する
と、パイロットアークが拘束ノズル電極先端から充分外
部に突出できず、非消耗電極と被溶接物の間にパイロッ
トアークによる電気的な橋渡しをすることが不可能なた
め主プラズマアークを発生させることができなかったが
、本発明では、状のセンターショックガスを加えてセン
ターガスの流量を瞬時的忙大きくするため、連続使用で
先端が変形した非消耗電極であっても、拘束ノズル電極
先端からパイロットアークを外部に突出させることがで
き、このため、主プラズマアークを容易に点弧させるこ
とができる。

（へ）実施例 以下本発明の実施例を図面忙ついて説明する。

第１図はマイクロプラズマアーク溶接において、本発明
の主プラズマアークの点弧方法を実施した場合のシーケ
ンスフローチャートであり、センターガス、シールドガ
ス、パイロットアーク電流、主プラズマアーク電流及び
センターショックガスの関係を示すものである。

第１図において、Ａ点は溶接起動の時点、Ｂ点は溶接停
止の時点、Ｐ点は主プラズマアーク用電源（溶接用電源
）が非消耗電極と被溶接物の間に印加されて主プラズマ
アークが点弧する時点である。図示の如く、センターガ
スが供給され、パイロットアーク電流が流れてパイロッ
トアークが点弧されている状態で、シールドガスが供給
されてＡ点で溶接起動がなされ、このシールドガスのプ
リフローの後ＦｃＰ点で溶接用電源が投入され、主プラ
ズマアーク電流が流れて主プラズマアークが１　　　　
　　　点弧する。そして、Ｂ点で溶接用電源が停止され
る。ｔｌ　はアフターシールド時間を示す。

これら一連のシーケンスは、従来、通常実施されるもの
であるが、本発明は主プラズマアークを点弧する際、す
なわち主プラズマ用電源（溶接用電源）を非消耗電極と
被溶接物の間に印加する際大きくすることに特徴がある
。

第１図に図示する如く、主プラズマアークを点弧する際
（Ｐ点付近）に、センターガスにインノくルス状のセン
ターショックガスが加えられる。さらに詳しく言えば、
溶接起動時（Ａ点）から適当な時間ｔｌ　　後、ガス供
給経路のガスパルプを開いて把ミヂ婁舅窯到トーチにセ
ンターショックガスを供給し始め、さらに溶接用電源が
投入されて主プラズマアークが点弧する時点（Ｐ点）で
上記ガスパルプを閉じてセンターショックガスの供給を
終了すれば、ガス供給経路のガスパルプの位置からトー
チ先端までは若干距離があるため、トーチ先端ではセン
ターショックガスの立ち下がり部分がＰ点と重なり合い
、主プラズマアークの点弧時（Ｐ点）に、トーチ先端に
はセンターショックガスが合流して通常より流量の大き
いセンターガスが流れ出すととになる。

しかし、これらセンターショックガスの供給開始・終了
のタイミング（ｔ＋ｔｂ）は適宜変えうるものであシ、
第１図のものに限定するものではない。要は、主プラズ
マアークの点弧時（Ｐ点）に、トーチ先端ではセンター
ショックガスが混じって一層流量の大きいセンターガス
が流れ出すような状態に設定されればよい。

しかしながら、主プラズマアークの点弧時以降も引き続
き比較的長い時間センターショックガスを供給し続ける
と、溶接開始時にセンターガスの流量が必要以上に大き
くなって、被溶接物にキーホールがあけられるなどの不
都合が生じる。したがって、第１図の実施例では、溶接
用電源の投入とともにセンターショックガスのガスパル
プを閉止せしめるようｋしたものであるが、要は、少く
とも主プラズマアークの点弧時点でのみセンターガスの
流量を一時的に増大すればよいから、センターショック
ガスの供給時間、は、例えば２０〜３０ｍ５ｅｃのきわ
めて短時間でよい。

またそもそ本センターガスは、センターガスにインパル
ス的忙加えてセンターガスの流量を一時的に調整するも
のであり、センターガスの一部となりトーチ先端から流
れ出るものであるから、センターガスと同種類のＡｒな
どの不活性ガスを使用すればよい。またその加える量は
、大き過ぎるとパイロットアークが消え、少な過ぎると
本発明の作用を成し得をいから適当なものに選ばれる。

第２図は、氷見明番実施する溶接トーチの構成及び電気
接続図である。図にお込て、ｌ＃ｉ非消非消耗極電極は
拘束ノズル電極、３はシールドガスノズル、４は電気的
絶縁を有するモールド材、５は非消耗電極１をトーチ本
体に固定するための導電性金属製のコレットチャック、
６はコレットチャック５を締付けるためのキャップ、７
は非常消耗電極を拘束ノズル電極の中心軸にセットする
ための電気的絶縁性を有する電極保持具、８はシールに ドガス用のガスレン〆、９は０リング、ｉｏ、ｈ非消耗
電極ｌと被溶接物１２に接続しこれらの間に主プラズマ
アークを点弧するための溶接用直流電源、１１は非消耗
電極ｌと拘束ノズル電極２Ｉ／ｃ接続しこれらの間にパ
イロットアークを点弧するためのパイロットアーク用直
流電源、１３ｔｊセンターガス供給用流路、１４はシー
ルドガス供給用流路、１５はセンターショックガス供給
用流路である。この第２図の溶接トーチは、従来のもの
とはセンターショックガス供給用流路１５を設ける点で
のみ異なる。

第３図はａｌＥ２図のトーチと組合せて使用するセンタ
ーガス及びセンターショックガス供給装置であり、例え
ばアルゴンなどの不活性ガスを充填したガス供給源から
、適当な圧力と流量に設定されたガスをセンターガス供
給用流路１３のガス流入端２０から受は入れ、流量調整
器１６を通してセンターガスとして常時一定量をトーチ
に供給している。またセンターガス供給用流路１３の流
量調整器１６が設けられる位置より上流側にセンターシ
ョックガス供給用流路１５が接続され、このセンターシ
ョックガス供給用流路１５にはここを流れるセンターシ
ョックガスをトーチに供給開始・停止の制御・を行うガ
スパルプ１７が設けられる。

このガスパルプ１７は溶接用電源に内蔵される制御装置
の制御信号に従って開閉制御される。

第４図は、本発明を実施する他の溶接トーチの構成及び
電気接続図であり、第２図のトーチが従来の本のにセン
ターガス供給用流路１３を新たに設けたものに対して、
第４図の溶接トーチは従来型そのものを表わす。この第
４図のトーチには第５図のセンターガス及びセンターシ
ョックガス供給装置を使用する。このことは、第５図の
ガス供給装置を使用すれば、特に改造を加えることなく
、従来型トーチがそのまま使用できることを意味する。

第５図に示すガス供給装置は、トーチにセンターショッ
クガス供給用流路１５を設けないため、上記のもののよ
うにセンターガスとセンターショックガスとがトーチ内
で合流するのではなく、トーチの手前で合流するようｋ
している。このため、トーチ内へ接続されるセンターガ
ス供給用流路１３にセンターショックガス供給用バイパ
ス路１５”ｊ−設けるものである。１７’＃ｉバイパス
路１５１Ｃ設はセンターショックガスの供給のタイミン
グを制御するガスパルプである。

本発明者らは実験で、本発明方法と従来方法を比較した
ところ、下記の表１の結果が得られた。

表１ 設定条件 （１）電　極・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・ＹＷＴ　ｈ　−２φ２．４■（２）定常パイ
ロット電流・・・・・・７Ａ（３）溶接電流＠＠＋　＊
＊＊　＋６＄　６＠・・・・・・・・・・１００Ａ（主
プラズマアーク） （４）センター字替−≠ガス　”・・”・Ａｒ　　０．
５ｔ／ａｈ（５）センターショックガ”　”’　””　
＝　Ａ　Ｔ　　１　、０１７／ｈ（６）シールドガス＊
４１１ｍｍ・・・・、４ｒ＋７％［，４２／ａｉｍ（７
）母　材・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
用水冷銅板（８）ノμ・母材間距離・・・−−−−−−
３■（９）アークオン拳オフタイム・・・１自・・主ア
ーク負荷時間１０秒間アーク休止時間１０秒間 叫判定条件・・自・・・・・・軸・・・川・・・アーク
オン・オフの連続くり返しで主プラズマアーク の点弧が一度も失敗しな い事 田設定条件による総時間は主アーク負荷時間の合計にア
ーク休止時間の合計を加算したものである。

田上記時間は、各々５回の平均値で小数点以下は四捨五
入したものである。

このように１本発明方法によれば、従来の方法に比べて
、一度トーチ内に非消耗電極をセットすルト、再整形し
なくとも主プラズマアー／Ｄ起ｍ特性が優れた状態で長
時間使用し得ることが確認された。

（ト）　　発明の効果 以上述べたように本発明は、非命−ホール形プラズマア
ーク溶接トーチの持つ欠点であるパイロットアークの不
安定性から生ずる主プラズマアークの起動特性の改善が
なされ、一度トーチ内にセットした非消耗電極を再整形
することなく長時間使用することが可能になった。そし
てこのことは溶接作業の能率を向上させること忙なり、
特に、ロボット組込みや自動機組込みの場合に大きな効
果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る溶接のシーケンスフロー
チャート、第２図は本発明を実施する溶接トーチの構成
及び電気接続図、第３図は第２図の溶接トーチと組合せ
るセンターガス供給装置、第４図は本発明を実施する他
の溶接トーチの構成１　　　　　　　及び電気接続図、
第５図は第４図の溶接トーチと組合せるセンターガス供
給装置、第６図及び第７図は溶接トーチの先端部の説明
図である。 １．２１　〜　非消耗電極 ２．２３〜　拘束ノズル電極 ｌＯ〜　溶接用直流電源 １１　　〜　パイロットアーク用直流電源１２　　〜　
被溶接物 １３．２６〜　センターガス供給用流路１５　　〜　セ
ンターショックガス供給用流路１５’　　　　〜　セン
ターショックガス供給用バイパス路１７．１７’〜　ガ
スパルプ ２４　　〜　パイロットアーク 特許出願人　　東亜精根株式会社 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非消耗電極と拘束ノズル電極の間に発生させたパイロッ
   トアークによつて生じたプラズマガス流を通じて、非消
   耗電極と被溶接物の間に主プラズマアークを点弧させ、
   被溶接物にキーホールを形成しないで行うプラズマアー
   ク溶接において、主プラズマアークを点弧する際に、セ
   ンターガスにインパルス状のセンターショックガスを加
   えてセンターガスの流量を瞬時的に大きくすることを特
   徴とする非キーホール形プラズマアーク溶接における主
   プラズマアークの点弧方法。