プラズマアーク溶接方法，多層盛溶接方法および装置
【課題】 アークによる開先幅方向の溶接範囲が広いプラズマアーク溶接を行う。融合不良等の溶接欠陥を生じない厚板狭開先多層盛溶接を行う。
【解決手段】 プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接において、電磁コイルが発生する磁界を、プラズマトーチのノズル近傍に配置した磁性体を介して、プラズマトーチと被加工材との間のプラズマアークに印加し、前記電磁コイルに流す電流によって前記被加工材に対するプラズマアークの指向方向を制御する、ことを特徴とする。電磁コイルの通電を間断して、あるいは通電極性を交互に切換えて、プラズマアークの指向方向を開先幅方向にオシレートする。
【解決手段】 プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接において、電磁コイルが発生する磁界を、プラズマトーチのノズル近傍に配置した磁性体を介して、プラズマトーチと被加工材との間のプラズマアークに印加し、前記電磁コイルに流す電流によって前記被加工材に対するプラズマアークの指向方向を制御する、ことを特徴とする。電磁コイルの通電を間断して、あるいは通電極性を交互に切換えて、プラズマアークの指向方向を開先幅方向にオシレートする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマアーク溶接に関し、特に、アークによる溶接範囲が広いプラズマアーク溶接に関する。本発明は、これに限定する意図ではないが、狭開先形状の多層盛溶接に好適である。
【背景技術】
【０００２】
図２に、本発明の一実施例で用いた、従来公知のプラズマ溶接装置の概要を示す。１はプラズマトーチで、電極２７，ノズル６を備え、電極２７とノズル６との間からプラズマガスを、またノズル６とシールドノズル５との間からシールドガスを噴出する。２８はメインアーク用の直流電源、２９はパイロットアーク用の直流電源である。３０は高周波電源でカップリングトランスＴを介して高周波電圧を電極２７に印加する。メインアーク用の直流電源２８は被加工材７と電極２７の間に、またパイロットアーク用の直流電源２９はノズル６と電極２７の間に電圧を印加してメインアーク電流Ｉｍ，パイロットアーク電流Ｉｐを供給する。プラズマトーチ１にプラズマガスを供給しそして高周波電源３０とパイロットアーク用の直流電源２９により電極２７とノズル６との間にパイロットアークを発生させ、プラズマトーチ１を被加工材７に接近させ、メインアーク用直流電源２８により電極２７と被加工材７との間にプラズマアークを発生させる。なお、図中Ｃは高周波電流のバイパスコンデンサである。図２に示すプラズマトーチ１を用いて、溶接する場合例えば特許文献１，特許文献２および特許文献３に開示されているように、プラズマアーク溶接の特徴である深い溶け込みが得られることを利用したプラズマキーホール溶接で1パス裏波溶接することが、一般に行われている。
【０００３】
一方、プラズマアークにワイヤを供給しながら行う多層盛溶接は、特許文献４や特許文献５に開示があり、これらには、Ｙ型開先として初層をプラズマキーホール溶接で裏波溶接した後に開先角度が６０〜９０°の広い開先内を数パス多層盛する技術の開示がある。
【０００４】
しかし、厚板のＵ型開先部をプラズマアーク溶接で多層盛溶接する場合は、プラズマトーチのノズル孔から噴出したプラズマアークが収束硬直したアークのため指向方向が高く、且つ、プラズマトーチのノズル６は水冷を行っているため外径が大きく、図８の（ａ）に示すようにプラズマトーチを傾けての溶接が行い難く、溶接金属１０が開先内の中央に寄って凸ビードの形状になる。図８の（ｂ）に示すように機械的にプラズマトーチをオシレートしても、Ｕ型の狭い開先ではプラズマトーチの移動自由度が低いので、プラズマアークが被加工材７に対して垂直に近い角度でしか溶接できず、その結果、溶接金属１０が凸状のビード形状となる。また、厚板のＵ型開先の中でプラズマトーチをオシレートするとプラズマトーチ１先端のノズル６が被加工材７の開先に接触し、シリーズアークが発生するという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５０４６号公報
【特許文献２】特開２００２−５９２６６号号公報
【特許文献３】特開２００５−１１１５３９号公報
【特許文献４】特開平７−１６７５３号公報
【特許文献５】特開２００２−２２４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アークによる溶接範囲が広いプラズマアーク溶接を行うことを第１の目的とし、融合不良等の溶接欠陥を生じない厚板狭開先多層盛溶接を行うことを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接において、電磁コイルが発生する磁界を、プラズマトーチのノズル近傍に配置した磁性体を介して、プラズマトーチと被加工材との間のプラズマアークに印加し、前記電磁コイルに流す電流によって前記被加工材に対するプラズマアークの指向方向を制御する、ことを特徴とするプラズマアーク溶接方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のプラズマアーク溶接方法によれば、プラズマトーチのノズル近傍に磁性体を配置して電磁コイルによって磁化し、該電磁コイルに流す電流によって、プラズマアークの指向方向を制御するので、例えば厚板狭開先多層盛溶接においても、プラズマトーチの位置や姿勢を変更することなく、電磁コイルに流す電流の極性および又は値の変更によって、狭開先内の広範囲に亘ってプラズマアークを指向させることができ、開先壁部に発生し易い融合不良等の溶接欠陥を防止できる。また、プラズマトーチ自体を揺動しなくても、狭開先形状内の所望位置を溶接することができ、ワイヤの使用量および溶接時間の大幅な低減が図れ、低コストで溶接作業性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のプラズマアーク溶接方法に用いるプラズマ溶接装置の例を示す概略図である。
【図２】プラズマトーチの断面図である。
【図３】本発明のプラズマアーク溶接方法に用いる電磁コイルの制御回路の例を示す図である。
【図４】(ａ)、（ｂ）、（ｃ）プラズマアークへ磁化された磁性体を近づけてアークの指向方向をコントロールする原理を示す図である。
【図５】(ａ)、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）電磁コイルの電流波形を示す図である。
【図６】(ａ)、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）電磁コイルによって磁化された磁性体によってプラズマアークの指向方向を種々コントロールする例を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）本発明の実施例におけるプラズマアークの偏向、揺動、ワイヤの狙い位置および溶接の積層を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）プラズマトーチを傾けて溶接（ａ）およびプラズマトーチを揺動して溶接（ｂ）した場合の溶接金属のビード形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（２）プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の電流値の変更を含む、上記（１）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１１】
（３）前記電磁コイルに電流を一方向に流して前記磁性体をＮ極又はＳ極に磁化してアークを偏向させて溶接する、上記（１）又は（２）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１２】
（４）前記電磁コイルへの電流の通電と停止を一定時間毎に繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１３】
（５）プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の極性の切換えを含む、上記（１）又は（２）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１４】
（６）前記電磁コイルの電流の極性を切り替えて前記磁性体を一定時間毎にＮ極とＳ極に交互に磁化することを繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、上記（１）又は（５）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１５】
（７）前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めた溶接パスを交互に繰り返して開先内の下方部を、上記（３）又は（４）に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【００１６】
（８）前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めかつプラズマアークを開先幅方向にオシレートする溶接パスを交互に繰り返して開先内の上方部を、上記（４）又は（６）に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【００１７】
（９）プラズマトーチ(1)のプラズマアークによって被加工材(7)を溶接するプラズマアーク溶接装置において、
電磁コイル(2)；
該電磁コイル(2)が発生する磁界を、前記プラズマトーチ(1)と前記被加工材(7)との間のプラズマアークに印加する磁性体(3)；
励磁設定手段(41)；および、
該励磁設定手段(41)の設定に対応する電流を前記電磁コイル(2)に通電する通電制御手段(42)；
を備えることを特徴とするプラズマアーク溶接装置。
【００１８】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の符号を、励磁として参考までに付記した。以下も同様である。
【００１９】
（１０）前記励磁設定手段(41)は、前記電磁コイル(2)に流す電流値(E)を指定する励磁電流設定器(15)を含み；前記通電制御手段(42)は、指定電流値(E)に対応する電流を前記電磁コイル(2)に通電する；上記（９）に記載のプラズマアーク溶接装置。
【００２０】
（１１）前記励磁設定手段(41)は、オシレート有無を指定するパターン指定手段(21)およびオシレートの態様を指定するパターン指定手段(22,23)を含み；前記通電制御手段(42)は、前記パターン指定手段(21)がオシレート有を指定するときは前記パターン指定手段(22,23)が指定する態様で前記電磁コイル(2)に通電する電流をオシレートし、オシレート無を指定するときは前記電磁コイル(2)に定電流連続通電する；上記（９）又は（１０）に記載のプラズマアーク溶接装置。
【００２１】
（１２）前記パターン指定手段(22,23)は、オシレート周波数を指定するオシレート周波数設定手段(F,22)およびオシレートパルス幅を指定するオシレートパルス幅設定手段(G,23)を含み；前記通電制御手段(42)は、前記指定があったオシレート周波数およびオシレートパルス幅でオシレートする電流を前記電磁コイル(2)に通電する；上記（１１）に記載のプラズマアーク溶接装置。
【００２２】
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。
【００２３】
図１に本発明のプラズマアーク溶接方法に用いるプラズマ溶接装置例の概要を示す。１はプラズマトーチで、その近傍に電磁コイル２、磁性体３、ワイヤガイド４を備えている。プラズマトーチ１はシールドノズル５からシールドガスを供給しながら、ノズル６から被加工材７へプラズマアーク８を発生させ、該プラズマアーク中にワイヤガイド４を介してワイヤ９を供給し、被加工材７の開先内に溶接金属１０を形成する。プラズマトーチ１の側方に配置された磁性体３の先端は、プラズマトーチ１と被加工材７との間のプラズマアークに磁界２６（図４）を与えるようにプラズマトーチ１の下端部に突出している。磁性体３が該磁界２６を発生するように、磁性体３に巻回された電磁コイル２が通電される。なお、磁性体３は本実施例ではフェライト鋼を用いたものであるが、その他の磁性体を用いることもできるが、電磁石コアとしての特性が良く耐熱性が高いものが好ましい。
【００２４】
図２に、図１に示すプラズマトーチ１の先端部と、該トーチ１に給電する溶接電源回路の概要を示す。プラズマトーチ１と溶接電源回路との組み合わせに係るプラズマアーク溶接装置は公知のものであり、既に説明したので、ここでの再度の記述は省略する。
【００２５】
図３に、図１に示す電磁コイル２に通電する電気回路の概要を示す。交流電源１１から電源開閉器１２を通して供給される電力は、一次側整流器１３で直流に変換されて通電制御回路４２の、IGBTによるフルブリッジ構成の一次インバータ１４に供給される。なお、電源開閉器１２は電源遮断器の機能もあり、過電流を検出すると給電を遮断する。
【００２６】
一次インバータ１４では、励磁設定回路４１の励磁電流設定器１５および通電制御回路４２の電流検出器１６から送られる電流指示値（目標電流値Ｅ）およびフィードバック値との比較機能がある一次ドライバ１７からの制御信号（ＰＷＭパルス）に合わせて直流電流を高周波でチョッピングする。すなわち、一次ドライバ１７が一次インバータ１４を、電磁コイル２の電流値を目標電流値ＥとなるようにＰＷＭ制御する。
【００２７】
この時の励磁電流設定器１５の目標電流値Ｅがプラズマアーク８の偏向角度θ（図６）に反映される。その後インバータトランス１８で変圧が行われ、二次側整流器１９で再度直流電流に整流されて電流検出器１６を通って、二次インバータ２０に流れる。この時、電流検出器１６で検出された励磁電流が一次ドライバ１７にフィードバックされる。二次ドライバ２４が、パターン指定手段であるオシレートパターン切替スイッチ２１，周波数設定器２２およびパルス幅設定器２３からのパターン指定信号，周波数の周期信号Ｆおよびパルス幅信号Ｇに基づいてオシレートパターン制御信号を生成して二次インバータ２０に与える。二次インバータ２０まで流れてきた直流電流は、IGBTによるハーフブリッジ構成の二次インバータ２０によって、オシレートパターン制御信号に基づいて交流，脈流に逆変換される。この時、周波数設定器２２の指定周波数の周期Fは電流波形の1サイクルの時間（周期）を定め、パルス幅設定器２３の指定パルス幅Gは、１サイクル内のパルス通電のパルス幅を定める。このパルス幅Ｇは、プラズマアーク８の揺動端部での停止時間となる。このように変換された電流が、電磁コイル２へ流れて磁界２６（図４）を発生する。
【００２８】
図４を参照して、磁性体３からプラズマアーク８に磁界を印加してプラズマアークの指向方向をコントロールする原理を説明する。プラズマアーク８は、図２に示す被加工材７からノズル６に向かって流れる電流であり、該電流によって磁界２５がノズル６方向から見て反時計回り方向にできる（図４の（ａ））。この磁界２５に、電磁コイル２への通電により磁性体３の先端がＮ極となる磁界２６が作用すると、磁性体３方向から見て右側の磁界２５は磁性体からの磁界２６によって強められ、左側の磁界２５は磁性体からの磁界２６によって弱められる（図４の（ｂ））。したがって、プラズマアーク８はフレミングの左手の法則により磁性体３方向から見て左側に偏向する（図４の（ｃ））。逆に電磁コイル２への通電極性を切換えて逆方向の磁界をプラズマアーク８に印加すると、プラズマアーク８は、磁性体３方向から見て右側に偏向する。
【００２９】
電磁コイル２への電流の流し方すなわち通電パターンは、二次ドライバ２４が、図３の励磁電流設定器１５の目標電流値Ｅ，オシレートパターン切替スイッチ２１の選択位置，周波数設定器２２の指定周波数の周期Ｆ、および、パルス幅設定器２３の指定パルス幅G、以上の４要素の組合せで決定する。実際のプラズマアーク８の偏向および揺動パターンは、オシレートパターン切替スイッチ２１の選択位置とパルス幅設定器２３の指定パルス幅Gの２要素で設定する。
【００３０】
パルス幅設定器２３に指定パルス幅Ｇが入力されていない状態(Ｇ＝０；デューティ０％)か、オシレートパターン切替スイッチ２３が「止」に設定されている場合は、二次ドライバ２４が二次インバータ２０に与える制御信号は通電停止を指示するものとなって、プラズマアーク８は、被加工材７に直行したアークになる。すなわちプラズマアーク８は偏向しない。
【００３１】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１００％（Ｇ＝最高値）であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ」位置の場合の電磁コイル２の電流波形は、図５の（ａ）のようになり、プラズマアーク８は磁性体３方向から見て（以下同じ）図６（ａ）のように左側の開先壁面方向に偏向する。
【００３２】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１００％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｓ」位置の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｂ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｂ）のように右側の開先壁面方向に偏向する。
【００３３】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１〜９９％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ」位置の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｃ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｃ）のように左側の開先壁面と開先底部間を揺動する。
【００３４】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１〜９９％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｓ」の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｄ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｄ）のように右側の開先壁面と開先底部間を揺動する。
【００３５】
オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ⇔Ｓ」位置の場合、パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇは強制的に5０％になる。電流の波形は図５ｋ（ｅ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｅ）のように左側の開先壁面と右側の開先壁面間を揺動する。
【００３６】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１〜９９％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ⇔止⇔Ｓ」位置の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｆ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｆ）のように開先底部で停止しながら左側の開先壁面と右側の開先壁面間を揺動する。
【００３７】
なお、これらの場合の溶接ワイヤ９の狙い位置は、プラズマアークが開先壁面へ偏向する場合、図６の（ａ），（ｂ）に示すようにプラズマアークの中心を狙うように設定し、左側または右側の開先壁面と開先底部間を揺動する場合は、図６の（ｃ），（ｄ）に示すように端部停止時間の長いほうのアークの中心を狙い、左側の開先壁面と右側の開先壁面間および開先底部で停止しながら左側の開先壁面と右側の開先壁面間を揺動する場合は、図６の（ｅ），（ｆ）に示すようにトーチ中心下を狙うように設定する。
【実施例】
【００３８】
図１に示すプラズマ溶接装置を用いて、被加工材７としてＳＵＳ３０４鋼板の板厚１５ｍｍを、Ｕ型開先、ルート３ｍｍ、ルート半径５ｍｍ、および、開先角度１５°、に機械加工した開先を、ルートギャップ０ｍｍに組み立てて溶接をした。その主な溶接条件を表1に示す。なお、溶接方向は図１に矢印で示す方向（ｙ）で行い、磁性体３の板厚Ａは７ｍｍ、ノズル６のノズル孔から磁性体３までの距離Ｂを１２ｍｍ、ノズル６先端と磁性体３の高低差Dを０．２ｍｍで行った。
【００３９】
【表１】
初層の溶接はプラズマキーホール溶接で片面裏波溶接を行い、均一で良好な裏波ビードと表ビード形状を得ることができた。
【００４０】
多層盛溶接は、開先側面の溶け残しによる融合不良を無くすために図７の（ａ）〜（ｈ）に示すように振分け多層盛溶接をした。また、アークを揺動させた時のワイヤ９の狙い位置も図７の（ａ）〜（ｈ）に示す。
【００４１】
まず、一層目の溶接は、励磁設定回路４１のパルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇを「１００％」にし、オシレート切替スイッチ２１を「Ｎ」位置に設定してアークを開先壁面側に偏向させて図７の（ａ）に示すように溶接を行った。オシレートをしていないため熱が集中してビード形状はやや凸形状になったが溶接金属１０に傾斜をつけていることと、次パスの溶接でオシレート切替スイッチ２１を「Ｓ」位置に切り替えて反対側へアークを偏向させて図７の（ｂ）に示すように振分け溶接を行うことによって溶接不良が起こらないようにした。結果、溶接不良が無く均一で良好なビード形状が得られた。
【００４２】
次層の溶接も図７の（ｃ），（ｄ）のように前層と同一条件で溶接した結果、溶接不良が無く均一で良好なビード形状が得られた。このように、開先内の下方部は、被加工材７の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めた溶接パスを交互に繰り返すことによって、溶接不良が無く均一で良好なビード形状が得られる。
【００４３】
３層目は、開先の幅が広くなったので、周波数設定器２２に溶接速度に合わせた周波数の周期Fを入力し、開先形状に合わせてパルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇを入力し、オシレート切替スイッチ２１を「Ｎ」位置に切り替えてアークを揺動して溶接した。結果、図７の（ｅ）に示すように幅広の凹ビードを形成することができた。
【００４４】
３層目の２パス目は、オシレート切替スイッチ２１を「Ｓ」位置に切り替えてアークを揺動して溶接した。その結果、図７の（ｆ）に示すように幅広の凹ビードを得ることができた。
【００４５】
最終層の１パス目の溶接は、融合不良を防ぐために図７の（ｇ）に示すようにプラズマトーチを開先の淵側へ若干寄せて、オシレート切替スイッチ２１を「Ｓ⇔Ｎ」位置に切り替えて、アークを揺動させてビード幅が広くなるように溶接を行った。
【００４６】
また、最終パスは、図７の（ｆ）に示すように前層と最終層１パス目の谷部を中心として、オシレート切替スイッチ３１を「Ｓ⇔止⇔Ｎ」位置に切り替えて、アークの揺動を中央部で停止しながら揺動させて、該谷部を十分溶かすと共にビード幅が広くなるように溶接を行った。その結果、図７の（ｈ）に示すような良好なビード形状が得られた。このように、開先内の上方部は、被加工材７の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めかつプラズマアークを開先幅方向にオシレートする溶接パスを交互に繰り返すことによって、良好なビード形状が得られる。
【００４７】
この実施例で溶接を行った被加工材（試験体）に対して、X線試験およびマクロ試験を行って溶接領域を観察したが、ブローホールやピット、融合不良等の溶接欠陥は皆無であった。
【符号の説明】
【００４８】
１：プラズマトーチ
２：電磁コイル
３：磁性体
４：ワイヤガイド
５：シールドノズル
６：ノズル
７：被加工材
８：プラズマアーク
９：ワイヤ
１０：溶接金属
１１：交流電源
１２：電源開閉器
１３：一次側整流器
１４：一次インバータ
１５：励磁電流設定器
１６：電流検出器
１７：一次ドライバ
１８：インバータトランス
１９：二次側整流器
２０：二次インバータ
２１：オシレートパターン切替スイッチ
２２：周波数設定器
２３：パルス幅設定器
２４：二次ドライバ
２５：磁界
２６：磁界
２７：電極
２８：メインアーク用直流電源
２９：パイロットアーク用直流電源
３０：高周波電源
３１：ノズル孔
３２：融合不良
３３：キーホール初層溶接
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマアーク溶接に関し、特に、アークによる溶接範囲が広いプラズマアーク溶接に関する。本発明は、これに限定する意図ではないが、狭開先形状の多層盛溶接に好適である。
【背景技術】
【０００２】
図２に、本発明の一実施例で用いた、従来公知のプラズマ溶接装置の概要を示す。１はプラズマトーチで、電極２７，ノズル６を備え、電極２７とノズル６との間からプラズマガスを、またノズル６とシールドノズル５との間からシールドガスを噴出する。２８はメインアーク用の直流電源、２９はパイロットアーク用の直流電源である。３０は高周波電源でカップリングトランスＴを介して高周波電圧を電極２７に印加する。メインアーク用の直流電源２８は被加工材７と電極２７の間に、またパイロットアーク用の直流電源２９はノズル６と電極２７の間に電圧を印加してメインアーク電流Ｉｍ，パイロットアーク電流Ｉｐを供給する。プラズマトーチ１にプラズマガスを供給しそして高周波電源３０とパイロットアーク用の直流電源２９により電極２７とノズル６との間にパイロットアークを発生させ、プラズマトーチ１を被加工材７に接近させ、メインアーク用直流電源２８により電極２７と被加工材７との間にプラズマアークを発生させる。なお、図中Ｃは高周波電流のバイパスコンデンサである。図２に示すプラズマトーチ１を用いて、溶接する場合例えば特許文献１，特許文献２および特許文献３に開示されているように、プラズマアーク溶接の特徴である深い溶け込みが得られることを利用したプラズマキーホール溶接で1パス裏波溶接することが、一般に行われている。
【０００３】
一方、プラズマアークにワイヤを供給しながら行う多層盛溶接は、特許文献４や特許文献５に開示があり、これらには、Ｙ型開先として初層をプラズマキーホール溶接で裏波溶接した後に開先角度が６０〜９０°の広い開先内を数パス多層盛する技術の開示がある。
【０００４】
しかし、厚板のＵ型開先部をプラズマアーク溶接で多層盛溶接する場合は、プラズマトーチのノズル孔から噴出したプラズマアークが収束硬直したアークのため指向方向が高く、且つ、プラズマトーチのノズル６は水冷を行っているため外径が大きく、図８の（ａ）に示すようにプラズマトーチを傾けての溶接が行い難く、溶接金属１０が開先内の中央に寄って凸ビードの形状になる。図８の（ｂ）に示すように機械的にプラズマトーチをオシレートしても、Ｕ型の狭い開先ではプラズマトーチの移動自由度が低いので、プラズマアークが被加工材７に対して垂直に近い角度でしか溶接できず、その結果、溶接金属１０が凸状のビード形状となる。また、厚板のＵ型開先の中でプラズマトーチをオシレートするとプラズマトーチ１先端のノズル６が被加工材７の開先に接触し、シリーズアークが発生するという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５０４６号公報
【特許文献２】特開２００２−５９２６６号号公報
【特許文献３】特開２００５−１１１５３９号公報
【特許文献４】特開平７−１６７５３号公報
【特許文献５】特開２００２−２２４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アークによる溶接範囲が広いプラズマアーク溶接を行うことを第１の目的とし、融合不良等の溶接欠陥を生じない厚板狭開先多層盛溶接を行うことを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接において、電磁コイルが発生する磁界を、プラズマトーチのノズル近傍に配置した磁性体を介して、プラズマトーチと被加工材との間のプラズマアークに印加し、前記電磁コイルに流す電流によって前記被加工材に対するプラズマアークの指向方向を制御する、ことを特徴とするプラズマアーク溶接方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のプラズマアーク溶接方法によれば、プラズマトーチのノズル近傍に磁性体を配置して電磁コイルによって磁化し、該電磁コイルに流す電流によって、プラズマアークの指向方向を制御するので、例えば厚板狭開先多層盛溶接においても、プラズマトーチの位置や姿勢を変更することなく、電磁コイルに流す電流の極性および又は値の変更によって、狭開先内の広範囲に亘ってプラズマアークを指向させることができ、開先壁部に発生し易い融合不良等の溶接欠陥を防止できる。また、プラズマトーチ自体を揺動しなくても、狭開先形状内の所望位置を溶接することができ、ワイヤの使用量および溶接時間の大幅な低減が図れ、低コストで溶接作業性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のプラズマアーク溶接方法に用いるプラズマ溶接装置の例を示す概略図である。
【図２】プラズマトーチの断面図である。
【図３】本発明のプラズマアーク溶接方法に用いる電磁コイルの制御回路の例を示す図である。
【図４】(ａ)、（ｂ）、（ｃ）プラズマアークへ磁化された磁性体を近づけてアークの指向方向をコントロールする原理を示す図である。
【図５】(ａ)、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）電磁コイルの電流波形を示す図である。
【図６】(ａ)、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）電磁コイルによって磁化された磁性体によってプラズマアークの指向方向を種々コントロールする例を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）本発明の実施例におけるプラズマアークの偏向、揺動、ワイヤの狙い位置および溶接の積層を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）プラズマトーチを傾けて溶接（ａ）およびプラズマトーチを揺動して溶接（ｂ）した場合の溶接金属のビード形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（２）プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の電流値の変更を含む、上記（１）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１１】
（３）前記電磁コイルに電流を一方向に流して前記磁性体をＮ極又はＳ極に磁化してアークを偏向させて溶接する、上記（１）又は（２）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１２】
（４）前記電磁コイルへの電流の通電と停止を一定時間毎に繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１３】
（５）プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の極性の切換えを含む、上記（１）又は（２）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１４】
（６）前記電磁コイルの電流の極性を切り替えて前記磁性体を一定時間毎にＮ極とＳ極に交互に磁化することを繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、上記（１）又は（５）に記載のプラズマアーク溶接方法。
【００１５】
（７）前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めた溶接パスを交互に繰り返して開先内の下方部を、上記（３）又は（４）に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【００１６】
（８）前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めかつプラズマアークを開先幅方向にオシレートする溶接パスを交互に繰り返して開先内の上方部を、上記（４）又は（６）に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【００１７】
（９）プラズマトーチ(1)のプラズマアークによって被加工材(7)を溶接するプラズマアーク溶接装置において、
電磁コイル(2)；
該電磁コイル(2)が発生する磁界を、前記プラズマトーチ(1)と前記被加工材(7)との間のプラズマアークに印加する磁性体(3)；
励磁設定手段(41)；および、
該励磁設定手段(41)の設定に対応する電流を前記電磁コイル(2)に通電する通電制御手段(42)；
を備えることを特徴とするプラズマアーク溶接装置。
【００１８】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の符号を、励磁として参考までに付記した。以下も同様である。
【００１９】
（１０）前記励磁設定手段(41)は、前記電磁コイル(2)に流す電流値(E)を指定する励磁電流設定器(15)を含み；前記通電制御手段(42)は、指定電流値(E)に対応する電流を前記電磁コイル(2)に通電する；上記（９）に記載のプラズマアーク溶接装置。
【００２０】
（１１）前記励磁設定手段(41)は、オシレート有無を指定するパターン指定手段(21)およびオシレートの態様を指定するパターン指定手段(22,23)を含み；前記通電制御手段(42)は、前記パターン指定手段(21)がオシレート有を指定するときは前記パターン指定手段(22,23)が指定する態様で前記電磁コイル(2)に通電する電流をオシレートし、オシレート無を指定するときは前記電磁コイル(2)に定電流連続通電する；上記（９）又は（１０）に記載のプラズマアーク溶接装置。
【００２１】
（１２）前記パターン指定手段(22,23)は、オシレート周波数を指定するオシレート周波数設定手段(F,22)およびオシレートパルス幅を指定するオシレートパルス幅設定手段(G,23)を含み；前記通電制御手段(42)は、前記指定があったオシレート周波数およびオシレートパルス幅でオシレートする電流を前記電磁コイル(2)に通電する；上記（１１）に記載のプラズマアーク溶接装置。
【００２２】
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。
【００２３】
図１に本発明のプラズマアーク溶接方法に用いるプラズマ溶接装置例の概要を示す。１はプラズマトーチで、その近傍に電磁コイル２、磁性体３、ワイヤガイド４を備えている。プラズマトーチ１はシールドノズル５からシールドガスを供給しながら、ノズル６から被加工材７へプラズマアーク８を発生させ、該プラズマアーク中にワイヤガイド４を介してワイヤ９を供給し、被加工材７の開先内に溶接金属１０を形成する。プラズマトーチ１の側方に配置された磁性体３の先端は、プラズマトーチ１と被加工材７との間のプラズマアークに磁界２６（図４）を与えるようにプラズマトーチ１の下端部に突出している。磁性体３が該磁界２６を発生するように、磁性体３に巻回された電磁コイル２が通電される。なお、磁性体３は本実施例ではフェライト鋼を用いたものであるが、その他の磁性体を用いることもできるが、電磁石コアとしての特性が良く耐熱性が高いものが好ましい。
【００２４】
図２に、図１に示すプラズマトーチ１の先端部と、該トーチ１に給電する溶接電源回路の概要を示す。プラズマトーチ１と溶接電源回路との組み合わせに係るプラズマアーク溶接装置は公知のものであり、既に説明したので、ここでの再度の記述は省略する。
【００２５】
図３に、図１に示す電磁コイル２に通電する電気回路の概要を示す。交流電源１１から電源開閉器１２を通して供給される電力は、一次側整流器１３で直流に変換されて通電制御回路４２の、IGBTによるフルブリッジ構成の一次インバータ１４に供給される。なお、電源開閉器１２は電源遮断器の機能もあり、過電流を検出すると給電を遮断する。
【００２６】
一次インバータ１４では、励磁設定回路４１の励磁電流設定器１５および通電制御回路４２の電流検出器１６から送られる電流指示値（目標電流値Ｅ）およびフィードバック値との比較機能がある一次ドライバ１７からの制御信号（ＰＷＭパルス）に合わせて直流電流を高周波でチョッピングする。すなわち、一次ドライバ１７が一次インバータ１４を、電磁コイル２の電流値を目標電流値ＥとなるようにＰＷＭ制御する。
【００２７】
この時の励磁電流設定器１５の目標電流値Ｅがプラズマアーク８の偏向角度θ（図６）に反映される。その後インバータトランス１８で変圧が行われ、二次側整流器１９で再度直流電流に整流されて電流検出器１６を通って、二次インバータ２０に流れる。この時、電流検出器１６で検出された励磁電流が一次ドライバ１７にフィードバックされる。二次ドライバ２４が、パターン指定手段であるオシレートパターン切替スイッチ２１，周波数設定器２２およびパルス幅設定器２３からのパターン指定信号，周波数の周期信号Ｆおよびパルス幅信号Ｇに基づいてオシレートパターン制御信号を生成して二次インバータ２０に与える。二次インバータ２０まで流れてきた直流電流は、IGBTによるハーフブリッジ構成の二次インバータ２０によって、オシレートパターン制御信号に基づいて交流，脈流に逆変換される。この時、周波数設定器２２の指定周波数の周期Fは電流波形の1サイクルの時間（周期）を定め、パルス幅設定器２３の指定パルス幅Gは、１サイクル内のパルス通電のパルス幅を定める。このパルス幅Ｇは、プラズマアーク８の揺動端部での停止時間となる。このように変換された電流が、電磁コイル２へ流れて磁界２６（図４）を発生する。
【００２８】
図４を参照して、磁性体３からプラズマアーク８に磁界を印加してプラズマアークの指向方向をコントロールする原理を説明する。プラズマアーク８は、図２に示す被加工材７からノズル６に向かって流れる電流であり、該電流によって磁界２５がノズル６方向から見て反時計回り方向にできる（図４の（ａ））。この磁界２５に、電磁コイル２への通電により磁性体３の先端がＮ極となる磁界２６が作用すると、磁性体３方向から見て右側の磁界２５は磁性体からの磁界２６によって強められ、左側の磁界２５は磁性体からの磁界２６によって弱められる（図４の（ｂ））。したがって、プラズマアーク８はフレミングの左手の法則により磁性体３方向から見て左側に偏向する（図４の（ｃ））。逆に電磁コイル２への通電極性を切換えて逆方向の磁界をプラズマアーク８に印加すると、プラズマアーク８は、磁性体３方向から見て右側に偏向する。
【００２９】
電磁コイル２への電流の流し方すなわち通電パターンは、二次ドライバ２４が、図３の励磁電流設定器１５の目標電流値Ｅ，オシレートパターン切替スイッチ２１の選択位置，周波数設定器２２の指定周波数の周期Ｆ、および、パルス幅設定器２３の指定パルス幅G、以上の４要素の組合せで決定する。実際のプラズマアーク８の偏向および揺動パターンは、オシレートパターン切替スイッチ２１の選択位置とパルス幅設定器２３の指定パルス幅Gの２要素で設定する。
【００３０】
パルス幅設定器２３に指定パルス幅Ｇが入力されていない状態(Ｇ＝０；デューティ０％)か、オシレートパターン切替スイッチ２３が「止」に設定されている場合は、二次ドライバ２４が二次インバータ２０に与える制御信号は通電停止を指示するものとなって、プラズマアーク８は、被加工材７に直行したアークになる。すなわちプラズマアーク８は偏向しない。
【００３１】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１００％（Ｇ＝最高値）であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ」位置の場合の電磁コイル２の電流波形は、図５の（ａ）のようになり、プラズマアーク８は磁性体３方向から見て（以下同じ）図６（ａ）のように左側の開先壁面方向に偏向する。
【００３２】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１００％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｓ」位置の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｂ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｂ）のように右側の開先壁面方向に偏向する。
【００３３】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１〜９９％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ」位置の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｃ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｃ）のように左側の開先壁面と開先底部間を揺動する。
【００３４】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１〜９９％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｓ」の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｄ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｄ）のように右側の開先壁面と開先底部間を揺動する。
【００３５】
オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ⇔Ｓ」位置の場合、パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇは強制的に5０％になる。電流の波形は図５ｋ（ｅ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｅ）のように左側の開先壁面と右側の開先壁面間を揺動する。
【００３６】
パルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇが１〜９９％であり、オシレートパターン切替スイッチ２１が「Ｎ⇔止⇔Ｓ」位置の場合の電磁コイルの電流波形は図５の（ｆ）のようになり、プラズマアーク８は図６の（ｆ）のように開先底部で停止しながら左側の開先壁面と右側の開先壁面間を揺動する。
【００３７】
なお、これらの場合の溶接ワイヤ９の狙い位置は、プラズマアークが開先壁面へ偏向する場合、図６の（ａ），（ｂ）に示すようにプラズマアークの中心を狙うように設定し、左側または右側の開先壁面と開先底部間を揺動する場合は、図６の（ｃ），（ｄ）に示すように端部停止時間の長いほうのアークの中心を狙い、左側の開先壁面と右側の開先壁面間および開先底部で停止しながら左側の開先壁面と右側の開先壁面間を揺動する場合は、図６の（ｅ），（ｆ）に示すようにトーチ中心下を狙うように設定する。
【実施例】
【００３８】
図１に示すプラズマ溶接装置を用いて、被加工材７としてＳＵＳ３０４鋼板の板厚１５ｍｍを、Ｕ型開先、ルート３ｍｍ、ルート半径５ｍｍ、および、開先角度１５°、に機械加工した開先を、ルートギャップ０ｍｍに組み立てて溶接をした。その主な溶接条件を表1に示す。なお、溶接方向は図１に矢印で示す方向（ｙ）で行い、磁性体３の板厚Ａは７ｍｍ、ノズル６のノズル孔から磁性体３までの距離Ｂを１２ｍｍ、ノズル６先端と磁性体３の高低差Dを０．２ｍｍで行った。
【００３９】
【表１】
初層の溶接はプラズマキーホール溶接で片面裏波溶接を行い、均一で良好な裏波ビードと表ビード形状を得ることができた。
【００４０】
多層盛溶接は、開先側面の溶け残しによる融合不良を無くすために図７の（ａ）〜（ｈ）に示すように振分け多層盛溶接をした。また、アークを揺動させた時のワイヤ９の狙い位置も図７の（ａ）〜（ｈ）に示す。
【００４１】
まず、一層目の溶接は、励磁設定回路４１のパルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇを「１００％」にし、オシレート切替スイッチ２１を「Ｎ」位置に設定してアークを開先壁面側に偏向させて図７の（ａ）に示すように溶接を行った。オシレートをしていないため熱が集中してビード形状はやや凸形状になったが溶接金属１０に傾斜をつけていることと、次パスの溶接でオシレート切替スイッチ２１を「Ｓ」位置に切り替えて反対側へアークを偏向させて図７の（ｂ）に示すように振分け溶接を行うことによって溶接不良が起こらないようにした。結果、溶接不良が無く均一で良好なビード形状が得られた。
【００４２】
次層の溶接も図７の（ｃ），（ｄ）のように前層と同一条件で溶接した結果、溶接不良が無く均一で良好なビード形状が得られた。このように、開先内の下方部は、被加工材７の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めた溶接パスを交互に繰り返すことによって、溶接不良が無く均一で良好なビード形状が得られる。
【００４３】
３層目は、開先の幅が広くなったので、周波数設定器２２に溶接速度に合わせた周波数の周期Fを入力し、開先形状に合わせてパルス幅設定器２３の指定パルス幅Ｇを入力し、オシレート切替スイッチ２１を「Ｎ」位置に切り替えてアークを揺動して溶接した。結果、図７の（ｅ）に示すように幅広の凹ビードを形成することができた。
【００４４】
３層目の２パス目は、オシレート切替スイッチ２１を「Ｓ」位置に切り替えてアークを揺動して溶接した。その結果、図７の（ｆ）に示すように幅広の凹ビードを得ることができた。
【００４５】
最終層の１パス目の溶接は、融合不良を防ぐために図７の（ｇ）に示すようにプラズマトーチを開先の淵側へ若干寄せて、オシレート切替スイッチ２１を「Ｓ⇔Ｎ」位置に切り替えて、アークを揺動させてビード幅が広くなるように溶接を行った。
【００４６】
また、最終パスは、図７の（ｆ）に示すように前層と最終層１パス目の谷部を中心として、オシレート切替スイッチ３１を「Ｓ⇔止⇔Ｎ」位置に切り替えて、アークの揺動を中央部で停止しながら揺動させて、該谷部を十分溶かすと共にビード幅が広くなるように溶接を行った。その結果、図７の（ｈ）に示すような良好なビード形状が得られた。このように、開先内の上方部は、被加工材７の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めかつプラズマアークを開先幅方向にオシレートする溶接パスを交互に繰り返すことによって、良好なビード形状が得られる。
【００４７】
この実施例で溶接を行った被加工材（試験体）に対して、X線試験およびマクロ試験を行って溶接領域を観察したが、ブローホールやピット、融合不良等の溶接欠陥は皆無であった。
【符号の説明】
【００４８】
１：プラズマトーチ
２：電磁コイル
３：磁性体
４：ワイヤガイド
５：シールドノズル
６：ノズル
７：被加工材
８：プラズマアーク
９：ワイヤ
１０：溶接金属
１１：交流電源
１２：電源開閉器
１３：一次側整流器
１４：一次インバータ
１５：励磁電流設定器
１６：電流検出器
１７：一次ドライバ
１８：インバータトランス
１９：二次側整流器
２０：二次インバータ
２１：オシレートパターン切替スイッチ
２２：周波数設定器
２３：パルス幅設定器
２４：二次ドライバ
２５：磁界
２６：磁界
２７：電極
２８：メインアーク用直流電源
２９：パイロットアーク用直流電源
３０：高周波電源
３１：ノズル孔
３２：融合不良
３３：キーホール初層溶接
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接において、電磁コイルが発生する磁界を、プラズマトーチのノズル近傍に配置した磁性体を介して、プラズマトーチと被加工材との間のプラズマアークに印加し、前記電磁コイルに流す電流によって前記被加工材に対するプラズマアークの指向方向を制御する、ことを特徴とするプラズマアーク溶接方法。
【請求項２】
プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の電流値の変更を含む、請求項１に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項３】
前記電磁コイルに電流を一方向に流して前記磁性体をＮ極又はＳ極に磁化してアークを偏向させて溶接する、請求項１又は２に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項４】
前記電磁コイルへの電流の通電と停止を一定時間毎に繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項５】
プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の極性の切換えを含む、請求項１又は２に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項６】
前記電磁コイルの電流の極性を切り替えて前記磁性体を一定時間毎にＮ極とＳ極に交互に磁化することを繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、請求項１又は５に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項７】
前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めた溶接パスを交互に繰り返して開先内の下方部を、請求項３又は４に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【請求項８】
前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めかつプラズマアークを開先幅方向にオシレートする溶接パスを交互に繰り返して開先内の上方部を、請求項４又は６に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【請求項９】
プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接装置において、
電磁コイル；
該電磁コイルが発生する磁界を、前記プラズマトーチと前記被加工材との間のプラズマアークに印加する磁性体；
励磁設定手段；および、
該励磁設定手段の設定に対応する電流を前記電磁コイルに通電する通電制御手段；
を備えることを特徴とするプラズマアーク溶接装置。
【請求項１０】
前記励磁設定手段は、前記電磁コイルに流す電流値を指定する励磁電流設定器を含み；前記通電制御手段は、指定電流値に対応する電流を前記電磁コイルに通電する；請求項９に記載のプラズマアーク溶接装置。
【請求項１１】
前記励磁設定手段は、オシレート有無を指定するパターン指定手段およびオシレートの態様を指定するパターン指定手段を含み；前記通電制御手段は、前記パターン指定手段がオシレート有を指定するときは前記パターン指定手段が指定する態様で前記電磁コイルに通電する電流をオシレートし、オシレート無を指定するときは前記電磁コイルに定電流連続通電する；請求項９又は１０に記載のプラズマアーク溶接装置。
【請求項１２】
前記パターン指定手段は、オシレート周波数を指定するオシレート周波数設定手段およびオシレートパルス幅を指定するオシレートパルス幅設定手段を含み；前記通電制御手段は、前記指定があったオシレート周波数およびオシレートパルス幅でオシレートする電流を前記電磁コイルに通電する；請求項１１に記載のプラズマアーク溶接装置。
【請求項１】
プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接において、電磁コイルが発生する磁界を、プラズマトーチのノズル近傍に配置した磁性体を介して、プラズマトーチと被加工材との間のプラズマアークに印加し、前記電磁コイルに流す電流によって前記被加工材に対するプラズマアークの指向方向を制御する、ことを特徴とするプラズマアーク溶接方法。
【請求項２】
プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の電流値の変更を含む、請求項１に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項３】
前記電磁コイルに電流を一方向に流して前記磁性体をＮ極又はＳ極に磁化してアークを偏向させて溶接する、請求項１又は２に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項４】
前記電磁コイルへの電流の通電と停止を一定時間毎に繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項５】
プラズマアークの指向方向の前記制御は、前記電磁コイルに流す電流の極性の切換えを含む、請求項１又は２に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項６】
前記電磁コイルの電流の極性を切り替えて前記磁性体を一定時間毎にＮ極とＳ極に交互に磁化することを繰り返してプラズマアークを揺動しながら溶接する、請求項１又は５に記載のプラズマアーク溶接方法。
【請求項７】
前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めた溶接パスを交互に繰り返して開先内の下方部を、請求項３又は４に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【請求項８】
前記被加工材の開先内の左右壁面の一方と他方に前記プラズマアークの指向方向を定めかつプラズマアークを開先幅方向にオシレートする溶接パスを交互に繰り返して開先内の上方部を、請求項４又は６に記載のプラズマアーク溶接方法で溶接する多層盛溶接方法。
【請求項９】
プラズマトーチのプラズマアークによって被加工材を溶接するプラズマアーク溶接装置において、
電磁コイル；
該電磁コイルが発生する磁界を、前記プラズマトーチと前記被加工材との間のプラズマアークに印加する磁性体；
励磁設定手段；および、
該励磁設定手段の設定に対応する電流を前記電磁コイルに通電する通電制御手段；
を備えることを特徴とするプラズマアーク溶接装置。
【請求項１０】
前記励磁設定手段は、前記電磁コイルに流す電流値を指定する励磁電流設定器を含み；前記通電制御手段は、指定電流値に対応する電流を前記電磁コイルに通電する；請求項９に記載のプラズマアーク溶接装置。
【請求項１１】
前記励磁設定手段は、オシレート有無を指定するパターン指定手段およびオシレートの態様を指定するパターン指定手段を含み；前記通電制御手段は、前記パターン指定手段がオシレート有を指定するときは前記パターン指定手段が指定する態様で前記電磁コイルに通電する電流をオシレートし、オシレート無を指定するときは前記電磁コイルに定電流連続通電する；請求項９又は１０に記載のプラズマアーク溶接装置。
【請求項１２】
前記パターン指定手段は、オシレート周波数を指定するオシレート周波数設定手段およびオシレートパルス幅を指定するオシレートパルス幅設定手段を含み；前記通電制御手段は、前記指定があったオシレート周波数およびオシレートパルス幅でオシレートする電流を前記電磁コイルに通電する；請求項１１に記載のプラズマアーク溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６１５０９（Ｐ２０１１−１６１５０９Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３０３８４（Ｐ２０１０−３０３８４）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
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