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JP3468864B2 - Plasma arc interruption control method - Google Patents
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JP3468864B2 - Plasma arc interruption control method - Google Patents

Plasma arc interruption control method

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JP3468864B2
JP3468864B2 JP21464394A JP21464394A JP3468864B2 JP 3468864 B2 JP3468864 B2 JP 3468864B2 JP 21464394 A JP21464394 A JP 21464394A JP 21464394 A JP21464394 A JP 21464394A JP 3468864 B2 JP3468864 B2 JP 3468864B2
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plasma arc
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はプラズマ切断装置の切断
終了時にプラズマトーチの先端に形成したプラズマアー
クを遮断する制御方法に関するものである。 【0002】 【従来の技術】プラズマ切断装置における従来のプラズ
マアークの遮断制御方法を図4を用いて説明する。図4
(a)はプラズマアーク電流の時間変化を示し、図4
(b)は電極に印加される電圧の時間変化を示す。定電
流電源によってプラズマトーチの先端に設けられた電極
と被加工材との間にプラズマアークが着火された後、該
プラズマアークは図4(a)に示すように切断加工条件
に対応する所定の定電流値I1に設定され切断加工を実
施する。この時、電極に印加される電圧は定常の切断加
工状態であれば図4(b)に示すように略V1を維持し
た状態で安定する。 【0003】次に切断終了時には、図4(a)に示すよ
うに切断が終了する任意の時刻t1で、アーク電流を零
にしてプラズマアークを遮断し、プラズマトーチの稼働
を停止させて切断加工を終了する。この時、アーク電流
を零とした瞬間に、定電流電源の出力端に無負荷電圧が
発生するため、図4(b)に示すように時刻t1におい
て電極に衝撃的な無負荷電圧V4が印加される。その
後、電極に印加された無負荷電圧V4は所定の時定数に
よってなだらかに零まで下降する。 【0004】例えば、前記切断加工を実施している時の
アーク電流I1が 260Aに設定された場合には、電圧V
1は 130V程度になり、プラズマアーク遮断時の無負荷
電圧V4は 350V〜 450Vにまで上昇する。即ち、プラ
ズマアーク遮断時には電極に印加される電圧は切断加工
を実施している時の電圧V1からその3倍前後の無負荷
電圧V4が衝撃的に印加されるものである。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】前述の従来のプラズマ
アークの遮断制御方法では、切断終了時にプラズマアー
ク電流を一気に零にしてプラズマアークを遮断するた
め、上述したように切断加工を実施した直後の電極に無
負荷電圧V4が印加される。この時、切断加工を実施し
た直後の電極は高温のために電極材料が溶融状態にあ
り、この状態で前記無負荷電圧V4が電極に印加される
と電極の表面における溶融層が異常状態を呈し、更に溶
融物が飛散して電極の消耗量が増大するという問題があ
った。 【0006】本発明の目的は、プラズマアークの遮断時
に電極に印加される無負荷電圧による電極の消耗を防止
し、電極の寿命を延長し得るプラズマアークの遮断制御
方法を提供することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明者等は、電極の破
壊に至るプロセスを解明するために種々の実験を重ねて
きた。その結果、被加工材に対し定常的な切断を行って
いる過程では、プラズマアーク電圧は略一定の値とな
り、且つ電極表面における溶融層の形成状態,厚さも定
常状態となる。即ち、電極材料の溶融量は略一定の状態
を維持することが判明した。 【0008】この時の電極の溶融状態について図により
説明する。図5(a)は電極2及びホルダー3の断面図
であり、図5(b)は電極2及びホルダー3が冷却した
時の表面図である。一般に電極2及びホルダー3は冷却
水によって強制冷却されている。電極2と図示しない被
加工材との間にプラズマアーク10が形成されると、該ア
ーク10の熱によって電極2の表面が溶融して溶融層2a
が形成される。電極2の溶融状態はプラズマアーク10が
安定し入熱と冷却とが平衡状態に達したときに定常状態
となり、以後同様な溶融状態を維持する。 【0009】この状態に於ける溶融層2aは溶融した電
極材料が中央部分で厚く、外周方向に向かって薄く分布
した状態となる。従って、溶融層2aの全表面から一様
に電極材料が蒸発,酸化して電極2の消耗が進行する。
溶融層2aの定常的な溶融状態を維持して冷却させる
と、図5(b)に示すように電極2の表面は鏡面状を呈
する。即ち、溶融した電極材料はそのまま凝固し、電極
材料としての機能を保持している。 【0010】しかしながら、上述したように切断終了時
のプラズマアーク遮断時に電極に印加される無負荷電圧
は定常切断時のプラズマアーク電圧値の3倍前後の電圧
値にまで衝撃的に上昇するために、切断加工の実施直後
で未だ十分冷却されず溶融状態の電極では電極の表面に
於ける溶融層の状態に異常が生じ、瞬間的に多量の電極
材料が溶融して飛散する。即ち、プラズマアーク遮断時
に溶融状態の電極に印加される電圧が急激に無負荷電圧
まで上昇すると、電極の消耗が一気に進行して寿命が短
くなることが判明した。 【0011】この時の電極2の溶融状態を図6により説
明する。プラズマアーク遮断時に切断直後で未だ十分冷
却されず溶融状態の電極2に印加される電圧が急激に無
負荷電圧まで上昇すると、溶融層2aに何らかの力が作
用して図6(a)に示すように溶融した電極材料は中央
部分から周辺部分に強制的に移動させられる。尚、この
力がいかなる原因によるものかについては解明に至って
いないが、おそらく電極2と被加工材間に生じた電界が
瞬間的に変動して電極材料の溶融層2aが移動するので
はないかと思われる。ここで生じる作用は、丁度コップ
に満たした水の上面に息を吹きかけると、水の表面が移
動するのに似ている。 【0012】更に、電極2に印加される電圧が衝撃的に
変動するために溶融した電極材料が滴となって飛散し、
電極2が一気に消耗する。特に、溶融した電極材料が周
辺部分に厚く分布した状態でプラズマアークを遮断させ
た場合、溶融した電極材料が電極材料或いはホルダー3
に対する付着力を保持し得ず、図6(b)に示すように
細かい滴となって飛散する。ここで生じる作用は、上述
のコップの水に例えると、丁度息を吹きかけた水がコッ
プ内の水やコップに対する付着力を保持し得ず水滴とな
ってコップの外に飛散するのに似ている。 【0013】このことは、電極2を図6(a)の状態か
ら冷却した時、図6(c)に示すように電極2の表面に
斑状に凝固した電極材料が散在することからも明らかで
ある。 【0014】本発明者等は上記知見の結果に基づいて、
プラズマアーク電流を完全に遮断する前に電極の冷却時
間を確保することを目的として、切断加工を実施中のプ
ラズマアーク電流値よりも所定の値だけ低い電流を所定
時間流した後、該プラズマアーク電流を遮断した場合の
電極の寿命を使用可能回数(使用可能時間)によって比
較する実験を行った。 【0015】この結果、切断加工実施中のアーク電流が
260Aの場合、切断が終了してからアーク電流を65A
に下げて80msecの間電流を流した後、該アーク電流を遮
断させた条件では、従来の切断の終了と同時にアーク電
流を遮断した場合と比較して電極の寿命が約3倍になる
ことが判明した。 【0016】従って、上記課題を解決するために、本発
明に係るプラズマアークの遮断制御方法は、点火したプ
ラズマアークを遮断させるプラズマアークの遮断方法に
おいて、プラズマアークを遮断する際に、切断加工を実
施する時のプラズマアーク電流を低減させて、切断加工
を実施する時のプラズマアーク電流値よりも低く且つプ
ラズマアークを維持し得る一定の電流値に低減し、該電
流値を維持して所定時間流すことで電極表面を冷却し定
常状態に凝固させた後、該プラズマアーク電流を遮断す
ることを特徴としたものである。 【0017】 【作用】上記プラズマアークの遮断制御方法によれば、
電極をプラズマアーク遮断時の無負荷電圧による消耗か
ら保護することが出来る。即ち、切断終了時に、プラズ
マアークの遮断を行うに当り、切断加工を実施中のプラ
ズマアーク電流値よりも所定の値だけ低い電流を所定時
間流すことによって、電極に印加される無負荷電圧の発
生を前記所定時間遅延させることが出来る。そしてこの
遅延時間中に電流値の低いプラズマアークを維持するこ
とで、電極の冷却を促して電極の温度を低減させ、溶融
した電極材料を定常状態で凝固させることが出来る。 【0018】そして電極の表面が凝固した後に、プラズ
マアーク電流を遮断してプラズマトーチの稼働を停止さ
せることが出来る。この時、電極に無負荷電圧が印加さ
れても電極の表面が凝固した後であり、もはやこの無負
荷電圧によって電極の表面における溶融層が異常状態を
呈して飛散するといった電極の消耗が起こるおそれがな
い。従って、本発明のようなプラズマアークの遮断制御
方法を用いれば電極の寿命を延長することが出来るもの
である。 【0019】 【実施例】次に、本発明に係るプラズマアークの遮断制
御方法の一実施例を図を用いて説明する。図1は本発明
を実施するためのプラズマ切断装置の構成図、図2は本
発明に係るプラズマアークの遮断制御方法を実施するた
めの説明図、図3は遅延時間Tと電極の寿命との関係を
示すグラフである。 【0020】本発明はプラズマトーチを用いて被加工材
に対する切断を実施した後、プラズマアークを遮断して
プラズマトーチの稼働を停止させる際に、一定時間、切
断加工を実施する時のアーク電流値よりも低い値の電流
を流して、電極に印加される無負荷電圧の発生を所定時
間遅延することで、電極の冷却を促して電極の表面を凝
固させた後、該アーク電流を遮断してプラズマアークを
遮断するように構成したものである。本発明の方法を実
施することによって電極を無負荷電圧による消耗から保
護することが可能となり、この結果、電極の寿命を飛躍
的に延長させることが可能である。 【0021】先ず、図1により本発明のプラズマアーク
の遮断制御方法を実施するためのプラズマ切断装置の概
略構成について説明する。図に於いて、プラズマトーチ
1には電極2を有するホルダー3が着脱可能に取り付け
られており、先端にはノズル4を形成したキャップ5が
着脱可能に取り付けられている。 【0022】ボンベ6に充填された動作ガスはホルダー
3とキャップ5との間に形成された通路7から供給さ
れ、ノズル4から外部に噴出するように構成されてい
る。ホルダー3及びキャップ5は夫々冷却水によって冷
却されている。 【0023】ホルダー3(電極2)は定電流制御される
プラズマ電源8の負極と接続され、キャップ5及び被加
工材Wはプラズマ電源8の正極と接続されている。電源
制御装置9はプラズマ電源8を制御するための装置であ
り、電極2と被加工材Wとの間に形成されたプラズマア
ーク10の電流および電極2と被加工材Wとの間の電圧を
測定すると共に、前記電流および電圧を制御し得るよう
になっている。またプラズマアークの遮断を遅延する時
間を測定すると共に、該遅延時間を制御することが出来
るようになっている。 【0024】上記の如く構成された切断装置において、
被加工材Wに対する切断加工を実施する場合、先ず電極
2とキャップ5との間に電圧を印加してパイロットアー
クを形成し、その後、電極2と被加工材Wとの間に切断
用のメインアークであるプラズマアーク10を形成する。
そしてプラズマトーチ1を所定の速度で移動させ、プラ
ズマアーク10の熱によって被加工材Wを溶融すると共
に、溶融物を排除して切断を行うことが可能である。 【0025】本発明のプラズマアークの遮断制御方法に
おいて、先ず、切断実施時のアーク電流値よりも所定の
値低い電流(以下『遮断電流』という。)の値と該遮断
電流の通電時間(以下『遅延時間』という。)が設定さ
れる。 【0026】上記遮断電流の値は、種々の切断加工条件
に対応する切断実施時のアーク電流値よりも所定の値低
い電流値に設定される。この遮断電流の値を設定するに
当り、図2(a),(b)に示すように(図2の詳しい
説明は後述する。)時刻t1においてアーク電流を低減
させると、これに対応して電極2に印加される電圧が上
昇する。従って、遮断電流を一気に下げると遅延時間中
の電極2に印加される電圧が急激に上昇し、無負荷電圧
V3の付近まで上昇するので好ましくない。従って、遮
断電流の値は遅延時間中に電極2に印加される電圧値が
切断実施時の電極2に印加される電圧値に近接した値を
とるように設定することが好ましい。 【0027】また、前記遮断電流の値は上記条件を備え
且つプラズマアークを継続して維持することが出来る最
小限の値で設定することが好ましい。このように構成す
ることで電極2に無負荷電圧V3が印加されるタイミン
グを遅延することが出来ると共に、アーク電流による電
極2の温度上昇を最小限に抑えて電極2の冷却を促す作
用を有する。 【0028】例えば、被加工材Wを材質SS41,板厚12
mm、切断速度を3200mm/min 、プラズマトーチ1のノズ
ル径を 2.3mm、アーク電流を 260Aの条件で切断する場
合には、プラズマアークの遮断時の遮断電流値を65A
程度に設定すると好ましい。本実施例では上記遮断電流
の値を65Aとして設定し、このデータを電源制御装置
9に予め入力して記憶させている。 【0029】また電源制御装置9には前記遮断電流を通
電する遮断時間Tを0msec〜600msec の範囲で連続的に
変化させることが出来るタイマーを設け、予め設定した
遮断時間Tのデータを電源制御装置9に入力して記憶さ
せている。この遮断時間Tは電極2が冷却されて溶融し
た電極2の表面が凝固するのに必要な時間が設定され
る。 【0030】ここで遮断時間Tが短い場合には電極2が
十分冷却されず溶融した電極表面が凝固する前に電極2
に無負荷電圧が印加され、電極2の表面に形成された溶
融層2aが異常状態を呈して飛散し、電極2が消耗す
る。また遮断時間Tが必要以上に長い場合には、電極2
の消耗が継続的に累積して消耗度が増大するのでかえっ
て逆効果である。 【0031】次に、前述した図2によりプラズマアーク
の遮断制御方法の実施について説明する。図2(a)は
プラズマアーク電流の時間変化を示し、図2(b)は電
極に印加される電圧の時間変化を示す。前述の如く構成
されたプラズマ切断装置において、定常状態での切断加
工中は電源制御装置9によってプラズマ電源8が制御さ
れて電極2と被加工材Wとの間に常時一定のプラズマア
ーク電流I1を通電し、切断加工が継続して実施され
る。 【0032】この時、本実施例ではプラズマアーク電流
I1が 260Aに設定され、切断加工中に電極2に印加さ
れる電圧V1は略 130Vである。また電極2の表面には
図5(a)に示すように定常的な溶融層2aが形成され
ている。 【0033】次に、任意の時刻t1に図示しない停止ス
イッチを操作すると、停止信号が電源制御装置9に伝達
される。そして制御装置9によってプラズマ電源8が制
御され図2(a)に示すようにアーク電流を遅延電流I
2に低減して設定する。この時の遅延電流I2は略65
Aである。またこの時、アーク電流の減少に対応して電
極2の印加電圧がV2(略 150V)に上昇する。このV
2の値は無負荷電圧V3( 350V〜 450V)よりも十分
小さい値であり、上述のような衝撃電圧による電極2の
消耗は発生しないように設定されている。 【0034】次に、前記アーク電流I2をT時間通電さ
せて、時刻t2になった時、電源制御装置9はプラズマ
電源8を制御して図2(a)に示すようにアーク電流を
零にしてプラズマアーク10を遮断する。この時、電極2
に無負荷電圧V3が印加される。この電圧V3は前述し
たように 350V〜 450Vに達する。 【0035】しかしながら、低い値のアーク電流I2を
T時間通電させる間に電極2は図示しない冷却手段によ
って強制冷却され、電極2の表面が定常状態に凝固す
る。従って、凝固後の電極2に無負荷電圧V3が印加さ
れても、上述のような電極2の消耗が発生することな
く、電極2を保護することが出来る。そして、無負荷電
圧V3は所定の時定数によってなだらかに0Vまで下降
し、プラズマアークを遮断してプラズマトーチ1の稼働
を停止することが出来る。 【0036】図3は同じ仕様で製造された複数の電極を
用いて、アーク時間を1分,休止時間を30秒としたサ
イクルで定常切断状態と停止動作とを間欠的に繰り返
し、このサイクル回数を測定して電極の使用可能回数と
し、遅延時間Tの設定時間を0msec〜 600msecの範囲で
変化させて遅延時間Tと電極の寿命との関係をグラフに
したものである。尚、上記電極の使用可能回数はそのま
ま使用可能時間(単位は分)に相当するものである。 【0037】図3の横軸は遅延時間T、縦軸は電極の使
用可能回数を示す。電極2の消耗量は該電極2の先端に
発生する窪みの深さを測定することで計測することが出
来る。電極2が破壊されたとき、該電極2の先端には
2.0mm〜 2.5mmの窪みが生じている。従って、電極2が
破壊されたときの窪み深さに達する以前の窪み深さ(例
えば破壊時の窪み深さの80%〜90%)を適宜設定するこ
とで、電極2が寿命に達したことを認識するための消耗
限界値を設定することが出来る。 【0038】図3に示すように、遅延時間Tを零とした
場合、即ち従来のプラズマアークの遮断制御方法のよう
に切断加工を実施している時のアーク電流値から一気に
アーク電流を遮断した場合の電極2の使用可能回数は 1
20回であった。 【0039】次に、遅延時間Tを5msec〜 500msecの範
囲で設定すると、図3に示すように電極2の使用可能回
数が 200回以上となり、電極の寿命を約60%延長させる
ことが出来た。また遅延時間Tを5msec以下にすると電
極2の消耗を低減する効果が殆ど現れなかった。また遅
延時間Tを 500msec以上にすると電極2の消耗率が極端
に増大し、遅延時間Tが 600msecでは使用可能回数が 1
00回以下に低減してしまい、逆効果となった。従って、
遅延時間Tを5msec〜 500msecの範囲で設定することが
好ましいことが判明した。 【0040】また遅延時間Tを40msec〜 120msecの範囲
で設定すると、図3に示すように電極2の使用可能回数
が 300回以上となり、電極2の寿命を約2.5倍にする
ことが出来た。従って遅延時間Tをこの範囲で設定する
とより好ましいことが判明した。尚、本実施例では遅延
時間Tを80msecに設定した時、電極2の使用可能回数が
ピークの 360回に達し、電極2の寿命を約3倍にするこ
とが出来るという極めて好ましい実験結果を得ることが
出来た。 【0041】 【発明の効果】本発明に係るプラズマアークの遮断制御
方法は、上述の如き構成と作用とを有するので、プラズ
マアークを遮断するに際し、アーク電流を遮断する前に
切断加工を実施する時のアーク電流値よりも所定の値低
い値のアーク電流を所定の時間通電させることによって
電極に無負荷電圧が印加される前に電極の冷却を促して
電極の表面を凝固させることができる。従って、電極の
表面が凝固した後にアーク電流を遮断して電極に無負荷
電圧が印加されても電極に該無負荷電圧が印加されるこ
とによる消耗が生じることがない。 【0042】従って、電極の寿命を飛躍的に延長させる
ことが出来るので、経済的である。また電極の交換頻度
も低減できるので、作業効率が向上するといった効果を
有するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method for cutting off a plasma arc formed at the tip of a plasma torch at the end of cutting of a plasma cutting apparatus. 2. Description of the Related Art A conventional plasma arc cutoff control method in a plasma cutting apparatus will be described with reference to FIG. FIG.
(A) shows the time change of the plasma arc current, and FIG.
(B) shows the time change of the voltage applied to the electrode. After the plasma arc is ignited between the electrode provided at the tip of the plasma torch and the workpiece by the constant current power supply, the plasma arc is applied to a predetermined condition corresponding to the cutting processing conditions as shown in FIG. Cutting is performed with the constant current value set to I1. At this time, if the voltage applied to the electrode is in a steady cutting state, the voltage is stabilized while substantially maintaining V1 as shown in FIG. 4B. Next, at the end of cutting, as shown in FIG. 4 (a), at an arbitrary time t1 at which the cutting is completed, the arc current is reduced to zero, the plasma arc is cut off, the operation of the plasma torch is stopped, and cutting is performed. To end. At this time, at the moment when the arc current is reduced to zero, a no-load voltage is generated at the output terminal of the constant current power supply, so that a shocking no-load voltage V4 is applied to the electrode at time t1 as shown in FIG. Is done. Thereafter, the no-load voltage V4 applied to the electrode gradually drops to zero by a predetermined time constant. [0004] For example, if the arc current I1 during the cutting process is set to 260A, the voltage V
1 is about 130V, and the no-load voltage V4 when the plasma arc is interrupted rises to 350V to 450V. That is, when the plasma arc is cut off, the no-load voltage V4, which is about three times the voltage V1 when the cutting is performed, is applied to the electrode in a shocking manner. [0005] In the above-described conventional plasma arc cutoff control method, the plasma arc current is reduced to zero at the same time at the end of cutting to cut off the plasma arc. The no-load voltage V4 is applied to the electrode immediately after the operation. At this time, the electrode material immediately after the cutting process is in a molten state because of the high temperature, and in this state, when the no-load voltage V4 is applied to the electrode, the molten layer on the surface of the electrode exhibits an abnormal state. Further, there is a problem that the melt is scattered and the consumption of the electrode is increased. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma arc shutoff control method capable of preventing the electrode from being consumed by a no-load voltage applied to the electrode when the plasma arc is interrupted and extending the life of the electrode. [0007] The present inventors have repeated various experiments to elucidate the process leading to the destruction of the electrode. As a result, in the process of performing the steady cutting of the workpiece, the plasma arc voltage becomes a substantially constant value, and the formation state and the thickness of the molten layer on the electrode surface also become the steady state. That is, it was found that the amount of melting of the electrode material was maintained at a substantially constant state. The molten state of the electrodes at this time will be described with reference to the drawings. FIG. 5A is a cross-sectional view of the electrode 2 and the holder 3, and FIG. 5B is a surface view when the electrode 2 and the holder 3 are cooled. Generally, the electrode 2 and the holder 3 are forcibly cooled by cooling water. When a plasma arc 10 is formed between the electrode 2 and a workpiece (not shown), the surface of the electrode 2 is melted by the heat of the arc 10 and a molten layer 2a is formed.
Is formed. The molten state of the electrode 2 becomes a steady state when the plasma arc 10 is stabilized and the heat input and the cooling reach an equilibrium state, and the same molten state is maintained thereafter. In this state, the molten layer 2a has a state in which the molten electrode material is distributed thicker at the center and thinner toward the outer periphery. Accordingly, the electrode material is uniformly evaporated and oxidized from the entire surface of the molten layer 2a, and the electrode 2 is consumed.
When the molten layer 2a is cooled while maintaining a steady molten state, the surface of the electrode 2 has a mirror-like shape as shown in FIG. 5B. That is, the molten electrode material solidifies as it is, and retains the function as the electrode material. However, as described above, the no-load voltage applied to the electrode when the plasma arc is cut off at the end of cutting suddenly rises to about three times the plasma arc voltage at the time of steady cutting. In the case of an electrode in a molten state that has not yet been cooled sufficiently immediately after the cutting process has been performed, an abnormality occurs in the state of the molten layer on the surface of the electrode, and a large amount of electrode material is instantaneously melted and scattered. That is, it was found that when the voltage applied to the electrode in the molten state when the plasma arc was cut off suddenly increased to the no-load voltage, the electrode was rapidly consumed and the life was shortened. The molten state of the electrode 2 at this time will be described with reference to FIG. When the voltage applied to the electrode 2 in the molten state is not sufficiently cooled immediately after cutting when the plasma arc is cut off and the voltage applied to the electrode 2 in the molten state suddenly rises to the no-load voltage, some force acts on the molten layer 2a, as shown in FIG. The molten electrode material is forcibly moved from the central portion to the peripheral portion. Although the cause of this force has not yet been elucidated, it is supposed that the electric field generated between the electrode 2 and the workpiece may fluctuate instantaneously and the molten layer 2a of the electrode material may move. Seem. The effect that occurs here is similar to the fact that the surface of the water moves when you blow on the top of the water just filled with the glass. Further, since the voltage applied to the electrode 2 fluctuates in an impact manner, the molten electrode material scatters as droplets,
The electrode 2 is consumed at a stretch. In particular, when the plasma arc is interrupted in a state where the molten electrode material is thickly distributed in the peripheral portion, the molten electrode material may be removed from the electrode material or the holder 3.
6B, and cannot be maintained, and scatters as fine droplets as shown in FIG. 6B. The action that occurs here is similar to the above-mentioned cup water, in which the water that has just been blown cannot keep the adhesive force to the water in the cup or the cup and becomes water droplets and scatters outside the cup. I have. This is evident from the fact that when the electrode 2 is cooled from the state shown in FIG. 6A, the electrode material solidified in a patchy manner is scattered on the surface of the electrode 2 as shown in FIG. 6C. is there. [0014] The present inventors based on the results of the above findings,
In order to secure the cooling time of the electrode before completely shutting off the plasma arc current, a current lower by a predetermined value than the plasma arc current value during cutting is applied for a predetermined time, and then the plasma arc is cut. An experiment was performed in which the life of the electrode when the current was interrupted was compared with the number of usable times (usable time). As a result, the arc current during the cutting process is reduced.
In the case of 260A, the arc current is 65A after cutting is completed.
Under the condition that the arc current was cut off after the current was passed for 80 msec and the arc current was cut off, the life of the electrode could be about three times that of the case where the arc current was cut off simultaneously with the end of the conventional cutting. found. Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, a plasma arc shutoff control method according to the present invention is directed to a plasma arc shutoff method for shutting off an ignited plasma arc. The plasma arc current at the time of performing the cutting is reduced to a constant current value lower than the plasma arc current value at the time of performing the cutting processing and a constant value capable of maintaining the plasma arc, and the current value is maintained for a predetermined time. After flowing the electrode surface to cool it and solidify it in a steady state, the plasma arc current is cut off. According to the method for controlling the interruption of the plasma arc,
The electrodes can be protected from being consumed by no-load voltage when the plasma arc is cut off. That is, when the plasma arc is cut off at the end of cutting, a current that is lower by a predetermined value than the plasma arc current value during the cutting process is passed for a predetermined time, thereby generating a no-load voltage applied to the electrode. Can be delayed for the predetermined time. By maintaining the plasma arc having a low current value during the delay time, the cooling of the electrode is promoted, the temperature of the electrode is reduced, and the molten electrode material can be solidified in a steady state. After the surface of the electrode is solidified, the plasma arc current can be cut off to stop the operation of the plasma torch. At this time, even if a no-load voltage is applied to the electrode, the surface of the electrode is solidified, and the no-load voltage may cause the melted layer on the surface of the electrode to exhibit an abnormal state and be scattered. There is no. Therefore, the use of the plasma arc interruption control method as in the present invention can extend the life of the electrode. Next, an embodiment of a method for controlling interruption of a plasma arc according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a plasma cutting device for carrying out the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for carrying out a plasma arc cutoff control method according to the present invention, and FIG. 3 is a graph showing the relationship between delay time T and electrode life. It is a graph which shows a relationship. According to the present invention, when a workpiece is cut using a plasma torch, and when the plasma arc is cut off and the operation of the plasma torch is stopped, the arc current value when cutting is performed for a certain period of time. A current of a lower value is passed, and by delaying the generation of the no-load voltage applied to the electrode for a predetermined time, the cooling of the electrode is promoted to solidify the surface of the electrode, and then the arc current is cut off. It is configured to cut off the plasma arc. By performing the method of the present invention, it is possible to protect the electrodes from being consumed by no-load voltage, and as a result, the life of the electrodes can be significantly extended. First, a schematic configuration of a plasma cutting apparatus for carrying out a plasma arc cutoff control method of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, a holder 3 having an electrode 2 is detachably attached to a plasma torch 1, and a cap 5 having a nozzle 4 is detachably attached to the tip. The working gas filled in the cylinder 6 is supplied from a passage 7 formed between the holder 3 and the cap 5 and is ejected from the nozzle 4 to the outside. The holder 3 and the cap 5 are each cooled by cooling water. The holder 3 (electrode 2) is connected to a negative electrode of a plasma power source 8 controlled by a constant current, and the cap 5 and the workpiece W are connected to a positive electrode of the plasma power source 8. The power supply control device 9 is a device for controlling the plasma power supply 8 and controls the current of the plasma arc 10 formed between the electrode 2 and the workpiece W and the voltage between the electrode 2 and the workpiece W. The current and the voltage can be controlled while measuring. In addition, the time for delaying the interruption of the plasma arc can be measured, and the delay time can be controlled. In the cutting apparatus configured as described above,
When cutting the workpiece W, first, a voltage is applied between the electrode 2 and the cap 5 to form a pilot arc, and then a main arc for cutting is provided between the electrode 2 and the workpiece W. A plasma arc 10, which is an arc, is formed.
By moving the plasma torch 1 at a predetermined speed, the workpiece W can be melted by the heat of the plasma arc 10 and the cutting can be performed while excluding the molten material. In the plasma arc interruption control method of the present invention, first, a value of a current (hereinafter referred to as "interruption current") lower than an arc current value at the time of cutting by a predetermined value and an energizing time of the interruption current (hereinafter referred to as "interruption current"). "Delay time" is set. The value of the breaking current is set to a current value lower than the arc current value at the time of cutting, which corresponds to various cutting conditions, by a predetermined value. In setting the value of the cutoff current, when the arc current is reduced at time t1 as shown in FIGS. 2A and 2B (detailed description of FIG. 2 will be described later), corresponding to this. The voltage applied to the electrode 2 increases. Therefore, if the cutoff current is reduced at once, the voltage applied to the electrode 2 during the delay time sharply increases, and undesirably increases to near the no-load voltage V3. Therefore, the value of the cutoff current is preferably set so that the voltage value applied to the electrode 2 during the delay time takes a value close to the voltage value applied to the electrode 2 at the time of cutting. It is preferable that the value of the cutoff current is set to a minimum value which satisfies the above conditions and can continuously maintain the plasma arc. With this configuration, the timing at which the no-load voltage V3 is applied to the electrode 2 can be delayed, and the temperature of the electrode 2 due to an arc current can be minimized to promote cooling of the electrode 2. . For example, the workpiece W is made of a material SS41 and a thickness of 12
mm, the cutting speed is 3200 mm / min, the nozzle diameter of the plasma torch 1 is 2.3 mm, and the arc current is 260 A.
It is preferable to set to about. In this embodiment, the value of the interruption current is set to 65 A, and this data is input to the power supply control device 9 in advance and stored. The power supply control device 9 is provided with a timer capable of continuously changing the interruption time T for supplying the interruption current in the range of 0 msec to 600 msec, and the data of the preset interruption time T is stored in the power supply control device. 9 and stored. The interruption time T is set to a time required for the surface of the electrode 2 that has cooled and melted to solidify. Here, if the cut-off time T is short, the electrode 2 is not sufficiently cooled, and before the molten electrode surface solidifies,
Is applied, a molten layer 2a formed on the surface of the electrode 2 scatters in an abnormal state, and the electrode 2 is consumed. If the cut-off time T is longer than necessary,
This is counterproductive because the wear of the tire continuously accumulates and the degree of wear increases. Next, a description will be given of an embodiment of a method for controlling the interruption of a plasma arc with reference to FIG. FIG. 2A shows the time change of the plasma arc current, and FIG. 2B shows the time change of the voltage applied to the electrode. In the plasma cutting apparatus configured as described above, the plasma power source 8 is controlled by the power source control device 9 during the cutting process in the steady state, so that a constant plasma arc current I1 is constantly generated between the electrode 2 and the workpiece W. Power is supplied, and the cutting process is continuously performed. At this time, in this embodiment, the plasma arc current I1 is set to 260 A, and the voltage V1 applied to the electrode 2 during the cutting process is approximately 130V. On the surface of the electrode 2, a stationary molten layer 2a is formed as shown in FIG. Next, when a stop switch (not shown) is operated at an arbitrary time t1, a stop signal is transmitted to the power supply controller 9. Then, the plasma power supply 8 is controlled by the control device 9, and as shown in FIG.
Set to 2 The delay current I2 at this time is approximately 65
A. At this time, the voltage applied to the electrode 2 increases to V2 (approximately 150 V) in response to the decrease in the arc current. This V
The value of 2 is sufficiently smaller than the no-load voltage V3 (350 V to 450 V), and is set so that the electrode 2 is not consumed by the impact voltage as described above. Next, when the arc current I2 is supplied for T time, and at time t2, the power supply controller 9 controls the plasma power supply 8 to reduce the arc current to zero as shown in FIG. To cut off the plasma arc 10. At this time, electrode 2
Is applied with the no-load voltage V3. This voltage V3 reaches 350 V to 450 V as described above. However, the electrode 2 is forcibly cooled by a cooling means (not shown) while the low value arc current I2 is supplied for T time, and the surface of the electrode 2 solidifies in a steady state. Therefore, even if the no-load voltage V3 is applied to the electrode 2 after coagulation, the electrode 2 can be protected without the above-mentioned consumption of the electrode 2 occurring. Then, the no-load voltage V3 gradually drops to 0V by a predetermined time constant, and the plasma arc can be cut off to stop the operation of the plasma torch 1. FIG. 3 shows that a plurality of electrodes manufactured according to the same specifications are used to intermittently repeat a steady cutting state and a stop operation in a cycle in which the arc time is 1 minute and the pause time is 30 seconds. Is plotted as the number of times the electrode can be used, and the relationship between the delay time T and the life of the electrode is plotted by changing the set time of the delay time T in the range of 0 msec to 600 msec. The number of times the electrode can be used corresponds directly to the usable time (unit is minutes). The horizontal axis in FIG. 3 shows the delay time T, and the vertical axis shows the number of usable electrodes. The amount of consumption of the electrode 2 can be measured by measuring the depth of a dent generated at the tip of the electrode 2. When the electrode 2 is broken, the tip of the electrode 2
A depression of 2.0 mm to 2.5 mm is formed. Therefore, by appropriately setting the depth of the depression before reaching the depth of the depression when the electrode 2 is destroyed (for example, 80% to 90% of the depth of the depression at the time of destruction), the life of the electrode 2 is reached. Can be set as a wear limit value for recognizing. As shown in FIG. 3, when the delay time T was set to zero, that is, when the cutting current was being cut as in the conventional plasma arc cutoff control method, the arc current was cut off at once. Electrode 2 can be used 1 time
20 times. Next, when the delay time T is set in the range of 5 msec to 500 msec, the number of usable times of the electrode 2 becomes 200 or more, as shown in FIG. 3, and the life of the electrode can be extended by about 60%. . When the delay time T was set to 5 msec or less, the effect of reducing the consumption of the electrode 2 hardly appeared. When the delay time T is set to 500 msec or more, the wear rate of the electrode 2 is extremely increased.
It has been reduced to less than 00 times, which has the opposite effect. Therefore,
It has been found that it is preferable to set the delay time T in the range of 5 msec to 500 msec. When the delay time T is set in the range of 40 msec to 120 msec, the number of usable times of the electrode 2 becomes 300 times or more as shown in FIG. 3, and the life of the electrode 2 can be increased by about 2.5 times. Was. Therefore, it has been found that setting the delay time T within this range is more preferable. In this embodiment, when the delay time T is set to 80 msec, the number of usable times of the electrode 2 reaches the peak of 360 times, and a very favorable experimental result that the life of the electrode 2 can be approximately tripled is obtained. I was able to do it. Since the plasma arc cutoff control method according to the present invention has the above-described configuration and operation, when cutting off the plasma arc, the cutting process is performed before the arc current is cut off. By supplying an arc current having a value lower than the current arc current by a predetermined value for a predetermined time, cooling of the electrode can be promoted before no-load voltage is applied to the electrode, and the surface of the electrode can be solidified. Therefore, even if the arc current is cut off after the surface of the electrode is solidified and a no-load voltage is applied to the electrode, no wear occurs due to the application of the no-load voltage to the electrode. Therefore, the life of the electrode can be significantly extended, which is economical. In addition, since the frequency of electrode replacement can be reduced, the working efficiency is improved.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明を実施するためのプラズマ切断装置の構
成図である。 【図2】本発明に係るプラズマアークの遮断制御方法を
実施するための説明図である。 【図3】遅延時間Tと電極の寿命との関係を示すグラフ
である。 【図4】従来のプラズマアークの遮断制御方法を説明す
る図である。 【図5】電極が安定して定常的に溶融している場合の説
明図であり、(a)は電極及びホルダーの断面図、
(b)は電極及びホルダーが冷却した時の表面図であ
る。 【図6】電極の溶融状態が異常状態にある場合の説明図
であり、(a)は溶融した電極材料が中央部分から周辺
部分に強制的に移動させられた様子を示す電極及びホル
ダーの断面図、(b)は溶融した電極材料が細かい滴と
なって飛散する様子を示す電極及びホルダーの断面図、
(c)は電極2の表面に斑状に凝固した電極材料が散在
する様子を示す電極及びホルダーを冷却した時の表面図
である。 【符号の説明】 1…プラズマトーチ、2…電極、2a…溶融層、3…ホ
ルダー、4…ノズル、5…キャップ、6…ボンベ、7…
通路、8…プラズマ電源、9…電源制御装置、10…プラ
ズマアーク、W…被加工材
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a plasma cutting device for carrying out the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram for carrying out a plasma arc cutoff control method according to the present invention. FIG. 3 is a graph showing a relationship between a delay time T and an electrode life. FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional plasma arc cutoff control method. 5A and 5B are explanatory diagrams when the electrode is stably and constantly melted, and FIG. 5A is a cross-sectional view of the electrode and the holder,
(B) is a surface view when the electrode and the holder are cooled. FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams when the molten state of the electrode is in an abnormal state, and FIG. 6A is a cross-sectional view of the electrode and the holder showing a state in which the molten electrode material is forcibly moved from a central portion to a peripheral portion; FIG. 2B is a cross-sectional view of the electrode and the holder showing how the molten electrode material is scattered as fine droplets,
(C) is a surface view showing a state in which the electrode material solidified in the form of patches is scattered on the surface of the electrode 2 when the electrode and the holder are cooled. [Description of Signs] 1 ... plasma torch, 2 ... electrode, 2a ... molten layer, 3 ... holder, 4 ... nozzle, 5 ... cap, 6 ... cylinder, 7 ...
Passageway, 8: Plasma power supply, 9: Power supply control device, 10: Plasma arc, W: Workpiece

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 10/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 10/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 点火したプラズマアークを遮断させるプ
ラズマアークの遮断方法において、プラズマアークを遮
断する際に、切断加工を実施する時のプラズマアーク電
流を低減させて、切断加工を実施する時のプラズマアー
ク電流値よりも低く且つプラズマアークを維持し得る一
定の電流値に低減し、該電流値を維持して所定時間流す
ことで電極表面を冷却し定常状態に凝固させた後、該プ
ラズマアーク電流を遮断することを特徴としたプラズマ
アークの遮断制御方法。
(1) In a plasma arc shut-off method for shutting off an ignited plasma arc, the plasma arc current at the time of cutting is reduced when the plasma arc is shut off. When the cutting process is carried out, the current is reduced to a constant current value lower than the plasma arc current value and the plasma arc can be maintained, and the current value is maintained for a predetermined time to cool the electrode surface to a steady state. A plasma arc interruption control method, which comprises interrupting the plasma arc current after solidification.
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