ITBO990319A1

ITBO990319A1 - PROCEDURE FOR THE IMPLEMENTATION OF THE VOLTAIC ARC LOCK POINT IN THE ELECTRODE OF A PLASMA CUTTING TORCH AND COS ELECTRODE

Info

Publication number: ITBO990319A1
Application number: IT1999BO000319A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Bassi
Original assignee: Tec Mo S R L
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-14
Also published as: EP1061781A2; EP1061781A3; ITBO990319A0; IT1309290B1

Description

Titolo: PROCEDIMENTO PER LA REALIZZAZIONE DEL PUNTO DI SCOCCO DELL'ARCO VOLTAICO NELL' ELETTRODO DI UNA TORCIA PER Title: PROCEDURE FOR THE CREATION OF THE POINT OF STRIKE OF THE VOLTAIC ARC IN THE ELECTRODE OF A TORCH FOR

TAGLIO A PLASMA ED ELETTRODO COSI' REALIZZATO PLASMA CUTTING AND ELECTRODE SO MADE

La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per la realizzazione del punto di scocco dell'arco voltaico nell'elettrodo di una torcia per taglio a plasma termico. L'invenzione riguarda anche un elettrodo realizzato con tale procedimento. The present invention relates to a process for making the point where the electric arc strikes in the electrode of a thermal plasma cutting torch. The invention also relates to an electrode made with this process.

Com'è noto le torce del tipo indicato operano fornendo l'energia di eccitazione e ionizzazione al gas di cui si vuole ottenere il plasma. A questo scopo il gas viene fatto passare attraverso un arco elettrico innescato tra un elettrodo negativo o catodo ed il pezzo da tagliare che funge da anodo. Per favorire la formazione del getto di plasma è previsto, coassialmente all'elettrodo negativo, un manicotto dotato di un ugello anulare e formante con l'elettrodo un canale tubolare collegato con l'alimentazione del gas di cui si vuole ottenere il plasma. Il manicotto può temporaneamente fungere da anodo per generare un arco pilota atto a favorire l'innesco dell'arco principale fra elettrodo negativo e pezzo. Durante il funzionamento a regime l'arco principale si estende. As is known, the torches of the indicated type operate by supplying the excitation and ionization energy to the gas whose plasma is to be obtained. For this purpose, the gas is passed through an electric arc triggered between a negative electrode or cathode and the piece to be cut which acts as an anode. To facilitate the formation of the plasma jet, a sleeve is provided, coaxially with the negative electrode, equipped with an annular nozzle and forming with the electrode a tubular channel connected to the supply of the gas of which the plasma is to be obtained. The sleeve can temporarily act as an anode to generate a pilot arc adapted to favor the striking of the main arc between the negative electrode and the workpiece. During steady state operation the main arc extends.

attraverso l'ugello, fra l'elettrodo negativo ed il pezzo, mentre il gas esce dall'ugello sotto forma di un getto di plasma che investe il pezzo ad alta temperatura e velocità. Nelle torce attuali il punto di scocco dell'arco voltaico è costituito da un inserto alloggiato in una sede ricavata assialmente nell'elettrodo. L'inserto è tipicamente costituito da una pastiglia cilindrica di afnio o zirconio che presenta alta resistenza all'erosione elettrica, ma che è fonte di notevoli inconvenienti dovuti alla attuale metodologia con cui viene attualmente impiantato nell'elettrodo. Infatti tale . pastiglia viene usualmente impiantata per interferenza in una sede dell'elettrodo con i seguenti effetti negativi: through the nozzle, between the negative electrode and the piece, while the gas comes out of the nozzle in the form of a jet of plasma which hits the piece at high temperature and speed. In current torches, the point where the arc strikes is constituted by an insert housed in a seat obtained axially in the electrode. The insert is typically constituted by a cylindrical tablet of hafnium or zirconium which has a high resistance to electrical erosion, but which is a source of considerable drawbacks due to the current methodology with which it is currently implanted in the electrode. Indeed such. tablet is usually implanted by interference in a seat of the electrode with the following negative effects:

a) durante l'impianto la pastiglia subisce una deformazione per restringimento nella direzione di impianto nell'elettrodo tale per cui il contatto fra la pastiglia e la parete della sede destinata a riceverla permane intimo solo verso l'estremità di introduzione, mentre diventa precario all'estremità opposta. La conseguenza è che la conducibilità termica ed elettrica fra il materiale dell'elettrodo e della pastiglia si riduce grandemente; da ciò deriva un consumo elettrico maggiore a parità di prestazioni e problemi di raffreddamento dell'elettrodo; a) during implantation the tablet undergoes a deformation due to shrinkage in the direction of implantation in the electrode such that the contact between the tablet and the wall of the seat intended to receive it remains intimate only towards the introduction end, while it becomes precarious at the opposite end. The consequence is that the thermal and electrical conductivity between the material of the electrode and the pad is greatly reduced; from this derives a higher electrical consumption with the same performance and electrode cooling problems;

b) la pastiglia rimane bloccata nella sua sede dell'elettrodo solo parzialmente per cui possono insorgere problemi di ritegno dovuti ai fenomeni di dilatazione termica; b) the pad remains blocked in its electrode seat only partially so that retention problems may arise due to thermal expansion phenomena;

e) la pastiglia, essendo impiantata per interferenza, per poter resistere alle forze meccaniche di impianto, deve avere un diametro maggiorato oltre quello che sarebbe strettamente necessario per generare un arco voltaico netto e stabile. Da ciò deriva un elevato costo della pastiglia, considerata la natura particolarmente costosa del materiale impiegato (afnio o zirconio); e) the pad, being implanted by interference, in order to withstand the mechanical forces of the implant, must have an increased diameter beyond what would be strictly necessary to generate a clear and stable voltaic arc. From this derives a high cost of the pad, given the particularly expensive nature of the material used (hafnium or zirconium);

d) l'arco voltaico, date le maggiori dimensioni della pastiglia, risulta meno concentrato e quindi determina un taglio più largo e meno netto,-Il compito tecnico della presente invenzione è ora quello di proporre un nuovo procedimento per realizzare il punto di scocco dell'arco voltaico in modo da ovviare alle manchevolezze sopra elencate della tecnica nota. d) the voltaic arc, given the larger dimensions of the pad, is less concentrated and therefore determines a wider and less clear cut. arc so as to obviate the shortcomings listed above in the known art.

Nell'ambito di tale compito costituisce uno scopo della presente invenzione la realizzazione di un elettrodo perfezionato secondo il nuovo procedimento. Within this aim, an object of the present invention is to produce an improved electrode according to the new process.

Tale compito e tale scopo vengono ottenuti con un procedimento per la realizzazione del punto di scocco dell'arco voltaico nell'elettrodo di una torcia per taglio a plasma termico, caratterizzato dal fatto che nell'elettrodo, all'estremità da cui deve scoccare l'arco voltaico, viene ricavata una sede assiale sostanzialmente cilindrica atta a ricevere con tolleranza un inserto sostanzialmente cilindrico di materiale di afnio o zirconio e che detto inserto viene ricalcato all'interno di detta sede in modo da determinare un intimo contatto stabile ed uniforme della sua superficie esterna con la superficie interna di detta sede atto a ritenere saldamente detto inserto entro detta sede. This task and this purpose are achieved with a process for the realization of the point where the electric arc strikes in the electrode of a thermal plasma cutting torch, characterized in that in the electrode, at the end from which the arc, a substantially cylindrical axial seat is formed which is capable of receiving with tolerance a substantially cylindrical insert of hafnium or zirconium material and that said insert is traced inside said seat so as to determine an intimate stable and uniform contact of its surface with the internal surface of said seat able to firmly retain said insert within said seat.

L'elettrodo realizzato con tale procedimento si caratterizza per il fatto che presenta, all'estremità da cui deve scoccare l'arco voltaico, un inserto cilindrico di afnio o zirconio ricalcato in una sede assiale ricavata in detta estremità di detto elettrodo in modo da risultare saldamente ritenuto in detta sede. The electrode made with this procedure is characterized by the fact that it has, at the end from which the voltaic arc must shoot, a cylindrical insert of hafnium or zirconium upset in an axial seat obtained in said end of said electrode so as to be firmly held in that seat.

Ulteriori particolarità del presente trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata che segue sulla base degli uniti disegni in cui: Further particularities of the present invention will become clearer from the detailed description which follows on the basis of the accompanying drawings in which:

la figura 1 mostra una vista in sezione longitudinale di un elettrodo prima dell'impianto della pastiglia,-la figura 2 mostra una vista di una pastiglia da impiantare nell'elettrodo di figura 1 e infine figure 1 shows a longitudinal sectional view of an electrode before implantation of the tablet, figure 2 shows a view of a tablet to be implanted in the electrode of figure 1 and finally

la figura 3 mostra una vista in sezione dell'elettrodo dopo l'impianto della pastiglia. Figure 3 shows a sectional view of the electrode after implantation of the tablet.

Facendo riferimento alla figura 1, con 1 è indicato un elettrodo di una torcia per il taglio a plasma. In modo noto tale elettrodo è associato al corpo del torcia e definisce con un manicotto esterno, ad esso coassiale, una camera tubolare collegata con l'alimentazione di un gas di cui si vuole ottenere il plasma. Il manicotto e le altre parti della torcia non vengono illustrate perchè estranee alla presente invenzione e, del resto, già note nella tecnica del ramo, ad esempio dal modello d'utilità dom. n. B096U000162 depositato il 29.11.1996 dalla stessa richiedente. With reference to Figure 1, 1 indicates an electrode of a plasma cutting torch. In a known way, this electrode is associated with the torch body and defines with an outer sleeve, coaxial to it, a tubular chamber connected to the supply of a gas of which the plasma is to be obtained. The sleeve and the other parts of the torch are not illustrated because they are extraneous to the present invention and, moreover, already known in the art, for example from the utility model dom. n. B096U000162 filed on 11/29/1996 by the same applicant.

L'elettrodo 1 presenta un'estremità 2 rastremata a forma di ogiva, nella quale è ricavato assialmente un foro cieco 3. Il foro 3 è cilindrico e conforma una sede di alloggiamento per una pastiglia 4 di materiale resistente all'erosione, ad esempio afnio o zirconio. The electrode 1 has a tapered end 2 in the shape of an ogive, in which a blind hole 3 is axially obtained. The hole 3 is cylindrical and forms a housing seat for a pad 4 of erosion-resistant material, for example hafnium or zirconium.

In fase di realizzazione dell'elettrodo la pastiglia 4 è in pratica costituita un inserto di forma cilindrica complementare a quella del foro in modo da poter essere inserito in quest'ultimo con tolleranza minima, preferibilmente compresda fra 0,05 e 0,10 mm. During the production of the electrode, the pad 4 is in practice constituted a cylindrical insert complementary to that of the hole so as to be able to be inserted in the latter with a minimum tolerance, preferably between 0.05 and 0.10 mm.

La lunghezza del foro 3 è leggermente inferiore a quella della pastiglia 4 cosicché quest' ultima può venire ribadita all'interno del foro mediante forzamento dall'esterno con una massa battente sull'estremità della pastiglia che sporge dal foro 3. The length of the hole 3 is slightly shorter than that of the pad 4 so that the latter can be riveted inside the hole by forcing it from the outside with a striking mass on the end of the pad protruding from the hole 3.

L'azione di ribaditura della pastiglia fa sì che la pastiglia venga ricalcata all'interno del foro subendo una deformazione radiale che ne determina un saldo ancoraggio con tutta la sua superficie all'elettrodo. In particolare è da osservare che la deformazione radiale subita dalla pastiglia consente di ottenere un intimo contatto stabile ed uniforme fra la parete interna del foro 3 e quella esterna della pastiglia 4. The riveting action of the pad causes the pad to be traced inside the hole undergoing a radial deformation which determines a firm anchoring of its entire surface to the electrode. In particular, it should be noted that the radial deformation undergone by the pad allows to obtain an intimate stable and uniform contact between the inner wall of the hole 3 and the outer wall of the pad 4.

Da prove effettuate è risultato che l'azione di ribaditura della pastiglia all'interno della sede produce una se pur lieve deformazione a botte della pastiglia che ne incrementa l'azione di bloccaggio nella sede dell'elettrodo. Tests have shown that the riveting action of the pad inside the seat produces a slight barrel deformation of the pad which increases its locking action in the electrode seat.

Come si riconosce l'elettrodo così ottenuto permette di raggiungere gli scopi preposti, cioè maggiore conducibilità termica ed elettrica, risparmio di materiale per le ridotte dimensioni della pastiglia rispetto a quelle tradizionali e ottenimento di un taglio più preciso. As can be recognized, the electrode thus obtained allows to achieve the intended purposes, ie greater thermal and electrical conductivity, material savings due to the small size of the pad compared to traditional ones and obtaining a more precise cut.

Nella sua pratica attuazione l'invenzione può essere applicata ad elettrodi di qualsiasi forma senza per questo uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. In its practical embodiment, the invention can be applied to electrodes of any shape without thereby departing from the scope of the following claims.

Claims

R IV E N D I C A Z I O N I 1. Procedure for the realization of the point where the electric arc strikes in the electrode of a thermal plasma cutting torch, characterized by the fact that in the electrode, at the end from which the electric arc must strike, a seat is obtained substantially cylindrical axial suitable to receive with tolerance a substantially cylindrical insert of hafnium or zirconium material and that said insert is swaged inside said seat so as to determine an intimate stable and uniform contact of its external surface with the internal surface of said seat able to firmly retain said insert within said seat.

2. Process according to claim 1 characterized in that said tolerance is preferably comprised between 0.05 and 0.10 mm. 3. Electrode made with the method according to claim 1 or 2 characterized in that it has, at the end from which the voltaic arc must shoot, a cylindrical insert of hafnium or zirconium upset in an axial seat obtained in said end of said electrode so as to be firmly held in said seat.

3. Process for the realization of the point of release of the electric arc in the electrode of a torch for plasma cutting and electrode thus realized according to what can be inferred from the preceding description and from the drawing.