JP2023501045A - アークトーチ、プラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ用の消耗部材、ならびに該消耗部材を備えたアークトーチ、プラズマトーチおよびプラズマ切断トーチ、およびプラズマ切断する方法、ならびにアークトーチ、プラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ用の電極を製造する方法 - Google Patents

Abstract

アークトーチ、プラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ用の消耗部材において、消耗部材または消耗部材の少なくとも１つの部分または領域は、銀とジルコニウムとの合金、銀とハフニウムとの合金または銀とジルコニウムとハフニウムとの合金から成ることを特徴とする、消耗部材。

Description

本発明は、アークトーチ、プラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ用の消耗部材、ならびに該消耗部材を備えたアークトーチ、プラズマトーチおよびプラズマ切断トーチ、およびプラズマ切断する方法、ならびにアークトーチ、プラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ用の電極を製造する方法に関する。

アークトーチおよびプラズマトーチは、一般に金属材料および非金属材料のような様々な種類の材料の熱加工、例えば切断、溶接、彫刻または加熱全般に使用される。

例えば、ＴＩＧトーチはアークトーチであってよい。ただしアークトーチは、プラズマトーチのようなノズルを有してはいない。それにもかかわらず、アークトーチの電極とプラズマトーチの電極とは同一に形成されていてよい。

プラズマトーチは一般に、主としてトーチ本体と、電極と、ノズルと、ノズル用ホルダとから成る。最新のプラズマトーチは追加的に、ノズルに被せて取り付けられるノズル保護キャップを有している。ノズルは、ノズルキャップにより固定されることが多い。

プラズマトーチが作動することでアークにより惹起される高い熱負荷に基づき消耗する構成部材は、プラズマトーチの形式に応じて、特に電極、ノズル、ノズルキャップ、ノズル保護キャップ、ノズル保護キャップホルダおよびプラズマガス・二次ガス案内部材である。これらの構成部材は、オペレータにより容易に交換され得るため、消耗部材と呼んでよい。

プラズマトーチは導線を介して、プラズマトーチに供給する電源とガス供給部とに接続されている。さらに、プラズマトーチは、例えば冷却液等の冷却媒体用の冷却装置に接続されていてよい。

特にプラズマ切断トーチの場合には、高い熱負荷が生じる。その原因は、ノズル孔によるプラズマジェットの大幅な絞りにある。この場合、ノズル孔内の５０～１５０Ａ／ｍｍ^２の高い電流密度と、約２×１０^６Ｗ／ｃｍ^２の高いエネルギ密度と、最高３００００Ｋの高い温度とが生じるようにするために、小さな孔が用いられる。さらに、プラズマ切断トーチでは、通常最高１２ｂａｒ（１．２ＭＰａ）の比較的高いガス圧が用いられる。ノズル孔を通流するプラズマガスの高い温度と大きな運動エネルギとの組合せが、工作物の溶融と、溶融物の押退けとをもたらす。切断溝が生じ、工作物は切断される。プラズマ切断では、非合金鋼または低合金鋼を切断するためには酸化性ガスが使用されることが多く、高合金鋼または非鉄金属を切断するためには非酸化性ガスが使用される。

電極とノズルとの間には、プラズマガスが流れる。プラズマガスは、ガス案内部材（プラズマガス案内部材）を通って案内される。これにより、プラズマガスを的確に方向付けることができる。多くの場合、プラズマガスは、プラズマガス案内部材の開口の半径方向および／または軸線方向におけるずれに基づき、電極の周りを回転させられる。プラズマガス案内部材は、電気的に絶縁性の材料から成っている。それというのも、電極とノズルとが互いに電気的に絶縁されていなければならないからである。このことは、電極とノズルとが、プラズマ切断トーチの作動中に異なる電位を有しているため、必要である。プラズマ切断トーチを作動させるためには、電極とノズルおよび／または工作物との間にアークが形成され、このアークがプラズマガスをイオン化する。アークを発生させるためには、電極とノズルとの間の経路のプレイオン化ひいてはアークの形成をもたらす高電圧が、電極とノズルとの間に印加されてよい。電極とノズルとの間で燃焼するアークは、パイロットアークとも呼ばれる。

パイロットアークは、ノズル孔を通って流出し、工作物に衝突しかつ工作物までの経路をイオン化する。これにより、電極と工作物との間にアークが形成されてよい。このアークは、メインアークとも呼ばれる。メインアークの間、パイロットアークは遮断されてよい。しかしまた、パイロットアークは引き続き作動させられてもよい。プラズマ切断の場合、ノズルをさらに追加的に負荷しないようにするために、パイロットアークは遮断されることが多い。

特に電極とノズルとは、熱的に高負荷されるため、冷却されねばならない。同時に電極とノズルとは、アークの形成に必要とされる電流も案内しなければならない。したがって電極およびノズルには、良好に熱伝導しかつ良好に導電する材料、通常は金属、例えば銅、銀、アルミニウム、スズ、亜鉛、鉄またはこれらの金属の少なくとも１つが含まれた合金が用いられる。

電極は、電極ホルダと放出インサートとから成る場合が多く、放出インサートは、高い溶融温度（＞２０００℃）と、電極ホルダよりも小さな電子仕事関数とを有する材料から製造されている。放出インサート用の材料としては、非酸化性プラズマガス、例えばアルゴン、水素、窒素、ヘリウムおよびこれらの混合物が使用される場合には、タングステンが使用され、酸化性ガス、例えば酸素、空気およびこれらの混合物、窒素－酸素混合物およびその他のガスとの混合物が使用される場合には、ハフニウムまたはジルコニウムが使用される。この高温材料は、良好に熱伝導しかつ良好に導電する材料から成る電極ホルダ内に嵌め込まれてよく、例えば形状結合および／または摩擦結合によりプレス嵌めされてよい。

電極およびノズルの冷却は、ノズルの外面に沿って流れるガス、例えばプラズマガスまたは二次ガスにより行われてよい。ただし、液体、例えば水による冷却の方が、より効果的である。この場合、電極および／またはノズルは、液体により直接に冷却されることが多い。すなわち、液体は電極および／ノズルに直接に接触している。ノズルの周りに冷却液を案内するために、ノズルの周りにはノズルキャップが設けられており、ノズルキャップの内面はノズルの外面と共に、内部を冷却媒体が流れる冷却媒体空間を形成している。

最新のプラズマ切断トーチの場合には、ノズルおよび／またはノズルキャップの外側に、追加的にノズル保護キャップが設けられている。ノズル保護キャップの内面と、ノズルまたはノズルキャップの外面とは、二次ガスまたは保護ガスが通流する空間を形成している。二次ガスまたは保護ガスは、ノズル保護キャップの孔から流出してプラズマジェットを包囲し、プラズマジェットの周りに所定の雰囲気をもたらす。追加的に、二次ガスはノズルとノズル保護キャップとを、ノズルおよびノズル保護キャップと工作物との間に形成され得るアークから保護する。これらのアークはダブルアークと呼ばれ、ノズルの損傷につながる恐れがある。特に工作物内への侵入に際して、ノズルおよびノズル保護キャップは、高温の材料の跳上げにより大幅に負荷される。侵入時にその体積流量が、切断時の数値に比べて増大されていてよい二次ガスは、ノズルおよびノズル保護キャップから跳ね上がる材料を遮断し、これにより損傷から保護する。

ノズル保護キャップも同様に熱的に高負荷されるため、冷却されねばならない。したがって、このためには良好に熱伝導しかつ良好に導電する材料、通常は金属、例えば銅、銀、アルミニウム、スズ、亜鉛、鉄またはこれらの金属の少なくとも１つが含まれた合金が使用される。

電極とノズルとは、間接的に冷却されてもよい。この場合、電極とノズルとは、良好に熱伝導しかつ良好に導電する材料、通常は金属、例えば銅、銀、アルミニウム、スズ、亜鉛、鉄またはこれらの金属の少なくとも１つが含まれた合金から成る構成部材に接触することで触接している。この構成部材もやはり直接に冷却される、すなわち、大抵は流動性の冷却媒体に直接に接触した状態にある。これらの構成部材は、同時に電極、ノズル、ノズルキャップまたはノズル保護キャップ用のホルダまたは支持部として用いられてよく、熱を導出しかつ電流を供給することができる。

電極のみまたはノズルのみが、液体により冷却される可能性もある。

ノズル保護キャップは大抵、二次ガスによってのみ冷却される。二次ガスキャップが、冷却液により直接にまたは間接的に冷却されるユニットも周知である。

プラズマトーチの場合、特にプラズマ切断トーチの場合には、高いエネルギ密度と高い温度とに基づき、消耗部材の高負荷が生じる。このことは特に、電極、ノズルおよびノズル保護キャップに当てはまる。

高融点材料、例えばタングステン、ハフニウムから成る放出インサートを良好に熱伝導する材料、例えば銅または銀に挿入するという、電極の従来周知の構成は、多くの場合、不十分な結果に達する。特に例えば３００Ａよりも大きな大電流の場合にプラズマガスとして酸素を含むガスまたはガス混合物を使用すると、耐用年数が極端に短くなることが多い。さらに、多くの場合は耐用年数に大きな変動が生じる。放出インサートは作動中、つまりアークまたはプラズマジェットの燃焼中に摩耗する。放出インサートは徐々に燃え尽きていく。放出インサートが１ｍｍを超えて燃え尽きると、電極ホルダ用の材料として銅を使用した場合には、電極全体が突然故障することが多い。この場合、アークまたはプラズマジェットが放出インサートからホルダに移り、ホルダを破壊する。同時にノズルの破壊も生じる。それどころか、トーチ全体が破壊される恐れがある。

電極ホルダ用の材料として銀を使用することにより、電極は最大１．５ｍｍ燃え尽き、その後故障することが多い。

この故障は突然発生することもあるため、説明したケースでは切断プロセスが突然終了することになる。この場合、切断しようとする材料は使用不能になることが多い。

本発明の目的は、アークトーチ、プラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ用の消耗部材、例えば電極、ノズルおよびノズル保護キャップの耐用年数を改善することにある。

本発明は、請求項１記載の消耗部材、請求項１９記載のアークトーチ、請求項２０記載のプラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ、および請求項２１記載のプラズマ切断する方法、請求項２３記載のプラズマ切断する方法、ならびに請求項２５記載の、アークトーチまたはプラズマトーチ用の電極を製造する方法を提供する。

消耗部材の１つの特別な実施形態によれば、銀の割合は、消耗部材または消耗部材の部分または領域の体積または質量の少なくとも６０％、有利には少なくとも８０％、より良好には少なくとも９２％、最も良好には９７％である。

１つの別の特別な実施形態によれば、ジルコニウムおよび／またはハフニウムの割合は、消耗部材または消耗部材の部分または領域の体積または質量の最低０．０５％、より良好には最低０．５％、最も良好には最低１％である。

１つの別の特別な実施形態によれば、ジルコニウムおよび／またはハフニウムの割合は、消耗部材または消耗部材の部分または領域の体積または質量の最高５％、より良好には最高２％である。

有利には、消耗部材または消耗部材の部分または領域の体積または質量の、最高１００％残されている割合のうち、少なくとも最高６０％は銅から形成される。

１つの特別な実施形態によれば、消耗部材は、アークトーチ用の電極である。

特にこの場合、電極は、前端部と後端部とを有しており、長手方向軸線Ｍに沿って延在しており、前端部に設けられた少なくとも１つの放出インサートと、電極ホルダと、場合により放出インサート用の保持部材とを有している、ということが想定されていてよい。

特にこの場合、放出インサートに接触することで触接している電極ホルダの内面または保持部材の内面の少なくとも１つの部分区分は、前記合金から成る、ということが想定されていてよい。

さらにこの場合、放出インサートの前面のすぐ隣に続く前面の少なくとも１つの部分区分は、前記合金を含んでいる、ということが想定されていてよい。

有利には、放出インサートの前面のすぐ隣に続く前面の少なくとも１つの部分区分は、前記合金を含んでいる。

特にこの場合、前面の前記部分区分は、半径方向外側に向かって少なくとも０．５ｍｍ、より良好には少なくとも１ｍｍ延在している、ということが想定されていてよい。

有利には、放出インサートの体積または質量の少なくとも最高９０％は、ハフニウムまたはジルコニウムまたはタングステンから成る。

さらに、消耗部材は、少なくとも１つのノズル開口を備えたノズルである、ということが想定されていてよい。

特にこの場合、ノズル開口の内面の少なくとも１つの部分区分は、前記合金を含んでいる、ということが想定されていてよい。

特にこの場合、合金は、少なくともノズル開口の内面の部分区分から半径方向外側に向かって少なくとも０．５ｍｍ、より良好には少なくとも１ｍｍ延在している、ということが想定されていてよい。

本発明の１つの別の特別な実施形態によれば、消耗部材は、少なくとも１つのノズル保護キャップ開口を備えたノズル保護キャップである、ということが想定されていてよい。

特にこの場合、ノズル保護キャップ開口の内面の少なくとも１つの部分区分は、前記合金を含んでいる、ということが想定されていてよい。

さらにこの場合、合金は、少なくともノズル保護キャップ開口の内面の部分区分から半径方向外側に向かって少なくとも０．５ｍｍ、より良好には少なくとも１ｍｍ延在している、ということが想定されていてよい。

請求項２１記載のプラズマ切断する方法では、電極および／またはノズルおよび／またはノズル保護キャップを液状媒体により冷却する、ということが想定されていてよい。

最後に、請求項２３記載のプラズマ切断する方法では、燃尽き量の限界値は、少なくとも２．０ｍｍ、より良好には少なくとも２．３ｍｍである、ということが想定されていてよい。本発明に基づき、消耗部材、特に電極の耐用年数が延長される。放出インサートは、さらに燃え尽きることができる。試験では、最大２．５ｍｍに達した。さらに、この燃尽き深さからのパイロットアークの発生は最早不可能である場合が多く、これにより、切断中の陰極の破壊を阻止することができる、ということが確認された。

特に、電極の耐用年数が、特に酸素を含むプラズマガスを使用した場合に延長される。

本発明の別の特徴および利点は、添付の請求項、および図面に基づく特別な実施例の以下の説明から明らかである。

本発明の１つの特別な実施形態によるプラズマトーチを示す断面図である。 図１に示したプラズマトーチの電極を示す断面図である。 図２に示した電極を前から見た図である。 図１に示したプラズマトーチの電極ホルダを示す断面図である。 図１に示したプラズマトーチの電極を示す別の断面図である。 図２に示した電極の放出インサートを示す断面図である。 本発明の１つの別の特別な実施形態による電極を示す断面図である。 図３に示した電極を前から見た図である。 図３に示した電極の電極ホルダを示す断面図である。 図３に示した電極の保持部材を前から見た図である。 図３．３に示した保持部材を示す側面図である。 本発明の１つの別の特別な実施形態による電極を示す断面図である。 図４に示した電極を前から見た図である。 図４に示した電極の電極ホルダを示す断面図である。 図４に示した電極の保持部材を示す断面図である。 本発明の１つの別の特別な実施形態による電極を示す断面図である。 図５に示した電極を前から見た図である。 図５に示した電極の電極ホルダを示す断面図である。 図５に示した電極の保持部材を示す断面図である。 本発明の１つの特別な実施形態によるノズルを示す断面図である。 図６に示したノズルを示す別の断面図である。 本発明の１つの特別な実施形態によるノズル保護キャップを示す断面図である。 図７に示したノズル保護キャップを示す断面図である。

図１には、ノズルキャップ２と、プラズマガス案内部材３と、ノズル開口４．１を備えた本発明の１つの特別な実施形態によるノズル４と、ノズル支持部５と、電極支持部６と、本発明の１つの特別な実施形態による電極７とを備えた、本発明による１つの特別な実施形態によるプラズマ切断トーチ１（ただしこれはアークトーチまたはプラズマトーチであってもよい）の断面図が示されている。電極７は、電極ホルダ７．１と、例えば３ｍｍの長さＬ１を備えた放出インサート７．３とを有している（図２．４参照）。プラズマ切断トーチ１はさらに、ノズル保護キャップ支持部８を有しており、ノズル保護キャップ支持部８には、ノズル保護キャップ開口９．１を備えた本発明の１つの特別な実施形態によるノズル保護キャップ９が取り付けられている。プラズマ切断トーチ１には、二次ガス案内部材１０も付属する。二次ガス案内部材１０を介して、二次ガスＳＧが供給される。プラズマ切断トーチ１にはさらに、プラズマガスＰＧ、冷却媒体戻り流ＷＲ１およびＷＲ２ならびに冷却媒体供給流ＷＶ１およびＷＶ２用の案内部が設けられている。アークまたはプラズマジェットは、作動中、切断時に電極７の放出インサート７．３との間に発生し、ノズル開口４．１とノズル保護キャップ開口９．１とを通流することで絞られてから、工作物（図示せず）に衝突する。ノズル開口４．１の内面は符号４．２で表されており、ノズル保護キャップ開口９．１の内面は符号９．２で表されている。

図２および図２．１には、図１に示した電極７が示されており、この場合、図２は電極７の断面図であり、図２．１は電極７の前端部の方向Ａに見た図である。電極７は、前端部７．１．８と後端部７．１．９とを有している。電極７は、図２．２に示す電極ホルダ７．１と、放出インサート７．３とを有している。放出インサート７．３は、電極ホルダ７．１の例えば１．８ｍｍ（－０．０５）の直径Ｄ１を有する孔７．１．５内にプレス嵌めされている。孔７．１．５は、放出インサート７．３の外周面７．３．２に接触することで触接している内面７．１．３を有している。

電極ホルダ７．１は、例えば銀、銅およびジルコニウムの合金から成る。質量の割合は、例えば次のように、すなわち、銀９７％、ジルコニウム２％、銅１％に配分されている。この場合、本明細書では例示的に電極ホルダ７．１全体に合金が用いられている。電極ホルダ７．１の一部または１つの領域にのみ合金が存在する可能性もある。この場合、このことは、好適には少なくとも、電極ホルダ７．１の内面７．１．３に当てはまる。この場合、この領域は、内面から半径方向外側に向かって好適には少なくとも０．５ｍｍ延在している。この領域が、半径方向外側に向かって少なくとも１ｍｍ延在していると、なお良い。このことは例えば、ジルコニウムの割合および／または銀の割合が半径方向外側に向かって減少しかつ銅の割合が増大することにより、実現され得る。

電極７の断面を示す図２．３には、燃尽き量Ｌ２も示されている。燃尽き量は、新品状態の放出インサート７．３の面７．３．１と、作動中に燃え尽きた面の最深点との間の差として規定されている。本例では、例えばＬ２＝２ｍｍである。

放出インサート７．３の質量は、本例では好適には少なくとも９７％がハフニウムから成る。

図３には、本発明の１つの別の特別な実施形態による電極７が示されており、この場合、図３は電極７の断面図であり、図３．１は電極７の前端部７．１．８の方向Ａに見た図である。電極７は、前端部７．１．８と後端部７．１．９とを有している。電極７は、図３．１に示す電極ホルダ７．１と、図３．３および図３．４に示す保持部材７．２と、放出インサート７．３とを有している。放出インサート７．３は、保持部材７．２の直径Ｄ５を有する孔７．２．１内にプレス嵌めされている。孔７．２．１は、放出インサート７．３の外周面７．３．２に接触することで触接している内面７．２．３を有している。

保持部材７．２は、電極ホルダ７．１の孔７．１．５内にプレス嵌めされている。この孔は、保持部材の外周面７．２．２に接触することで触接している内面７．１．３を有している。

保持部材７．２は、本明細書では例示的に銀、銅およびジルコニウムの合金から成る。質量の割合は、例えば次のように、すなわち、銀９７％、ジルコニウム２％、銅１％に配分されている。この場合、本明細書では例示的に保持部材７．２全体に合金が用いられている。

保持部材７．２は、例えば４ｍｍの直径Ｄ３を有しており、放出インサート７．３は、例えば１．８ｍｍの直径Ｄ７（図２．４参照）を有している。これにより、保持部材の１．１ｍｍの壁厚さひいては半径方向外側に向かって１．１ｍｍ延在する前方円環面７．２．５が生じることになる。

保持部材７．２の一部または１つの領域にのみ合金が存在する可能性もある。この場合、このことは、好適には少なくとも、保持部材７．２の内面７．２．３に当てはまる。この場合、この領域は、内面７．２．３から半径方向外側に向かって好適には少なくとも０．５ｍｍ延在している。この領域が、半径方向外側に向かって少なくとも１ｍｍ延在していると、なお良い。このことは例えば、ジルコニウムの割合および／または銀の割合が半径方向外側に向かって減少しかつ銅の割合が増大することにより、実現され得る。

電極ホルダ７．１は、少なくとも導電性の良好な材料から成り、本例ではその質量の最大９０％が銅から成る。

放出インサートの質量は、本例では好適には少なくとも最大９７％がハフニウムから成る。

図４には、本発明の１つの別の特別な実施形態による電極７が示されており、この場合、図４は電極７の断面図であり、図４．１は電極７の前端部７．１．８の方向Ａに見た図である。電極７は、前端部７．１．８と後端部７．１．９とを有している。電極７は、図４．２に示す電極ホルダ７．１と、図４．３に示す保持部材７．２と、放出インサート７．３とを有している。放出インサート７．３は、保持部材７．２の直径Ｄ５を有する孔７．２．１内に挿入されている。

保持部材７．２の孔７．２．１は、放出インサート７．３の外周面７．３．２に接触することで触接している内面７．２．３を有している。

保持部材７．２は、電極ホルダ７．１の孔７．１．５内にプレス嵌めされている。孔７．１．５は、保持部材７．２の外周面７．２．２に接触することで触接している内面７．１．３を有している。この場合、保持部材７．２は、例えば摩擦結合、形状結合により、しかしまたろう接、溶接、特にレーザろう接、レーザ溶接、アークろう接、アーク溶接、真空ろう接、真空レーザ溶接または電子ビーム溶接の熱的な接合法により、電極ホルダ７．１に結合されていてよい。特に有利なのは、溶接またはろう接が後端部７．１．９から行われ、シーム（溶接シーム、ろう接シーム）７．４が、後端部に向かって延びる中空室７．１．７内に位置する場合である。接合法として、拡散溶接も有利であり、この場合は圧力と熱とが用いられる。

電極ホルダ７．１に対する保持部材７．２の熱的な接合、例えばろう接または溶接が、中空室７．１．７の方向から行われる場合、このことは前方からの熱的な接合に比べ、例えば
－ シームが前方から全く見えなくなり、かつ
－ 後加工が不要である、
という利点を有している。

保持部材７．２は、本明細書では例示的に銀、銅およびジルコニウムの合金から成る。質量の割合は、例えば次のように、すなわち、銀９７％、ジルコニウム２％、銅１％に配分されている。この場合、本明細書では例示的に保持部材７．２全体に合金が用いられている。

保持部材７．２は、例えば６ｍｍの直径Ｄ３を有しており、放出インサート７．３は、例えば１．８ｍｍの直径Ｄ７を有している。これにより、保持部材７．２の２．１ｍｍの壁厚さひいては半径方向外側に向かって２．１ｍｍ延在する前方円環面７．２．５が生じることになる。

保持部材７．２の一部または１つの領域にのみ合金が存在する可能性もある。この場合、このことは、好適には少なくとも、保持部材７．２の内面７．２．３に当てはまる。この場合、この領域は、内面から半径方向外側に向かって好適には少なくとも０．５ｍｍ延在している。この領域が、半径方向外側に向かって少なくとも１ｍｍ延在していると、なお良い。このことは例えば、ジルコニウムの割合および／または銀の割合が半径方向外側に向かって減少しかつ銅の割合が増大することにより、実現され得る。

電極ホルダ７．１は、少なくとも導電性の良好な材料から成り、本例ではその質量の最大９０％が銅から成る。

放出インサートの質量は、本例では好適には少なくとも最大９７％がハフニウムから成る。

図５には、１つの別の特別な実施形態による電極７が示されており、この場合、図５は電極７の断面図であり、図５．１は電極の前端部７．１．８の方向Ａに見た図である。電極７は、前端部７．１．８と後端部７．１．９とを有している。電極７は、図５．２に示す電極ホルダ７．１と、図５．３に示す保持部材７．２と、放出インサート７．３とを有している。放出インサート７．３は、保持部材７．２の直径Ｄ５を有する孔７．２．１内に挿入されている。

保持部材７．２の孔は、放出インサートの外周面７．３．２に接触することで触接している内面７．２．３を有している。

保持部材７．２は円筒部分において、電極ホルダ７．１の外面７．１．１に取り付けられている。この場合、保持部材７．２は、例えば摩擦結合、形状結合により、しかしまたろう接、溶接、特にレーザろう接、レーザ溶接、アークろう接、アーク溶接、真空ろう接、真空レーザ溶接または電子ビーム溶接の熱的な接合法により、電極ホルダ７．１に結合されていてよい。特に有利なのは、溶接またはろう接が後端部７．１．９から行われ、シーム（溶接シーム、ろう接シーム）７．４が、後端部に向かって延びる中空室７．１．７内に位置する場合である。接合法として、拡散溶接も有利である。この場合は、圧力と熱とが用いられる。

保持部材７．２は、本明細書では例示的に銀、銅およびジルコニウムの合金から成る。質量の割合は、例えば次のように、すなわち、銀９７％、ジルコニウム２％、銅１％に配分されている。この場合、本明細書では例示的に保持部材７．２全体に合金が用いられている。

保持部材７．２は、例えば１０ｍｍの直径Ｄ３を有しており、放出インサートは、例えば１．８ｍｍの直径Ｄ７を有している。これにより、保持部材７．２の４．１ｍｍの壁厚さひいては半径方向外側に向かって４．１ｍｍ延在する前方円環面７．２．５が生じることになる。

保持部材７．２の一部または１つの領域にのみ合金が存在する可能性もある。この場合、このことは、好適には少なくとも、保持部材７．２の内面７．２．３に当てはまる。この場合、この領域は、内面から半径方向外側に向かって好適には少なくとも０．５ｍｍ延在している。この領域が、半径方向外側に向かって少なくとも１ｍｍ延在していると、なお良い。このことは例えば、ジルコニウムの割合および／または銀の割合が半径方向外側に向かって減少しかつ銅の割合が増大することにより、実現され得る。

電極ホルダ７．１は、少なくとも導電性の良好な材料から成り、本例ではその質量の最大９０％が銅から成る。

放出インサートの質量は、本例では好適には少なくとも最大９７％がハフニウムから成る。

図６には、例示的に、図１に示したプラズマトーチ１に挿入された、本発明の１つの特別な実施形態によるノズル４が示されている。このノズル４は全体的に、銀とジルコニウムとの合金、銀とハフニウムとの合金または銀とジルコニウムとハフニウムとの合金から成っていてよい。ただし重要なのは、プラズマジェットまたはアークと接触する可能性のあるノズルの領域が、前記材料から成っている、という点である。これは、ノズル４の内面４．２である。このことは、例えば前記材料から成るノズルインサート４．４をノズルホルダ４．３内に取り付けることにより行われてよい。このことは、図６．１に例示されている。

本例において、図６ではノズル４が、図６．１ではノズルキャップインサート４．４が、銀と銅とジルコニウムとの合金から成っている。質量の割合は、例えば次のように、すなわち、銀９７％、ジルコニウム２％、銅１％に配分されている。この場合、本明細書では例示的にノズル４全体に合金が用いられている。

この場合、ノズルインサート４．４は、例えば摩擦結合、形状結合により、しかしまたろう接、溶接、特にレーザろう接、レーザ溶接、アークろう接、アーク溶接、真空ろう接、真空レーザ溶接または電子ビーム溶接の熱的な接合法により、ノズルホルダ４．３に結合されていてよい。接合法として、拡散溶接も有利である。この場合は、圧力と熱とが用いられる。

図７には、図１に示したノズル保護キャップ９が示されている。このノズル保護キャップ９は全体的に、例えば銀とジルコニウムとの合金、銀とハフニウムとの合金または銀とジルコニウムとハフニウムとの合金から成っていてよい。ただし重要なのは、プラズマジェットまたはアークと接触する可能性のあるノズルの領域が、前記材料から成っている、という点である。これは、ノズル保護キャップ９の内面９．２である。このことは、例えば前記材料から成るノズル保護キャップインサート９．４をノズル保護キャップホルダ９．３内に取り付けることにより行われてよい。このことは、図７．１に例示されている。

本例において、図７ではノズル保護キャップ９が、図７．１ではノズル保護キャップインサート９．４が、銀と銅とジルコニウムとの合金から成っている。質量の割合は、例えば次のように、すなわち、銀９７％、ジルコニウム２％、銅１％に配分されている。この場合、本明細書では例示的にノズル保護キャップ９全体に合金が用いられている。

この場合、ノズル保護キャップインサート９．４は、例えば摩擦結合、形状結合により、しかしまたろう接、溶接、特にレーザろう接、レーザ溶接、アークろう接、アーク溶接、真空ろう接、真空レーザ溶接または電子ビーム溶接の熱的な接合法により、ノズル保護キャップホルダ９．３に結合されていてよい。接合法として、拡散溶接も有利である。この場合は、圧力と熱とが用いられる。

上記説明、図面および請求項に開示した本発明の特徴は、個別でも、任意の組合せにおいても、それらの様々な実施形態において本発明を実現するために重要であり得る。

１ アークトーチ、プラズマトーチ、プラズマ切断トーチ
２ ノズルキャップ
３ プラズマガス案内部材
４ ノズル
４．１ ノズル開口
４．２ ノズル開口の内面
４．３ ノズルホルダ
４．４ ノズルインサート
５ ノズル支持部
６ 電極支持部
７ 電極
７．１ 電極ホルダ
７．１．１ 前面
７．１．２ 外面
７．１．３ 内面
７．１．５ 孔
７．１．７ 中空室
７．１．８ 前端部
７．１．９ 後端部
７．２ 保持部材
７．２．１ 孔
７．２．２ 外周面
７．２．３ 内面
７．２．５ 前方円環面
７．３ 放出インサート
７．３．１ 前面
７．３．２ 外周面
７．４ シーム
８ ノズル保護キャップ支持部
９ ノズル保護キャップ
９．１ ノズル保護キャップ開口
９．２ ノズル保護キャップ開口の内面
９．３ ノズル保護キャップホルダ
９．４ ノズル保護キャップインサート
１０ 二次ガス案内部材
Ｄ１ 内径
Ｄ３ 外径
Ｄ５ 内径
Ｄ７ 直径
Ｌ１ 長さ
Ｌ２ 燃尽き量
Ｍ 中心長手方向軸線
ＰＧ プラズマガス
ＳＧ 二次ガス
ＷＲ１ 冷却媒体戻り流
ＷＲ２ 冷却媒体戻り流
ＷＶ１ 冷却媒体供給流
ＷＶ２ 冷却媒体供給流

Claims (25)

1. アークトーチ（１）、プラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ用の消耗部材（４，７，９）において、
   前記消耗部材または前記消耗部材の少なくとも１つの部分または領域は、銀とジルコニウムとの合金、銀とハフニウムとの合金または銀とジルコニウムとハフニウムとの合金から成ることを特徴とする、消耗部材（４，７，９）。
2. 前記銀の割合は、前記消耗部材または前記部分または前記領域の体積または質量の少なくとも６０％、有利には少なくとも８０％、より良好には少なくとも９２％、最も良好には９７％である、請求項１記載の消耗部材（４，７，９）。
3. 前記ジルコニウムおよび／または前記ハフニウムの割合は、前記消耗部材または前記部分または前記領域の体積または質量の最低０．０５％、より良好には最低０．５％、最も良好には最低１％である、請求項１または２記載の消耗部材（４，７，９）。
4. 前記ジルコニウムおよび／または前記ハフニウムの割合は、前記消耗部材または前記部分または前記領域の体積または質量の最高５％、より良好には最高２％である、請求項１から３までのいずれか１項記載の消耗部材（４，７，９）。
5. 前記消耗部材または前記部分または前記領域の体積または質量の、最高１００％残されている割合のうち、少なくとも最高６０％は、銅から形成される、請求項１から４までのいずれか１項記載の消耗部材（４，７，９）。
6. 前記消耗部材は、アークトーチ（１）用の電極（７）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の消耗部材。
7. 前記電極（７）は、前端部（７．１．８）と後端部（７．１．９）とを有しており、長手方向軸線Ｍに沿って延在しており、前記前端部（７．１．８）に設けられた少なくとも１つの放出インサート（７．３）と、電極ホルダ（７．１）と、場合により前記放出インサート（７．３）用の保持部材（７．２）とを有している、請求項６記載の消耗部材。
8. 前記放出インサート（７．３）に接触することで触接している前記電極ホルダ（７．１）の内面（７．１．３）または前記保持部材（７．２）の内面（７．２．３）の少なくとも１つの部分区分は、前記合金から成る、請求項７記載の消耗部材。
9. 前記合金は、少なくとも前記電極ホルダ（７．１）の前記内面（７．１．３）または前記保持部材（７．２）の前記内面（７．２．３）の前記部分区分から半径方向外側に向かって少なくとも０．５ｍｍ、より良好には少なくとも１ｍｍ延在している、請求項８記載の消耗部材。
10. 前記放出インサート（７．３）の前面（７．３．１）のすぐ隣に続く前面（７．１．１）の少なくとも１つの部分区分は、前記合金を含んでいる、請求項７から９までのいずれか１項記載の消耗部材。
11. 前記前面（７．１．１）の前記部分区分は、半径方向外側に向かって少なくとも０．５ｍｍ、より良好には少なくとも１ｍｍ延在している、請求項１０記載の消耗部材。
12. 前記放出インサート（７．３）の体積または質量の少なくとも最高９０％は、ハフニウムまたはジルコニウムまたはタングステンから成る、請求項７から１１までのいずれか１項記載の消耗部材。
13. 前記消耗部材は、少なくとも１つのノズル開口（４．１）を備えたノズル（４）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の消耗部材。
14. 前記ノズル開口（４．１）の内面（４．２）の少なくとも１つの部分区分は、前記合金を含んでいる、請求項１３記載の消耗部材。
15. 前記合金は、少なくとも前記ノズル開口（４．１）の前記内面（４．２）の前記部分区分から半径方向外側に向かって少なくとも０．５ｍｍ、より良好には少なくとも１ｍｍ延在している、請求項１４記載の消耗部材。
16. 前記消耗部材は、少なくとも１つのノズル保護キャップ開口（９．１）を備えたノズル保護キャップ（９）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の消耗部材。
17. 前記ノズル保護キャップ開口（９．１）の内面（９．２）の少なくとも１つの部分区分は、前記合金を含んでいる、請求項１６記載の消耗部材。
18. 前記合金は、少なくとも前記ノズル保護キャップ開口（９．１）の前記内面（９．２）の前記部分区分から半径方向外側に向かって少なくとも０．５ｍｍ、より良好には少なくとも１ｍｍ延在している、請求項１７記載の消耗部材。
19. 請求項６から１２までのいずれか１項記載の電極、請求項１３から１５までのいずれか１項記載のノズルおよび請求項１６から１８までのいずれか１項記載のノズル保護キャップのうちの少なくとも１つを備えたアークトーチ。
20. 請求項６から１２までのいずれか１項記載の電極、請求項１３から１５までのいずれか１項記載のノズルおよび請求項１６から１８までのいずれか１項記載のノズル保護キャップのうちの少なくとも１つを備えたプラズマトーチまたはプラズマ切断トーチ。
21. 請求項２０記載のプラズマ切断トーチを用いてプラズマ切断する方法であって、プラズマガスとして、酸素を含むガスまたはガス混合物を用いてプラズマ切断トーチを作動させる、方法。
22. 電極（７）および／またはノズル（４）および／またはノズル保護キャップ（９）を液状媒体により冷却する、請求項２１記載の方法。
23. 電極ホルダ（７．１）と放出インサート（７．３）とを備えた電極（７）と、ノズル（４）と、該ノズル（４）用のノズル支持部（５）と、前記電極（７）用の電極支持部（６）とを有するプラズマ切断トーチ（１）を用いて、特に工作物をプラズマ切断する方法であって、前記プラズマ切断トーチ（１）の作動中、前記放出インサート（７．３）の燃尽き量（Ｌ２）の予め規定可能な限界値以降、パイロットアークの発生を中止し、これにより、切断中の前記電極（７）の破壊を阻止するかまたは遅らせる、方法。
24. 前記燃尽き量（Ｌ２）の前記限界値は、少なくとも２．０ｍｍ、より良好には少なくとも２．３ｍｍである、請求項２３記載の方法。
25. アークトーチ、プラズマトーチ（１）またはプラズマ切断トーチ用の電極（７）であって、該電極（７）は、前端部（７．１．８）と後端部（７．１．９）とを有しており、長手方向軸線Ｍに沿って延在しており、前記前端部（７．１．８）に設けられた少なくとも１つの放出インサート（７．３）と、電極ホルダ（７．１）と、前記放出インサート用の保持部材（７．２）と、前記後端部（７．１．９）に向かって延び、該後端部（７．１．９）に向かって開いた中空室（７．１．７）とを有する、電極（７）を製造する方法であって、
    前記保持部材（７．２）と前記電極ホルダ（７．１）とを、前記中空室（７．１．７）の方向から、熱的な接合、特にろう接または溶接により結合するステップを含む、方法。

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