JP2714203B2 - Non-transfer type plasma cutting torch - Google Patents

Non-transfer type plasma cutting torch

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JP2714203B2
JP2714203B2 JP2010528A JP1052890A JP2714203B2 JP 2714203 B2 JP2714203 B2 JP 2714203B2 JP 2010528 A JP2010528 A JP 2010528A JP 1052890 A JP1052890 A JP 1052890A JP 2714203 B2 JP2714203 B2 JP 2714203B2
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nozzle hole
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plasma
cutting
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紀六 藤原
正 麻生
実 島田
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日立精工株式会社
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属および非金属材料のいずれにも適用で
き、狭い切り代で安定した切断が可能な非移行式プラズ
マ切断トーチに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-transfer type plasma cutting torch which can be applied to both metal and non-metal materials and can perform stable cutting with a narrow cutting margin.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

陽極ノズルの外周を空気またはガスで冷却するプラズ
マジェット発生装置の原理図を第6図に示す。図中、1
は棒状陰極、2は陽極ノズル、3はシールドキャップ、
4はプラズマジェットフレーム、5は被切断材、6はプ
ラズマ発生用ガス、7は陽極ノズル冷却用空気またはガ
スで、プラズマジェット発生トーチ10は棒状陰極1、陽
極ノズル2およびシールドキャップ3から構成され、プ
ラズマ電源8により棒状陰極1と陽極ノズル2との間に
直流電圧が印加される。9は高周波発生装置であり、こ
の高周波発生装置の助けにより棒状陰極1と陽極ノズル
2との間に発生したアークは、陽極ノズル2のノズル2a
壁面とノズル孔2aに流れるプラズマ発生用ガス6とで狭
搾された高温プラズマ流となり、プラズマジェットフレ
ーム4としてノズル孔先端部から噴出する。この際、陽
極ノズル2はアークで加熱されるが、2kW以下程度の小
容量のプラズマジェット発生装置では、陽極ノズル冷却
用空気またはガス7を陽極ノズル2とシールドキャップ
3との間に流すことにより陽極ノズル2を冷却する方法
がとられる。非移行式プラズマ切断では、前述したプラ
ズマジェットフレーム4により被切断材5を切断するも
のであり、金属および非金属の両方に適用される。
FIG. 6 shows a principle diagram of a plasma jet generator that cools the outer periphery of the anode nozzle with air or gas. In the figure, 1
Is a rod-shaped cathode, 2 is an anode nozzle, 3 is a shield cap,
4 is a plasma jet frame, 5 is a material to be cut, 6 is a gas for generating plasma, 7 is air or gas for cooling an anode nozzle, and a plasma jet generating torch 10 is composed of a rod-shaped cathode 1, an anode nozzle 2 and a shield cap 3. A DC voltage is applied between the rod-shaped cathode 1 and the anode nozzle 2 by the plasma power source 8. Reference numeral 9 denotes a high-frequency generator, and an arc generated between the rod-shaped cathode 1 and the anode nozzle 2 with the aid of the high-frequency generator is used for the nozzle 2a of the anode nozzle 2.
The high-temperature plasma flow is squeezed by the plasma generating gas 6 flowing through the wall surface and the nozzle hole 2a, and is ejected from the nozzle hole tip as the plasma jet frame 4. At this time, the anode nozzle 2 is heated by an arc. In a plasma jet generator having a small capacity of about 2 kW or less, the anode nozzle cooling air or gas 7 is caused to flow between the anode nozzle 2 and the shield cap 3. A method of cooling the anode nozzle 2 is used. In the non-transfer type plasma cutting, the material to be cut 5 is cut by the above-described plasma jet frame 4, and is applied to both metal and non-metal.

現在市販されている非移行式プラズマ切断トーチの例
としては、陽極ノズルと棒状陰極を覆った陰極スリーブ
ノズルとの間にプラズマ発生用ガスを流す二重ノズル構
造で、ノズル孔径d;0.1〜0.3mmφ、ノズル孔長さL;約1m
mとしたものがある。
Examples of currently available non-transfer type plasma cutting torches include a double nozzle structure in which a gas for plasma generation flows between an anode nozzle and a cathode sleeve nozzle covering a rod-shaped cathode, and a nozzle hole diameter d; 0.1 to 0.3. mmφ, nozzle hole length L; about 1m
Some have m.

一方、導電性の被切断材を陽極にしてノズルに通電し
ない移行式プラズマ切断では、ノズルはプラズマアーク
の狭搾のみを目的として使用されるため、ノズル孔径が
小さく、また陰極からノズルを経由して陽極の被切断材
へとアークが発生する、いわゆるダブルアーク現象を防
止する必要からノズル孔長さの比較的短いノズルが一般
に使用されており、プラズマ電流容量50A以下の市販国
産品((社)日本溶接協会、ガス溶断部会、プラズマ分
科会編、市販国産プラズマ切断機製品紹介(昭和61年
度)による)では、ノズル孔径d;0.6〜1.2mmφ、ノズル
孔長さL;約2mmとなっている。
On the other hand, in transfer-type plasma cutting in which a conductive material to be cut is used as the anode and the nozzle is not energized, the nozzle is used only for narrowing the plasma arc, so the nozzle hole diameter is small, and the cathode passes through the nozzle from the cathode. In order to prevent the so-called double arc phenomenon, in which an arc is generated in the material to be cut at the anode, a nozzle with a relatively short nozzle hole length is generally used, and a commercially available domestic product having a plasma current capacity of 50 A or less (( ) According to the Japan Welding Association, Gas Fusing Subcommittee, Plasma Subcommittee Edition, introduction of commercially available domestic plasma cutting machine products (in 1986)), nozzle hole diameter d: 0.6-1.2 mmφ, nozzle hole length L: about 2 mm I have.

また、実開昭61−127874号には、移行式プラズマアー
ク溶接用チップにおいて、ノズル孔長さLをノズル孔径
dで除いた値L/dを0.3≦L/d≦0.8とした例が記載されて
いる。
In addition, Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 61-127874 describes an example in which a value L / d obtained by removing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d is 0.3 ≦ L / d ≦ 0.8 in a transition type plasma arc welding tip. Have been.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明者らの行った実験結果によれば、第6図に示す
ような非移行式プラズマ切断トーチ10では、切断能力に
影響を及ぼすプラズマジェットフレーム4の形状を制御
する陽極ノズル2のノズル孔径d、ノズル孔長さLの選
定が適切でない場合、以下に述べるような不都合を生じ
る。
According to the results of experiments conducted by the present inventors, in the non-transfer type plasma cutting torch 10 as shown in FIG. 6, the nozzle hole diameter of the anode nozzle 2 for controlling the shape of the plasma jet frame 4 which affects the cutting performance d, when the nozzle hole length L is not properly selected, the following inconveniences occur.

(1) d;小,L;短 移行式プラズマ切断に使用されているノズルのように
dを小さくし、Lを短くすると、第6図に示すように陽
極点Aが陽極ノズル2のノズル孔先端部に吐出し、プラ
ズマジェットフレーム4をノズル孔2a壁面によって狭搾
する効果が少ないためにプラズマジェットフレーム4の
狭搾が不充分となり、被切断材5の切り代が大で、かつ
dが小さいためにプラズマ発生用ガス6の流量が減少
し、切断能力が低下する。さらに、プラズマ発生用ガス
6として、酸素ガス、空気などの活性ガスを使用した場
合、陽極点Aが陽極ノズル2のノズル孔先端部に吐出し
ていると、陽極点部位であるノズル孔先端部の消耗が著
しく、ノズル先端孔径が拡大するために切断性能が安定
しなくなる。また、前述した非移行式プラズマ切断トー
チの従来例のようにdを極小にした場合には、陽極ノズ
ル2の消耗くずでノズル孔2aが塞がれるため、切断性能
が不安定になりやすく、実用的でない。
(1) d; small, L; short When d is reduced and L is shortened as in the nozzle used for the transfer type plasma cutting, the anode point A becomes the nozzle hole of the anode nozzle 2 as shown in FIG. Since the plasma jet frame 4 is discharged to the tip and has a small effect of squeezing the plasma jet frame 4 with the wall surface of the nozzle hole 2a, the squeezing of the plasma jet frame 4 becomes insufficient, the cutting allowance of the workpiece 5 is large, and d is large. Because of the small size, the flow rate of the plasma generating gas 6 is reduced, and the cutting ability is reduced. Further, when an active gas such as oxygen gas or air is used as the plasma generating gas 6, if the anode point A is discharged to the tip of the nozzle hole of the anode nozzle 2, the tip of the nozzle hole at the anode point portion And the cutting performance becomes unstable because the diameter of the nozzle tip hole is increased. Further, when d is minimized as in the conventional example of the non-transfer type plasma cutting torch described above, since the nozzle hole 2a is closed by waste of the anode nozzle 2, the cutting performance tends to be unstable, Not practical.

(2) d;大,L;短 前述した移行式プラズマアーク溶接用チップの従来例
のようにdを大きく、Lを短くすると、陽極点Aが陽極
ノズル2のノズル孔先端部に吐出して、プラズマジェッ
トフレーム4の狭搾が不充分となり、被切断材5の切り
代が大で、かつ切断能力が低下する。切断能力の向上策
としてプラズマ発生用ガス6の流量を増加すると、ます
ます陽極点Aが陽極ノズル2のノズル孔先端部に吐出し
やすくなり、プラズマ発生用ガス6に活性ガスを使用し
た場合、陽極部位の消耗による陽極ノズル2の変形で切
断性能が安定しなくなる。
(2) d; large, L; short When d is large and L is short as in the conventional example of the transition type plasma arc welding tip described above, the anode point A is discharged to the tip of the nozzle hole of the anode nozzle 2. In addition, the squeezing of the plasma jet frame 4 becomes insufficient, the cutting margin of the workpiece 5 is large, and the cutting ability is reduced. When the flow rate of the plasma generating gas 6 is increased as a measure for improving the cutting ability, the anode point A becomes more and more likely to be discharged to the tip of the nozzle hole of the anode nozzle 2, and when an active gas is used as the plasma generating gas 6, Cutting performance becomes unstable due to deformation of the anode nozzle 2 due to consumption of the anode portion.

(3) d;小,L;長 dが小さいためにプラズマ発生用ガスの流量増加が不
可能であり、かつLが長いために陽極ノズル2のノズル
孔先端部から噴出するプラズマジェットフレーム4が相
対的に短くなるので、切断能力が低下する。
(3) d; small, L; length Since d is small, it is impossible to increase the flow rate of the plasma generating gas, and since L is long, the plasma jet frame 4 ejected from the tip of the nozzle hole of the anode nozzle 2 cannot be used. Since it is relatively short, the cutting ability is reduced.

(4) d;大,L;長 dが大きすぎると、プラズマジェットフレーム4の噴
出力が弱まり、フレーム径が大きくなるため、被切断材
5の切り代が大で、かつ切断能力が低下する。
(4) d; large, L; length If d is too large, the ejection power of the plasma jet frame 4 is weakened and the frame diameter is increased, so that the cut allowance of the workpiece 5 is large and the cutting ability is reduced. .

本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、プラズマジェットフレームの狭搾と陽極点の安定形
成を損うことなく、被切断材の切り代を小さくできる非
移行式プラズマ切断トーチを提供することを目的として
いる。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and a non-transfer type plasma cutting torch capable of reducing the cutting allowance of a material to be cut without impairing the narrowing of the plasma jet frame and the stable formation of the anode point. It is intended to provide.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために本発明は、外周を空気また
はガスにより冷却される陽極ノズルと該陽極ノズルによ
り覆われた棒状陰極とを具備し、該棒状陰極の周囲にプ
ラズマ形成用ガスを流し、棒状陰極と陽極ノズルとの間
に発生したアークをプラズマジェットフレームとして陽
極ノズルのノズル孔先端部から噴出させる非移行式プラ
ズマ切断トーチにおいて、陽極ノズルのノズル孔径dを
0.7mm≦d≦1.0mmとし、かつノズル孔長さLをノズル孔
径dで除した値L/dを7≦L/d≦12としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention includes an anode nozzle whose outer periphery is cooled by air or gas, and a rod-shaped cathode covered by the anode nozzle, and flowing a plasma forming gas around the rod-shaped cathode, In a non-transfer type plasma cutting torch in which an arc generated between the rod-shaped cathode and the anode nozzle is ejected from the nozzle hole tip of the anode nozzle as a plasma jet frame, the nozzle hole diameter d of the anode nozzle is set to
0.7 mm ≦ d ≦ 1.0 mm, and a value L / d obtained by dividing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d is 7 ≦ L / d ≦ 12.

〔作用〕[Action]

陽極ノズルのノズル孔径dを上記範囲に選定すること
によりプラズマジェットフレームを適度に狭搾し、かつ
ノズル孔長さLをノズル孔径dで除したL/dを上記範囲
に選定することにより陽極ノズルのノズル孔部に陽極点
を内在させ得るので、極細で高温のプラズマジェットフ
レームをつくることができる。したがって、陽極ノズル
のノズル孔先端部の消耗がないので、切断作業中に被切
断材の切り代が変動したり、大きくなることがない。特
に、プラズマ発生用ガスとして酸素ガス、空気などの活
性ガスを使用した場合、陽極点部位の消耗は避けられな
いが、ノズル孔径dの適切な選定によりノズル孔詰まり
を防止でき、かつL/dの適切な選定によりノズル孔先端
部の消耗を防止できるので、狭い切り代で安定した切断
を行うことができる。
By selecting the nozzle hole diameter d of the anode nozzle in the above range, the plasma jet frame is appropriately squeezed, and the L / d obtained by dividing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d is selected in the above range. Since an anode point can be made to exist in the nozzle hole of the above, an extremely thin and high-temperature plasma jet flame can be produced. Therefore, the tip of the nozzle hole of the anode nozzle is not consumed, so that the cutting margin of the material to be cut does not fluctuate or increase during the cutting operation. In particular, when an active gas such as oxygen gas or air is used as a gas for plasma generation, exhaustion of the anode spot portion is inevitable, but clogging of the nozzle hole can be prevented by appropriate selection of the nozzle hole diameter d, and L / d By appropriate selection of the above, consumption of the nozzle hole tip can be prevented, so that stable cutting can be performed with a narrow cutting margin.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す模式的断面図であ
る。同図において、棒状陰極1の先端部には電子放出に
優れた陰極材12(ハフニウム,ジルコニウム,トリヤ入
りタングステンなど)が埋め込まれており、電子放出面
を形成している。孔径d、長さLのノズル孔2aを有する
陽極ノズル2が絶縁筒11に嵌合され、絶縁筒11によって
棒状陰極1と陽極ノズル2の軸芯合せがなされている。
プラズマ発生用ガス6は、棒状陰極1と絶縁筒11との隙
間を通して陽極ノズル2の内部に供給される。陽極ノズ
ル冷却用空気またはガス7は、シールドキャップ3と絶
縁筒11との隙間を通して陽極ノズル2に接する部分に設
けたシールドキャップ3の溝から陽極ノズル2の外周を
冷却しながら大気中に放出される。第1図ではプラズマ
発生用ガス6と陽極ノズル冷却用空気またはガス7とは
分離して示しているが、これらを同一の空気またはガス
とすることも可能である。これは、絶縁筒11の周壁に孔
を設けることで実現され、この場合、空気またはガスの
供給源は同一でよい。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a cathode material 12 (hafnium, zirconium, tungsten containing tria, etc.) excellent in electron emission is embedded at the tip of a rod-shaped cathode 1 to form an electron emission surface. An anode nozzle 2 having a nozzle hole 2a having a hole diameter d and a length L is fitted into an insulating cylinder 11, and the axis of the rod-shaped cathode 1 and the anode nozzle 2 are aligned by the insulating cylinder 11.
The plasma generating gas 6 is supplied to the inside of the anode nozzle 2 through a gap between the rod-shaped cathode 1 and the insulating cylinder 11. The anode nozzle cooling air or gas 7 is discharged into the atmosphere while cooling the outer periphery of the anode nozzle 2 from the groove of the shield cap 3 provided at a portion in contact with the anode nozzle 2 through the gap between the shield cap 3 and the insulating tube 11. You. Although FIG. 1 shows the plasma generating gas 6 and the anode nozzle cooling air or gas 7 separately, these may be the same air or gas. This is realized by providing a hole in the peripheral wall of the insulating cylinder 11, and in this case, the supply source of air or gas may be the same.

以上に述べた、棒状陰極1と絶縁筒11とシールドキャ
ップ3と陽極ノズル2とから構成された第1図の非移行
式プラズマ切断トーチは、ノズル孔径dを0.7mm≦d≦
1.0mmとし、かつノズル孔長さLをノズル孔径dで除し
た値L/dを7≦L/d≦12とした陽極ノズル2を具備してい
る。
The non-transferring type plasma cutting torch shown in FIG. 1 composed of the rod-shaped cathode 1, the insulating tube 11, the shield cap 3, and the anode nozzle 2 described above has a nozzle hole diameter d of 0.7 mm ≦ d ≦
The anode nozzle 2 is set to 1.0 mm and the value L / d obtained by dividing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d is set to 7 ≦ L / d ≦ 12.

切断作業時には、プラズマ電源8から直流電圧がこの
非移行式プラズマ切断トーチの棒状陰極1と陽極ノズル
2との間に印加される。高周波発生装置9の助けにより
棒状陰極1と陽極ノズル2との間に発生したアークは、
陽極ノズル2のノズル孔2a壁面とノズル孔2aを流れるプ
ラズマ発生用ガス6とで狭搾された高温プラズマ流とな
り、プラズマジェットフレーム(図示していない)とし
てノズル孔先端部から噴出する。この際、陽極ノズル2
のノズル孔径dと、ノズル孔長さLをノズル孔径dで除
した値L/dが適性値に選定されているため、プラズマジ
ェットフレームを適度に狭搾するとともに、第1図に示
すように陽極点Aをノズル孔部に内在させ得るので、極
細で高温のプラズマジェットフレームをつくることがで
きる。
During the cutting operation, a DC voltage is applied from the plasma power source 8 between the bar-shaped cathode 1 and the anode nozzle 2 of the non-transfer type plasma cutting torch. The arc generated between the rod-shaped cathode 1 and the anode nozzle 2 with the help of the high-frequency generator 9
The high-temperature plasma flow is constricted by the wall surface of the nozzle hole 2a of the anode nozzle 2 and the plasma generating gas 6 flowing through the nozzle hole 2a, and is ejected from the tip of the nozzle hole as a plasma jet frame (not shown). At this time, the anode nozzle 2
Since the nozzle hole diameter d and the value L / d obtained by dividing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d are selected to be appropriate values, the plasma jet flame is appropriately squeezed, and as shown in FIG. Since the anode point A can be made to exist inside the nozzle hole, an extremely thin and high-temperature plasma jet flame can be produced.

上記ノズル寸法の限定理由を第2図〜第5図を参照し
て以下に詳述する。
The reasons for limiting the nozzle dimensions will be described in detail below with reference to FIGS.

第2図は、非移行式プラズマ切断トーチによるノズル
孔長さLと切り代の関係を、ノズル孔径dをパラメータ
として示す特性図でプラズマ電流10A、切断速度10cm/mi
n.、プラズマ発生用ガス;エア、の条件でアクリル樹脂
(板厚3mm)の切断を行った実測データである。第2図
において、領域は、ノズル孔径dに対してノズル孔長
さLが短い領域であり、陽極点がノズル孔先端部に吐出
し、プラズマジェットフレームをノズル孔壁面で狭搾す
る効果が少なく、ノズル出口方向に広がったプラズマジ
ェットフレームにより切断することになるため、切り代
が大きくなる。また、この領域では後述する第3図の曲
線(g)と曲線(h)からわかるようにノズル孔径dの
増加に伴い切り代は増大する。領域は、ノズル孔径d
が小さく、ノズル孔長さLが増加する領域であり、後述
する第3図の曲線(f)と曲線(g)からわかるように
プラズマジェットフレーム流が短くなるため、切断能力
が低下する。また、後述する第4図に示すようにノズル
孔長さLの増加に伴いノズル外周温度が上昇する。領域
は、ノズル孔径dよりノズル孔長さLがプラズマジェ
ットフレーム径およびノズル外周温度に強く影響を及ぼ
す領域であり、ノズル孔長さLの増加に伴いノズル孔部
の流路抵抗が増大し、プラズマジェットフレームの噴出
力を弱めるために切断能力が低下し、かつノズル外周温
度も上昇する。領域は、ノズル孔径dが大きすぎて、
ノズル孔壁面によるプラズマジェットフレームの狭搾効
果が少ないため、ノズル孔径の小さいものと比べて切り
代が大きくなり、またノズル孔径の増加に伴ってプラズ
マガス量を増さないとプラズマジェットフレームの噴出
力が弱くなるため、切断能力が低下する領域である。し
たがって、第2図に示した斜線領域、すなわちノズル孔
径dを0.7mm≦d≦1.0mmとし、かつノズル孔長さLをノ
ズル孔径dで除した値L/dを7≦L/d≦12とした領域が適
性領域と判断され、本発明の有効性を実証できた。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the nozzle hole length L and the cutting allowance by a non-transfer type plasma cutting torch, using the nozzle hole diameter d as a parameter, with a plasma current of 10 A and a cutting speed of 10 cm / mi.
n. Actual measurement data obtained by cutting an acrylic resin (thickness: 3 mm) under the conditions of plasma generation gas; air. In FIG. 2, the region is a region in which the nozzle hole length L is shorter than the nozzle hole diameter d, and the anode point is discharged to the tip of the nozzle hole, and the effect of narrowing the plasma jet frame on the wall surface of the nozzle hole is small. Since the cutting is performed by the plasma jet flame that spreads in the nozzle exit direction, the cutting margin becomes large. Also, in this region, as can be seen from the curves (g) and (h) in FIG. 3 described later, the cutting margin increases with an increase in the nozzle hole diameter d. The area is the nozzle hole diameter d
This is a region where the nozzle hole length L increases and the plasma jet flame flow becomes short as can be seen from the curves (f) and (g) in FIG. In addition, as shown in FIG. 4 described later, the nozzle outer peripheral temperature increases with an increase in the nozzle hole length L. The region is a region where the nozzle hole length L has a stronger influence on the plasma jet flame diameter and the nozzle outer peripheral temperature than the nozzle hole diameter d, and the flow path resistance of the nozzle hole increases with the increase of the nozzle hole length L, In order to weaken the ejection power of the plasma jet flame, the cutting ability is reduced, and the temperature around the nozzle is also increased. In the region, the nozzle hole diameter d is too large,
Since the narrowing effect of the plasma jet flame due to the nozzle hole wall surface is small, the cutting margin becomes larger than that of the nozzle hole with a small diameter, and if the plasma gas volume does not increase with the increase of the nozzle hole diameter, the jet of the plasma jet flame This is an area where the cutting ability is reduced because the force is weakened. Therefore, the hatched area shown in FIG. 2, that is, the nozzle hole diameter d is set to 0.7 mm ≦ d ≦ 1.0 mm, and the value L / d obtained by dividing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d is 7 ≦ L / d ≦ 12. The determined region was determined to be an appropriate region, and the effectiveness of the present invention was proved.

第3図は、プラズマ発生用ガスとして窒素ガスを使用
した非移行式プラズマ切断トーチのノズル孔長さLとプ
ラズマジェットフレーム長およびフレーム径の関係を、
ノズル孔径d、プラズマ電流Ipをパラメータとして示す
特性図で、プラズマジェットフレーム長およびフレーム
径を写真撮影(絞りF8、シャッタ速度1/8)し、輝度の
高い部分から求めた結果を図示したものである。
FIG. 3 shows the relationship between the nozzle hole length L and the plasma jet frame length and frame diameter of a non-transfer type plasma cutting torch using nitrogen gas as a plasma generating gas.
This is a characteristic diagram showing the nozzle hole diameter d and the plasma current Ip as parameters, and shows the results obtained by taking a picture of the plasma jet frame length and frame diameter (aperture F8, shutter speed 1/8) and obtaining the high brightness part. It is.

第4図は、プラズマ発生用ガス;窒素(約10/mi
n.)、陽極ノズル冷却用ガス;窒素(約90/min.)、
プラズマ電流10Aの条件で実測した、非移行式プラズマ
切断トーチのノズル孔長さLとノズル外周温度の関係
を、ノズル孔径dをパラメータとして示す特性図であ
る。
FIG. 4 shows a plasma generating gas; nitrogen (about 10 / mi).
n.), gas for cooling the anode nozzle; nitrogen (about 90 / min.),
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the nozzle hole length L of the non-transfer type plasma cutting torch and the nozzle outer peripheral temperature as a parameter, which is actually measured under the condition of a plasma current of 10 A.

これらの実測データにおいて、第3図からプラズマジ
ェットフレーム長は、陽極点がノズル孔先端部に吐出し
ないL≧5mmで長くなる傾向にあり(曲線(a),
(b),(c))、フレーム径はL≧5mmでゆるやかに
細径化する(曲線(f),(g),(h))傾向を示し
ている。また、ノズル孔径dが小になると、プラズマジ
ェットフレーム長は短くなる(曲線(g),(h))傾
向にある。
From these measured data, it can be seen from FIG. 3 that the plasma jet flame length tends to be longer when L ≧ 5 mm where the anode point does not discharge to the tip of the nozzle hole (curve (a),
(B), (c)), the frame diameter shows a tendency to gradually decrease (curves (f), (g), (h)) when L ≧ 5 mm. Also, as the nozzle hole diameter d becomes smaller, the plasma jet flame length tends to become shorter (curves (g) and (h)).

一方、第4図からノズル外周温度は、ノズル孔径dが
小になると上昇し、またノズル孔長さLが増すと上昇す
る傾向にある。ノズル外周を空冷またはガス冷却するト
ーチ構造では、トーチ構成材料の耐熱温度を考慮する
と、ノズル外周温度の最大許容値は約250℃程度と考え
られる。これらのことから、ノズル孔径dおよびノズル
孔長さLには実用上の制約条件が出てくる。
On the other hand, from FIG. 4, the nozzle outer peripheral temperature tends to increase as the nozzle hole diameter d decreases, and to increase as the nozzle hole length L increases. In the torch structure in which the outer periphery of the nozzle is air-cooled or gas-cooled, the maximum allowable value of the outer peripheral temperature of the nozzle is considered to be about 250 ° C. in consideration of the heat-resistant temperature of the material constituting the torch. From these facts, there are practical constraints on the nozzle hole diameter d and the nozzle hole length L.

第5図は、プラズマ発生用ガスとしてエア(活性ガ
ス)を使用したときの陽極ノズルの消耗状況を示す陽極
ノズル模式的断面図である。陽極ノズルのノズル孔径d
は、本発明の限定範囲内の0.8mmとし、L/dを2.5と10の
2種類として陽極ノズルの消耗状況を比較した(ノズル
はいずれも銅製)。L/dが2.5(7≦L/d≦12の範囲外)
の場合、陽極点の発生するノズル孔先端部で消耗し、ノ
ズル先端孔径の拡大していることがわかる。一方、L/d
が10(7≦L/d≦12の範囲内)の場合、陽極点はノズル
孔内部で発生し、その部位での消耗は認められるが、ノ
ズル孔先端部では消耗が認められない。したがって、ノ
ズル孔径dの適切な選定で陽極ノズルのノズル孔詰まり
を防止でき、L/dの適切な選定でノズル孔先端部の消耗
を防止できる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the anode nozzle showing the consumption of the anode nozzle when air (active gas) is used as the plasma generating gas. Nozzle hole diameter d of anode nozzle
Was 0.8 mm, which is within the limited range of the present invention, and the consumption of the anode nozzle was compared with two types of L / d of 2.5 and 10 (all nozzles were made of copper). L / d is 2.5 (outside of 7 ≦ L / d ≦ 12)
In the case of (1), it can be seen that the nozzle tip is consumed at the tip of the nozzle hole where the anode point is generated, and the diameter of the nozzle tip is enlarged. On the other hand, L / d
Is 10 (within the range of 7 ≦ L / d ≦ 12), the anode spot is generated inside the nozzle hole and is consumed at that portion, but is not consumed at the tip of the nozzle hole. Therefore, nozzle hole clogging of the anode nozzle can be prevented by appropriate selection of the nozzle hole diameter d, and consumption of the nozzle hole tip can be prevented by appropriate selection of L / d.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、陽極ノズルのノズル孔径dとノズル
孔長さLをノズル孔径dで除した値L/dとを適切に選定
することにより、プラズマジェットフレームを適度に狭
搾し、かつ陽極ノズルのノズル孔詰まりおよびノズル孔
先端部の消耗を防止して、安定した長いプラズマジェッ
トフレームが得られるので、従来の非移行式プラズマ切
断トーチにあったような切断作業の中断および粗悪な切
断面の発生がなくなり、作業効率を大幅に向上すること
ができる。
According to the present invention, by appropriately selecting the nozzle hole diameter d of the anode nozzle and the value L / d obtained by dividing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d, the plasma jet flame is appropriately narrowed, and Prevents clogging of the nozzle hole and exhaustion of the nozzle hole tip, and provides a stable and long plasma jet flame, which interrupts the cutting operation and deteriorates the cutting surface as in the conventional non-transfer type plasma cutting torch. Is eliminated, and the working efficiency can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す模式的断面図、第2図
は非移行式プラズマ切断トーチによるノズル孔長さと切
り代の関係を示す特性図、第3図は同じくノズル孔長さ
とプラズマジェットフレーム長およびフレーム径の関係
を示す特性図、第4図は同じくノズル孔長さとノズル外
周温度の関係を示す特性図、第5図は非移行式エアプラ
ズマによる陽極ノズルの消耗状況を示す陽極ノズル模式
的断面図、第6図はプラズマジェット発生装置の原理図
である。 1……棒状陰極、2……陽極ノズル、2a……ノズル孔、
4……プラズマジェットフレーム、5……被切断材、6
……プラズマ発生用ガス、7……陽極ノズル冷却用空気
またはガス。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a nozzle hole length and a cutting margin by a non-transfer type plasma cutting torch, and FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a plasma jet frame length and a frame diameter, FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a nozzle hole length and a nozzle outer peripheral temperature, and FIG. 5 shows a consumption state of an anode nozzle by non-transfer air plasma. FIG. 6 is a schematic view of the anode nozzle, showing the principle of the plasma jet generator. 1 ... rod-shaped cathode, 2 ... anode nozzle, 2a ... nozzle hole,
4 ... plasma jet frame, 5 ... material to be cut, 6
…… Plasma generating gas, 7 …… Anode nozzle cooling air or gas.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】外周を空気またはガスにより冷却される陽
極ノズルと該陽極ノズルにより覆われた棒状陰極とを具
備し、該棒状陰極の周囲にプラズマ発生用ガスを流し、
棒状陰極と陽極ノズルとの間に発生したアークをプラズ
マジェットフレームとして陽極ノズルのノズル孔先端部
から噴出させる非移行式プラズマ切断トーチにおいて、
陽極ノズルのノズル孔径dを0.7mm≦d≦1.0mmとし、か
つノズル孔長さLをノズル孔径dで除した値L/dを7≦L
/d≦12としたことを特徴とする非移行式プラズマ切断ト
ーチ。
1. An anode nozzle whose outer periphery is cooled by air or gas, and a rod-shaped cathode covered by the anode nozzle, wherein a gas for plasma generation is caused to flow around the rod-shaped cathode,
In a non-transfer type plasma cutting torch in which the arc generated between the rod-shaped cathode and the anode nozzle is ejected from the nozzle hole tip of the anode nozzle as a plasma jet frame,
The nozzle hole diameter d of the anode nozzle is set to 0.7 mm ≦ d ≦ 1.0 mm, and the value L / d obtained by dividing the nozzle hole length L by the nozzle hole diameter d is 7 ≦ L.
A non-transfer type plasma cutting torch characterized in that / d ≦ 12.
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