JP2939693B2 - Nozzle for plasma torch - Google Patents

Nozzle for plasma torch

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JP2939693B2
JP2939693B2 JP5307564A JP30756493A JP2939693B2 JP 2939693 B2 JP2939693 B2 JP 2939693B2 JP 5307564 A JP5307564 A JP 5307564A JP 30756493 A JP30756493 A JP 30756493A JP 2939693 B2 JP2939693 B2 JP 2939693B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は金属材料等の溶接、溶
解、溶断、溶削等の溶融加熱加工に使用するプラズマト
ーチに装備されて、プラズマアークを拘束するプラズマ
トーチ用ノズルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nozzle for a plasma torch, which is provided in a plasma torch used for melting and heating such as welding, melting, fusing and cutting of a metal material and restraining a plasma arc.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、金属材料等を溶融加熱加工す
る手段の一つとして、プラズマアークの熱エネルギーを
利用したプラズマトーチが使用されている。プラズマト
ーチの一般的な構造を図1に示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of means for melting and heating metal materials and the like, a plasma torch utilizing thermal energy of a plasma arc has been used. The general structure of a plasma torch is shown in FIG.

【0003】プラズマトーチは、円筒状のノズル10
と、ノズル10内に同心状に内包された電極20とを有
する。
[0003] The plasma torch has a cylindrical nozzle 10
And an electrode 20 concentrically included in the nozzle 10.

【0004】電極20は、タングステンベースの合金の
もの、強制冷却された銅系合金のもの、或いは先端に仕
事関数の小さいハフニウム,ジルコニウム等の高融点金
属を固定したものなどがあり、通常はノズル10に対し
て絶縁された状態でノズル孔11の奥に固定され、直流
または交流のメインアーク電源60を介して母材40と
電気的に接続される。
The electrode 20 includes a tungsten-based alloy, a forcedly cooled copper-based alloy, and a high-melting-point metal such as hafnium or zirconium having a small work function at its tip. It is fixed to the back of the nozzle hole 11 in an insulated state with respect to 10, and is electrically connected to the base material 40 via a DC or AC main arc power supply 60.

【0005】ノズル10は、先端部の中心位置にノズル
孔11を有し、移行式プラズマの場合は、主プラズマア
ーク30を発生させるための種火的な役割を果たすパイ
ロットアークを発生させるときの一方の電極を構成す
る。プラズマガスはノズル孔11から高温の主プラズマ
アーク30として噴出され、そのアーク柱がノズル孔1
1により拘束される。
[0005] The nozzle 10 has a nozzle hole 11 at the center position of the tip portion. In the case of the transfer type plasma, the nozzle 10 is used to generate a pilot arc which plays a pilot role for generating the main plasma arc 30. Configure one electrode. The plasma gas is ejected from the nozzle hole 11 as a high-temperature main plasma arc 30, and the arc column forms the nozzle hole 1.
1 bound.

【0006】非移行式プラズマトーチの場合は、原理的
にはパイロットアークがそのまま溶融加熱加工に使用さ
れる目的のプラズマアーク30となり、ノズル孔11か
ら噴出される。70は高周波電源であって、パイロット
アーク点火用の電源である。
In the case of the non-transfer type plasma torch, in principle, the pilot arc is directly used as the plasma arc 30 to be used for the melting and heating processing, and is ejected from the nozzle hole 11. Reference numeral 70 denotes a high frequency power supply, which is a power supply for pilot arc ignition.

【0007】このようなノズル10は、電極としての導
電性と、主プラズマアークからの強大な熱に耐える耐熱
性とを兼ね備えることが必要とされ、通常は銅または銅
合金系の熱伝導度および電気伝導性の良い金属材料で作
られ、内部から冷却水によって強制冷却される。以下こ
の構造を水冷銅構造という表現で代表する。
[0007] Such a nozzle 10 is required to have both the conductivity as an electrode and the heat resistance to withstand strong heat from the main plasma arc. It is made of a metal material with good electrical conductivity and is forcibly cooled from inside with cooling water. Hereinafter, this structure is represented by a water-cooled copper structure.

【0008】ところで、移行式プラズマアークトーチの
使用中には、しばしばダブルアークという好ましくない
現象が発生する。これはシリーズアークとも呼ばれ、こ
の現象が発生すると、トーチ、特にノズル部分に重大な
損傷を与え、短時間のうちにトーチが使用不可能な状態
になる。この現象を図2で説明する。
By the way, during the use of the transfer type plasma arc torch, an undesired phenomenon called double arc often occurs. This is also called a series arc, and when this phenomenon occurs, the torch, particularly the nozzle portion, is seriously damaged, and the torch becomes unusable within a short time. This phenomenon will be described with reference to FIG.

【0009】通常は、電極20から発生した主プラズマ
アーク30は、ノズル中心のノズル孔11を通して母材
40に対して直線状に噴出される。しかし、電極20か
ら発生した主プラズマアーク30の一部が、ノズル孔1
1以外の部分を介して母材40へ飛ぶ場合がある。その
結果、アーク柱が2本できたような形になり、ダブルア
ークと呼ばれる。
Normally, the main plasma arc 30 generated from the electrode 20 is ejected linearly to the base material 40 through the nozzle hole 11 at the center of the nozzle. However, part of the main plasma arc 30 generated from the electrode 20
In some cases, the ball may fly to the base material 40 via a portion other than 1. As a result, the shape becomes such that two arc columns are formed, which is called a double arc.

【0010】移行式プラズマトーチの場合、主プラズマ
アークが発生している間は、ノズルは電気的に中性であ
るが、前述のようにノズルは導電性であるために、何ら
かの原因でプラズマアークが乱れると、正常な状態で
は、電気回路が電極−母材間で形成されていたものが、
これのみならず、電極−ノズル−母材の間でも電気回路
が形成されるようになり、ダブルアークが発生する。
In the case of the transfer type plasma torch, while the main plasma arc is generated, the nozzle is electrically neutral. However, since the nozzle is electrically conductive as described above, the plasma arc is generated for some reason. Is disturbed, under normal conditions, an electric circuit was formed between the electrode and the base material,
In addition, an electric circuit is formed between the electrode, the nozzle, and the base material, and a double arc is generated.

【0011】ダブルアークは通常トーチの使用条件(電
流、電圧、プラズマガスの種類、組成と流量、アーク間
隔等)の不適切が原因であるが、この他、特にこれらの
使用条件と、ノズル内部(特にノズル孔の径とノズル孔
の長さ)の設計形状がうまく合致しない場合に多く発生
する。特定の条件でのアークの安定性に及ぼす電流とノ
ズル径の関係を図3(プラズマ切断の基礎と実際 日本
溶接協会編 昭和5年12月1日 産報出版株式会社
発行)に示す。アーク安定域は比較的広く、これを選択
することは困難ではない。
The double arc is usually caused by inappropriate use conditions (current, voltage, type of plasma gas, composition and flow rate, arc interval, etc.) of the torch. This often occurs when the design shape (especially the diameter of the nozzle hole and the length of the nozzle hole) does not match well. Indeed Japanese basis of FIG. 3 (plasma cutting the relationship between the current and the nozzle diameter on the stability of the arc in a specific condition
Ed. Welding Society , December 1, 1983 , published by Sanho Publishing Co., Ltd. ). The arc stability region is relatively wide and it is not difficult to select it.

【0012】しかし、トーチの使用条件、ノズル内部の
設計が適切であってもダブルアークが発生する場合があ
る。例えば、スプラッシュの発生が多い金属を溶融加熱
加工する場合である。スプラッシュ発生の多い金属材料
の例として、スポンジ状のチタン、ジルコニウム等をあ
げることができる。
However, a double arc may occur even if the conditions of use of the torch and the design inside the nozzle are appropriate. For example, there is a case where a metal that generates a large amount of splash is melt-heated. Examples of the metal material that frequently generates splash include sponge-like titanium and zirconium.

【0013】即ち、チタン、ジルコニウム等を製造する
最も一般的な方法は、チタン、ジルコニウムなどの塩化
物を金属マグネシウム、あるいは金属ナトリウム等で還
元して、粗スポンジ塊を得、これに真空分離あるいはリ
ーチング法等の精製処理を行って、精製スポンジを得る
というものである。そして、プラズマトーチを用いてこ
れを溶融加熱すると、MgCl2 やMg、NaCl等が
蒸発して発泡し、スプラッシュ現象を引き起こすのであ
る。
That is, the most common method for producing titanium, zirconium and the like is to reduce a chloride such as titanium and zirconium with metallic magnesium or metallic sodium to obtain a coarse sponge mass, which is then separated by vacuum or Purification treatment such as a leaching method is performed to obtain a purified sponge. Then, when this is melted and heated using a plasma torch, MgCl 2 , Mg, NaCl, etc. evaporate and foam, causing a splash phenomenon.

【0014】このスプラッシュ現象のために長時間プラ
ズマトーチを使用していると、ノズルの先端に多量にス
プラッシュが付着し、堆積する。この結果、電極−ノズ
ル−堆積スプラッシュ−母材の系路を通し、新たに電気
回路が形成され、ダブルアークが発生する。スプラッシ
ュがトーチ先端に付着するまでの間は、正常にプラズマ
アークが発生しても、一旦スプラッシュが多量にトーチ
に付着するとダブルアークが発生してアークが散乱す
る。
If the plasma torch is used for a long time due to the splash phenomenon, a large amount of splash adheres to the tip of the nozzle and accumulates. As a result, a new electric circuit is formed through the electrode-nozzle-deposition-splash-base metal system, and a double arc is generated. Until the splash adheres to the tip of the torch, even if a plasma arc is generated normally, once a large amount of splash adheres to the torch, a double arc is generated and the arc is scattered.

【0015】このダブルアークにより、溶接等の場合に
は健全なビードが得られなくなる。こればかりか、ダブ
ルアークの発生で、短時間のうちにトーチが重大な損傷
(例えばノズルの溶損)を受け、使用不能な状態になる
こともある。このため、作業を中止して損傷部分の部品
を交換しなければならず、作業効率の低下を余儀なくさ
れている。
Due to the double arc, a sound bead cannot be obtained in the case of welding or the like. In addition, the occurrence of the double arc may cause the torch to be seriously damaged (for example, the nozzle is melted) within a short period of time and become unusable. For this reason, the work must be stopped and the damaged part must be replaced, and the work efficiency has to be reduced.

【0016】このダブルアークを防止する対策として
は、ノズルの先端にセラミックス等からなる絶縁リング
を取り付ける技術が提案されている(実開昭60−15
88号公報)。また、ノズルの材質に新素材を用いる研
究も進められている(特開昭48−30647号公報、
特開平3−25900号公報)。
As a countermeasure for preventing the double arc, a technique of attaching an insulating ring made of ceramics or the like to the tip of the nozzle has been proposed (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 60-15 / 1985).
No. 88). In addition, research using a new material for the material of the nozzle is also proceeding (Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-30647,
JP-A-3-25900).

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノズル
は前述したように移行式、非移行というトーチのタイプ
を問わず、電極の一方を構成するため、導電性でなけれ
ばならないので、ノズル全体をセラミックス等の非導電
性のもの(絶縁材)で製作することはできない。このた
め、ノズルは水冷銅と絶縁リングを組み合わせた構成と
なり、この間にそれぞれOリング等のシールも必要とな
ってくるので、トーチが非常に複雑となり、メンテナン
スが煩雑となる。
However, since the nozzle constitutes one of the electrodes irrespective of the type of the torch, i.e., the transfer type or the non-transition type, as described above, the nozzle must be electrically conductive. It cannot be made of non-conductive material (insulating material) such as. For this reason, the nozzle has a configuration in which water-cooled copper and an insulating ring are combined, and a seal such as an O-ring is also required between the nozzles, so that the torch becomes very complicated and maintenance becomes complicated.

【0018】またセラミックスは絶縁体であると同時に
断熱材でもある。このため、冷却水がこの外表面を循環
していたとしても、熱伝導が悪いため、プラズマアーク
からの強大な熱に対して、その表面の温度上昇を防ぐこ
とはできず、トーチの大出力化、又は長時間の使用では
問題が多かった。これらのために、セラミック製のノズ
ルを製作した場合でも、根本的にはスプラッシュ付着に
よる不安定アークの問題は未解決であり、しかも、複雑
な構造のためトーチが高価となり、またメンテナンスが
煩雑でランニングコストが低減できないという問題が残
る。
Ceramics are both insulators and heat insulators. For this reason, even if the cooling water circulates on this outer surface, the heat conduction is poor, so it is not possible to prevent the surface temperature from rising due to the strong heat from the plasma arc, and the large output of the torch However, there were many problems with the use of the ink for long periods of time. For these reasons, even if a ceramic nozzle is manufactured, the problem of unstable arc due to splash adhesion is still unsolved, and the torch is expensive due to its complicated structure, and maintenance is complicated. The problem that running costs cannot be reduced remains.

【0019】同様に新素材の導入は高コストとなり、信
頼性等の面でも問題が残る。
Similarly, introduction of a new material is expensive, and there remains a problem in reliability and the like.

【0020】本発明の目的は、安価で実績のある水冷銅
を採用した場合にも、スプラッシュの付着によるダブル
アークの発生が少なく、長時間にわたってアークを安定
させることができる構造簡単で経済性に優れ、しかも長
寿命のプラズマトーチ用ノズルを提供することにある。
An object of the present invention is to reduce the occurrence of double arc due to splash adhesion even when water-cooled copper, which is inexpensive and proven in practice, is employed, and to provide a simple and economical structure that can stabilize the arc for a long time. An object of the present invention is to provide an excellent and long-life nozzle for a plasma torch.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】ところで、従来のプラズ
マトーチ用ノズルの先端面は、図4(A)(B)に示す
ように、中心軸に直角な先端角180°のフラット面
か、もしくは、外周部から内周部へ向かうに連れて徐々
に先端側へ突出した先端角180°未満の先尖形状であ
り、多くは、図4(A)に示す先尖形状が採用される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the tip surface of a conventional plasma torch nozzle is a flat surface having a tip angle of 180 ° perpendicular to the central axis. The tip has a tip angle of less than 180 ° that gradually projects toward the tip from the outer periphery toward the inner periphery, and in most cases, the tip shape shown in FIG.

【0022】このようなノズル10では、その先端面に
付着したスプラッシュ50は主プラズマアーク30の強
烈な熱により溶かされて、内周側へ集中して来る。この
ような状態になると、主プラズマアークが一層乱れやす
くなり、ダブルアークが頻発するようになる。このため
ノズルの寿命は著しく短くなる。図4(B)に示すフラ
ット面の場合は、この傾向が若干緩和されるものの、ス
プラッシュ50の集中によるダブルアークの発生は依然
として多い。
In such a nozzle 10, the splash 50 attached to the tip surface is melted by the intense heat of the main plasma arc 30 and concentrates on the inner peripheral side. In such a state, the main plasma arc is more likely to be disturbed, and a double arc frequently occurs. This significantly reduces the life of the nozzle. In the case of the flat surface shown in FIG. 4B, this tendency is slightly alleviated, but the occurrence of double arc due to the concentration of the splash 50 is still large.

【0023】本発明のプラズマトーチ用ノズルは、ノズ
ル先端面が先尖形状よりもフラット面の方が、スプラッ
シュの集中が緩和されることに着目して開発されたもの
であって、図4(C)に示すように、従来とは逆にその
先端面を、内周部から外周部へ向かうにつれて先端側へ
徐々に突出した先端角180゜超の凹型テーパ面を有
し、全体として外周部が内周部より先端側へ突出する形
としたものである。
The nozzle for a plasma torch of the present invention has been developed with a focus on the fact that the flat surface of the nozzle tip is less sharp than the pointed shape, and the concentration of splash is reduced. as shown in C), the contrary to the conventional
Have a tip surface, gradually protruding tip angle of 180 ° than the concave tapered surface toward the distal end toward the inner periphery to the outer periphery
And the entire outer part protrudes toward the tip from the inner part.
It is a shape .

【0024】図5に本発明のプラズマトーチ用ノズルに
おける先端面形状を例示する。同図に示されるように、
先端面には大きな機能障害が生じない範囲内で平坦面等
が混在していてもよい。また、テーパ面は湾曲していて
もよい。なお、このテーパ面は高さが連続的に変化する
滑らかな斜面だけでなく、高さが多段階的に変化する階
段状の斜面も含むものである。なぜなら、高さが多段階
的に変化する階段状の斜面によっても、後に述べる、先
端面に付着したスプラッシュの外周側への拡散作用は得
られるからである。
FIG. 5 illustrates the shape of the tip surface of the nozzle for a plasma torch of the present invention. As shown in the figure,
A flat surface or the like may be present on the distal end surface within a range that does not cause a major functional failure. Further, the tapered surface may be curved. The height of this tapered surface changes continuously.
Not only smooth slopes, but also floors where the height varies in multiple steps
It also includes a step-like slope. Because the height is multi-step
Due to the stepwise slope that changes gradually,
Splash attached to the end face can be diffused to the outer peripheral side.
Because it can be done.

【0025】このような先端面形状を採用することによ
り、ノズル10の先端面に付着したスプラッシュ50が
外周側へ拡散し、ノズル孔11の周囲からスプラッシュ
50が排除されることにより、ノズル10が水冷銅の如
き汎用構造、すなわち、熱伝導性および電気伝導性に優
れ、内部から強制冷却にされる金属の一体構造の場合に
も、スプラッシュ50の付着によるダブルアークの発生
が抑えられる。
By adopting such a shape of the front end surface, the splash 50 attached to the front end surface of the nozzle 10 is diffused to the outer peripheral side, and the splash 50 is eliminated from the periphery of the nozzle hole 11 so that the nozzle 10 is Even in the case of a general-purpose structure such as water-cooled copper, that is, an integrated structure of a metal which is excellent in heat conductivity and electric conductivity and is forcibly cooled from the inside, generation of a double arc due to the adhesion of the splash 50 can be suppressed.

【0026】[0026]

【作用】即ち、スプラッシュの発生が多い金属材料等を
長時間にわたり溶融加熱すると、時間の経過と共にトー
チ先端(ノズル先端面)にスプラッシュが付着する。こ
のノズル先端面に付着したスプラッシュは、主プラズマ
アークからの熱により再溶融されて、一部液状となる。
When a metal material or the like which generates a lot of splash is melted and heated for a long time, the splash adheres to the tip of the torch (nozzle tip) with the passage of time. The splash adhering to the nozzle tip surface is re-melted by heat from the main plasma arc, and partially becomes liquid.

【0027】しかし、ノズル先端面が内周部から外周部
へ向かうにつれて先端側へ徐々に突出した凹型テーパ面
を有し、全体として外周部が内周部より先端側へ突出す
る形状であると、自重によるスプラッシュの流動と、安
定した主プラズマアークが形成された時にできる釣鐘状
の外炎が、凹状のノズル先端面に一部沿うような形とな
ることとの相乗作用により、液状となったスプラッシュ
は外周側へ移動する。このためノズル孔の周囲には、長
時間にわたってスプラッシュがほとんどない状態とな
り、きわめてアークが安定する。
However, the nozzle tip surface moves from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion.
Concave tapered surface that gradually protrudes toward the tip as it goes
With the outer periphery projecting to the distal end side from the inner periphery as a whole
Shape, the synergistic effect of the flow of the splash due to its own weight and that the bell-shaped outer flame created when a stable main plasma arc is formed partially follows the concave nozzle tip surface As a result, the liquid splash moves to the outer peripheral side. Therefore, there is almost no splash for a long time around the nozzle hole, and the arc is extremely stabilized.

【0028】時間の経過と共に先端面外周部にスプラッ
シュが次第に堆積し成長するが、主プラズマアークの位
置から充分に離れた位置に成長するために、この成長し
たスプラッシュからはダブルアークが発生することもな
く、ノズル孔から噴出させる主プラズマアークに影響を
与えることはない。
Splash gradually accumulates and grows on the outer peripheral portion of the tip surface with the passage of time. However, since it grows at a position sufficiently distant from the position of the main plasma arc, a double arc is generated from the grown splash. There is no effect on the main plasma arc ejected from the nozzle hole.

【0029】先端面外周部に堆積したスプラッシュは、
成長すると釣鐘状外炎の外側に大きく垂れ下がるように
なるが、プラズマアークや溶融池からの輻射熱等を受け
て、一部先端が脱落し、ここでスプラッシュの成長は中
断される。この堆積スプラッシュが脱落するときにも、
前述のように主プラズマアークから充分に離れた位置で
起こるので、ダブルアーク発生の心配はない。
The splash deposited on the outer peripheral portion of the tip surface is as follows:
As it grows, it droops greatly outside the bell-shaped exoflame, but its tip falls off due to the plasma arc or radiant heat from the molten pool, and the growth of the splash is interrupted here. When this sediment splash falls off,
As described above, since it occurs at a position sufficiently distant from the main plasma arc, there is no fear of double arc generation.

【0030】このように、先端面外周部にできるスプラ
ッシュは、堆積−成長−脱落を繰り返すが、ノズル孔よ
り充分に離れたところでの現象であり、ノズル孔の周囲
には常にスプラッシュがほとんどない状態で主プラズマ
アークが飛び続けるため、長時間にわたってきわめてア
ークが安定する。
As described above, the splash formed on the outer peripheral portion of the tip surface repeats deposition-growth-fall, but is a phenomenon at a position sufficiently distant from the nozzle hole, and there is almost no splash around the nozzle hole. As the main plasma arc continues to fly, the arc is extremely stable for a long time.

【0031】また、ノズルにセラミック等の絶縁材を用
いる必要がなく、水冷銅、即ち内部から強制冷却される
金属の一体構造を採用できる。このため、主プラズマア
ークからの強大な熱を受けても、熱伝導率が良いため、
充分な冷却が行われ、トーチの大出力化、長時間の使用
が可能になる。更に、一体化のため構造が簡単であり、
素材コストも含めノズルが高価となることもなく、メン
テナンスも容易である。
Further, it is not necessary to use an insulating material such as a ceramic for the nozzle, and an integral structure of water-cooled copper, that is, a metal which is forcibly cooled from the inside can be adopted. For this reason, even if it receives strong heat from the main plasma arc, its thermal conductivity is good,
Sufficient cooling is performed, and it is possible to increase the output of the torch and use it for a long time. Furthermore, the structure is simple because of integration,
The nozzle is not expensive, including the material cost, and maintenance is easy.

【0032】ノズル先端面に形成される凹型テーパ面の
先端角は250゜以下が望ましく、190゜以上200
゜以下が特に望ましい。
The concave taper surface formed on the nozzle tip surface
The tip angle is desirably 250 ° or less, and is 190 ° or more and 200
゜ The following are particularly desirable.

【0033】先端角が180°に接近すると先端面に付
着したスプラッシュの拡散作用が充分に得られない。逆
にこれが180°から大きく離れると、ノズルの凹状先
端面に、主プラズマアークの釣鐘状外炎が接近しすぎる
ようになり、ノズルが強大な熱を受けて損傷しやすくな
るほか、主プラズマアークのアーク長に対してノズル先
端から母材までの距離が短くなるため、かえってスプラ
ッシュの付着等によりダブルアークの発生頻度が増加す
る。
When the tip angle approaches 180 °, the effect of spreading the splash attached to the tip face cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the angle is far from 180 °, the bell-shaped outer flame of the main plasma arc becomes too close to the concave tip surface of the nozzle, and the nozzle is easily damaged by receiving strong heat. Since the distance from the nozzle tip to the base metal becomes shorter with respect to the arc length, the frequency of occurrence of the double arc increases due to the attachment of splash and the like.

【0034】他の条件としてはノズル外径が比較的重要
である。すなわち、先端角が180°超の凹型テーパ面
であっても、ノズル外径が小さすぎる場合には、ノズル
外径の小さい範囲内でしかスプラッシュの堆積−成長−
脱落が繰り返されず、主プラズマアークの近傍での現象
となるため、ダブルアークの発生をうながしやすい。一
方ノズル外径が大きすぎる場合には、発生したスプラッ
シュの多くをこのノズルで受け止めるようになるばかり
か、ノズルが大型化し、製作費が高くなるので好ましく
ない。最適なノズル外径は、プラズマアークの釣鐘状外
炎の径とほぼ同等である。
As another condition, the outer diameter of the nozzle is relatively important. That is, even when the outer diameter of the nozzle is too small, even if the tip angle is more than 180 °, even if the outer diameter of the nozzle is too small, the deposition-growth of the splash only within the small range of the outer diameter of the nozzle
Since the falling off is not repeated and the phenomenon occurs in the vicinity of the main plasma arc, it is easy to generate a double arc. On the other hand, if the outer diameter of the nozzle is too large, not only will most of the generated splash be received by this nozzle, but also the nozzle will become large and the manufacturing cost will increase, which is not preferable. The optimum nozzle outer diameter is approximately equal to the diameter of the bell-shaped outer flame of the plasma arc.

【0035】[0035]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明し、比較例と対
比させて、本発明の効果を明らかにする。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, and the effects of the present invention will be clarified in comparison with comparative examples.

【0036】スポンジチタン(圧縮成形品)をプラズマ
トーチにより溶接するにあたり、内部から強制冷却され
る銅製一体構造のノズルを用い、そのノズル先端面の先
端角を種々変化させて、その先端角がノズル寿命に与え
る影響を調査した。ここでノズルの寿命とは、ノズルが
著しく溶損して内部の冷却水が洩れ出したり、ノズル溶
損のため、アークが不安定となり、正常な溶接ビードが
得られなくなった時点までの使用時間である。
In welding titanium sponge (compression molded product) using a plasma torch, a copper integrated nozzle that is forcibly cooled from the inside is used, and the tip angle of the tip face of the nozzle is changed variously, and the tip angle is changed to the nozzle angle. The effect on life was investigated. Here, the life of the nozzle is the working time up to the point when the nozzle is significantly melted and the cooling water inside leaks out, or the arc becomes unstable due to the nozzle melt and a normal weld bead cannot be obtained. is there.

【0037】ノズル先端面の先端角以外は、全て同一の
条件とした。共通条件を表1に、調査結果を表2に示
す。
All conditions were the same except for the tip angle of the tip face of the nozzle. Table 1 shows the common conditions and Table 2 shows the survey results.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】先端面を先端角θが180°を超える凹型
テーパ面とした本発明例は、従来例に比して寿命が大幅
に延長し、例えば先端角θが195°の場合で、先端角
θが90°の場合の約6倍、先端角θが180°の場合
の約2倍の寿命を示した。
The present invention, in which the tip surface has a concave tapered surface having a tip angle θ exceeding 180 °, has a significantly longer life than the conventional example. For example, when the tip angle θ is 195 °, The life was approximately six times as long as θ was 90 °, and approximately twice as long as the tip angle θ was 180 °.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のプラズマ
トーチ用ノズルは、先端面が内周部から外周部へ向かう
につれて先端側へ徐々に突出した凹型テーパ面を有し、
全体として外周部が内周部より先端側へ突出する形状で
あることにより、先端面に付着したスプラッシュを外周
側へ拡散させ、ノズル孔の周囲を常にスプラッシュのな
い状態に維持するので、スプラッシュ付着によるダブル
アークの発生を防ぎ、長時間にわたって、きわめて安定
なアークを発生させることができる。このため、ノズル
の消耗、溶損が著しく減少し、ノズルの寿命が大幅に延
長される。また、ノズルにセラミックス等の材質を用い
る必要がなく、水冷銅等の汎用構造を採用できるため、
ノズルが十分に冷却され、トーチの大出力化、長時間の
使用が可能になる。また、ノズルの構造が簡単で、トー
チ価格が抑えられ、メンテナンスの複雑化も回避され
る。これらのため、トータルランニングコストの大幅低
減が達成される。
As described above, in the nozzle for a plasma torch of the present invention, the front end surface is directed from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion.
As it has a concave tapered surface that gradually protrudes toward the distal end,
As a whole, the outer periphery protrudes toward the tip from the inner periphery
Because of this, the splash attached to the tip surface is diffused to the outer peripheral side, and the area around the nozzle hole is always kept free of splash, preventing the occurrence of double arc due to splash attachment, and extremely stable arc for a long time Can be generated. For this reason, consumption and melting damage of the nozzle are remarkably reduced, and the life of the nozzle is greatly extended. In addition, since it is not necessary to use a material such as ceramics for the nozzle, and a general-purpose structure such as water-cooled copper can be adopted,
The nozzle is sufficiently cooled, so that the output of the torch can be increased and long-term use is possible. Further, the structure of the nozzle is simple, the cost of the torch is suppressed, and complicated maintenance is avoided. For these reasons, a significant reduction in total running cost is achieved.

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

【図1】プラズマトーチの一般的な構成を示す模式図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a general configuration of a plasma torch.

【図2】ダブルアークの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a double arc.

【図3】ノズル孔径およびアーク電流がアーク特性に与
える影響を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the influence of a nozzle hole diameter and an arc current on arc characteristics.

【図4】本発明ノズルの代表的な構成およびその機能を
従来ノズルの場合と比較して示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a typical configuration of the nozzle of the present invention and its function in comparison with a conventional nozzle.

【図5】本発明ノズルにおける先端面形状を例示する断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a tip surface shape of the nozzle of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ノズル 11 ノズル孔 20 電極 30 主プラズマアーク 40 母材 50 スプラッシュ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nozzle 11 Nozzle hole 20 Electrode 30 Main plasma arc 40 Base material 50 Splash

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマトーチにおいてプラズマガスを
噴出するために電極の外周側に隙間をあけて設けられる
円筒状のノズルであって、中心部にノズル孔が開口する
ノズル先端面が、内周部から外周部へ向かうにつれて先
端側へ徐々に突出した凹型テーパ面を有し、全体として
外周部が内周部より先端側へ突出する形状であることを
特徴とするプラズマトーチ用ノズル。
1. A plasma gas in a plasma torch.
Provided with a gap on the outer peripheral side of the electrode to eject
A cylindrical nozzle having a nozzle tip surface having a nozzle hole opening at the center portion has a concave tapered surface that gradually projects toward the tip end from the inner peripheral portion toward the outer peripheral portion, and the outer peripheral portion as a whole has an inner peripheral portion. A nozzle for a plasma torch, characterized in that it has a shape protruding from a peripheral portion to a tip side.
【請求項2】 熱伝導性および電気伝導性に優れ、内部
から強制冷却される金属の一体構造であることを特徴と
する請求項1に記載プラズマトーチ用ノズル。
2. The nozzle for a plasma torch according to claim 1, wherein the nozzle is excellent in heat conductivity and electric conductivity and has an integral structure of a metal which is forcibly cooled from the inside.
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