JP3558700B2

JP3558700B2 - Plasma arc cutting torch and plasma arc cutting method

Info

Publication number: JP3558700B2
Application number: JP27212394A
Authority: JP
Inventors: 雅信内田; 公壽藤下; 浩平吉川
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: JPH08132244A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマアークにより被加工物を切断加工するために用いるプラズマアーク切断用トーチ及び該トーチを用いて行うプラズマアーク切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプラズマアーク切断用トーチは図１４に示す構造を有する。図１４において１は流体により冷却されるプラズマ電極で、この電極１は、中空円筒状に形成された電極基材２と、この電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けられた凹部内に装着された挿入体３とにより構成されている。電極基材２は、銅または銅合金により形成され、挿入体３はハフニウムやジルコニウム等の高融点材料により形成されている。
【０００３】
４はトーチの中心部に配置された導電材料よりなる管状の電極支持部材で、電極１はこの電極支持部材４の先端部に支持されている。５は電極支持部材４を外側から覆うように設けられた絶縁スリーブ、６は絶縁スリーブ５を外側から同心的に囲むように設けられた導電材料からなるチップ支持部材で、電極支持部材４、絶縁スリーブ５及びチップ支持部材６によりトーチボディ７が構成されている。絶縁スリーブ５とチップ支持部材６との間には環状のガス導入通路ｇ１が形成され、該ガス導入通路ｇ１は図示しないガス供給源に接続されている。
【０００４】
８はチップ支持部材６の先端に支持された中空のチップで、このチップは、プラズマ電極１を同心的に取り囲む円筒部８Ａと、該円筒部の先端側に向かう先細の第１の凸部８Ｂと、該第１の凸部８Ｂの先端側に形成された同じく先細の先端部８Ｃとからなっている。図示の例では、第１の凸部８Ｂ及び先端部８Ｃが共に逆円錐状に形成され、チップ８と電極１との間にはガス導入通路ｇ１に連通する環状のガス流路ｇ２が形成されている。チップ８の先端部８Ｃの軸心部には、軸線方向に沿って均一な内径を有するプラズマ流噴出孔８０１が穿設され、第１の凸部８Ｂの内側には、先端部がプラズマ流噴出孔８０１の後端部に連続する逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されている。
【０００５】
９はチップ支持部材６の先端に取り付けられたカップで、このカップ９は、トーチボディ７の先端部とチップ８の円筒部８Ａとを同心的に取り囲む円筒部９Ａと、チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取り囲む先細の（図示の例では逆円錐状の）第２の凸部９Ｂと、第２の凸部９Ｂの先端側に形成された端部壁９Ｃとからなり、チップ８とカップ９との間に環状の冷却水還流通路ｗ４が形成されている。カップの端部壁９Ｃの中央部にはテーパ孔が穿設され、チップの先端部８Ｃは、カップの端部壁９Ｃのテーパ孔に嵌合されてその一部が外部に導出されている。
【０００６】
トーチボディ７の軸心部（電極支持部材４の内部）には電極基材２内に連通する冷却水流通用の孔４ａが設けられていて、該孔４ａ内を通して電極基材２の内側に冷却水案内管１０が挿入され、この案内管１０の内側及び外側にそれぞれ冷却水通路ｗ１及びｗ２が形成されている。冷却水通路ｗ２はチップ支持部材６内に設けられた冷却水案内通路ｗ３を通してチップ８とカップ９との間に形成された冷却水還流通路ｗ４に連通させられ、冷却水還流通路ｗ４は、チップ支持部材６内に設けられた冷却水排出通路ｗ５に連通させられている。
【０００７】
１１はトーチの冷却水供給口（図示せず。）に接続された冷却水供給ホース、１２はトーチの冷却水排出口に接続された冷却水排出ホースで、冷却水供給ホース１１を通して供給される冷却水は、図示の矢印Ａ１のように冷却水案内管１０内の冷却水通路ｗ１に流入した後、該案内管の下端から冷却水通路ｗ２に流入し、プラズマ電極１を冷却した後、矢印Ａ２のように冷却水案内通路ｗ３に流入する。冷却水案内通路ｗ３に流入した冷却水は、冷却水還流通路ｗ４に流入してチップ８を冷却した後冷却水排出通路ｗ５に流入し、更に矢印Ａ３のように冷却水排出ホース１２に流入して、該ホース１２から外部に排出される。
【０００８】
上記のプラズマアーク切断用トーチを用いて被加工物を切断する際には、プラズマ電極１と被加工物との間に電力を供給するとともに、空気、酸素等のプラズマアーク形成用流体（ガス）Ｇをトーチボディ７内のガス導入通路ｇ１を通してチップ８と電極１との間のガス流路ｇ２に供給する。そして、ガス流路ｇ２に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇをガス流縮流部８０２により絞りながらプラズマ流噴出孔８０１に流入させてプラズマ電極１の挿入体３より発生したプラズマアークをプラズマ流噴出孔８０１から噴射させることによりプラズマジェットを発生させ、このプラズマジェットにより被加工物の切断を行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のプラズマアーク切断用トーチを用いて、ベベル角（切断面の傾斜角）が小さい、高品質の切断面を得るためには、チップ８のプラズマ流噴出孔８０１の径を小さくして、プラズマ流噴出孔８０１でのプラズマアークの電流密度を高め、プラズマアークを細く絞ることが有効である。しかしながら、プラズマアーク形成用流体として空気や酸素を用いた場合、プラズマ切断に用いる、いわゆる切断電流値を大きくしてプラズマアークの電流密度を高くしようとすると、ガス流縮流部８０２の先端部とプラズマ流噴出孔８０１の後端部の一部とが短時間で破壊し、図１５に示すように、プラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との境界部付近に焼損部８１が形成される。このような焼損部８１が形成されると、該焼損部８１でプラズマアークが乱されるため、切断面のベベル角が大きくなるのを避けられない。
【００１０】
プラズマアーク切断により被加工物の切断加工を行う場合、ベベル角が３度以下の高品質の切断面を得ることが望まれており、被加工物の肉厚が薄い場合には比較的小さな切断電流値でも高品質の切断面が得られている。しかし、被加工物の肉厚が厚い場合には切断電流値を大きくすることが必要になり、被加工物の肉厚の増大に応じて切断電流値を大きくする必要があるが、従来のプラズマアーク切断用トーチでは、例えば切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定すると、短時間で上記焼損部８１が形成されるため、高品質の切断面を得ることは困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができるプラズマアーク切断方法及び該切断方法を実施するために用いるプラズマアーク切断用トーチを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるプラズマアーク切断用トーチは、電極基材２の先端に設けた凹部内に高融点の挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、プラズマ電極１をガス流路を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８とを備えたもので、チップ８は、プラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該先端部に向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有し、該第１の凸部の内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されている。
【００１３】
なお本明細書において、各部の「先端部」は、プラズマジェットが噴出するトーチの先端側に位置する端部をいうものとする。
【００１４】
また本明細書において「円錐状」あるいは「円錐面」等という場合の「円錐」は、必ずしも底面から頂点までを含む円錐全体の形状を意味するものではなく、円錐の一部をなすテーパがついた形状を表現するための言葉としても用いるものとする。従って、円錐の頭部を切断したいわゆる「截頭円錐状」の形状をいう場合にも単に「円錐状」というものとする。
【００１５】
更に「逆円錐状」または「逆円錐面」という場合の「逆円錐」とは、トーチの先端側に向って径が次第に小さくなっていく向きの円錐（頂点がトーチの先端側を向いた円錐）を意味するものとする。
【００１６】
本発明においては、チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間にガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３を設ける。プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定する。またプラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を０．２以上２．５以下に設定する。
【００１７】
上記プラズマアーク助走部８０３は、単一の逆円錐面からなっていてもよく、円錐角が異なる複数の逆円錐面からなっていてもよい。複数の逆円錐面によりプラズマアーク助走部を形成する場合、該複数の逆円錐面は、プラズマ流噴出孔に近いものほどその円錐角が小さくなるように設ける。
【００１８】
本発明においてはまた、上記チップ８の第１の凸部８Ｂ付近を同心的に取り囲む第２の凸部９Ｂを先端側に有する中空のカップ９と、カップ９の第２の凸部９Ｂを同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂを先端側に有するシールドカップ１５とを更に設けて、カップ９の第２の凸部９Ｂの外面を逆円錐面状に形成し、該カップ９の第２の凸部９Ｂとシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとの間にシールドガス流路ｓ３を形成して、該シールドガス流路の先端にプラズマ流噴出孔の軸線を同心的に取り囲むシールドガス噴出口ｓａを形成するようにしてもよい。
【００１９】
上記のようにカップ９及びシールドカップ１５を設ける場合、シールドカップはそのテーパ部１５Ｂがカップの第２の凸部９Ｂの外周に当接するように形成するのが好ましい。この場合、カップの第２の凸部９Ｂの円錐面の母線方向に沿って伸びる複数の溝９０１を放射状に設けて、該複数の溝によりシールドガス流路ｓ３を形成する。またシールドカップ１５は、そのテーパ部１５Ｂのテーパ角（円錐角）γがカップ９の第２の凸部の外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成する。
【００２０】
本発明のプラズマアーク切断方法においては、チップのプラズマ流噴出孔とガス流縮流部との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部を形成し、該プラズマアーク助走部の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を０．２以上２．５以下に設定した前述のプラズマアーク切断用トーチを用い、該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給するとともに、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給してプラズマアーク切断を行う。
【００２１】
本発明のプラズマアーク切断方法においてはまた、チップの第１の凸部付近を同心的に取り囲む第２の凸部を有する中空のカップと、該カップの第２の凸部を同心的に取り囲むテーパ部を先端に有するシールドカップとを更に設けたプラズマアーク切断用トーチを用いて該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給し、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給するとともに、シールドガス流出通路に酸素をシールドガス流体として供給し、該シールドガス流体の流量を１０リットル／分〜６０リットル／分の範囲に設定してプラズマアーク切断を行う。
【００２２】
【作用】
上記のように、チップのプラズマ流噴出孔とガス流縮流部との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部を形成すると、チップの内側に流入したプラズマアーク形成用流体は、先ず軸線方向に対する半径の減少率が大きいガス流縮流部により半径方向に拘束されつつ軸線方向に流れる過程で大きく絞られた後、軸線方向に対する半径の減少率が小さいプラズマアーク助走部により無理なく絞られつつ加速されて、プラズマ流噴出孔から細く絞られた高速のガス流となって流出する。
【００２３】
また従来のトーチでは、最大切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定すると、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いた場合、プラズマ流噴出孔とガス流縮流部との境界部付近が短時間で焼損するという問題があったが、上記のようにプラズマアーク助走部を設けて、該プラズマアーク助走部の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を０．２以上２．５以下に設定すると、最大切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定しても、長時間に亘って焼損部を生じないことが実験により確認された。
【００２４】
従って本発明のプラズマアーク切断用トーチによると、プラズマアーク形成用流体を細く絞って高速で軸線方向に流出させることができることと、最大切断電流値を従来よりも高く設定できることとが相俟って、従来よりも電流密度が高い、細く絞られたプラズマアークを発生させることができ、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができる。
【００２５】
【実施例】
図１及び図２は、本発明の実施例を示したもので、図１は同実施例のトーチの要部を示す縦断面図、図２は図１のトーチの先端部付近の拡大縦断面図である。
本実施例のプラズマアーク切断用トーチの基本的な構造は図１４及び図１５に示した従来のものと同様であり、図１及び図２において図１４及び図１５に示したトーチの各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号を付してある。
【００２６】
図１及び図２において、１は中空円筒状に形成された銅または銅合金製の電極基材２と、ハフニウムやジルコニウム等の高融点材料により形成された挿入体３とからなるプラズマ電極で、挿入体３は、電極基材２の先端部を閉じる端部壁に設けられた凹部内に装着されている。プラズマ電極１は、トーチの中心部に配置された導電材料からなる管状の電極支持部材４の先端にネジ結合されて支持されている。また電極支持部材４を外側から覆うように絶縁スリーブ５が設けられ、該絶縁スリーブ５を外側から同心的に囲むように導電材料からなる管状のチップ支持部材６が設けられている。電極支持部材４、絶縁スリーブ５及びチップ支持部材６によりトーチボディ７が構成され、絶縁スリーブ５とチップ支持部材６との間には、図示しないガス供給源に接続される環状のガス導入通路ｇ１が形成されている。
【００２７】
チップ支持部材６の先端には中空のチップ８がネジ結合により取り付けられている。このチップ８は、プラズマ電極１を同心的に取り囲む円筒部８Ａと、該円筒部の先端側に形成された先細の第１の凸部８Ｂと、該第１の凸部８Ｂの先端側に形成された先端部８Ｃとからなっている。図示の例では、第１の凸部８Ｂ及び先端部８Ｃが共に逆円錐状に形成され、チップ８と電極１との間にはガス流路ｇ１に連通する環状のガス流路ｇ２が形成されている。チップ８の先端部８Ｃの軸心部には、軸線方向に沿って均一な内径ｄを有するプラズマ流噴出孔８０１が穿設され、第１の凸部８Ｂの内側には、プラズマ流噴出孔８０１との間に間隔を隔てた状態で、プラズマ流噴出孔８０１側に向って次第に径が小さくなる逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されている。
【００２８】
本発明においては、プラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部８０２の円錐角αよりも小さい円錐角θ（図２参照）を有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が形成され、図示しないガス供給源からガス導入通路ｇ１を経てガス流路ｇ２に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇがガス流縮流部８０２を経た後プラズマアーク助走部８０３を経てプラズマ流噴出孔８０１に流入するようになってる。ここで、図２に示すように、プラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法をＬ１とし、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法をＬ２とする。
【００２９】
チップ支持部材６の先端にはカップ９が取り付けられている。カップ９は、トーチボディ７の先端部とチップ８の円筒部８Ａとを同心的に取り囲む円筒部９Ａと、チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取り囲む先細の（図示の例では逆円錐状の）第２の凸９Ｂと、第２の凸９Ｂの先端側に形成された端部壁９Ｃとからなっている。カップの端部壁９Ｃの中央部にはチップの先端部８Ｃを嵌合させるテーパ孔が穿設され、該テーパ孔を通してチップの先端部８Ｃの一部が外部に導出されている。カップ９とチップ８との間に冷却水還流通路ｗ４が形成されている。
【００３０】
電極支持部材４の内部には電極基材２内に連通する冷却水流通用の孔４ａが設けられていて、該孔内を通して電極基材２の内側に冷却水案内管１０が挿入され、案内管１０の内側及び外側にそれぞれ冷却水通路ｗ１及びｗ２が形成されている。冷却水通路ｗ２はチップ支持部材６内に設けられた冷却水案内通路ｗ３を通してチップ８とカップ９との間に形成された冷却水還流通路ｗ４に連通させられ、冷却水還流通路ｗ４は、チップ支持部材６内に設けられた冷却水排出通路ｗ５を通して排水ホース１２に連通させられている。
【００３１】
図示してないが、トーチには冷却水供給ホース１１が接続された冷却水供給口と、冷却水排出ホース１２が接続された冷却水排出口とが設けられ、冷却水供給ホース１１→冷却水案内管１０内の冷却水通路ｗ１ →案内管１０の外側の冷却水通路ｗ２ →冷却水案内通路ｗ３ →冷却水還流通路ｗ４ →冷却水排出通路ｗ５ →冷却水排出ホース１２の経路で冷却水が流通してプラズマ電極１とチップ８とが冷却される。
【００３２】
本実施例のトーチの構造は、チップ８のガス流縮流部８０２とプラズマ流噴出孔８０１との間にガス流縮流部よりも円錐角が小さいプラズマアーク助走部８０３を形成した点を除き、図１４に示した従来のトーチの構造と同様である。
【００３３】
本発明者は、本発明に係わるトーチのプラズマアーク助走部の円錐角とその軸線方向寸法とが切断面のベヘル角に与える影響を求めるために種々の実験を行なった。その結果、上記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定し、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を０．２以上２．５以下に設定することにより、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができることが明らかになった。
【００３４】
上記のトーチを用いて被加工物の切断を行う場合には、プラズマ電極１と被加工物との間に電力を供給するとともに、空気、酸素等のプラズマアーク形成用流体Ｇをトーチボディ７内のガス導入通路ｇ１を通してチップ８と電極１との間のガス流路ｇ２に供給する。そして、ガス流路ｇ２に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇをガス流縮流部８０２及びプラズマアーク助走部８０３により絞りながら加速してプラズマ流噴出孔８０１に流入させ、プラズマ電極１の挿入体３より発生したプラズマアークをプラズマ流噴出孔８０１から噴射させることによりプラズマジェットを発生させて被加工物の切断を行う。
【００３５】
本実施例のように、チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３を形成すると、チップの内側に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇは、先ずトーチの軸線方向に対する半径の減少率が大きいガス流縮流部８０２により拘束されつつ軸線方向に流れる過程で半径方向に大きく絞られた後、軸線方向に対する半径の減少率が小さいプラズマアーク助走部８０３により無理なく絞られつつ加速されて、プラズマ流噴出孔８０１から細く絞られて軸線方向に流れる高速のガス流となって流出する。
【００３６】
そして、本発明においては、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を０．２以上２．５以下に設定することにより、最大切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定して長時間に亘って使用することができるため、従来よりも電流密度が高い、細く絞られたプラズマアークを発生させて、ベベル角が３度以下の高品質の切断面を得ることができる。
【００３７】
図６は、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θ［度］と、各円錐角θに対して許容し得る最大切断電流値［Ａ］の実測値との関係を示した線図である。この実験例では、ガス流縮流部８０２の円錐角αを１００度（一定）とし、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１とを等しくして、Ｌ２／Ｌ１＝１（一定）とした。またプラズマアーク形成用流体として空気を用いた。この例では、θ＝０°の場合及びθ＝１００°の場合が、プラズマアーク助走部８０３を設けない場合（従来例と同一のもの）を示している。
【００３８】
図６に示されたように、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを０から増大させていくと、許容最大切断電流値は上昇していき、θ＝６０度付近でピークに達する。円錐角θを６０度よりも更に増大させると許容最大切断電流値は次第に減少していく。図６の例では、θ＝０°及びθ＝１００°の場合（プラズマアーク助走部８０３が設けられていない場合）の許容最大切断電流値が１０５［Ａ］であり、θ＝２０°及びθ＝８５°の場合の許容最大切断電流値が１２０［Ａ］であった。従って、この実験から、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを、２０°≦θ≦８５°の範囲に設定することにより、許容最大切断電流値を１２０Ａ以上とすることができ、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを同範囲に設定することにより、従来のトーチ（θ＝０°の場合）に比べて許容最大切断電流値を最低でも１４％高くし得ることが明らかになった。
【００３９】
特に、プラズマアーク助走部の円錐角θを、４０°≦θ≦７０°の範囲に設定すると、許容最大電流値を１５０Ａ以上とすることができ、許容最大切断電流値を従来の約４３％以上高くすることができる。
【００４０】
図７は、プラズマアーク形成用流体として空気を用い、切断電流値を１２０［Ａ］として、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θと、被加工物の切断面のベベル角との関係を実測した結果を示したもので、同図から、θ＝２０°の場合及びθ＝８５°の場合に、ベベル角がほぼ３°となり、プラズマアーク助走部の円錐角θを、２０°≦θ≦８５°の範囲に設定することにより、切断面のベベル角が３°以下になることが分かる。また円錐角θを、４０°≦θ≦７０°の範囲に設定すると、切断面のベベル角がほぼ２°以下になることが分かる。
【００４１】
図８は、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１と切断面のベベル角との関係を実測した結果を示したもので、この例では、ガス流縮流部８０２の円錐角αを１００°（一定）とし、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを５０°（一定）とした。図８から、Ｌ２／Ｌ１＝０．２の場合及びＬ２／Ｌ１＝２．５の場合に切断面のベベル角がほぼ３°となり、Ｌ２／Ｌ１を０．２≦Ｌ２／Ｌ１ ≦２．５の範囲に設定することにより、ベベル角が３°以下の高品質の切断面を得ることができることが分かる。特にＬ２／Ｌ１を、０．５≦Ｌ２／Ｌ１ ≦２．０の範囲に設定すると切断面のベベル角がほぼ２°以下のきわめて高品質の切断面を得ることができる。
【００４２】
上記の実験の結果をまとめて示すと下記の表１の通りであり、同表の切断結果の「良」は切断面のベベル角のばらつきの範囲が３°以下であったことを意味し、「優良」は「良」の場合よりも更にベベル角のばらつきの範囲が小さいことを意味する。また「最良」は、ベベル角のばらつきの範囲が２°以下のきわめて高品質の切断面が得られたことを意味する。
【００４３】
【表１】

図１及び図２に示した例では、プラズマアーク助走部８０３を単一の逆円錐面により形成したが、互い円錐角が異なっていて、プラズマ流噴出孔８０１に近いものほど円錐角が小さくなるように形成された複数の逆円錐面によりプラズマアーク助走部を構成するようにしてもよい。例えば、図３に示すように、ガス流縮流部８０２の先端に後端部が連続する逆円錐面８０３ａと、逆円錐面８０３ａの先端に後端部が連続し先端がプラズマ流噴出孔８０１に連続した逆円錐面８０３ｂとによりプラズマアーク助走部８０３を構成するようにしてもよい。この場合、ガス流縮流部８０２の円錐角αと逆円錐面８０３ａの円錐角θ１と逆円錐面８０３ｂの円錐角θ２との間に、α＞θ１＞θ２の関係が成立するようにし、かつθ１及びθ２の双方を２０°ないし８５°の範囲に設定する。
【００４４】
このように、プラズマアーク助走部を、プラズマ流噴出孔側に向うにしたがって円錐角が順次小さくなっていくように配列された複数の逆円錐面により形成すると、プラズマアーク助走部に流入したガスが段階的に絞られつつ加速されるため、ガス流縮流部からプラズマアーク助走部を経てプラズマ流噴出孔に至るガス流路でのガスの流れを円滑にして、その高速化を図ることができる。従って、プラズマ流噴出孔８０１から噴出するプラズマジェットは、細く絞られて軸線方向への噴出力が強いきわめて強力なものとなり、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができる。
【００４５】
なお本発明において、プラズマアーク助走部においては、該助走部の途中でガスを半径方向の内側に指向させるような部分を設けないことが必要であり、プラズマアーク助走部を複数の逆円錐面により構成する場合には、該助走部の下流側に位置する逆円錐面の円錐角を上流側に位置する逆円錐面の円錐角よりも大きくしないようにすることが必須の要件である。例えば、図４に示したように、プラズマアーク助走部８０３の下流側に、上流側の逆円錐面８０３ａの円錐角θ１よりも大きい円錐角θ２ ´を有する逆円錐面８０３ｂ´を設けることは避ける必要がある。即ち、図４に示したように、プラズマアーク助走部を構成すると、逆円錐面８０３ｂ´により径方向の内側にガスが指向され、これにより軸線方向に流れているガス流と交差する方向のガス流が生じるため、ガス流が乱されてプラズマアークの拘束力が低下する。従って、細く絞られたプラズマジェットを得ることができなくなり、好結果は得られない。
【００４６】
また図５に示したように、プラズマアーク助走部８０３の下流側に径方向の内側に湾曲した湾曲部８０３ｃを形成した場合にも、同様にこの湾曲部により径方向の内側に向うガス流が生じさせられるため、ガス流が乱されて好結果が得られなくなる。
【００４７】
上記の実施例では、プラズマアーク形成用流体Ｇとして空気または酸素を用いたが、空気または酸素を用いる場合がトーチの使用条件としては最も過酷であり、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いた場合に最もトーチが損傷し易い状態になる。従って、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いた場合にトーチが損傷することがなければ、他の流体、例えば不活性ガスをプラズマアーク形成用流体として用いた場合には何等問題が生じない。従って本発明は、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いる場合に何等限定されない。
【００４８】
図９は本発明の他の実施例を示したもので、この実施例では、チップ支持部材６を同心的に取り囲むように外管１３が取り付けられ、電極支持部材４、絶縁スリーブ５、チップ支持部材６及び外管１３によりトーチボディ７が構成されている。外管１３とチップ支持部材６との間には環状のシールドガス流路ｓ１が形成され、該シールドガス流路ｓ１はガスボンベやポンプなどからなる図示しないシールドガス供給手段に接続されている。
【００４９】
トーチボディ６の外管１３の先端には、トーチボディ７の先端部とカップ９の円筒部９Ａとを同心的に取り囲む円筒部１５Ａと、カップ９の第２の凸部を同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂとからなるシールドカップ１５が取り付けられている。シールドカップの円筒部１５Ａとトーチボディ７の先端部及びカップの円筒部９Ａとの間には、前記シールドガス流路ｓ１に連通するシールドガス流路ｓ２が形成され、シールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとカップの第２の凸部９Ｂとの間にはシールドガス流路ｓ２に連通するシールドガス流路ｓ３が形成されている。シールドカップのテーパ部１５Ｂは、その先端部がカップ９の端部壁９Ｃよりも手前の位置で終端するように設けられており、テーパ部１５Ｂの先端部の内周とカップの第２の凸部９Ｂの外周との間に、プラズマ流噴出孔ｓａの中心軸線を同心的に取り囲むシールドガス噴出口ｓａが形成されている。シールドガス噴出口ｓａはプラズマ流噴出孔８０１と同心的に配置され、シールドガス流路ｓ１，ｓ２，ｓ３を通して供給されるシールドガスがシールドガス噴出口ｓａから、プラズマジェットに向かって噴出するようになっている。
【００５０】
シールドカップの取り付け方は任意であるが、図示の例では、トーチボディ７の外管１３の先端部外周にネジ１３ａが設けられ、このネジ１３ａにシールドカップ１５の円筒部１５Ａの内周に設けられたネジ１５Ａ１が螺合されてシールドカップ１５がトーチボディ７に取り付けられている。その他の点は、図１に示したトーチと同様であり、チップ８のプラズマアーク助走部８０３は、ガス流縮流部８０２の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する単一の逆円錐面からなっている。
【００５１】
図９に示したトーチを用いて切断加工を行う場合には、プラズマ電極１と図示しない被加工物との間に電力を供給し、ガス導入通路ｇ１を通してガス流路ｇ２にプラズマアーク形成用流体Ｇを供給するとともに、シールドガス流路ｓ１及びｓ２にシールドガスＳを供給する。これによりプラズマ流噴出孔８０１からプラズマジェットを発生させ、シールドガス噴出口ｓａからシールドガスを噴出させて被加工物を切断する。
【００５２】
図１０は、図９に示したトーチを用いて被加工物を切断する場合に、シールドガスの流量を変化させて切断面のベベル角を測定する実験を行った結果を示したものである。この実験では、ガス流縮流部８０２の円錐角αを１００°、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを５０°とし、シールドガスＳとして酸素を用いた。また切断電流値を１２０［Ａ］とし、プラズマアーク形成用流体Ｇとして、空気を用いた場合と窒素を用いた場合とについて実験を行った。図１０において、実線の曲線はプラズマアーク形成用流体として空気を用いた場合を示し、破線の曲線はプラズマアーク形成用流体として窒素を用いた場合を示している。
【００５３】
図１０から、シールドガス流量を１０リットル／分ないし６０リットル／分の範囲に設定すると、シールドガスを流さない場合に比べて切断面のベベル角を０．５°以上小さくすることができ、切断面の品質の改善効果が高いことが明らかになった。
【００５４】
図９に示したトーチにおいて、シールドカップ１５を取り付ける際に、図１１に示すようにシールドカップ１５の中心軸線がカップ９の中心軸線（トーチの中心軸線）に対して傾くと、シールドガス流路ｓ２及びｓ３の断面積が不均一になり、シールドガス噴出口ｓａの開口面積が不均一になる上に、シールドガス噴出口ｓａが傾くため、シールドガス噴出口ｓａから噴出するシールドガスの流れが片寄り、シールド効果が減少する。
【００５５】
またシールドカップ１５の中心軸線とカップ９の中心軸線とが一致するように取り付けられた場合でも、カップ９の第２の凸部９Ｂの外面の円錐角とシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂのテーパ角には加工精度のばらつきがあるため、シールドガス流路ｓ３の断面積がばらつき、その結果シールドガス噴出口ｓａから噴出するシールドガスの流速にばらつきが生じるおそれがある。
【００５６】
図１２及び図１３は、これらの問題を解決した実施例を示したもので、図１２はその要部の構造を示し、図１３は同実施例で用いるカップを示している。この実施例では、図１３に示したようにカップ９の第２の凸部９Ｂの外周に、該第２の凸部の外側の円錐面の母線方向に沿って放射状に伸びる複数の溝９０１が設けられている。シールドカップ１５はそのテーパ部１５Ｂがカップ９の第２の凸部９Ｂの外周に当接するように形成され、カップ９の第２の凸部の外面の溝９０１によりシールドガス流路ｓ３が形成されている。またシールドカップ１５は、そのテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部９Ｂの外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成されている。
【００５７】
図１２に示したように構成すると、チップ８の先端部８Ｃの外周を基準としてトーチボディ７と同軸的に取り付けられたカップ９の第２の凸部９Ｂの外周にシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂが当接して位置決めされるため、常にシールドカップ１５の中心軸線をチップ８及びカップ９の中心軸線に一致させることができ、シールドガス噴出口ｓａをプラズマ流噴出孔８０１に対して同心的に配置することができる。したがって、シールドガスの流れが片寄って、シールド効果が減少するのを防ぐことができる。
【００５８】
また図１２に示した実施例のように、シールドカップ１５のテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部９Ｂの外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成すると、シールドガス噴出口ｓａの近傍でカップ９とシールドカップ１５とが当接して、シールドガスを所望の状態で噴出させることができる。
【００５９】
上記の実施例では、チップ８の第１の凸部８Ｂを逆円錐状に形成してその内周面及び外周面が共に逆円錐面状を呈するようにしたが、チップの第１の凸部８Ｂは、該チップの先端に向かって先細の形状を呈していてその少なくとも内周面が逆円錐面状に形成されていればよく、その外周面は必ずしも逆円錐面状に形成されていなくてもよい。例えば、チップの第１の凸部８Ｂの外周面を、先端に向かって段階的に外径が小さくなっていく形状（階段状の形状）としてもよい。
【００６０】
また上記の実施例では、カップ９の第２の凸部９Ｂを逆円錐状として、その内周面及び外周面が共に逆円錐面状を呈するようにしたが、カップの第２の凸部９Ｂの内周面は必ずしも逆円錐面とする必要はなく、先端に向かって段階的に内径が小さくなる形状（階段状の形状）としてもよい。
【００６１】
以上本発明の好ましい実施例を説明したが、本明細書に開示した発明の主な態様を挙げると下記の通りである。
【００６２】
（１）中空管状の電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けた凹部内に高融点材料からなる挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８とを備え、前記チップはプラズマ電極を同心的に取囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部８Ａと先端部８Ｃとの間にあって先端部８Ｃに向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部８Ｂの内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１が０．２以上２．５以下に設定されているプラズマアーク切断用トーチ。
【００６３】
（２）中空管状の電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けた凹部内に高融点材料からなる挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８と、前記チップ８を同心的に取り囲むように形成されたカップ９とを備え、
前記チップはプラズマ電極を同心的に取囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部８Ａと先端部８Ｃとの間にあって先端部８Ｃに向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部８Ｂの内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成され、
前記カップ９は前記チップ８の円筒部８Ａを同心的に取囲む円筒部９Ａと前記チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取囲む第２の凸部９Ｂと該第２の凸部９Ｂの先端を閉鎖する端部壁９Ｃとを有していて該端部壁に設けられた孔を通して前記チップの先端部８Ｃの一部が外部に導出されているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記カップ９の円筒部９Ａを同心的に取囲む円筒部１５Ａとカップの第２の凸部９Ｂを同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂとを有するシールドカップ１５が更に設けられて該シールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとカップの第２の凸部９Ｂとの間にシールドガス流路ｓ３が形成されて該シールドガス流路の先端にプラズマ流噴出孔の中心軸線を同心的に取り囲む環状のシールドガス噴出口ｓａが形成され、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１が０．２以上２．５以下に設定されていることを特徴とするプラズマアーク切断用トーチ。
【００６４】
（３）中空管状の電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けた凹部内に高融点材料からなる挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８と、前記チップ８を同心的に取り囲むように形成されたカップ９とを備え、
前記チップはプラズマ電極を同心的に取囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部８Ａと先端部８Ｃとの間にあって先端部８Ｃに向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部８Ｂの内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成され、
前記カップ９は前記チップ８の円筒部８Ａを同心的に取囲む円筒部９Ａと前記チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取囲む第２の凸部９Ｂと該第２の凸部９Ｂの先端を閉鎖する端部壁９Ｃとを有していて該端部壁に設けられた孔を通して前記チップの先端部８Ｃの一部が外部に導出されているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外面は逆円錐面状に形成されていて該カップ９の円筒部９Ａを同心的に取囲む円筒部１５Ａと前記カップの第２の凸部９Ｂの外周に当接して該カップの第２の凸部９Ｂを同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂとを有するシールドカップ１５が更に設けられ、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１が０．２以上２．５以下に設定され、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外周には該第２の凸部の円錐面の母線方向に沿って伸びる複数の溝９０１が放射状に設けられて、該複数の溝によりシールドガス流路ｓ３が形成され、
前記シールドカップ１５はそのテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部の外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成されていることを特徴とするプラズマアーク切断用トーチ。
【００６５】
（４）トーチボディ７と、中空管状の電極基材２と該電極基材の先端部を閉鎖する端部壁に設けられた凹部内に装着された高融点の挿入体３とからなっていて前記トーチボディの中心部に支持されたプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２を介して同心的に取り囲むように形成されて前記トーチボディ７に支持されたチップ８と、前記チップを冷却水還流通路ｗ４を介して同心的に取り囲むように形成されて前記トーチボディ７に支持されたカップ９とを備え、
前記チップ８は、前記プラズマ電極１を取り囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部と先端部との間にあって先端部に向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部の内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成され、
前記カップ９は前記チップの円筒部８Ａを同心的に取り囲む円筒部９Ａと前記チップの第１の凸部８Ｂを同心的に取り囲む先細の第２の凸部９Ｂと該第２の凸部９Ｂの先端を閉鎖する端部壁９Ｃとを有していて、該カップの端部壁に設けられた孔を通して前記チップ８の先端部８Ｃの一部が外部に導出され、
前記トーチボディ７は、前記プラズマ電極１の電極基材２内に連通する冷却水流通用の孔１０ａと、該冷却水流通用の孔内の冷却水を前記冷却水還流通路ｗ４に案内するための冷却水案内通路ｗ３と、冷却水還流通路内を還流した冷却水を外部に排出するための冷却水排出通路ｗ５と、前記環状のガス流路ｇ２にプラズマアーク形成用流体を導入するガス導入通路ｇ１とを内部に有しているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１が０．２以上２．５以下に設定されているプラズマアーク切断用トーチ。
【００６６】
（５）前記カップの第２の凸部の外面は逆円錐状に形成されていて、該カップ９の円筒部を取り囲む円筒部１５Ａとカップ９の第２の凸部９Ｂを同心的に取囲むテーパ部１５Ｂとを有するシールドカップ１５が更に設けられ、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂとシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとの間にシールドガス流路ｓ３が形成されて該シールドガス流路の先端にシールドガス噴出口ｓａが形成されていることを特徴とする上記４項に記載のプラズマアーク切断用トーチ。
【００６７】
（６）前記シールドカップ１５はそのテーパ部が前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外周に当接するように形成され、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外周には該第２の凸部の円錐面の母線方向に沿って放射状に伸びる複数の溝９０１が設けられて、該複数の溝により前記シールドガス流路ｓ３が形成され、
前記シールドカップ１５は、そのテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部２Ｂの円錐面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成されていることを特徴とする上記５項に記載のプラズマアーク切断用トーチ。
【００６８】
（７）上記１項または４項に記載のプラズマアーク切断用トーチを用い、該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給するとともに、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給してプラズマアーク切断を行うことを特徴とするプラズマアーク切断方法。
【００６９】
（８）上記２項、３項、５項または６項に記載のプラズマアーク切断用トーチを用いて該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給し、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給するとともに、前記シールドガス流路に酸素をシールドガス流体として供給し、該シールドガス流体の流量を１０リットル／分〜６０リットル／分の範囲に設定してプラズマアーク切断を行うことを特徴とするプラズマアーク切断方法。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、チップのプラズマ流噴出孔とガス流縮流部との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部を形成して、チップの内側に流入したプラズマアーク形成用流体を、軸線方向に対する半径の減少率が大きいガス流縮流部により径方向に拘束して絞った後、軸線方向に対する半径の減少率が小さいプラズマアーク助走部により加速するようにしたので、細く絞られた高速のガス流をプラズマ流噴出孔から流出させることができる。
【００７１】
また本発明によれば、プラズマアーク助走部を設けて、該プラズマアーク助走部の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を０．２以上２．５以下に設定したことにより、最大切断電流値を従来よりも大きく設定できるようになった。
【００７２】
従って本発明によれば、プラズマアーク形成用流体を細く絞って高速で流出させることができることと、最大切断電流値を従来よりも高く設定できることとが相俟って、従来よりも電流密度が高い、細く絞られたプラズマアークを発生させることができ、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の要部を示す縦断面図である。
【図２】図１の実施例の要部を更に拡大して示した縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部を示した拡大断面図である。
【図４】本発明で採用できないプラズマアーク助走部の形状を示した拡大断面図である。
【図５】本発明で採用できないプラズマアーク助走部の他の形状を示した拡大断面図である。
【図６】本発明に係わるトーチにおいてプラズマアーク助走部の円錐角を変化させた場合の許容最大切断電流値を測定した結果を示した線図である。
【図７】本発明に係わるトーチにおいてプラズマアーク助走部の円錐角を変化させた場合の切断面のベベル角の変化を測定した結果を示した線図である。
【図８】本発明に係わるトーチにおいてプラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を変えた場合の切断面のベベル角の変化を示した線図である。
【図９】本発明の更に他の実施例の要部の構造を示す縦断面図である。
【図１０】図９の実施例のトーチにおいてシールドガス流量を変化させた場合の切断面のベベル角の変化を測定した結果を示した線図である。
【図１１】図９の実施例のトーチにおいてシールドカップが傾いて取り付けられた状態を示した縦断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施例の要部を示した縦断面図である。
【図１３】図１２の実施例で用いるカップを示した斜視図である。
【図１４】従来のトーチの要部を示した縦断面図である。
【図１５】図１４の要部を更に拡大して示した拡大断面図である。
【符号の説明】
１プラズマ電極
２電極基材
３挿入体
４電極支持部材
５絶縁スリーブ
６チップ支持部材
７トーチボディ
８チップ
８Ａ円筒部
８Ｂ第１の凸部
８Ｃ先端部
８０１プラズマ流噴出孔
８０２ガス流縮流部
８０３プラズマアーク助走部
９カップ
９Ａ円筒部
９Ｂ第２の凸部
９Ｃ先端部
１５シールドカップ
１５Ａ円筒部
１５Ｂテーパ部
ｇ１ガス導入通路
ｇ２ガス流路
ｓ１〜ｓ３シールドガス流路
ｗ１，ｗ２冷却水通路
ｗ３冷却水案内通路
ｗ４冷却水還流通路
ｗ５冷却水排出通路
Ｇプラズマアーク形成用流体
Ｓシールドガス
Ｗ冷却水[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a plasma arc cutting torch used for cutting a workpiece by a plasma arc and a plasma arc cutting method performed using the torch.
[0002]
[Prior art]
Generally, a plasma arc cutting torch has a structure shown in FIG. In FIG. 14, reference numeral 1 denotes a plasma electrode cooled by a fluid. The electrode 1 has an electrode substrate 2 formed in a hollow cylindrical shape, and a concave portion provided on an end wall for closing a tip of the electrode substrate 2. And an insert 3 mounted therein. The electrode substrate 2 is formed of copper or a copper alloy, and the insert 3 is formed of a high melting point material such as hafnium or zirconium.
[0003]
Reference numeral 4 denotes a tubular electrode support member made of a conductive material disposed at the center of the torch, and the electrode 1 is supported at the tip of the electrode support member 4. Reference numeral 5 denotes an insulating sleeve provided so as to cover the electrode supporting member 4 from the outside. Reference numeral 6 denotes a chip supporting member made of a conductive material provided so as to concentrically surround the insulating sleeve 5 from the outside. The sleeve 5 and the tip supporting member 6 constitute a torch body 7. An annular gas introduction passage g1 is formed between the insulating sleeve 5 and the chip support member 6, and the gas introduction passage g1 is connected to a gas supply source (not shown).
[0004]
Numeral 8 is a hollow chip supported at the tip of the tip support member 6, which is a cylindrical part 8A concentrically surrounding the plasma electrode 1 and a first convex part 8B tapering toward the tip side of the cylindrical part. And a similarly tapered tip portion 8C formed on the tip side of the first convex portion 8B. In the illustrated example, the first projection 8B and the tip 8C are both formed in an inverted conical shape, and an annular gas flow path g2 communicating with the gas introduction passage g1 is formed between the tip 8 and the electrode 1. ing. A plasma flow ejection hole 801 having a uniform inner diameter is formed in the axial center of the tip 8C of the tip 8 along the axial direction, and the tip is provided with a plasma flow ejection inside the first projection 8B. An inverted conical gas flow contraction portion 802 is formed at the rear end of the hole 801.
[0005]
Reference numeral 9 denotes a cup attached to the tip of the tip support member 6. The cup 9 includes a cylindrical portion 9 </ b> A concentrically surrounding the tip portion of the torch body 7 and the cylindrical portion 8 </ b> A of the tip 8, and a first portion of the tip 8. The tip is composed of a tapered (in the illustrated example, an inverted conical shape) second convex portion 9B concentrically surrounding the convex portion 8B and an end wall 9C formed on the distal end side of the second convex portion 9B. An annular cooling water recirculation passage w4 is formed between the cup 8 and the cup 9. A tapered hole is formed in the center of the end wall 9C of the cup, and the tip 8C of the tip is fitted into the tapered hole of the end wall 9C of the cup and a part thereof is led out.
[0006]
A hole 4a for distributing cooling water communicating with the inside of the electrode substrate 2 is provided in the axial center portion of the torch body 7 (inside the electrode support member 4), and the inside of the electrode substrate 2 is cooled through the inside of the hole 4a. A water guide tube 10 is inserted, and cooling water passages w1 and w2 are formed inside and outside the guide tube 10, respectively. The cooling water passage w2 communicates with a cooling water return passage w4 formed between the chip 8 and the cup 9 through a cooling water guide passage w3 provided in the chip support member 6, and the cooling water return passage w4 is The cooling water discharge passage w5 provided in the support member 6 communicates with the cooling water discharge passage w5.
[0007]
Reference numeral 11 denotes a cooling water supply hose connected to a cooling water supply port (not shown) of the torch, and reference numeral 12 denotes a cooling water discharge hose connected to a cooling water discharge port of the torch, which is supplied through the cooling water supply hose 11. After the cooling water flows into the cooling water passage w1 in the cooling water guide tube 10 as shown by the arrow A1 in the drawing, it flows into the cooling water passage w2 from the lower end of the guide tube, cools the plasma electrode 1, and then flows into the arrow. A2 flows into the cooling water guide passage w3. The cooling water flowing into the cooling water guide passage w3 flows into the cooling water recirculation passage w4, cools the chips 8, flows into the cooling water discharge passage w5, and further flows into the cooling water discharge hose 12 as indicated by an arrow A3. Then, it is discharged from the hose 12 to the outside.
[0008]
When cutting a workpiece using the torch for plasma arc cutting described above, power is supplied between the plasma electrode 1 and the workpiece, and a plasma arc forming fluid (gas) such as air or oxygen is supplied. G is supplied to a gas flow path g2 between the tip 8 and the electrode 1 through a gas introduction path g1 in the torch body 7. Then, the plasma arc forming fluid G flowing into the gas flow path g2 is caused to flow into the plasma flow ejection hole 801 while being throttled by the gas flow contraction portion 802, and the plasma arc generated from the insert 3 of the plasma electrode 1 is ejected by the plasma flow. A plasma jet is generated by jetting from the hole 801, and the workpiece is cut by the plasma jet.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In order to obtain a high-quality cut surface with a small bevel angle (cut surface inclination angle) using the above-described plasma arc cutting torch, the diameter of the plasma flow ejection hole 801 of the chip 8 is reduced, It is effective to increase the current density of the plasma arc at the jet hole 801 and narrow the plasma arc finely. However, when air or oxygen is used as the fluid for forming a plasma arc, if the current density of the plasma arc is increased by increasing the so-called cutting current value used for plasma cutting, the tip of the gas flow contraction portion 802 may be removed. A portion of the rear end portion of the plasma flow ejection hole 801 is broken in a short time, and as shown in FIG. 15, a burnout portion 81 is formed near the boundary between the plasma flow ejection hole 801 and the gas flow contraction portion 802. Is done. When such a burned portion 81 is formed, the plasma arc is disturbed in the burned portion 81, so that the bevel angle of the cut surface cannot be avoided.
[0010]
When cutting a workpiece by plasma arc cutting, it is desired to obtain a high-quality cut surface with a bevel angle of 3 degrees or less, and a relatively small cut is used when the thickness of the workpiece is thin. A high quality cut surface is obtained even at the current value. However, when the thickness of the workpiece is large, it is necessary to increase the cutting current value, and it is necessary to increase the cutting current value in accordance with the increase in the thickness of the workpiece. In the arc cutting torch, for example, when the cutting current value is set to 120 [A] or more, it is difficult to obtain a high quality cut surface because the burnout portion 81 is formed in a short time.
[0011]
An object of the present invention is to provide a plasma arc cutting method capable of obtaining a high-quality cut surface having a small bevel angle, and a plasma arc cutting torch used for performing the cutting method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A torch for cutting a plasma arc according to the present invention is concentric with a plasma electrode 1 in which a high melting point insert 3 is mounted in a concave portion provided at the tip of an electrode substrate 2 via a gas flow path. A tip 8C having a plasma flow ejection hole 801 and a first tapered projection 8B tapering toward the tip. An inverted conical gas flow reducing portion 802 is formed inside the first convex portion.
[0013]
In this specification, the “tip” of each part refers to an end located on the tip side of a torch from which a plasma jet is jetted.
[0014]
In this specification, the term "cone" in the case of "conical shape" or "conical surface" does not necessarily mean the shape of the entire cone including the bottom to the apex, but has a taper that forms a part of the cone. It is also used as a word for expressing the shape. Therefore, the shape of a so-called “truncated cone” obtained by cutting the head of a cone is simply referred to as “conical shape”.
[0015]
Further, "inverted cone" in the case of "inverted conical shape" or "inverted conical surface" is a cone whose diameter gradually decreases toward the tip side of the torch (a cone whose vertex faces the tip side of the torch). ).
[0016]
In the present invention, an inverted conical surface-shaped plasma arc approach portion having a cone angle θ smaller than the cone angle α of the gas flow contraction portion between the plasma flow ejection hole 801 of the tip 8 and the gas flow contraction portion 802. 803 is provided. The cone angle θ of the plasma arc run-up section 803 is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees. Also, the ratio L2 / L1 of the axial dimension L2 of the plasma arc run-up section 803 to the axial dimension L1 of the plasma flow jetting hole 801 is set to 0.2 or more and 2.5 or less.
[0017]
The plasma arc runner 803 may be formed of a single inverted conical surface, or may be formed of a plurality of inverted conical surfaces having different cone angles. When the plasma arc run-up portion is formed by a plurality of inverted conical surfaces, the plurality of inverted conical surfaces are provided such that the closer to the plasma flow outlet, the smaller the cone angle.
[0018]
In the present invention, the hollow cup 9 having a second convex portion 9B on the distal end side which concentrically surrounds the vicinity of the first convex portion 8B of the chip 8 and the second convex portion 9B of the cup 9 are concentric. And a shield cup 15 having a tapered portion 15B on the distal end side, the outer surface of the second convex portion 9B of the cup 9 being formed in an inverted conical shape, and the second convex portion 9B of the cup 9 being formed. And a taper portion 15B of the shield cup 15 to form a shield gas flow path s3, and to form a shield gas outlet sa surrounding the axis of the plasma flow discharge hole concentrically at the tip of the shield gas flow path. It may be.
[0019]
When the cup 9 and the shield cup 15 are provided as described above, the shield cup is preferably formed such that the tapered portion 15B abuts on the outer periphery of the second convex portion 9B of the cup. In this case, a plurality of grooves 901 extending radially along the generatrix direction of the conical surface of the second convex portion 9B of the cup are provided radially, and the plurality of grooves form the shield gas flow path s3. In the shield cup 15, the taper angle (cone angle) γ of the tapered portion 15B is the same as the cone angle β of the outer surface of the second projection of the cup 9, or the taper angle γ is slightly larger than the cone angle β. It is formed as follows.
[0020]
In the plasma arc cutting method of the present invention, an inverted conical surface-shaped plasma arc advance portion having a smaller cone angle than the gas flow contraction portion is formed between the plasma flow ejection hole of the chip and the gas flow contraction portion. In addition, the cone angle θ of the plasma arc advance section is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees, and the ratio L2 / L1 between the axial dimension L2 of the plasma arc advance section and the axial dimension L1 of the plasma flow ejection hole is set to 0. Using the above-described plasma arc cutting torch set to 2 or more and 2.5 or less, supplying power between the plasma electrode of the torch and the workpiece, and supplying air or oxygen to the gas flow path in the torch. Is supplied as a plasma arc forming fluid to perform plasma arc cutting.
[0021]
In the plasma arc cutting method of the present invention, a hollow cup having a second convex portion concentrically surrounding the vicinity of the first convex portion of the chip, and a taper concentrically surrounding the second convex portion of the cup are provided. Power is supplied between the plasma electrode of the torch and the workpiece using a plasma arc cutting torch further provided with a shield cup having a portion at the tip, and air or oxygen is supplied to a gas flow path in the torch. In addition to supplying as a plasma arc forming fluid, oxygen is supplied as a shielding gas fluid to the shielding gas outflow passage, and the flow rate of the shielding gas fluid is set in a range of 10 liter / min to 60 liter / min to perform plasma arc cutting. Do.
[0022]
[Action]
As described above, when an inverted conical surface-shaped plasma arc run-up portion having a smaller cone angle than the gas flow contraction portion is formed between the plasma flow ejection hole of the chip and the gas flow contraction portion, the inside of the chip is formed. First, the plasma arc-forming fluid flowing into the gas is greatly constrained in the axial direction while being constrained in the radial direction by the gas flow contraction portion having a large radius reduction rate in the axial direction, and then reduced in the axial direction. The gas is accelerated while being squeezed without difficulty by the plasma arc run-up portion having a small rate, and flows out from the plasma flow outlet as a narrow, high-speed gas flow.
[0023]
Further, in the conventional torch, when the maximum cutting current value is set to 120 [A] or more, when air or oxygen is used as the plasma arc forming fluid, the vicinity of the boundary between the plasma flow ejection hole and the gas flow contraction portion is reduced. Although there was a problem of burning out in a short time, the plasma arc advance section was provided as described above, and the cone angle θ of the plasma arc advance section was set to 20 degrees or more and 85 degrees or less. When the ratio L2 / L1 between the axial dimension L2 and the axial dimension L1 of the plasma flow ejection hole is set to 0.2 or more and 2.5 or less, even if the maximum cutting current value is set to 120 [A] or more, the length becomes long. Experiments have shown that no burnouts occur over time.
[0024]
Therefore, according to the plasma arc cutting torch of the present invention, the plasma arc forming fluid can be squeezed finely and can be discharged at high speed in the axial direction, and the maximum cutting current value can be set higher than before. In addition, it is possible to generate a narrowed down plasma arc having a higher current density than in the past, and to obtain a high-quality cut surface with a small bevel angle.
[0025]
【Example】
1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of the torch of the embodiment, and FIG. 2 is an enlarged longitudinal section near the tip of the torch of FIG. FIG.
The basic structure of the torch for plasma arc cutting of the present embodiment is the same as the conventional one shown in FIGS. 14 and 15, and is the same as each part of the torch shown in FIGS. 14 and 15 in FIGS. Are given the same reference numerals.
[0026]
1 and 2, reference numeral 1 denotes a plasma electrode including a copper or copper alloy electrode base 2 formed in a hollow cylindrical shape and an insert 3 formed of a high melting point material such as hafnium or zirconium. The insert 3 is mounted in a recess provided in an end wall that closes the tip of the electrode substrate 2. The plasma electrode 1 is supported by being screw-coupled to the tip of a tubular electrode support member 4 made of a conductive material disposed at the center of the torch. An insulating sleeve 5 is provided so as to cover the electrode supporting member 4 from the outside, and a tubular chip supporting member 6 made of a conductive material is provided so as to concentrically surround the insulating sleeve 5 from the outside. A torch body 7 is formed by the electrode support member 4, the insulating sleeve 5, and the chip supporting member 6, and an annular gas introduction passage g1 connected between the insulating sleeve 5 and the chip supporting member 6 is connected to a gas supply source (not shown). Is formed.
[0027]
A hollow chip 8 is attached to the tip of the chip support member 6 by screw connection. The tip 8 has a cylindrical portion 8A concentrically surrounding the plasma electrode 1, a tapered first convex portion 8B formed on the distal end side of the cylindrical portion, and a distal end side of the first convex portion 8B. 8C. In the illustrated example, the first projection 8B and the tip 8C are both formed in an inverted conical shape, and an annular gas flow path g2 communicating with the gas flow path g1 is formed between the tip 8 and the electrode 1. ing. A plasma flow ejection hole 801 having a uniform inner diameter d is formed in the axial center of the tip 8C of the tip 8 along the axial direction, and the plasma flow ejection hole 801 is provided inside the first projection 8B. An inverse conical gas flow reducing portion 802 whose diameter gradually decreases toward the plasma flow ejection hole 801 side is formed in a state where a space is provided between the gas flow reducing portion 802 and the plasma flow ejection hole 801.
[0028]
In the present invention, an inverted conical surface having a cone angle θ (see FIG. 2) smaller than the cone angle α of the gas flow contraction portion 802 between the plasma flow ejection hole 801 and the gas flow contraction portion 802. The plasma arc run-up section 803 is formed, and the plasma arc forming fluid G flowing from the gas supply source (not shown) into the gas flow path g2 through the gas introduction path g1 passes through the gas flow contraction section 802, and then the plasma arc run-up section 803 is formed. After that, it flows into the plasma flow ejection hole 801. Here, as shown in FIG. 2, the axial dimension of the plasma flow ejection hole 801 is L1 and the axial dimension of the plasma arc run-up section 803 is L2.
[0029]
A cup 9 is attached to the tip of the chip support member 6. The cup 9 has a cylindrical portion 9A that concentrically surrounds the distal end portion of the torch body 7 and the cylindrical portion 8A of the chip 8, and a tapered portion (in the illustrated example, an inverted shape) that concentrically surrounds the first convex portion 8B of the chip 8. It is composed of a (conical) second protrusion 9B and an end wall 9C formed on the tip side of the second protrusion 9B. At the center of the end wall 9C of the cup, a tapered hole for fitting the tip 8C of the tip is formed, and a part of the tip 8C of the tip is led out through the tapered hole. A cooling water recirculation passage w4 is formed between the cup 9 and the chip 8.
[0030]
Inside the electrode support member 4, there is provided a hole 4a for flowing cooling water communicating with the inside of the electrode base material 2. A cooling water guide tube 10 is inserted into the inside of the electrode base material 2 through the hole, and Cooling water passages w1 and w2 are formed inside and outside of 10, respectively. The cooling water passage w2 communicates with a cooling water return passage w4 formed between the chip 8 and the cup 9 through a cooling water guide passage w3 provided in the chip support member 6, and the cooling water return passage w4 is The cooling water discharge passage w5 provided in the support member 6 communicates with the drain hose 12.
[0031]
Although not shown, the torch is provided with a cooling water supply port to which a cooling water supply hose 11 is connected and a cooling water discharge port to which a cooling water discharge hose 12 is connected. The cooling water passage w1 in the guide tube 10 → the cooling water passage w2 outside the guide tube 10 → the cooling water guide passage w3 → the cooling water recirculation passage w4 → the cooling water discharge passage w5 → the cooling water is discharged through the passage of the cooling water discharge hose 12. The plasma electrode 1 and the chip 8 are cooled while flowing.
[0032]
The structure of the torch of this embodiment is the same as that of the torch except that a plasma arc run-up portion 803 having a smaller cone angle than the gas flow contraction portion is formed between the gas flow contraction portion 802 and the plasma flow ejection hole 801 of the tip 8. And the structure of the conventional torch shown in FIG.
[0033]
The inventor conducted various experiments in order to determine the effects of the cone angle of the plasma arc advance portion of the torch according to the present invention and the axial dimension thereof on the Beher angle of the cut surface. As a result, the cone angle θ of the plasma arc advance part 803 is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees, and the ratio L2 / of the axial dimension L2 of the plasma arc advance part 803 to the axial dimension L1 of the plasma flow ejection hole 801 is obtained. It has been clarified that by setting L1 to 0.2 or more and 2.5 or less, a high-quality cut surface having a small bevel angle can be obtained.
[0034]
When cutting the workpiece using the torch, power is supplied between the plasma electrode 1 and the workpiece, and a plasma arc forming fluid G such as air or oxygen is supplied into the torch body 7. To the gas flow path g2 between the chip 8 and the electrode 1 through the gas introduction path g1. Then, the plasma arc-forming fluid G flowing into the gas flow path g2 is accelerated while being throttled by the gas flow contraction portion 802 and the plasma arc advance portion 803, and is caused to flow into the plasma flow ejection hole 801. The generated plasma arc is ejected from the plasma flow ejection hole 801 to generate a plasma jet and cut the workpiece.
[0035]
As in the present embodiment, an inverted conical-shaped plasma arc approach part 803 having a smaller cone angle than the gas flow contraction part is provided between the plasma flow discharge hole 801 of the tip 8 and the gas flow contraction part 802. When formed, the plasma arc-forming fluid G flowing into the inside of the chip is largely constrained in the radial direction while flowing in the axial direction while being constrained by the gas flow contraction portion 802 having a large reduction rate of the radius in the axial direction of the torch. After being squeezed, it is accelerated while being squeezed without difficulty by the plasma arc advancing part 803 having a small reduction rate of the radius with respect to the axial direction. I do.
[0036]
Then, in the present invention, the cone angle θ of the plasma arc advance part 803 is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees, and the axial dimension L2 of the plasma arc advance part 803 and the axial dimension L1 of the plasma flow ejection hole are set. By setting the ratio L2 / L1 to 0.2 or more and 2.5 or less, the maximum cutting current value can be set to 120 [A] or more and used for a long time. , A high-quality cut surface with a bevel angle of 3 degrees or less can be obtained.
[0037]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the cone angle θ [degree] of the plasma arc run-up section 803 and the actual measurement value of the maximum allowable cutting current value [A] for each cone angle θ. In this experimental example, the conical angle α of the gas flow contraction part 802 is set to 100 degrees (constant), the axial dimension L2 of the plasma arc advance part 803 is made equal to the axial dimension L1 of the plasma flow outlet, and L2 / L1 = 1 (constant). Air was used as a plasma arc forming fluid. In this example, the case where θ = 0 ° and the case where θ = 100 ° show the case where the plasma arc run-out unit 803 is not provided (the same as the conventional example).
[0038]
As shown in FIG. 6, when the cone angle θ of the plasma arc run-up section 803 is increased from 0, the allowable maximum cutting current value increases, and reaches a peak near θ = 60 degrees. When the cone angle θ is further increased beyond 60 degrees, the allowable maximum cutting current value gradually decreases. In the example of FIG. 6, the allowable maximum cutting current value when θ = 0 ° and θ = 100 ° (when the plasma arc run-away section 803 is not provided) is 105 [A], and θ = 20 ° and θ. = 85 °, the allowable maximum cutting current value was 120 [A]. Therefore, from this experiment, by setting the cone angle θ of the plasma arc run-up section 803 in the range of 20 ° ≦ θ ≦ 85 °, the allowable maximum cutting current value can be made 120 A or more, and the plasma arc run-up section By setting the cone angle θ of 803 in the same range, it has become clear that the allowable maximum cutting current value can be increased by at least 14% as compared with the conventional torch (when θ = 0 °).
[0039]
In particular, when the cone angle θ of the plasma arc run-up portion is set in the range of 40 ° ≦ θ ≦ 70 °, the allowable maximum current value can be set to 150A or more, and the allowable maximum cutting current value can be set to about 43% or more of the related art. Can be higher.
[0040]
FIG. 7 shows the relationship between the cone angle θ of the plasma arc advance section 803 and the bevel angle of the cut surface of the workpiece when air is used as the plasma arc forming fluid and the cutting current value is 120 [A]. The results show that, when θ = 20 ° and θ = 85 °, the bevel angle becomes approximately 3 °, and the cone angle θ of the plasma arc run-up section is set to 20 ° ≦ θ ≦ 85. It can be seen that the bevel angle of the cut surface becomes 3 ° or less by setting the angle in the range of °. When the cone angle θ is set in the range of 40 ° ≦ θ ≦ 70 °, it can be seen that the bevel angle of the cut surface becomes approximately 2 ° or less.
[0041]
FIG. 8 shows the results of a measurement of the relationship between the ratio L2 / L1 of the axial dimension L2 of the plasma arc run-up section 803 to the axial dimension L1 of the plasma flow outlet and the bevel angle of the cut surface. In the example, the cone angle α of the gas flow contraction section 802 is set to 100 ° (constant), and the cone angle θ of the plasma arc run-up section 803 is set to 50 ° (constant). From FIG. 8, the bevel angle of the cut surface is approximately 3 ° when L2 / L1 = 0.2 and L2 / L1 = 2.5, and L2 / L1 is set to 0.2 ≦ L2 / L1 ≦ 2.5. It can be seen that a high-quality cut surface with a bevel angle of 3 ° or less can be obtained by setting the range of. In particular, when L2 / L1 is set in the range of 0.5 ≦ L2 / L1 ≦ 2.0, a very high quality cut surface having a bevel angle of approximately 2 ° or less can be obtained.
[0042]
The results of the above experiments are shown in Table 1 below, and “Good” in the cutting results in the table means that the range of variation of the bevel angle of the cut surface was 3 ° or less, “Excellent” means that the range of variation of the bevel angle is smaller than in the case of “good”. “Best” means that a very high quality cut surface having a bevel angle variation range of 2 ° or less was obtained.
[0043]
[Table 1]

In the example shown in FIGS. 1 and 2, the plasma arc run-up portion 803 is formed by a single inverted conical surface, but the cone angles are different from each other, and the cone angle becomes smaller as the portion is closer to the plasma flow ejection hole 801. The plasma arc run-up section may be constituted by a plurality of inverted conical surfaces formed as described above. For example, as shown in FIG. 3, an inverted conical surface 803a having a rear end continuous with the distal end of the gas flow contraction portion 802, a rear end continuous with the distal end of the inverted conical surface 803a, and the plasma flow outlet 801 having the distal end. The plasma arc run-up section 803 may be constituted by an inverted conical surface 803b that is continuous with the first portion. In this case, the relationship α>θ1> θ2 is established between the cone angle α of the gas flow contraction portion 802, the cone angle θ1 of the inverted conical surface 803a, and the cone angle θ2 of the inverted conical surface 803b, and Both θ1 and θ2 are set in the range of 20 ° to 85 °.
[0044]
As described above, when the plasma arc run-up section is formed by a plurality of inverted conical surfaces arranged so that the cone angle gradually decreases toward the plasma flow outlet side, the gas flowing into the plasma arc run-up section is formed. Since the gas is accelerated while being throttled in a stepwise manner, the flow of gas in the gas flow path from the gas flow contraction part to the plasma flow ejection hole via the plasma arc advance part can be made smooth, and the speed can be increased. . Therefore, the plasma jet ejected from the plasma flow ejection hole 801 is narrowed down and has a very strong ejection power in the axial direction, and a high-quality cut surface with a small bevel angle can be obtained.
[0045]
In the present invention, in the plasma arc run-up section, it is necessary not to provide a part that directs gas inward in the radial direction in the middle of the run-up section, and the plasma arc run-up section is formed by a plurality of inverted conical surfaces. In the case of the configuration, it is an essential requirement that the conical angle of the inverted conical surface located on the downstream side of the approaching portion is not larger than the conical angle of the inverted conical surface located on the upstream side. For example, as shown in FIG. 4, the provision of an inverted conical surface 803b ′ having a cone angle θ2 ′ larger than the cone angle θ1 of the upstream inverted conical surface 803a on the downstream side of the plasma arc run-in section 803 is avoided. There is a need. That is, as shown in FIG. 4, when the plasma arc run-up portion is formed, the gas is directed inward in the radial direction by the inverted conical surface 803b ', whereby the gas in the direction intersecting the gas flow flowing in the axial direction is formed. Due to the flow, the gas flow is disturbed and the restraining force of the plasma arc is reduced. Therefore, a narrowly narrowed plasma jet cannot be obtained, and good results cannot be obtained.
[0046]
Also, as shown in FIG. 5, when a radially inwardly curved portion 803 c is formed downstream of the plasma arc run-in portion 803, a gas flow inwardly in the radial direction is similarly caused by this curved portion. The gas flow is disturbed and results in poor results.
[0047]
In the above embodiment, air or oxygen was used as the plasma arc forming fluid G. However, the use of air or oxygen is the harshest condition for using the torch, and air or oxygen is used as the plasma arc forming fluid. The torch is most likely to be damaged when it is located. Therefore, if the torch is not damaged when air or oxygen is used as the plasma arc forming fluid, no problem occurs when another fluid, for example, an inert gas is used as the plasma arc forming fluid. . Therefore, the present invention is not limited to the case where air or oxygen is used as the plasma arc forming fluid.
[0048]
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, an outer tube 13 is attached so as to concentrically surround a chip supporting member 6, and an electrode supporting member 4, an insulating sleeve 5, and a chip supporting member 5 are provided. The torch body 7 is constituted by the member 6 and the outer tube 13. An annular shield gas flow path s1 is formed between the outer tube 13 and the chip support member 6, and the shield gas flow path s1 is connected to a shield gas supply means (not shown) such as a gas cylinder or a pump.
[0049]
At the tip of the outer tube 13 of the torch body 6, a cylindrical portion 15A concentrically surrounding the tip of the torch body 7 and the cylindrical portion 9A of the cup 9, and a taper concentrically surrounding the second convex portion of the cup 9 The shield cup 15 including the portion 15B is attached. A shield gas passage s2 communicating with the shield gas passage s1 is formed between the cylindrical portion 15A of the shield cup and the tip of the torch body 7 and the cylindrical portion 9A of the cup. A shield gas flow path s3 communicating with the shield gas flow path s2 is formed between the shield gas flow path s2 and the second convex portion 9B of the cup. The tapered portion 15B of the shield cup is provided such that the distal end thereof is terminated before the end wall 9C of the cup 9, and the inner periphery of the distal end of the tapered portion 15B and the second convex portion of the cup are provided. A shield gas outlet sa surrounding the center axis of the plasma flow outlet sa concentrically with the outer periphery of the portion 9B is formed. The shield gas ejection port sa is arranged concentrically with the plasma flow ejection hole 801 so that the shield gas supplied through the shield gas flow paths s1, s2, and s3 is ejected from the shield gas ejection port sa toward the plasma jet. Has become.
[0050]
The method of attaching the shield cup is optional, but in the illustrated example, a screw 13a is provided on the outer periphery of the distal end of the outer tube 13 of the torch body 7, and the screw 13a is provided on the inner periphery of the cylindrical portion 15A of the shield cup 15. The set screw 15A1 is screwed and the shield cup 15 is attached to the torch body 7. In other respects, it is the same as the torch shown in FIG. 1, and the plasma arc advance part 803 of the tip 8 has a single inverted conical surface having a cone angle θ smaller than the cone angle α of the gas flow contraction part 802. Consists of
[0051]
When cutting is performed using the torch shown in FIG. 9, power is supplied between the plasma electrode 1 and a workpiece (not shown), and the plasma arc forming fluid is supplied to the gas flow path g2 through the gas introduction passage g1. G is supplied, and the shielding gas S is supplied to the shielding gas flow paths s1 and s2. Thus, a plasma jet is generated from the plasma flow ejection hole 801 and the shielding gas is ejected from the shielding gas ejection port sa to cut the workpiece.
[0052]
FIG. 10 shows the results of an experiment in which the bevel angle of the cut surface was measured by changing the flow rate of the shielding gas when cutting the workpiece using the torch shown in FIG. In this experiment, the cone angle α of the gas flow contraction part 802 was set to 100 °, the cone angle θ of the plasma arc advance part 803 was set to 50 °, and oxygen was used as the shielding gas S. Further, an experiment was performed with a cutting current value of 120 [A] and a case where air was used and a case where nitrogen was used as the plasma arc forming fluid G. In FIG. 10, the solid curve shows the case where air is used as the plasma arc forming fluid, and the broken curve shows the case where nitrogen is used as the plasma arc forming fluid.
[0053]
From FIG. 10, when the shield gas flow rate is set in the range of 10 liters / minute to 60 liters / minute, the bevel angle of the cut surface can be reduced by 0.5 ° or more as compared with the case where the shield gas is not flown. It was found that the effect of improving the surface quality was high.
[0054]
In the torch shown in FIG. 9, when the shield cup 15 is attached and the center axis of the shield cup 15 is inclined with respect to the center axis of the cup 9 (center axis of the torch) as shown in FIG. The cross-sectional areas of s2 and s3 become non-uniform, the opening area of the shield gas jet sa becomes non-uniform, and the shield gas jet sa is inclined, so that the flow of the shield gas jetted from the shield gas jet sa is reduced. Leaning, shield effect decreases.
[0055]
In addition, even when the cup 9 is mounted such that the center axis of the cup 15 coincides with the center axis of the cup 9, the cone angle of the outer surface of the second projection 9 B of the cup 9 and the taper angle of the tapered portion 15 B of the shield cup 15 are provided. Since there is a variation in processing accuracy, the sectional area of the shield gas flow path s3 varies, and as a result, the flow velocity of the shield gas ejected from the shield gas ejection port sa may vary.
[0056]
12 and 13 show an embodiment in which these problems are solved. FIG. 12 shows the structure of a main part thereof, and FIG. 13 shows a cup used in the embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 13, a plurality of grooves 901 radially extending along the generatrix direction of the conical surface outside the second convex portion are provided on the outer periphery of the second convex portion 9B of the cup 9. Is provided. The shield cup 15 is formed such that its tapered portion 15B is in contact with the outer periphery of the second convex portion 9B of the cup 9, and a shield gas flow path s3 is formed by the groove 901 on the outer surface of the second convex portion of the cup 9. ing. The shield cup 15 is formed such that the taper angle γ of the tapered portion 15B is the same as the cone angle β of the outer surface of the second convex portion 9B of the cup 9, or the taper angle γ is slightly larger than the cone angle β. Have been.
[0057]
When configured as shown in FIG. 12, the tapered portion 15B of the shield cup 15 is attached to the outer periphery of the second convex portion 9B of the cup 9 mounted coaxially with the torch body 7 with reference to the outer periphery of the tip 8C of the tip 8. Are positioned in contact with each other, so that the center axis of the shield cup 15 can always coincide with the center axes of the chip 8 and the cup 9, and the shield gas outlet sa is disposed concentrically with respect to the plasma flow outlet 801. can do. Therefore, it is possible to prevent the flow of the shielding gas from being biased, thereby reducing the shielding effect.
[0058]
Also, as in the embodiment shown in FIG. 12, the taper angle γ of the tapered portion 15B of the shield cup 15 is the same as the cone angle β of the outer surface of the second projection 9B of the cup 9, or the taper angle γ is the cone angle When formed so as to be slightly larger than β, the cup 9 and the shield cup 15 come into contact with each other in the vicinity of the shield gas ejection port sa, and the shield gas can be ejected in a desired state.
[0059]
In the above embodiment, the first convex portion 8B of the chip 8 is formed in an inverted conical shape so that both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface thereof have an inverted conical surface shape. 8B may have a tapered shape toward the tip of the tip, and at least the inner peripheral surface may be formed in an inverted conical surface shape, and the outer peripheral surface is not necessarily formed in an inverted conical surface shape. Is also good. For example, the outer peripheral surface of the first convex portion 8B of the chip may have a shape (step-like shape) in which the outer diameter gradually decreases toward the tip.
[0060]
Further, in the above embodiment, the second convex portion 9B of the cup 9 has an inverted conical shape, and both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface have the inverted conical surface shape. The inner peripheral surface does not necessarily have to be an inverted conical surface, but may have a shape (step-like shape) in which the inner diameter gradually decreases toward the tip.
[0061]
The preferred embodiments of the present invention have been described above. The main aspects of the present invention disclosed in this specification are as follows.
[0062]
(1) A plasma electrode 1 in which an insert 3 made of a high melting point material is mounted in a concave portion provided in an end wall for closing a tip of a hollow tubular electrode substrate 2, and an annular gas flow A hollow tip 8 formed concentrically around a path g2, said tip comprising a cylindrical portion 8A concentrically surrounding a plasma electrode, a tip 8C having a plasma flow outlet 801 and said cylindrical portion. A tapered first convex portion 8B is provided between the portion 8A and the distal end portion 8C and is directed toward the distal end portion 8C. An inverted conical gas flow contraction portion 802 is provided inside the first convex portion 8B. In the formed plasma arc cutting torch,
An inverted conical surface plasma arc run-up portion 803 having a cone angle θ smaller than the cone angle α of the gas flow contraction portion is provided between the plasma flow ejection hole 801 of the tip 8 and the gas flow contraction portion 802. And
The cone angle θ of the plasma arc run-in section 803 is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees,
A torch for cutting a plasma arc, wherein a ratio L2 / L1 of an axial dimension L2 of the plasma arc run-up section 803 to an axial dimension L1 of the plasma jet hole 801 is set to 0.2 or more and 2.5 or less.
[0063]
(2) A plasma electrode 1 in which an insert 3 made of a high melting point material is mounted in a concave portion provided in an end wall for closing a tip of a hollow tubular electrode substrate 2, and an annular gas flow A hollow chip 8 formed concentrically around the path g2, and a cup 9 formed concentrically around the chip 8;
The tip includes a cylindrical portion 8A concentrically surrounding the plasma electrode, a tip 8C having a plasma flow ejection hole 801 and a first tapered convex portion between the cylindrical portion 8A and the tip 8C toward the tip 8C. 8B, a gas flow contraction portion 802 having an inverted conical shape is formed inside the first convex portion 8B,
The cup 9 includes a cylindrical portion 9A concentrically surrounding the cylindrical portion 8A of the chip 8, a second convex portion 9B concentrically surrounding the first convex portion 8B of the chip 8, and the second convex portion. A torch for cutting a plasma arc having an end wall 9C for closing the end of 9B and a part of the tip 8C of the tip being led out through a hole provided in the end wall;
A shield cup 15 having a cylindrical portion 15A concentrically surrounding the cylindrical portion 9A of the cup 9 and a tapered portion 15B concentrically surrounding the second convex portion 9B of the cup is further provided. A shield gas channel s3 is formed between the portion 15B and the second convex portion 9B of the cup, and an annular shield gas outlet concentrically surrounding the center axis of the plasma flow outlet at the tip of the shield gas channel. sa is formed,
An inverted conical surface plasma arc run-up portion 803 having a cone angle θ smaller than the cone angle α of the gas flow contraction portion is provided between the plasma flow ejection hole 801 of the tip 8 and the gas flow contraction portion 802. And
The cone angle θ of the plasma arc run-in section 803 is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees,
Plasma arc cutting characterized in that the ratio L2 / L1 of the axial dimension L2 of the plasma arc run-up section 803 to the axial dimension L1 of the plasma jet hole 801 is set to 0.2 or more and 2.5 or less. For torch.
[0064]
(3) A plasma electrode 1 in which an insert 3 made of a high melting point material is mounted in a concave portion provided in an end wall for closing a tip of a hollow tubular electrode base material 2, and an annular gas flow. A hollow chip 8 formed concentrically around the path g2, and a cup 9 formed concentrically around the chip 8;
The tip includes a cylindrical portion 8A concentrically surrounding the plasma electrode, a tip 8C having a plasma flow ejection hole 801 and a first tapered convex portion between the cylindrical portion 8A and the tip 8C toward the tip 8C. 8B, a gas flow contraction portion 802 having an inverted conical shape is formed inside the first convex portion 8B,
The cup 9 includes a cylindrical portion 9A concentrically surrounding the cylindrical portion 8A of the chip 8, a second convex portion 9B concentrically surrounding the first convex portion 8B of the chip 8, and the second convex portion. A torch for cutting a plasma arc having an end wall 9C for closing the end of 9B and a part of the tip 8C of the tip being led out through a hole provided in the end wall;
The outer surface of the second convex portion 9B of the cup 9 is formed in an inverted conical surface shape, and the cylindrical portion 15A concentrically surrounding the cylindrical portion 9A of the cup 9 and the outer periphery of the second convex portion 9B of the cup 9 A shield cup 15 having a tapered portion 15B concentrically surrounding the second convex portion 9B of the cup in contact with the shield cup 15;
An inverted conical surface plasma arc run-up portion 803 having a cone angle θ smaller than the cone angle α of the gas flow contraction portion is provided between the plasma flow ejection hole 801 of the tip 8 and the gas flow contraction portion 802. And
The cone angle θ of the plasma arc run-in section 803 is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees,
The ratio L2 / L1 of the axial dimension L2 of the plasma arc run-up section 803 to the axial dimension L1 of the plasma flow ejection hole 801 is set to 0.2 or more and 2.5 or less,
A plurality of grooves 901 are radially provided on the outer periphery of the second convex portion 9B of the cup 9 along the generatrix of the conical surface of the second convex portion, and the plurality of grooves are used to provide a shield gas flow path. s3 is formed,
The shield cup 15 is formed such that the taper angle γ of the tapered portion 15B is the same as the cone angle β of the outer surface of the second convex portion of the cup 9, or the taper angle γ is slightly larger than the cone angle β. A torch for plasma arc cutting.
[0065]
(4) A torch body 7, a hollow tubular electrode substrate 2, and a high melting point insert 3 mounted in a concave portion provided in an end wall for closing the tip of the electrode substrate. A plasma electrode 1 supported at the center of the torch body, a tip 8 formed concentrically around the plasma electrode via an annular gas flow path g2 and supported by the torch body 7; A cup 9 formed concentrically around the chip via a cooling water return passage w4 and supported by the torch body 7;
The tip 8 includes a cylindrical portion 8A surrounding the plasma electrode 1, a distal end portion 8C having a plasma jet hole 801 and a tapered first convex portion 8B located between the cylindrical portion and the distal end portion and directed toward the distal end portion. And a gas flow contraction portion 802 having an inverted conical surface is formed inside the first convex portion.
The cup 9 includes a cylindrical portion 9A concentrically surrounding the cylindrical portion 8A of the chip, a tapered second convex portion 9B concentrically surrounding the first convex portion 8B of the chip, and a second convex portion 9B. An end wall 9C that closes the tip, and a part of the tip 8C of the tip 8 is led out through a hole provided in the end wall of the cup,
The torch body 7 has a cooling water circulation hole 10a communicating with the inside of the electrode substrate 2 of the plasma electrode 1, and a cooling for guiding the cooling water in the cooling water circulation hole to the cooling water recirculation passage w4. A water guide passage w3, a cooling water discharge passage w5 for discharging the cooling water refluxed in the cooling water reflux passage to the outside, and a gas introduction passage g1 for introducing a plasma arc forming fluid into the annular gas passage g2. In the plasma arc cutting torch having inside
An inverted conical surface plasma arc run-up portion 803 having a cone angle θ smaller than the cone angle α of the gas flow contraction portion is provided between the plasma flow ejection hole 801 of the tip 8 and the gas flow contraction portion 802. And
The cone angle θ of the plasma arc run-in section 803 is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees,
A torch for cutting a plasma arc, wherein a ratio L2 / L1 of an axial dimension L2 of the plasma arc run-up section 803 to an axial dimension L1 of the plasma jet hole 801 is set to 0.2 or more and 2.5 or less.
[0066]
(5) The outer surface of the second convex portion of the cup is formed in an inverted conical shape, and concentrically surrounds the cylindrical portion 15A surrounding the cylindrical portion of the cup 9 and the second convex portion 9B of the cup 9. A shield cup 15 having a tapered portion 15B is further provided,
A shield gas passage s3 is formed between the second convex portion 9B of the cup 9 and the tapered portion 15B of the shield cup 15, and a shield gas outlet sa is formed at the tip of the shield gas passage. 5. The torch for cutting a plasma arc according to the above item 4, wherein
[0067]
(6) The shield cup 15 is formed such that its tapered portion abuts on the outer periphery of the second convex portion 9B of the cup 9,
A plurality of grooves 901 extending radially along the generatrix of the conical surface of the second protrusion are provided on the outer periphery of the second protrusion 9B of the cup 9, and the plurality of grooves allow the shield gas flow. A path s3 is formed,
The shield cup 15 is configured such that the taper angle γ of the tapered portion 15B is the same as the cone angle β of the conical surface of the second convex portion 2B of the cup 9, or the taper angle γ is slightly larger than the cone angle β. Item 6. The torch for cutting plasma arc according to item 5, wherein the torch is formed.
[0068]
(7) An electric power is supplied between the plasma electrode of the torch and the workpiece using the torch for plasma arc cutting described in the

above item

1 or 4, and air or oxygen is supplied to a gas flow path in the torch. Arc cutting method, wherein plasma arc cutting is performed by supplying a fluid as a plasma arc forming fluid.
[0069]
(8) A power is supplied between the plasma electrode of the torch and the workpiece using the torch for plasma arc cutting described in the

above item

2, 3, 5 or 6, and the gas flow in the torch is performed. While supplying air or oxygen to the passage as a plasma arc forming fluid, supplying oxygen as a shielding gas fluid to the shield gas flow path, and adjusting the flow rate of the shield gas fluid to a range of 10 L / min to 60 L / min. A plasma arc cutting method characterized by performing plasma arc cutting with setting.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, between the plasma flow outlet of the chip and the gas flow contraction portion, an inverted conical surface-shaped plasma arc runner having a smaller cone angle than the gas flow contraction portion is provided. After forming, the plasma arc forming fluid flowing into the inside of the chip is constrained and squeezed radially by the gas flow contraction part having a large radius reduction rate in the axial direction, and then the radius reduction rate in the axial direction is reduced. Since acceleration is performed by the small plasma arc run-up section, a narrow, high-speed gas flow can be discharged from the plasma flow ejection hole.
[0071]
Further, according to the present invention, the plasma arc advance section is provided, the cone angle θ of the plasma arc advance section is set to be not less than 20 degrees and not more than 85 degrees, and the axial dimension L2 of the plasma arc advance section and the plasma flow ejection hole are provided. By setting the ratio L2 / L1 with respect to the axial dimension L1 to 0.2 or more and 2.5 or less, the maximum cutting current value can be set larger than before.
[0072]
Therefore, according to the present invention, the plasma arc forming fluid can be squeezed finely and can be discharged at high speed, and the maximum cutting current value can be set higher than before, so that the current density is higher than before. In addition, a narrowed plasma arc can be generated, and a high-quality cut surface having a small bevel angle can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a further enlarged main part of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a main part of another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a shape of a plasma arc run-up section that cannot be adopted in the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing another shape of the plasma arc run-up section that cannot be adopted in the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a result of measuring an allowable maximum cutting current value in a torch according to the present invention when a cone angle of a plasma arc run-up section is changed.
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of a change in a bevel angle of a cut surface in a torch according to the present invention when a conical angle of a plasma arc run-in section is changed.
FIG. 8 shows a change in the bevel angle of the cut surface when the ratio L2 / L1 of the axial dimension L2 of the plasma arc run-up portion and the axial dimension L1 of the plasma flow ejection hole is changed in the torch according to the present invention. FIG.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a structure of a main part of still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a result of measuring a change in a bevel angle of a cut surface when a flow rate of a shield gas is changed in the torch of the embodiment of FIG. 9;
11 is a longitudinal sectional view showing a state in which the shield cup is inclined and attached to the torch of the embodiment of FIG. 9;
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a main part of still another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing a cup used in the embodiment of FIG.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a main part of a conventional torch.
FIG. 15 is an enlarged sectional view showing a further enlarged main part of FIG. 14;
[Explanation of symbols]
1 Plasma electrode
2 Electrode substrate
3 Insert
4 Electrode support members
5 Insulation sleeve
6 Chip support member
7 Torch body
8 chips
8A cylindrical part
8B First convex part
8C Tip
801 Plasma flow outlet
802 Gas flow contraction part
803 Plasma arc run-up section
9 cups
9A cylindrical part
9B 2nd convex part
9C Tip
15 Shield cup
15A cylindrical part
15B taper part
g1 gas introduction passage
g2 gas flow path
s1 to s3 Shield gas flow path
w1, w2 cooling water passage
w3 Cooling water guide passage
w4 Cooling water return passage
w5 Cooling water discharge passage
G Plasma arc forming fluid
S shield gas
W cooling water

Claims

A plasma electrode (1) in which a high melting point insert (3) is mounted in a recess provided at the tip of an electrode substrate (2), and a plasma electrode (1) concentrically surrounding the plasma electrode via a gas flow path. A hollow tip (8) formed, the tip having a tip (8C) having a plasma flow ejection hole (801) and a first tapered projection (8B) directed toward the tip. In the plasma arc cutting torch, an inverted conical gas flow contraction portion (802) is formed inside the first convex portion.
An inverted conical surface plasma having a cone angle θ smaller than the cone angle α of the gas flow contraction portion between the plasma flow ejection hole (801) of the tip (8) and the gas flow contraction portion (802). An arc approach section (803) is provided,
The cone angle θ of the plasma arc run-up section (803) is set to 20 degrees or more and 85 degrees or less,
For plasma arc cutting wherein the ratio L2 / L1 of the axial dimension L2 of the plasma arc run-up section (803) to the axial dimension L1 of the plasma flow jetting hole (801) is set to 0.2 to 2.5. torch.

A hollow cup (9) having a second convex portion (9B) concentrically surrounding the vicinity of the first convex portion (8B) of the chip (8) on the distal end side; and a second convex portion of the cup (9). 9B) is further provided with a shield cup (15) having a tapered portion (15B) concentrically surrounding 9B) on the distal end side.
The outer surface of the second convex portion (9B) of the cup (9) is formed in an inverted conical shape, and is provided between the second convex portion (9B) and the tapered portion (15B) of the shield cup (15). A shielding gas passage (s3) is formed at a front end of the shielding gas passage, and a shielding gas outlet (sa) that concentrically surrounds the plasma flow ejection hole (801) is formed at an end of the shielding gas passage. Item 2. A plasma arc cutting torch according to item 1.

The shield cup (15) is formed such that a tapered portion thereof is in contact with an outer periphery of a second convex portion (9B) of the cup (9),
A plurality of grooves (901) extending radially along the generatrix direction of the conical surface of the second protrusion are provided radially on the outer periphery of the second protrusion (9B) of the cup (9). The groove forms the shield gas flow path (s3),
In the shield cup (15), the taper angle (γ) of the tapered portion (15B) is the same as the cone angle β of the outer surface of the second protrusion (9B) of the cup (9), or the taper angle γ is the cone angle β. The torch according to claim 2, wherein the torch is formed to be slightly larger than the torch.

The plasma arc cutting torch according to claim 1, wherein power is supplied between a plasma electrode of the torch and a workpiece, and air or oxygen is supplied to a gas flow path in the torch for plasma arc formation. A plasma arc cutting method characterized in that plasma arc cutting is performed by supplying the fluid as a fluid.

An electric power is supplied between the plasma electrode of the torch and the workpiece using the torch for plasma arc cutting according to claim 2 or 3, and air or oxygen is supplied to a gas flow path in the torch by plasma. In addition to supplying as a fluid for arc formation, oxygen is supplied to the shield gas flow path as a shield gas fluid, and the flow rate of the shield gas fluid is set in the range of 10 liter / min to 60 liter / min to perform plasma arc cutting. A plasma arc cutting method characterized by performing.