JPH03149797A - 移行式プラズマトーチ - Google Patents
移行式プラズマトーチInfo
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- JPH03149797A JPH03149797A JP1287362A JP28736289A JPH03149797A JP H03149797 A JPH03149797 A JP H03149797A JP 1287362 A JP1287362 A JP 1287362A JP 28736289 A JP28736289 A JP 28736289A JP H03149797 A JPH03149797 A JP H03149797A
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- plasma
- plasma torch
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Discharge Heating (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、プラズマジェットを発生させて加熱・溶解
・反応等に用いられる移行式プラズマトーチに関するも
のである。
・反応等に用いられる移行式プラズマトーチに関するも
のである。
熱プラズマは超高温、高エネルギ源として加熱・溶解を
はじめ、反応や表面処理などに広く応用されている。特
に、エネルギ密度が高いので設備がコンパクトになり、
また雰囲気をプラズマ作動ガスによって自由に制御でき
ること、電流とプラズマ長さを制御することにより投入
電力を自在にかつ応答よく調整できる特徴がある。これ
らの特徴を活かして近年製鋼プロセスにおいては、レー
ドルやタンディツシュの中の溶鋼をプラズマジェットに
よって加熱し溶鋼温度を制御したり、精錬反応を行うこ
とが検討されている。これらの用途において、加熱効率
の点から加熱対象物を対極とする移行式プラズマトーチ
が用いられる。
はじめ、反応や表面処理などに広く応用されている。特
に、エネルギ密度が高いので設備がコンパクトになり、
また雰囲気をプラズマ作動ガスによって自由に制御でき
ること、電流とプラズマ長さを制御することにより投入
電力を自在にかつ応答よく調整できる特徴がある。これ
らの特徴を活かして近年製鋼プロセスにおいては、レー
ドルやタンディツシュの中の溶鋼をプラズマジェットに
よって加熱し溶鋼温度を制御したり、精錬反応を行うこ
とが検討されている。これらの用途において、加熱効率
の点から加熱対象物を対極とする移行式プラズマトーチ
が用いられる。
[従来の技術]
従来の移行式プラズマトーチでは指向性や安定性の観点
から、プラズマ作動ガスをノズルを絞ってトーチの軸方
向の流速を高め、軸方向に安定な直線状のプラズマジェ
ットを形成するように作られていた。
から、プラズマ作動ガスをノズルを絞ってトーチの軸方
向の流速を高め、軸方向に安定な直線状のプラズマジェ
ットを形成するように作られていた。
このような従来のプラズマトーチの一般的な構造を第4
図に示し、その動作を第5図の(A)乃至(D)に示す
。
図に示し、その動作を第5図の(A)乃至(D)に示す
。
第4図と第5図において、1はプラズマトーチ、2は電
極、3はノズル、4はプラズマ作動ガスである。また、
5は対極、6は電極2と対極間に形成されるプラズマジ
ェット、7は絶縁スペーサ、8は冷却水である。shは
点弧用の高周波放電、八■はプラズマジェット6を構成
するメインアーク、ApとAsはパイロットアークとサ
イドアークである。
極、3はノズル、4はプラズマ作動ガスである。また、
5は対極、6は電極2と対極間に形成されるプラズマジ
ェット、7は絶縁スペーサ、8は冷却水である。shは
点弧用の高周波放電、八■はプラズマジェット6を構成
するメインアーク、ApとAsはパイロットアークとサ
イドアークである。
この従来のプラズマトーチは、電極2から発生したプラ
ズマジェット6を絞り込むために、開口の小さいノズル
3を設けている。そして、プラズマジェット6の発生は
、先ず電極2とノズル3の間に第5図(A)に示す高周
波放電shを火種として、直流のパイロットアークAp
を発生させ〔同(B)図〕る。続いて、プラズマ作動ガ
ス4によってノズル3より吹き伸ばしてから、パイロッ
トアークApが対極5に達して移行式プラズマトーチ1
が着火されるようになる。移行式プラズマトーチ1が着
火されたときの、メインアークAs+の正常状態が(C
)図に示されている。
ズマジェット6を絞り込むために、開口の小さいノズル
3を設けている。そして、プラズマジェット6の発生は
、先ず電極2とノズル3の間に第5図(A)に示す高周
波放電shを火種として、直流のパイロットアークAp
を発生させ〔同(B)図〕る。続いて、プラズマ作動ガ
ス4によってノズル3より吹き伸ばしてから、パイロッ
トアークApが対極5に達して移行式プラズマトーチ1
が着火されるようになる。移行式プラズマトーチ1が着
火されたときの、メインアークAs+の正常状態が(C
)図に示されている。
しかしながら、この種のプラズマトーチ1では、しばし
ば(D)図のようなサイドアークAs (ダブルアー
ク)と呼ばれるアークが発生する。ザイドアークAsは
図示のように、電極2からノズル3を経由して対極5に
到達するので、ノズル3を溶損する事故を引き起こす。
ば(D)図のようなサイドアークAs (ダブルアー
ク)と呼ばれるアークが発生する。ザイドアークAsは
図示のように、電極2からノズル3を経由して対極5に
到達するので、ノズル3を溶損する事故を引き起こす。
特に、大電流の場合に起り易く、電極2やノズル3の消
耗によってプラズマ作動ガス4の流れが不均等になった
ときに起り易い。サイドアークAsの発生は基本的な構
造としてアークスポット、即ち電極2の表面上の中心付
近のアーク発生点とノズル3が近接していることやノズ
ル3が電極2に覆い被さっていることが主な要因になっ
ている。
耗によってプラズマ作動ガス4の流れが不均等になった
ときに起り易い。サイドアークAsの発生は基本的な構
造としてアークスポット、即ち電極2の表面上の中心付
近のアーク発生点とノズル3が近接していることやノズ
ル3が電極2に覆い被さっていることが主な要因になっ
ている。
[発明が解決しようとする課題]
従来の移行式プラズマトーチ1は以上のように、ノズル
3がアークスポットに近接しているか、覆い被さってい
るような構造になっている。このため、正常なメインア
ークA■は電極2から対極5に発生するが、時にはサイ
ドアークAsと同じように電極2からノズル3を経由し
て対極5に到達するメインアークも発生する。
3がアークスポットに近接しているか、覆い被さってい
るような構造になっている。このため、正常なメインア
ークA■は電極2から対極5に発生するが、時にはサイ
ドアークAsと同じように電極2からノズル3を経由し
て対極5に到達するメインアークも発生する。
このようなサイドアークAsは、大電流で起り易い。ま
た、電極2が消耗して変形したり、ノズル3に付着物が
付いたりして、プラズマ作動ガス4の流れが不均等にな
った場合にもサイドアークAsが発生し易い。サイドア
ークAsが発生すると、ノズル3が溶損して冷却水8の
水漏れ事故につながることになる。また、大容量の移行
式プラズマトーチ1の寿命を決定している主要因の1つ
でもある。
た、電極2が消耗して変形したり、ノズル3に付着物が
付いたりして、プラズマ作動ガス4の流れが不均等にな
った場合にもサイドアークAsが発生し易い。サイドア
ークAsが発生すると、ノズル3が溶損して冷却水8の
水漏れ事故につながることになる。また、大容量の移行
式プラズマトーチ1の寿命を決定している主要因の1つ
でもある。
このような問題を避けるためにノズル3と電極2との間
隔を広げると、パイロットアークApの発生やブロズマ
ジェット6の安定性等の従来の直線状の安定プラズマジ
ェット6の発生・維持の点で不都合が生じる等の問題が
あった。
隔を広げると、パイロットアークApの発生やブロズマ
ジェット6の安定性等の従来の直線状の安定プラズマジ
ェット6の発生・維持の点で不都合が生じる等の問題が
あった。
[課題を解決するための手段]
出願人は、先に特願平1−28735号により、ノズル
による絞り込みを弱めた移行式プラズマトーチの発明を
提案した。本願発明者は上記先願発明を更に別の面から
改良したもので、本発明のプラズマトーチでは先願構造
に類似してノズルは電極に覆い被さっていない。
による絞り込みを弱めた移行式プラズマトーチの発明を
提案した。本願発明者は上記先願発明を更に別の面から
改良したもので、本発明のプラズマトーチでは先願構造
に類似してノズルは電極に覆い被さっていない。
そこで、先に述べたサイドアークの課題に対し、パイロ
ットアークは従来と同様に高周波着火して発生させる。
ットアークは従来と同様に高周波着火して発生させる。
このとき、電極とノズルの先端は、はぼ同じ位置にある
。そして、対極にメインアークが移行した後は、サイド
アークが発生し易い条件下で運転する場合には、電極を
ノズルより突出させ、ノズルより完全にアークスポット
を外に出し、離してアーク放電を維持させる。
。そして、対極にメインアークが移行した後は、サイド
アークが発生し易い条件下で運転する場合には、電極を
ノズルより突出させ、ノズルより完全にアークスポット
を外に出し、離してアーク放電を維持させる。
このように、パイロットアーク発生時とメインアークを
維持する時に電極の出し入れができるように駆動機構を
設計し、パイロットアーク発生時にはノズルと電極を近
接させ、メインアークを維持するときには電極をノズル
より突出させるように構成している。
維持する時に電極の出し入れができるように駆動機構を
設計し、パイロットアーク発生時にはノズルと電極を近
接させ、メインアークを維持するときには電極をノズル
より突出させるように構成している。
[作 用]
パイロットアーク発生時には、電極とノズルの間に容易
に高周波放電で点弧ができるように電極とノズルを近付
けておき、パイロットアークが対極に達してメインアー
クに移行した後には、駆動機構によって電極をノズル先
端より突出させる。
に高周波放電で点弧ができるように電極とノズルを近付
けておき、パイロットアークが対極に達してメインアー
クに移行した後には、駆動機構によって電極をノズル先
端より突出させる。
そして、メインアークはノズルから吹き出すプラズマ作
動ガスの流れとアークスポットで自らの電流による電磁
ボンブ作用によって、対極に向かうプラズマジェットを
形成する。この結果、本発明の移行式プラズマトーチで
はノズルがアークスポットより後方に位置して、サイド
アークが発生することがない。
動ガスの流れとアークスポットで自らの電流による電磁
ボンブ作用によって、対極に向かうプラズマジェットを
形成する。この結果、本発明の移行式プラズマトーチで
はノズルがアークスポットより後方に位置して、サイド
アークが発生することがない。
[発明の実施例]
第1図は本発明実施例の構成説明図、第2図はその要部
の拡大図である。両図において従来装置と同様の部分に
は同じ符号が付されて一部重複するが、ここではやや詳
しく説明する。
の拡大図である。両図において従来装置と同様の部分に
は同じ符号が付されて一部重複するが、ここではやや詳
しく説明する。
第1図と第2図において、1はプラズマトーチ、2はそ
の電極(陰極)、3はノズルである。電極2は水冷二重
管に作られてアセンブリーを構成し、材料はタングステ
ンが用いられている。電極2を囲んだノズル3は水冷銅
製やセラミ・ツクス製であることが多く、先端を特に絞
ったりすることなくほぼ直管状に形成している。4はア
ルゴン等のプラズマ作動ガス、5は対極の加熱対象物、
6はプラズマジェット、7は絶縁スペーサ、8は冷却水
で、ここまでの構成は従来装置と殆ど変わることがない
。この外、特に本発明においては、電極2のアセンブリ
ーとノズル3との間には電動シリンダを用いた駆動機構
IOが設けられている。駆動機構IOを駆動すると、電
極2が軸方向に移動してノズル3の先端から出たり引っ
込んだりする。電極2が引っ込んだときは、電極2とノ
ズル3とのギャップが2 am以下になる。また、ノズ
ル3より最高50v■まで突出でき、突出量は自由に調
整できるようになっている。11は給電ケーブルで、電
極2の放電用の電圧や駆動機構IOの駆動用の電源が供
給される。
の電極(陰極)、3はノズルである。電極2は水冷二重
管に作られてアセンブリーを構成し、材料はタングステ
ンが用いられている。電極2を囲んだノズル3は水冷銅
製やセラミ・ツクス製であることが多く、先端を特に絞
ったりすることなくほぼ直管状に形成している。4はア
ルゴン等のプラズマ作動ガス、5は対極の加熱対象物、
6はプラズマジェット、7は絶縁スペーサ、8は冷却水
で、ここまでの構成は従来装置と殆ど変わることがない
。この外、特に本発明においては、電極2のアセンブリ
ーとノズル3との間には電動シリンダを用いた駆動機構
IOが設けられている。駆動機構IOを駆動すると、電
極2が軸方向に移動してノズル3の先端から出たり引っ
込んだりする。電極2が引っ込んだときは、電極2とノ
ズル3とのギャップが2 am以下になる。また、ノズ
ル3より最高50v■まで突出でき、突出量は自由に調
整できるようになっている。11は給電ケーブルで、電
極2の放電用の電圧や駆動機構IOの駆動用の電源が供
給される。
このような構成の本発明において、その動作を次に説明
する。
する。
電極2をノズル3とほぼ同じ位置に引っ込めた状態にし
て、高周波放電shによってパイロットアークApを点
弧する。電極2はノズル3に近接していて、パイロット
アークApの点弧が容易に行われる。点弧されたパイロ
ットアークApは電極2とノズル3との間に流されてい
るプラズマ作動ガス4によって、ノズル3の先端から吹
き出される。パイロットアークApが吹き出された状態
が、第3図の(A)に示されている。
て、高周波放電shによってパイロットアークApを点
弧する。電極2はノズル3に近接していて、パイロット
アークApの点弧が容易に行われる。点弧されたパイロ
ットアークApは電極2とノズル3との間に流されてい
るプラズマ作動ガス4によって、ノズル3の先端から吹
き出される。パイロットアークApが吹き出された状態
が、第3図の(A)に示されている。
吹き出されたパイロットアークApが対極5に達すると
、メインアークAmに移行する。ここで駆動機構lOが
駆動されて、電極2を第2図の点線で示されているよう
に最高50鰭までノズル3から軸方向に突出させる。そ
の後、放電電流を増大させて、電極2と対極5との間に
メインアークA■からなる安定したプラズマジェット6
を形成させることができる〔第3図の(B)〕。
、メインアークAmに移行する。ここで駆動機構lOが
駆動されて、電極2を第2図の点線で示されているよう
に最高50鰭までノズル3から軸方向に突出させる。そ
の後、放電電流を増大させて、電極2と対極5との間に
メインアークA■からなる安定したプラズマジェット6
を形成させることができる〔第3図の(B)〕。
なお、上述の実施例では駆動機構によって電極を駆動し
てノズルから出し入れした場合について説明したが、ノ
ズル側を後退させるか、或いは両方を駆動するように構
成しても良く、要するに電極とコイルの相対的な位置を
変えるものであればよい。
てノズルから出し入れした場合について説明したが、ノ
ズル側を後退させるか、或いは両方を駆動するように構
成しても良く、要するに電極とコイルの相対的な位置を
変えるものであればよい。
[発明の効果]
以上のように、この発明によれば、電極とノズルとの相
対的な位置を変化させる駆動機構を設けた移行式プラズ
マトーチを構成した。この結果、パイロットアークの発
生時には、ノズルと電極を近接させて着火を容易に行う
ことができる。また、パイロットアークが対極に移行し
てからは電極を突き出してノズルが後方に移るので、メ
インアークを電極と対極との間に保持させて安定にプラ
ズマジェットを形成させることができる。したがって、
パイロットアークの移行後はサイドアークが発生するよ
うなことがないので、ノズルの溶損等でプラズマトーチ
の寿命を短くさせるようなことがない。
対的な位置を変化させる駆動機構を設けた移行式プラズ
マトーチを構成した。この結果、パイロットアークの発
生時には、ノズルと電極を近接させて着火を容易に行う
ことができる。また、パイロットアークが対極に移行し
てからは電極を突き出してノズルが後方に移るので、メ
インアークを電極と対極との間に保持させて安定にプラ
ズマジェットを形成させることができる。したがって、
パイロットアークの移行後はサイドアークが発生するよ
うなことがないので、ノズルの溶損等でプラズマトーチ
の寿命を短くさせるようなことがない。
よって、本発明によれば、故障がなく長寿命で、しかも
加熱効率が高い移行式のプラズマトーチを実現すること
ができる。
加熱効率が高い移行式のプラズマトーチを実現すること
ができる。
第1図は本発明実施例の構成説明図、第2図は第1図の
要部の拡大図、第3図(A) 、 (B)は本発明実施
例の動作説明図、第4図は従来装置の構成説明図、第5
図(A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)は従来
装置の動作説明図である。 図において、1はプラズマトーチ、2は電極、3はノズ
ル、4はプラズマ作動ガス、5は対極、6はプラズマジ
ェット、7は絶縁スペーサ、8は冷却水、lOは駆動機
構、11は給電ケーブル、shは高周波放電、A層はメ
インアーク、Apはパイロットアーク、Asはサイドア
ークである。
要部の拡大図、第3図(A) 、 (B)は本発明実施
例の動作説明図、第4図は従来装置の構成説明図、第5
図(A) 、 (B) 、 (C) 、 (D)は従来
装置の動作説明図である。 図において、1はプラズマトーチ、2は電極、3はノズ
ル、4はプラズマ作動ガス、5は対極、6はプラズマジ
ェット、7は絶縁スペーサ、8は冷却水、lOは駆動機
構、11は給電ケーブル、shは高周波放電、A層はメ
インアーク、Apはパイロットアーク、Asはサイドア
ークである。
Claims (1)
- ノズルからプラズマ作動ガスを噴出させて電極と加熱対
象物との間にプラズマジェットを発生させる移行式のプ
ラズマトーチにおいて、前記電極及び又はノズルを軸方
向に移動させる駆動機構を設け該駆動機構により電極と
ノズルとの相対的な位置を変化させるようにしたことを
特徴とする移行式プラズマトーチ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1287362A JPH03149797A (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 移行式プラズマトーチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1287362A JPH03149797A (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 移行式プラズマトーチ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03149797A true JPH03149797A (ja) | 1991-06-26 |
Family
ID=17716382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1287362A Pending JPH03149797A (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 移行式プラズマトーチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03149797A (ja) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2012528453A (ja) * | 2008-05-30 | 2012-11-12 | コロラド ステート ユニバーシティー リサーチ ファウンデーション | プラズマ適用のためのシステムおよび方法 |
JP2013043181A (ja) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 溶接トーチ及びプラズマ溶接方法 |
JP2014000602A (ja) * | 2012-06-21 | 2014-01-09 | Daihen Corp | プラズマアーク溶接システムおよびプラズマアーク溶接方法 |
JP2014000587A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Daihen Corp | プラズマアーク溶接方法およびプラズマアーク溶接システム |
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