JPH03501826A - アークによる処理のための非消耗電極 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 アークによる処理のための非消耗電極 技術分野 本発明はアークによる金属の加工に係わり、さらに特定すればアークによる処理 のための非消耗電極に関する。

発明の背景 アークによる処理のための非消耗電極の使用は先行技術において周知である。一 般に非消耗電極は電気伝導性金属で作られたボディと、ボディの中に位置しボデ ィと熱的に接触する活性材料のインサートから構成されている。

ボディは慣習的に銅、真ちゅうまたは高い熱的および電気的伝導度を有すること によって特徴づけられるその他の材料で作られる。

インサートの材料は原則として小さな電子仕事関数を有しアークが発生したとき に高融解点の酸化被膜を形成する金属である。その様な金属は、ハフニューム、 ジルコニューム、タンタル、ニオブ、メンデレーエフの周期律表の第４属の他の 金属およびこれらを基礎とした合金を含む。

このような電極の摩耗強さは、それらの冷却の程度、ボディと活性インサートの 熱的接触の状態および面積そして幾何学的な寸法、それらの成分の関係に依存す る。

このような電極の使用寿命は、インサート材料の冷状態から高温状態への短時間 （１秒の数分の１）の遷移において活性インサートはアーク衝撃によって最も激 しい消耗を受けるために、普通アークの間隔ではなくアーク衝撃の回数によって 推定されている。

電極の寿命は熱的負荷のかかる要素即ちインサートないしはボディの冷却を改善 することによって延長することが可能である。

即ち活性材料のインサートを有し所定のアーク電流が得られるように選択された 断面積を有する円筒状の強制冷却されるボディからなるアーク加工のための非消 耗電極の周知の設計において、インサートの冷却は、電極のボディにインサート からの熱流を付加的に取り去ることを可能とする冷却材の循環のための空間を備 えることにより改善される（ソヴイエト連邦特許発明明細書８４１８５０）。こ の設計による電極は２００−２５ＯＡで２９０−３００回のアーク衝撃に耐える 。

この設計の電極におけるインサートの熱流は、逆に所定の電流の強さによって支 配されるインサートの幾何学的な寸法によって定まる表面積を有する円筒の側表 面を経由して強制冷却されるボディに伝達される。

しかしながら、円筒状の空間を有する電極の製作は技術的な過程を複雑にし、そ の使用はボディ中の冷却材の循環を確実にするための付加的な手段の準備を要求 する。それに対し周知の電極は比較的短寿命である。これは所定のアーク電流に 適するとして選択されたインサートの断面の寸法がインサート自体の最適な長さ に対する側表面積を支配するという事実に起因する。

予め定められたアーク電流に対して円筒状のインサートの直径を増加するとボデ ィへの熱的接触面積が増加し、従ってこの場合にはアークの陰極点がインサート 表面から剥離しアークによってそのインサートが異常に消耗し、高エネルギー密 度のアークを発生することが妨げられることとなる。

アークによる処理のための非消耗電極の他の周知の設計（ソヴイエト連邦特許発 明明細書１０２４１９７）においてボディとインサートの接触面積は、インサー トを活性材料の円筒状のロッドの束としそのロッドの端を１つ側板に結合しそし てそのロッドを水冷却されるボディの中に装着するように製作することによって 増加することができる。

インサートロッドは互いに平行となるように配置され、各ロッドの側面の一部は ボディと接触し、ロッドの側面の他の一部はインサートの中心で互に接触する。

その結果、異常な消耗はインサートの個々の部分に常に変化する冷却状態をもた らすためにインサートの中心部と周辺部はインサートの異常な消耗と陰極点の剥 離に関しては異なった冷却状態で運転される。

ロッド状のインサートの表面の面積即ちロッドの数が所定の電流が得られるよう に選択されたならば、インサートとボディの熱的接触面積の増加は円筒状のイン サートに比較してほとんど顕著ではなく、従って電極の寿命もまた僅かであるが 増加する。

周知の電極はロッドが正確に同一の幾何学的寸法であるべきであり（検査される べき）、同一であるべきであり、ボディにしっかりと取り付けられるべきである ために製作が困難である。

発明の概要 本発明の主目的は活性材料のインサートを有するアークによる処理のための非消 耗電極であって、インサートからの熱流の除去を強化し、一方十分に簡単な製作 技術とともに電極の望ましい電流特性を維持するようにボディとの接触を増加す るような形状のインサートを提供することにある。

この目的はアーク加工に対する非消耗電極において、活性材料のインサートを存 し所定のアーク電流を確保するという観点から選択された断面積の冷却ボディと 、本発明に従ってその断面が多極の星型でありこの星型に内接する円の直径が所 定のアーク電流に対応する円筒状のインサートの直径に等しいインサートを使用 することによって達成される。

星型は４つの極を有することが実際的である。

星型はその極が星型の中心から等距離にあり星型に内接する円の直径の１−１． ５倍の距離に位置するような寸法を有することが望ましい。

本発明に基づいて実現されたアークによる処理のための非消耗電極は、冷却され るボディとの接触面積を本質的に増加することによりインサートから熱流を効率 的に除去することが可能となるため長寿命となることによって特徴付けられる。

と同時にアークの陰極点は星型に内接する円の直径によって固定されるために、 高エネルギー密度を有するアークが得られるインサート表面から剥離することが 避けられる。本発明による電極は製作容易であり、製作に高価な装置の使用を要 求することもない。

図面の簡単な説明 以下発明は添付された図面を参照しながら実施例により説明されるが、 第１図は本発明によるアークによる処理のための非消耗電極の縦方向断面であり 、 第２図は第１図の切断線■−■による断面である。

発明の最良の実施態様 第１図および第２図に示されたアークによる処理のだめの非消耗電極は、ハフニ ュームないしはジルコニュームのような活性材料製の圧入されたインサート２を 有する通常鋼または焼結銅扮装の冷却されるボディ１により構成されている。

電極ボディ１はインサート２の表面４に冷却材を供給するために空間３を有する 。

アークはインサート２の一方の表面６から発生する。

インサート２は所定のアーク電流に対応した円筒状のインサートの直径と等しい 直径の星型に内接す曇日７（破線で示されている。）を有する４極の星型に形作 られている。

星型の極９の頂点８は星型の中心Ｏから等距離にあり、内接円７の直径の１−１ ．５倍の距離に位置している。

図示されているインサートの形状においては、円筒状のインサートと等しい長さ を有する面１０の合計面積に等しい側面積は円筒状のインサートの側面積よりも ２．７倍大きい。

この面積はインサート２から熱流を除去するための、冷却されるボディ１との熱 的接触面（第１図の線分１１）である。

本発明によるアークによる処理のための非消耗電極は以下のように機能する。

アークが開始されると、陰極点は星型が対称であるために足型の中心Ｏに対称に インサート２の表面６に生じる。

インサートの材料は断面全体に均一の密度を有しており、インサート２の全体が 同一の冷却状態にある。これはインサート２はアークにより一様に消耗し、陰極 点はその表面から剥離しないためである。

ボディ１へのアークの陰極点の移動は、インサート２の材料はボディ１の材料よ り小さい電子仕事関数を有するために、同じく排除される。

アークが形成されると成形されたインサート２の熱流はその側面（第１図の線分 １１）から強制冷却されるボディ１に、さらに壁５を介して空間３中の冷却材に 除去される。

インサート２とボディ１の間の熱的接触面積が増加するにつれて、インサート２ からボディ１に移動する熱流は従来知られていた形状のインサートの熱流に比較 して飛躍的に増加する。これは本請求範囲の設計による電極の寿命を長くする。

熱流はアークの陰極点からある距離隔たったインサート２の表面から除去される ため、星型の中心０から極９の頂点８までの距離は内接円７の直径の１−１．５ 倍に等しい距離という最適値を有する。

もしこの距離が減少すると、電極の寿命は極く僅かであるが増加し、即ち星型の 極９の頂点８が内接円７の直径の０．５倍であれば寿命の増加は１．１−１．２ 倍といなるが電極設計の複雑化によって正当化されることはない。

他方上記に示された以上の距離に星型の極９の頂点８を設定することは、アーク 点から離れた極９の表面の部分はボディ１にほとんど熱を伝達しないため、熱除 去の効率が増加することを妨げる。−電極９の寸法は電極全体の許容される寸法 により制限される。これはインサート２の材料の消費を増加し、この材料の非効 率的な使用と電極製作のための複雑な技術を要求する。

この電極の設計は、インサート２を熱間押し出しするあるいは鋳造する、そして 打ぢ抜きまたは機械切削加工によって作られる穴を有する銅製ボディ中に圧入さ れる形に対応した穴を穴ぐりする、極く簡単な機械で製作することを許容する。

本発明による電極の実験的な標本の試験は直径２ｍｍの内接円と星型の中心Ｏか ら３ｍｍの位置に位置する頂点を有する４つの極とアーク電流３００Ａの場合に おいては、４５０回のアークに耐え、６つの極９の場合には６００回以上である 。同一の条件下で、円筒状のインサートは単に３００回のアークに耐えるにすぎ ない。

厳しいアーク電流における試験では本発明による６つの極を有するインサート２ の電極をアーク電流５００Ａで使用すると５００回のアークにたえ、同じ寸法の インサート２の最大のアーク電流は実験的にではあるが７５０Ａであった。

産業上利用可能性 アークによる処理のための非消耗電極は溶接、肉盛り、切断、表面処理への応用 、加熱、多くの酸化あるいは他の腐食性雰囲気の中でのアークプラズマ処理にお いて利用することが可能である。

国際調ｆ：報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．予め定められた電流を流すことのできるように選択された断面をもち、その 中に差し込まれるインサート（２）を有する冷却されるボディ（１）により構成 されるアークによる処理のための非消耗電極において、インサートが、内接する 円（７）の直径が予め定められた電流に対応した円筒状のインサートの直径と等 しい多極の星型に成形されることを特徴としたアークによる処理のための非消耗 電極。 ２．星型が４つの極（９）を有することを特徴とする請求項１に記載のアークに よる処理のための非消耗電極。 ３．星型の極（９）の頂点が星型の中心（０）から等距離で、星型に内接する円 （７）の直径の１−１．５倍の距離に位置することを特徴とする請求項１または ２に記載のアークによる処理のための非消耗電極。