JPH05261555A - 水中切断において使用されるプラズマアークトーチ - Google Patents

水中切断において使用されるプラズマアークトーチ

Info

Publication number
JPH05261555A
JPH05261555A JP4337803A JP33780392A JPH05261555A JP H05261555 A JPH05261555 A JP H05261555A JP 4337803 A JP4337803 A JP 4337803A JP 33780392 A JP33780392 A JP 33780392A JP H05261555 A JPH05261555 A JP H05261555A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torch
torch body
annular
gas
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4337803A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07100231B2 (ja
Inventor
Jr Wayne S Severance
ウェイン・エス・セベランス・ジュニア
David G Anderson
デイビッド・ジー・アンダソン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ESAB Welding Products Inc
Original Assignee
ESAB Welding Products Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ESAB Welding Products Inc filed Critical ESAB Welding Products Inc
Publication of JPH05261555A publication Critical patent/JPH05261555A/ja
Publication of JPH07100231B2 publication Critical patent/JPH07100231B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/013—Arc cutting, gouging, scarfing or desurfacing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3405—Arrangements for stabilising or constricting the arc, e.g. by an additional gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3436—Hollow cathodes with internal coolant flow
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3442—Cathodes with inserted tip
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3468—Vortex generators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3457—Nozzle protection devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 プラズマアークを保護するに有用な気体カー
テンを発生する水中切断用プラズマアークトーチの開
発。 【構成】 トーチ本体３８と、電極１４と本体前端に取
付けられるプラズマ噴射孔６０を有するノズル７０，７
２を備える。気体カーテン形成用付属具１２０として本
体の外周に沿って離間して取付けられ、環状開口１３０
を形成する筒状支持体１２２と筒状支持体とトーチ本体
外面との間に配される絶縁用スリーブ１３２と、後方部
を筒状支持体環状開口に収容され、トーチ本体の前端部
に沿って伸延して本体前端部に沿う環状気体室１４２と
ノズルに隣り合う環状出口１４４を形成する筒状スリー
ブ１４０を備える。気体導通路１５０から拡大気体空間
１５４，１５６を経由して環状気体室内に導かれた気体
は渦巻いて噴射され、出口開口を通して噴出し、プラズ
マに対する一様な大きな直径の保護気体カーテンを形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中切断において使用
されるプラズマアークトーチ並びにそうしたプラズマア
ークトーチ用の付属具に関係する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマアークトーチはプラズマ切断と
関連する騒音を減じそして切断プロセスの環境上の悪影
響を最小限とするために水中で操作されることが多い。
水は、水が存在しないと大気中に放出されることになる
プラズマ発生排気及び粒状物を捕捉する。追加的に、水
中切断は、作業者があびる有害な眩光や紫外線量を減じ
る。
【０００３】しかしながら、水中プラズマアーク切断
は、減少した送り速度においてトーチ操作に対する所要
電力量の増大を必要とする。もっと重要なことに、トー
チは、放出されたプラズマを切断帯域に流入しようとす
る水から防護するように設計されねばならない。水が切
断帯域に侵入すると、切断品質が低下するだけでなく、
水素のような気体状副産物が発生し、加工物の下側で小
さな水素爆発が起こる危険性がある。
【０００４】米国特許第４，８１６，６３７号に開示さ
れた、一つの提唱されたプラズマアークトーチにおい
て、トーチはノズルから放出されるプラズマを取り囲む
関係でノズルから外方への気体流れを提供する付属具を
含んでいる。気体は軸線方向穴を通してそしてプラズマ
に対して外周関係にある実質上環状の開口を通して下向
きに放出される。
【０００５】この流れは、アークの周囲に「気泡」即ち
空気カーテン（エアーカーテン）を形成しそして切断帯
域内に流入しうる水の量を最小限とする。その後、２．
６５ｍ／秒を超える速度を有する水の流れが放出気体に
対して離間した関係で発生せしめられて、気体流れの形
状をコントロールするのを助成しまたトーチが水より上
で使用されるときには切断中発生する騒音を軽減する役
目をなす。
【０００６】この提唱されたトーチを使用すると切断帯
域への水の流入は最小限とされるけれども、エアーカー
テンは、気体が個々の気体放出穴から放出され、そのた
め多数の気体流れを生成するから、その周囲全体を通し
て一様には形成されない。その結果として、水は、一様
な気体流れが存在しないために生み出されたエアーカー
テンの弱い部分を通して環状のエアーカーテン内部に流
入する場合がある。追加的に、高速の気体が多数の気体
流れとしてプラズマに向けて放出されるから、気体は最
初外方に拡大することなくプラズマに衝突し、もっと小
さな、より望ましからざる直径のエアーカーテンを創出
し、それにより水が切断帯域に流入する機会を増大す
る。
【０００７】米国特許第４，２９１，２１７号におい
て、プラズマアークは、ノズルより外側で圧縮空気カー
テンにより包囲される。圧縮空気はノズルの周りに一様
に分布された気体放出穴を通して流れそして切断帯域に
侵入する水に対する保護手段を提供する。しかし、この
提唱された構造もまた、形成されたエアーカーテンが不
均一でありそして更には所望されるより小さな直径を有
するので切断帯域に僅かの水が侵入する可能性がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
よりもっと一様な分布の高速気体を放出プラズマ周囲の
気体カーテン「気泡」として放出することのできる水中
切断用プラズマアークトーチを提供することである。
【０００９】本発明の別の課題は、水中切断中プラズマ
アークを保護するために一様に形成された保護エアーカ
ーテンを発生することのできる水中切断用プラズマアー
クトーチを提供することである。
【００１０】本発明のまた別の課題は、ノズルに隣り合
って放出される高速気体がプラズマに対する保護エアー
カーテンを形成するだけでなく、ノズルから外方に拡大
して従来提唱された水中プラズマアークトーチ構成を使
用してこれまで達成されたより実質上大きな直径のエア
ーカーテンを形成することのできる水中切断用プラズマ
アークトーチを開発することである。
【００１１】本発明のまた別の課題は、放出プラズマを
その周囲に気体カーテン「気泡」を形成する気体の一様
な分布で保護しつつ水中切断操作を可能ならしめるプラ
ズマアークトーチ用の付属具を開発することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマアーク
トーチは、水中でのトーチ操作中プラズマに対する一様
に形成された保護気体カーテン、代表的にエアーカーテ
ン「気泡」を発生するためにトーチ本体の前端部に沿っ
てそしてノズルの隣り合う出口開口を通して渦巻関係で
放出されることを可能ならしめる。
【００１３】本発明に従えば、プラズマアークトーチ
は、実質上筒形の前端を具備するトーチ本体と、トーチ
本体により支持されそして長手軸線を構成しそして当該
前端に向けて伸延する放電端を構成する電極とを備えて
いる。ノズルは、トーチ本体の前端に電極の放電端に隣
り合って取付けられそしてプラズマを噴射する穿孔を有
する。
【００１４】気体カーテンを形成する手段は、トーチ本
体の外面に取付けられそしてトーチ本体の前端部に沿っ
て離間関係で伸延して当該前端部に沿って伸延しそして
ノズルに隣り合って位置づけられる環状出口開口を形成
する環状空気室を形成する。高速気体が渦巻関係で環状
気体室に放出されそしてトーチ本体の前端部に沿って移
動しそして出口開口を通して噴射されて水中トーチ操作
中プラズマに対する一様に形成された保護気体カーテン
を創出する。
【００１５】好ましい具体例において、気体カーテン形
成手段は、トーチ本体の外面に取付けられる筒状のスリ
ーブである。スリーブは、トーチ本体の前端部に沿って
離間関係で伸延する。筒状の支持体がスリーブ上方に位
置づけられそしてトーチ本体上に固着される。支持体
は、スリーブの後方部分を収容するように寸法付けられ
た環状開口を含んでいる。支持体の環状開口内にスリー
ブを保持するための手段が設けられる。好ましい具体例
において、少なくとも一つのＯ−リングがスリーブと摩
擦係合するように支持体の内面に取付けられる。
【００１６】トーチ本体の前端部の外面は金属材料から
形成される。トーチ操作中ダブルアークの発生を防止す
るために金属製外面と筒状支持体との間に絶縁体が取付
けられる。空気導通路オリフィスが筒状支持体と筒状ス
リーブとを貫通して延在しそして環状気体室において終
端する。気体導入用取付け具が筒状支持体に取付けられ
そして筒状支持体と筒状スリーブとを貫通して延在する
気体導通路オリフィスと連通している。
【００１７】拡大気体空間が筒状スリーブと筒状支持体
の内面との間に形成される。気体はまず気体空間に噴射
されその後環状気体室に通入する。環状気体室もまた、
拡大気体空間を含み、ここに気体が通入されその後環状
気体室を通して下方に通る。トーチ本体の外面は拡大気
体空間を形成する環状溝を含んでいる。
【００１８】好ましい具体例において、トーチ操作中、
気体は、環状気体室を通して９５０〜４０５０ｍ／分の
速度で放出される。電流密度は、トーチ操作中ノズルの
穿孔において計算したとして２８〜４５Ａ／ｍｍ2 の範
囲にある。
【００１９】
【作用】プラズマアークはトーチの電極端の電子放射性
挿入体において確立される。加工物は電源の陽極に接続
されそして下方ノズル部材の下側に配置される。プラズ
マアークはその後加工物に移行されそしてノズル穿孔を
通して噴射される。プラズマアークは絞られて強めら
れ、そしてアークが開口を通過するに際して水の渦巻流
れがプラズマを包囲する。トーチ操作中、高速気体は気
体導通路オリフィス内に放出されそして好ましくは第１
の気体空間に放出される。気体は好ましくは第１の気体
空間内で分配されそして第２気体空間内に接線方向に伸
延する複数の一様に離間した気体導通路オリフィスを通
して移入する。接線方向に傾斜したオリフィスは第２の
拡大気体空間内に渦巻気体流れを与える。高速気体は環
状気体室を通して渦巻きながら下方に流れそして出口を
通して噴射されてプラズマに対する保護気体カーテンを
形成する。渦巻高速気体は、水中切断中、切断帯域への
水の流入を防止する一様に分布した気体カーテンを形成
する。追加的に、渦巻高速気体は出口を出た後外方に拡
大しそしてこれまで提唱された構成を使用して達成され
たよりも大きな直径の気体カーテンを形成する。かくし
て、これまでの提唱トーチ構造より切断帯域への水の侵
入傾向は少なくなる。
【００２０】
【実施例】図面、特に図１を参照すると、本発明に従う
プラズマアークトーチ１０が示されている。プラズマア
ークトーチ１０は、ノズル組立体１２及び長手軸線を定
義するチューブ状電極１４を含んでいる。電極１４は好
ましくは、銅或いは銅合金製とされそして上方チューブ
状部材１５と下方チューブ状部材、即ちホルダ１６とか
ら構成される。上方チューブ状部材１５はまた、内面を
螺刻した下端部分１７を含んでいる。ホルダ１６もまた
チューブ状構造でありそして下方前端部と上方後端部と
を含んでいる。横断端壁がホルダ１６の前端を閉鎖す
る。この横断端壁は外側前面２０を構成する。ホルダの
後端は外面を螺刻されそして上方チューブ状部材１５の
下端部分１７と螺着される。
【００２１】ホルダ１６は、後端において開口されてカ
ップ形態をなしそして内部空洞を形成する。電子放射性
挿入体２８が空洞内に取付けられそして長手軸線に沿っ
て同軸に配置される。電子放射性挿入体２８は、電位の
適用に際して容易に電子を放出するように比較的低い仕
事関数の、好ましくは約２．７〜４．２ｅＶの範囲内の
仕事関数を有する金属材料から構成される。そうした材
料の適当な例は、ハフニウム、ジルコニウム、タングス
テン及びその合金である。相対的に非電子放射性のスリ
ーブ３２が挿入体２８の周囲に同心関係で空洞内に位置
づけられる。スリーブ３２は、ホルダ材料より大きく且
つ挿入体材料より大きな仕事関数を有する金属材料から
構成される。電極及び挿入体に関する追加的な情報は、
本件出願人に係る米国特許第５，０２３，４２５号に記
載されている。
【００２２】例示の具体例において、図１に示されるよ
うに、電極１４は、気体及び液体通路４０及び４２を具
備するプラズマアークトーチ本体３８内に取付けられ
る。トーチ本体３８は、絶縁した外側ハウジング部材４
４により取り囲まれる。チューブ４６が、電極１４の中
央穿孔４８内に懸吊されて電極１４を通して水のような
冷却媒体を循環せしめる。チューブ４６は、穿孔４８の
直径より小さな直径を有して水がチューブ４６から放出
されるに際して流通するための間隙４９を提供する。水
は、源（図示なし）からチューブ４６を通して流れ、間
隙４９を通してトーチ本体開口まで戻って流れそしてド
レンホース（図示なし）へと排出される。液体通路４２
は、噴射水をノズル組立体１２内に差し向け、ここで水
は以下に説明するようにプラズマアークを取り巻く渦巻
き流れに変換される。
【００２３】気体通路４０は、気体を適当な源（図示な
し）から従来型式の適当な耐熱セラミック材料製の気体
邪魔板５４を通して導入開口５８を経由して気体空間室
５６内に差し向ける。導入開口５８は、気体を周知のよ
うに渦巻き方式で気体空間室５６に流入せしめるように
配列される。気体は、気体空間室５６からノズル組立体
１２のアーク絞り穿孔６０及びプラズマ放出開口６２を
通して流出する。電極１４がトーチ本体３８に連結され
るとき、電極はセラミック製気体邪魔板５４及び耐熱製
プラスチック絶縁部材５５を然るべく保持する。耐熱製
プラスチック絶縁部材５５がノズル組立体１２を電極１
４から電気的に絶縁する。外側カップシールド６４がト
ーチ本体に螺着されそしてノズル組立体１２と係合して
ノズル組立体を然るべく保持しそしてノズル組立体の構
成部品を保護する。外側カップシールド６４は銅のよう
な金属材料から形成される。
【００２４】ノズル組立体１２はノズルベース７０と下
方ノズル部材７２とを含んでいる。ノズルベース７０
は、銅乃至銅合金から形成されそして実質上円筒状の胴
体部分を含んでいる。アーク絞り穿孔６０が、ノズルベ
ースの下端を貫通して伸延しそして電極により定義され
る長手軸線と整合している。アーク絞り穿孔６０は、電
極に向かって位置決めされる第１穿孔７６とその出口端
を構成しそして第１穿孔の直径より大きな直径を有する
第２穿孔７８とを具備している。２つの第１及び第２穿
孔７６、７８が一層制御されたプラズマ放出流れを提供
する。
【００２５】ノズルベース７０は、穿孔６０に向けて内
方に電極１４から離れる方向にテーパ付けられた面取り
された切頭円錐状内面８０を備えている。この切頭円錐
状内面８０もまた、トーチ操作中アークを絞る。ノズル
ベース７０は、環状取付け肩８６及び電極から離れる方
向に長手軸線に向けて下方にテーパ付けられた切頭円錐
状外面９０をも含んでいる。
【００２６】下方ノズル部材７２は、金属材料、好まし
くは快削性の真鍮から形成された円筒状胴体部分を含ん
でいる。下方ノズル部材の上方部分は、ノズルベース７
０に位置決めされた取付け肩と嵌着するように寸法付け
られた環状カラー部分を含んでいる。下方ノズル部材７
２は、長手軸線と整列しそして穿孔に隣り合って位置づ
けられるプラズマ放出開口６２を含んでいる。テーパ付
けられた内面がノズルベース７０の切頭円錐状外面９０
から離間して下方に傾斜する水通路を形成し、そこを通
して水が水通路４２からプラズマと衝突接触状態に噴射
される。
【００２７】セラミック絶縁体１１０が下方ノズル部材
に止着されそしてその外面に実質上沿って延在する。セ
ラミック絶縁体１１０はダブルアークの発生を防止しそ
してトーチ操作中発生する熱及びプラズマから下方ノズ
ル部材を隔離する。セラミック絶縁体１１０は、その肩
と下方ノズル部材に係合するＯ−リング１１６により然
るべく保持される。
【００２８】外側カップシールド６４はその前端に唇１
１２を具備する。唇１１２はセラミック絶縁体１１０に
おける肩１１４と係合しそして下方ノズル部材７２及び
ノズルベース７０をセラミック絶縁体１１０に密着状態
に保持する。
【００２９】電源（図示なし）が金属加工物と直列回路
関係においてトーチ電極１４に接続される。金属加工物
は代表的に接地される。操作において、プラズマアーク
はアークに対する陰極端子として作用するトーチ１０の
電子放射性挿入体２８において確立される。加工物は電
源の陽極に接続されそして下方ノズル部材の下側に配置
される。プラズマアークは電極１４とノズル組立体１２
との間でパイロットアークを一時的に確立することによ
り従来態様で点弧される。プラズマアークはその後加工
物に移行されそしてノズル穿孔７６、７８を通して噴射
される。プラズマアークは絞られて強められ、そしてア
ークが開口を通過するに際して水の渦巻流れがプラズマ
を包囲する。
【００３０】ここで、図１及び図２を参照すると、水中
切断中プラズマをそこへの水流入から保護するための一
様に形成された保護気体カーテン代表的に空気カーテン
（エアーカーテン）を発生することを可能ならしめる、
全体を１２０で示す気体カーテン付属具が例示されてい
る。付属具１２０はトーチへの付加物として記載される
が、付属具はまたトーチの作製中トーチと一体に作製す
ることもできる。
【００３１】付属具１２０は、好ましくはクロムめっき
された真鍮から形成される筒状支持体１２２を含んでい
る。筒状支持体１２２は、固定用カラーを形成する分割
上方部分１２４を含んでいる。ソケットヘッドキャップ
ねじ（図示なし）が分割上方部分の両側を結合して筒状
支持体１２２をトーチ本体の外面、つまり絶縁されたハ
ウジング部材４４に止着する。筒状支持体１２２はトー
チ本体外面から外側カップシールド６４により構成され
る前端に向けて離間関係で延在しそして前端において環
状開口１３０を形成する。
【００３２】絶縁用スリーブ１３２が筒状支持体１２２
とトーチ本体の金属製外面との間に位置づけられて、筒
状支持体１２２をトーチ本体の外面から絶縁する。好ま
しい具体例において、絶縁用スリーブは筒状支持体の内
面に固着される。Ｏ−リング１３４が、絶縁用部材の内
部溝内に止着されそしてトーチの外面への絶縁用スリー
ブ１３２の固定化を助成する。好ましい具体例におい
て、絶縁用スリーブは好ましくは低級フェノール樹脂類
から形成されそして筒状支持体及び絶縁用スリーブはト
ーチ本体の外面に滑り嵌められそして図１及び２に示す
ように位置決めされる。
【００３３】筒状スリーブ１４０が筒状支持体１２２の
環状開口１３０内に収容される。筒状スリーブ１４０は
好ましくは、軽量でしかも腐食に耐える堅牢な構造を与
えるように陽極酸化アルミニウムから形成される。筒状
スリーブ１４０は、トーチ本体の前端部に沿って離間関
係で伸延して、当該前端部周囲に延在する環状気体室１
４２を形成しそしてノズルに隣り合って位置づけられる
環状出口開口１４４を形成する。筒状スリーブ１４０の
後端部は環状開口１３０内に収容される。一対のＯ−リ
ング１４６が環状溝１４８内に止着されそして筒状スリ
ーブの筒状支持体への保持を補助する。筒状スリーブに
より形成された出口開口は好ましくは約０．７９〜１．
５９ｍｍ（１／３２〜１／１６インチ）である。
【００３４】図１及び２に例示されるように、筒状支持
体１２２の下方部分はＯ−リング１４６を配置する溝１
４８の形成に充分の帯域を許容するように直径方向に拡
大される。少なくとも一つの気体導通路オリフィス１５
０がまた直径方向拡大部分から筒状支持体１２２及び筒
状スリーブ１４０を通して伸延する。気体導通路オリフ
ィス１５０は環状気体室１４２において終端しそして高
速の気体を環状気体室１４２内に渦巻関係でトーチ本体
の前端部に沿って下方に噴射することを可能ならしめ、
それにより気体は出口開口１４４を通り、一様に形成さ
れた保護気体カーテンを発生せしめる。気体導入用の取
付け具１５２が筒状支持体１２２の直径拡大部分に取付
けられそして気体導通路オリフィス１５０と流通する。
標準的なホース（図示なし）が気体取付け具１５２に螺
着されそして高速気体源を提供する。拡大気体空間１５
４が筒状スリーブ１４０と筒状支持体１２２の内面との
間に構成される。従って、高速気体はまず気体空間１５
４内に噴射されそして後環状気体室１４２内に流入す
る。
【００３５】環状気体室１４２はまた、拡大気体空間１
５６を含んでおり、ここに気体は環状気体室１４２を通
して下方に通過する前に噴射される。トーチ本体の外面
は環状溝１５８を具備し、拡大気体空間１５６を形成す
る。トーチ操作中、高速気体は気体導通路オリフィス１
５０内に放出されそして第１の気体空間１５４に放出さ
れる。気体は第１の気体空間１５４内で分配されそして
第２気体空間１５６内に接線方向に伸延する複数の一様
に離間した気体導通路オリフィス１５０を通して移動す
る。接線方向に傾斜したオリフィスは第２の拡大気体空
間１５６内に渦巻気体流れを与える。高速気体は環状気
体室１４２を通して渦巻きながら下方に流れそして出口
１４４を通して噴射されてプラズマに対する保護気体カ
ーテンを形成する。
【００３６】好ましくは、気体は９５０〜４，０５０ｍ
／分の速度で環状気体導通路を通して放出される。水中
での操作の間、電流密度はノズルの穿孔において計算し
て２８〜４５Ａ／ｍｍ2 の範囲にある。
【００３７】
【発明の効果】渦巻高速気体は切断帯域への水の流入を
防止する一様に分布した気体カーテンを形成する。追加
的に、渦巻高速気体は出口を出た後外方に拡大しそして
これまで提唱された構成を使用して達成されたよりも大
きな直径の気体カーテンを形成する。かくして、これま
での提唱トーチ構造より切断帯域への水の侵入傾向は少
なくなる。
【００３８】本発明の好ましい具体例に基づいて説明し
たが、本発明の範囲内で多くの変更をなしうることを銘
記されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を具現した水中切断において使用
されるプラズマアークトーチ及び気体カーテン取付け具
の断面図である。
【図２】プラズマアークトーチに取付けられる気体カー
テン取付け具を構成する様々の要素を示す部分断面図で
ある。
【符号の説明】
１０ プラズマアークトーチ １２ ノズル組立体 １４ チューブ状電極 １５ 上方チューブ状部材 １６ 下方チューブ状部材（ホルダ） ２８ 電子放射性挿入体 ３２ スリーブ ３８ プラズマアークトーチ本体 ４０ 気体通路 ４２ 液体通路 ４４ 外側ハウジング部材 ４６ チューブ ４８ 中央穿孔 ４９ 間隙 ５４ 気体邪魔板 ５５ 絶縁部材 ５６ 気体空間室 ５８ 導入開口 ６０ アーク絞り穿孔 ６２ プラズマ放出開口 ６４ 外側カップシールド ７０ ノズルベース ７２ 下方ノズル部材 ７６ 第１穿孔 ７８ 第２穿孔 ８０ 切頭円錐状内面 ８６ 環状取付け肩 ９０ 切頭円錐状外面 １１０ セラミック絶縁体 １１２ 唇 １２０ 気体カーテン付属具 １２２ 筒状支持体 １２４ 分割上方部分 １３０ 環状開口 １３２ 絶縁用スリーブ １３４ Ｏ−リング １４０ 筒状スリーブ １４２ 環状気体室 １４４ 環状出口開口 １４６ Ｏ−リング １４８ 環状溝 １５０ 気体導通路オリフィス １５２ 気体導入用の取付け具 １５４ 拡大気体空間 １５６ 拡大気体空間 １５８ 環状溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・ジー・アンダソン アメリカ合衆国サウスカロライナ州フロー レンス、サウス・ホワイトホール・サーク ル861

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水中切断において使用されるプラズマア
    ークトーチにして、（ａ）実質上筒状形態の前端を具備
    するトーチ本体と、（ｂ）前記トーチ本体により支持さ
    れそして長手軸線と前記トーチ本体前端に向けて伸延す
    る放電端とを構成する電極と、（ｃ）前記トーチ本体前
    端に前記電極放電端に隣り合って取付けられそしてプラ
    ズマを噴射する穿孔を具備するノズルと、（ｄ）前記ト
    ーチ本体の外面に取付けられそして該トーチ本体の前端
    部に沿って離間関係で伸延して該前端部に沿って伸延す
    る環状気体室を構成しそして前記ノズルに隣り合って位
    置づけられる環状の出口開口を形成する手段と、（ｅ）
    高速気体を前記環状気体室内に渦巻関係で噴射し、前記
    トーチ本体の前端部に沿って下方に送入し、前記出口開
    口を通して水中トーチ操作中プラズマに対する一様に形
    成された保護気体カーテンを発生せしめる手段とを備え
    るプラズマアークトーチ。
  2. 【請求項２】 水中切断において使用されるプラズマア
    ークトーチにして、（ａ）実質上筒状形態の前端を具備
    するトーチ本体と、（ｂ）前記トーチ本体により支持さ
    れそして長手軸線と前記前端に向けて伸延する放電端と
    を構成する電極と、（ｃ）前記トーチ本体前端に前記電
    極放電端に隣り合って取付けられそしてプラズマを噴射
    する穿孔を具備するノズルと、（ｄ）前記トーチ本体の
    外面に取付けられそしてトーチ本体外面から離間関係で
    前記トーチ本体前端に向けて伸延しそして環状開口を形
    成する筒状支持体と、（ｅ）前記筒状支持体とトーチ本
    体外面との間に位置づけられて該筒状支持体を前記トー
    チ本体外面から絶縁する絶縁用スリーブと、（ｆ）前方
    部と前記筒状支持体の環状開口内に収容される後方部と
    を有する筒状スリーブにして、前記トーチ本体の前端部
    に沿って離間関係で伸延して該トーチ本体前端部に沿っ
    て環状気体室を形成しそして前記ノズルに隣り合って配
    置される環状出口を形成する筒状スリーブと、（ｇ）高
    速気体を環状気体室内に渦巻関係で噴射し、前記トーチ
    本体の前端部に沿って下方に送入し、前記出口開口を通
    して水中トーチ操作中プラズマに対する一様に形成され
    た保護気体カーテンを発生せしめるため、筒状スリーブ
    を通して伸延しそして環状気体室において終端する気体
    導通路手段とを備えるプラズマアークトーチ。
  3. 【請求項３】 筒状スリーブと筒状支持体の内面との間
    に形成されそして高速気体を環状気体室に通す前にまず
    噴射せしめる拡大気体空間を更に含む請求項２のプラズ
    マアークトーチ。
  4. 【請求項４】 水中切断において使用されるプラズマア
    ークトーチにして、（ａ）実質上筒状形態の前端を具備
    するトーチ本体と、（ｂ）前記トーチ本体により支持さ
    れそして長手軸線と前記前方放電端とを構成する、細長
    い金属チューブ状ホルダにして、前面及び該前面に長手
    軸線に沿って形成される空洞を具備するホルダと、電位
    適用に際して電子を放出するべく該空洞内に取付けられ
    る手段とを含む電極と、（ｃ）前記トーチ本体前端に前
    記電極前方放電端に隣り合って取付けられるノズルであ
    って、（１）電極放電端に隣り合って取付けられそして
    長手軸線に向けて電極から離れる方向にテーパ付けられ
    た外側切頭円錐表面とプラズマを放出する穿孔とを具備
    するノズルベースと、（２）該ノズルベースに隣り合っ
    て電極とは反対側に取付けられそして長手軸線と整列し
    且つ穿孔と隣り合って配置される下方放出開口を具備
    し、そして水通路を形成するように前記ノズルベースの
    外側切頭円錐表面から離間した内面を含む下方ノズル部
    材とを備えるノズルと、（ｄ）前記電極から前記穿孔及
    び放出開口を通して下方ノズル部材に隣り合って位置決
    めされる加工物まで伸延する電気アークを創出するため
    の手段と、（ｅ）液体ジェットを前記水通路内にそして
    該水通路から外方に導入してプラズマが穿孔及び放出開
    口を通過するに際してプラズマを包囲する手段と、
    （ｆ）前記トーチ本体の外面に取付けられそしてトーチ
    本体の前端部に沿って離間関係で伸延して該前端部に沿
    って伸延する環状気体室を構成しそして前記ノズルに隣
    り合って位置づけられる環状出口開口を形成する手段
    と、（ｇ）高速気体を環状気体室内に渦巻関係で噴射
    し、前記トーチ本体の前端部に沿って下方に送入し、前
    記出口開口を通して水中トーチ操作中プラズマに対する
    一様に形成された保護気体カーテンを発生せしめる手段
    とを備えるプラズマアークトーチ。
  5. 【請求項５】 水中切断を可能ならしめるようにプラズ
    マアークトーチの前端部分に取付けられる付属具にし
    て、（ａ）トーチ本体の外面に取付けられそしてトーチ
    本体外面に沿ってトーチ本体前端に向けて離間関係で伸
    延しそして環状開口を形成する筒状支持体と、（ｂ）前
    記筒状支持体とトーチ本体外面との間に位置づけられて
    該筒状支持体をトーチ本体外面から絶縁する絶縁用スリ
    ーブと、（ｃ）前方部と前記筒状支持体の環状開口内に
    収容される後方部とを有する筒状スリーブにして、前記
    トーチ本体の前端部に沿って離間関係で伸延して該本体
    前端部に沿って環状気体室を形成しそして前記ノズルに
    隣り合って配置される環状出口を形成する筒状スリーブ
    と、（ｄ）高速気体を環状気体室内に渦巻関係で噴射
    し、前記トーチ本体の前端部に沿って下方に送入し、前
    記出口開口を通して水中トーチ操作中プラズマに対する
    一様に形成された保護気体カーテンを発生せしめるた
    め、筒状支持体及び筒状スリーブを通して伸延しそして
    環状気体室において終端する気体導通路手段とを備える
    プラズマアークトーチ用付属具。
JP4337803A 1991-11-27 1992-11-26 水中切断において使用されるプラズマアークトーチ並びにその付属具 Expired - Fee Related JPH07100231B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US799369 1985-11-18
US07/799,369 US5194715A (en) 1991-11-27 1991-11-27 Plasma arc torch used in underwater cutting

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05261555A true JPH05261555A (ja) 1993-10-12
JPH07100231B2 JPH07100231B2 (ja) 1995-11-01

Family

ID=25175725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4337803A Expired - Fee Related JPH07100231B2 (ja) 1991-11-27 1992-11-26 水中切断において使用されるプラズマアークトーチ並びにその付属具

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5194715A (ja)
JP (1) JPH07100231B2 (ja)
DE (1) DE4239822C2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011147964A (ja) * 2010-01-21 2011-08-04 Bab-Hitachi Industrial Co 水中溶接装置
KR20200025023A (ko) * 2018-08-29 2020-03-10 한국에너지기술연구원 수중 절단 플라즈마 토치 및 수중 절단 시스템

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5302804A (en) * 1993-06-25 1994-04-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Gas arc constriction for plasma arc welding
US5399831A (en) * 1993-12-27 1995-03-21 The United States Of America As Represented By The Administrator, National Aeronautics And Space Administration Ternary gas plasma welding torch
US5844196A (en) * 1997-09-15 1998-12-01 The Esab Group, Inc. System and method for detecting nozzle and electrode wear
US5906758A (en) * 1997-09-30 1999-05-25 The Esab Group, Inc. Plasma arc torch
US6054669A (en) * 1998-05-20 2000-04-25 The Esab Group, Inc. Plasma marking torch and method of operating same
US6498316B1 (en) 1999-10-25 2002-12-24 Thermal Dynamics Corporation Plasma torch and method for underwater cutting
AU2003262415A1 (en) * 2002-04-19 2003-11-03 Thermal Dynamics Corporation Plasma arc torch consumables cartridge
US7754994B2 (en) * 2006-12-13 2010-07-13 Atomic Energy Council Cleaning device using atmospheric gas discharge plasma
ITBO20070019A1 (it) * 2007-01-15 2008-07-16 Cebora Spa Torcia per il taglio al plasma.
TWI352368B (en) * 2007-09-21 2011-11-11 Ind Tech Res Inst Plasma head and plasma-discharging device using th
US8389887B2 (en) 2008-03-12 2013-03-05 Hypertherm, Inc. Apparatus and method for a liquid cooled shield for improved piercing performance
US8212173B2 (en) * 2008-03-12 2012-07-03 Hypertherm, Inc. Liquid cooled shield for improved piercing performance
WO2011031808A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-17 The Esab Group, Inc. Method of underwater marking on a workpiece with a plasma arc torch
US8698036B1 (en) 2013-07-25 2014-04-15 Hypertherm, Inc. Devices for gas cooling plasma arc torches and related systems and methods
US11889611B2 (en) * 2020-12-15 2024-01-30 Lincoln Global, Inc. Plasma arc torch and cutting system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5548476A (en) * 1978-09-30 1980-04-07 Messer Griesheim Gmbh Plasma cutting method of workkespecially* steel for structureein water

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE86309C (ja) *
US2806124A (en) * 1955-07-26 1957-09-10 Union Carbide Corp Arc torch and process
US2906858A (en) * 1957-10-10 1959-09-29 Union Carbide Corp Liquid vortex arc torch process
US3082314A (en) * 1959-04-20 1963-03-19 Shin Meiwa Kogyo Kabushiki Kai Plasma arc torch
US3204076A (en) * 1962-10-04 1965-08-31 Thermal Dynamics Corp Electric arc torch
US3534388A (en) * 1968-03-13 1970-10-13 Hitachi Ltd Plasma jet cutting process
US3567898A (en) * 1968-07-01 1971-03-02 Crucible Inc Plasma arc cutting torch
GB1277179A (en) * 1968-12-10 1972-06-07 Ciba Geigy Uk Ltd Ester based lubricant compositions
US3649805A (en) * 1969-05-08 1972-03-14 North American Rockwell Plasma generating method and means
US3632951A (en) * 1969-06-09 1972-01-04 Air Prod & Chem Plasma arc welding torch
JPS5220425B1 (ja) * 1969-09-04 1977-06-03
US3619549A (en) * 1970-06-19 1971-11-09 Union Carbide Corp Arc torch cutting process
US3641308A (en) * 1970-06-29 1972-02-08 Chemetron Corp Plasma arc torch having liquid laminar flow jet for arc constriction
US3833783A (en) * 1971-11-03 1974-09-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Rotary switch with spring loaded cam means
US3787247A (en) * 1972-04-06 1974-01-22 Hypertherm Inc Water-scrubber cutting table
JPS5110828B2 (ja) * 1972-09-04 1976-04-07
US4058698A (en) * 1974-04-02 1977-11-15 David Grigorievich Bykhovsky Method and apparatus for DC reverse polarity plasma-arc working of electrically conductive materials
DE2505665A1 (de) * 1975-02-11 1976-08-19 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und vorrichtung zur vermeidung von umweltgefaehrdenden bestandteilen beim brennschneiden von werkstuecken mittels eines autogen- oder plasmabrenners
US4203022A (en) * 1977-10-31 1980-05-13 Hypertherm, Incorporated Method and apparatus for positioning a plasma arc cutting torch
US4311897A (en) * 1979-08-28 1982-01-19 Union Carbide Corporation Plasma arc torch and nozzle assembly
DE3032728A1 (de) * 1980-08-30 1982-04-29 Trumpf GmbH & Co, 7257 Ditzingen Bearbeitungsmaschine mit thermischer schneidstrahleinrichtung, insbesondere plasmaschneidstrahleinrichtung
US4389559A (en) * 1981-01-28 1983-06-21 Eutectic Corporation Plasma-transferred-arc torch construction
US4521666A (en) * 1982-12-23 1985-06-04 Union Carbide Corporation Plasma arc torch
US4816637A (en) * 1985-11-25 1989-03-28 Hypertherm, Inc. Underwater and above-water plasma arc cutting torch and method
CA1261927A (en) * 1985-11-25 1989-09-26 Hypertherm, Inc. Underwater and above-water plasma arc cutting torch and method
US4954688A (en) * 1989-11-01 1990-09-04 Esab Welding Products, Inc. Plasma arc cutting torch having extended lower nozzle member
US5023425A (en) * 1990-01-17 1991-06-11 Esab Welding Products, Inc. Electrode for plasma arc torch and method of fabricating same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5548476A (en) * 1978-09-30 1980-04-07 Messer Griesheim Gmbh Plasma cutting method of workkespecially* steel for structureein water

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011147964A (ja) * 2010-01-21 2011-08-04 Bab-Hitachi Industrial Co 水中溶接装置
KR20200025023A (ko) * 2018-08-29 2020-03-10 한국에너지기술연구원 수중 절단 플라즈마 토치 및 수중 절단 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07100231B2 (ja) 1995-11-01
DE4239822C2 (de) 1997-07-03
DE4239822A1 (ja) 1993-06-03
US5194715A (en) 1993-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2023991C (en) Using non-oxidizing gas for plasma arc starting process
US5124525A (en) Plasma arc torch having improved nozzle assembly
JPH05261555A (ja) 水中切断において使用されるプラズマアークトーチ
US5660743A (en) Plasma arc torch having water injection nozzle assembly
US3145287A (en) Plasma flame generator and spray gun
KR940002841B1 (ko) 연장된 노즐을 갖는 플라스마 아아크 토오치
US4954688A (en) Plasma arc cutting torch having extended lower nozzle member
US3684911A (en) Plasma-jet generator for versatile applications
US5023425A (en) Electrode for plasma arc torch and method of fabricating same
US5013883A (en) Plasma spray device with external powder feed
JP3287373B2 (ja) 粉末材料を吹き付けるためのプラズマ溶射装置
US3114826A (en) High-temperature spray apparatus
US6706993B1 (en) Small bore PTWA thermal spraygun
US20080237202A1 (en) Plasma Arc Torch Having an Electrode With Internal Passages
JPH0829416B2 (ja) ガス冷却式吹き消し電極付きプラズマア−クト−チ
US4990739A (en) Plasma gun with coaxial powder feed and adjustable cathode
CA2231109A1 (en) Plasma arc torch
JPH06652A (ja) プラズマアークトーチ電源解除機構
US6498316B1 (en) Plasma torch and method for underwater cutting
US6069339A (en) Dual flow nozzle shield for plasma-arc torch
US4016397A (en) Method of and apparatus for arc welding
JPH08167497A (ja) プラズマ溶射トーチ

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19960423

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081101

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091101

Year of fee payment: 14

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees