JPH07135091A - Nozzle for plasma torch - Google Patents

Nozzle for plasma torch

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JPH07135091A
JPH07135091A JP5307564A JP30756493A JPH07135091A JP H07135091 A JPH07135091 A JP H07135091A JP 5307564 A JP5307564 A JP 5307564A JP 30756493 A JP30756493 A JP 30756493A JP H07135091 A JPH07135091 A JP H07135091A
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arc
splash
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torch
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Fukuhiro Komada
福大 駒田
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Abstract

PURPOSE:To keep a nozzle hole without splash, prevent double arcs, and provide a stable arc by providing a nozzle in which an outer circumferential part of the front end part is protruded from an inner circumferential part toward the front. CONSTITUTION:A front end angle theta of a nozzle 10 is set to be larger than 180 deg.C, and it is formed in a structure in which an outer circumferential part is protruded from an inner circumferential part, flow of splash 50 by its own weight, an suspended bell-shaped outer flames in forming a main plasma arc are formed to move partly along the recessed nozzle 10, and the splash 50 moves toward the outer circumferential side. There is almost no splash 50 around a nozzle hole 11, therefore, and the arc 30 is stabilized. As time passes, the splash 50 is deposited to glow on an outer circumferential part of a from end surface, but because it grow from the arc 30, double arcs are not generated from the splash 50, thereby effects are not given to the arc 30 from the nozzle hole 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【0011】ダブルアークは通常トーチの使用条件(電
流、電圧、プラズマガスの種類、組成と流量、アーク間
隔等)の不適切が原因であるが、この他、特にこれらの
使用条件と、ノズル内部(特にノズル孔の径とノズル孔
の長さ)の設計形状がうまく合致しない場合に多く発生
する。特定の条件でのアークの安定性に及ぼす電流とノ
ズル径の関係を図3(溶接接合便覧 溶接学会編 平成
2年9月30日丸善発行)に示す。アーク安定域は比較
的広く、これを選択することは困難ではない。
The double arc is usually caused by improper use conditions of the torch (current, voltage, type of plasma gas, composition and flow rate, arc interval, etc.). This often occurs when the design shapes (especially the diameter of the nozzle hole and the length of the nozzle hole) do not match well. The relationship between the current and the nozzle diameter, which affects the arc stability under specific conditions, is shown in Fig. 3 (Welding and Joining Handbook, Welding Society, September 30, 1990, published by Maruzen). The arc stability region is relatively wide and it is not difficult to choose.

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

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

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

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

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

【0017】[0017]

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

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

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

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

【0021】[0021]

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

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

【0023】本発明のプラズマトーチ用ノズルは、ノズ
ル先端面が先尖形状よりもフラット面の方が、スプラッ
シュの集中が緩和されることに着目して開発されたもの
であって、図4(C)に示すように、従来とは逆に先端
面の外周部を内周部より先端側に突出させ、代表的には
その先端面を、内周部から外周部へ向かうにつれて先端
側へ徐々に突出した先端角180°超の凹型テーパ面と
したものである。
The plasma torch nozzle of the present invention was developed by paying attention to the fact that the concentration of splash is alleviated when the nozzle tip surface is a flat surface rather than a pointed shape. As shown in C), contrary to the conventional case, the outer peripheral portion of the tip end surface is made to project from the inner peripheral portion to the tip end side, and typically the tip end surface is gradually tapered toward the outer end portion from the inner peripheral portion. It is a concave taper surface with a tip angle of more than 180 ° protruding to the inside.

【0024】図5に本発明のプラズマトーチ用ノズルに
おける先端面形状を例示する。同図に示されるように、
先端面には大きな機能障害が生じない範囲内で平坦面等
が混在していてもよい。また、テーパ面は湾曲していて
もよい。
FIG. 5 illustrates the shape of the tip surface of the plasma torch nozzle of the present invention. As shown in the figure,
A flat surface or the like may be mixed on the tip surface within a range in which no major functional disorder occurs. Further, the tapered surface may be curved.

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

【0026】[0026]

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

【0027】しかし、ノズル先端面の外周部の方が内周
部より先端側にあると、自重によるスプラッシュの流動
と、安定した主プラズマアークが形成された時にできる
釣鐘状の外炎が、凹状のノズル先端面に一部沿うような
形となることとの相乗作用により、液状となったスプラ
ッシュは外周側へ移動する。このためノズル孔の周囲に
は、長時間にわたってスプラッシュがほとんどない状態
となり、きわめてアークが安定する。
However, when the outer peripheral portion of the nozzle tip surface is located closer to the tip side than the inner peripheral portion, the flow of splash due to its own weight and the bell-shaped external flame formed when a stable main plasma arc is formed are concave. The liquid splash moves to the outer peripheral side due to the synergistic effect with the shape of a part of the nozzle tip surface. Therefore, there is almost no splash around the nozzle hole for a long time, and the arc is extremely stable.

【0028】時間の経過と共に先端面外周部にスプラッ
シュが次第に堆積し成長するが、主プラズマアークの位
置から充分に離れた位置に成長するために、この成長し
たスプラッシュからはダブルアークが発生することもな
く、ノズル孔から噴出させる主プラズマアークに影響を
与えることはない。
Splash gradually builds up and grows on the outer peripheral portion of the tip surface with the passage of time, but since it grows at a position sufficiently away from the position of the main plasma arc, a double arc is generated from this grown splash. In addition, it does not affect the main plasma arc ejected from the nozzle hole.

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

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

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

【0032】ノズル先端面の内周部と外周部の位置関係
は、その先端面が凹型テーパ面の場合の先端角で表わし
て、250°以下が望ましく、190°以上200°以
下が特に望ましい。
The positional relationship between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the nozzle tip surface is represented by the tip angle when the tip surface is a concave taper surface, preferably 250 ° or less, particularly 190 ° or more and 200 ° or less.

【0033】先端角が180°に接近すると先端面に付
着したスプラッシュの拡散作用が充分に得られない。逆
にこれが180°から大きく離れると、ノズルの凹状先
端面に、主プラズマアークの釣鐘状外炎が接近しすぎる
ようになり、ノズルが強大な熱を受けて損傷しやすくな
るほか、主プラズマアークのアーク長に対してノズル先
端から母材までの距離が短くなるため、かえってスプラ
ッシュの付着等によりダブルアークの発生頻度が増加す
る。
When the tip angle approaches 180 °, the effect of diffusing the splash attached to the tip surface cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if it greatly deviates from 180 °, the bell-shaped outer flame of the main plasma arc will come too close to the concave tip surface of the nozzle, and the nozzle is likely to be damaged by strong heat and the main plasma arc. Since the distance from the nozzle tip to the base metal becomes shorter than the arc length of No. 2, the frequency of occurrence of double arc increases due to the adhesion of splash.

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

【0035】[0035]

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

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

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

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

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

【0041】[0041]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のプラズマ
トーチ用ノズルは、先端面の外周部を内周部より先端側
に突出させることにより、先端面に付着したスプラッシ
ュを外周側へ拡散させ、ノズル孔の周囲を常にスプラッ
シュのない状態に維持するので、スプラッシュ付着によ
るダブルアークの発生を防ぎ、長時間にわたって、きわ
めて安定なアークを発生させることができる。このた
め、ノズルの消耗、溶損が著しく減少し、ノズルの寿命
が大幅に延長される。また、ノズルにセラミックス等の
材質を用いる必要がなく、水冷銅等の汎用構造を採用で
きるため、ノズルが充分に冷却され、トーチの大出力
化、長時間の使用が可能になる。また、ノズルの構造が
簡単で、トーチ価格が抑えられ、メンテナンスの複雑化
も回避される。これらのため、トータルランニングコス
トの大幅低減が達成される。
As described above, in the plasma torch nozzle of the present invention, the outer peripheral portion of the tip surface is projected from the inner peripheral portion toward the tip side so that the splash adhered to the tip surface is diffused toward the outer peripheral side. Since the area around the nozzle hole is always maintained in a splash-free state, it is possible to prevent the occurrence of double arc due to the adhesion of splash, and to generate an extremely stable arc for a long time. Therefore, the consumption and melting loss of the nozzle are significantly reduced, and the life of the nozzle is significantly extended. Further, since it is not necessary to use a material such as ceramics for the nozzle and a general-purpose structure such as water-cooled copper can be adopted, the nozzle is sufficiently cooled, the torch output can be increased, and the torch can be used for a long time. Moreover, the structure of the nozzle is simple, the torch price is kept low, and complicated maintenance is avoided. For these reasons, the total running cost is significantly reduced.

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

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

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

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

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

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ノズル 11 ノズル孔 20 電極 30 主プラズマアーク 40 母材 50 スプラッシュ 10 Nozzle 11 Nozzle Hole 20 Electrode 30 Main Plasma Arc 40 Base Material 50 Splash

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中心部にノズル孔が開口するノズル先端
面の外周部が、内周部より先端側に突出していることを
特徴とするプラズマトーチ用ノズル。
1. A nozzle for a plasma torch, characterized in that an outer peripheral portion of a nozzle tip surface having a nozzle hole opened at a central portion thereof protrudes toward the tip side from an inner peripheral portion.
【請求項2】 前記ノズル先端面が、内周部から外周部
へ向かうにつれて先端側へ徐々に突出した凹型テーパ面
であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマトー
チ用ノズル。
2. The nozzle for a plasma torch according to claim 1, wherein the nozzle tip surface is a concave taper surface that gradually protrudes toward the tip side from the inner peripheral portion toward the outer peripheral portion.
【請求項3】 熱伝導性および電気伝導性に優れ、内部
から強制冷却される金属の一体構造であることを特徴と
する請求項1または2に記載プラズマトーチ用ノズル。
3. The nozzle for a plasma torch according to claim 1, wherein the nozzle has a metal integrated structure that is excellent in thermal conductivity and electrical conductivity and is forcibly cooled from the inside.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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