JPH07164151A - プラズマ炎の拡幅方法 - Google Patents

プラズマ炎の拡幅方法

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JPH07164151A
JPH07164151A JP5310415A JP31041593A JPH07164151A JP H07164151 A JPH07164151 A JP H07164151A JP 5310415 A JP5310415 A JP 5310415A JP 31041593 A JP31041593 A JP 31041593A JP H07164151 A JPH07164151 A JP H07164151A
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JP
Japan
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plasma flame
plasma
gas
flame
torch
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5310415A
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English (en)
Inventor
Mitsunori Morita
光宣 森田
Jun Akimoto
純 秋元
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼材など金属材料の加熱に際し、プラズマ炎
を揺動させ被処理材に直接当てて加熱する方法におい
て、1基のプラズマトーチによる噴射揺動条件を規定
し、プラズマ炎を使用した工業的な熱処理の実施を実現
する。 【構成】 プラズマトーチより噴射するプラズマ炎に対
し、噴射方向と交差する方向に揺動ガスを吹込み、プラ
ズマ炎を揺動させる方法において、プラズマ炎の噴射速
度Vp を250m/sec 以上とし、かつ噴射方向と吹込
み方向のなす角θ(°)と、揺動ガスの吹込み速度Vg
(m/sec )の関係を下記式の範囲にする。 Vg ≧0.45θ2 −70.5θ+3010

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼材等の加熱に際し
て、プラズマトーチから噴射されるプラズマ炎を揺動さ
せることにより、加熱領域を拡大する方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】鋼材など金属材料の加熱に際して、プラ
ズマトーチから噴射されるプラズマ炎を被処理材に直接
当てる方法が知られている。この方法は、被処理材が急
速に加熱されること、無酸化性あるいは還元性のプラズ
マを採用することにより、酸化スケールのない処理材が
得られる等の利点がある。
【0003】しかし、このような高密度エネルギーを利
用する場合は、被処理材の狭い領域にエネルギーを集中
させるため、プラズマ炎の照射面積が極度に限定される
ので、鋼板などの広い範囲を加熱するには、プラズマト
ーチを多数配置するか、あるいはプラズマトーチを機械
的に振らせて照射面積を拡大することが必要となる。
【0004】本発明者等は、プラズマトーチの噴射口に
磁場をかけることによりプラズマ炎を揺動させて、被処
理材の照射面積を拡大する技術を特開平4−27928
4号公報により、また、噴射口を出たプラズマ炎にガス
を吹込んで揺動させる技術を特開平5−234695号
公報により提案している。
【0005】上記従来技術のうち、特開平5−2346
95号公報により提案した、ガス吹込みによるプラズマ
炎の揺動技術を図3および図4に示す。図3はこの技術
に用いられるプラズマトーチ例の縦断面を示し、図4は
その下面を示す。図3は図4のI−I矢視断面図であ
る。
【0006】電極1がチャック2に掴まれ電極キャップ
3に締め付けられている。電極キャップ3は電極台4に
嵌合され、トーチ基幹5の上端部に装着されている。ト
ーチ基幹5の下端部には、内ノズル部材6が装着されて
おり、内ノズル部材6と電極1の間にセンタリングスト
ーン7が介挿され、電極1が位置決めされている。また
トーチ基幹5の下端には、外ノズル部材8が装着されて
いる。そして内ノズル部材6には内ノズル6n、外ノズ
ル部材8には外ノズル8nが、それぞれ中心軸を電極1
の中心軸と一致して穿設されている。
【0007】電極1と内ノズル部材6の間の空間には、
アルゴンガス等の電極ガスが矢印Aから供給される。ま
た内ノズル部材6と外ノズル部材8の間の空間には、リ
ング状をなした絶縁カラー14のガス通口を経て、還元
性ガス等の加熱ガスが矢印Bから供給される。なお、ト
ーチ基幹5には矢印Dからトーチ冷却水が供給され、内
ノズル部材6の水路を通って矢印Eから排出される。
【0008】電極1を負極とし、内ノズル部材6を正極
として、アーク電圧E1 を印加し、電極1と内ノズル6
nの間にアークを生起させ、つぎに外ノズル部材8に正
極電圧E2 を印加して、このアークを電極1と外ノズル
8nの間に移行させる。絶縁カラー14を経て、内ノズ
ル部材6と外ノズル部材8の間の空間に導入された加熱
ガスは、高速の旋回流となっていて、ノズル穴の中心部
はガスの遠心力で減圧されており、電極1からのアーク
は外ノズル8nの先端部まで誘導されて陽極点が生成さ
れる。加熱ガスはアークにより高温に加熱され、外ノズ
ル8nからプラズマジェットとなって放出される。
【0009】外ノズル部材8の下には、揺動ガス供給管
1 および92 が固設され、窒素ガスなどの揺動ガスが
矢印Cから供給され、噴出口OUT1およびOUT2か
ら、プラズマジェットの炎に吹込まれる。揺動ガスの吹
込み方向とプラズマ炎の噴射方向のなす角θは、所定の
角と記載されているだけで具体的には明記されておら
ず、図3では45゜となっている。揺動ガス供給管91
および92 にはソレノイドSOL1およびSOL2が設
けてあり、それらのON/OFFにより揺動ガスの供給
が制御され、プラズマ炎は図3の左右に揺動する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、プラズマトーチを多数配置すると設備費用がかさ
み、また多数のプラズマトーチの保守が必要で、そのた
めの作業が繁雑となる。プラズマトーチを機械的に振ら
せるのは、系の安定性に欠けるという問題がある。ま
た、磁場をかけてプラズマ炎を揺動させる場合は、意図
しない電極の蒸発現象等が発生する問題があり、適さな
い。さらに上記特開平5−234695号公報で提案し
た技術においては、プラズマ炎を揺動させるためのガス
の具体的な吹込み条件が示されてなく、実施化には問題
が残されていた。
【0011】本発明は、鋼材など金属材料の加熱に際
し、被処理材にプラズマ炎を直接当てる方法において、
プラズマ炎を揺動させ、特に被処理材が板材の場合のよ
うに、広い範囲を加熱する際の具体的な手段を提供する
ことにより、プラズマ炎による金属材料の工業的な熱処
理の実施を実現することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明法は、プラズマトーチより噴射するプラズマ炎に対
し、噴射方向と交差する方向に揺動ガスを吹込み、プラ
ズマ炎を揺動させる方法において、プラズマ炎の噴射速
度Vp を250m/sec 以上とし、かつ噴射方向と吹込
み方向のなす角θ(°)と、揺動ガスの吹込み速度Vg
(m/sec )の関係を(1)式の範囲にすることを特徴
とするプラズマ炎の拡幅方法である。 Vg ≧0.45θ2 −70.5θ+3010・・・・・・・・・(1)
【0013】
【作用】以下、本発明法を図1の例により説明する。矢
印の方向に移動する鋼板Sに向けて、プラズマトーチ1
0からプラズマ炎11を噴射しており、揺動ガス供給管
1 および92 から、揺動ガスを交互に吹込んでプラズ
マ炎11を揺動させている。本発明法はこのような方法
において、プラズマ炎11の噴射速度Vp を250m/
sec 以上とし、かつプラズマ炎の噴射方向12と揺動ガ
スの吹込み方向13のなす角θ(°)と、揺動ガスの吹
込み速度Vg (m/sec )の関係を(1)式の範囲にし
たものである。図2の曲線の上側(曲線を含む)が
(1)式の範囲である。
【0014】プラズマ炎11の噴射速度Vp は、使用す
る加熱ガスのプラズマ特性を効果的に利用する条件、す
なわち高密度のエネルギーをもって被処理材を加熱する
とともに、無酸化あるいは還元等の雰囲気下で処理する
条件として、250m/sec以上とした。揺動ガスの吹
込み速度Vg と角度θとの関係は、鋼板S等の被処理材
を移動させつつ、プラズマトーチ10を炉内に適正に配
置して実用上の効果が発揮される条件、すなわちプラズ
マトーチ10の噴射口から80mm離れた位置で揺動幅W
が100mm以上となる条件として定めた。なお、プラズ
マトーチ径は14mmφ、揺動ガスの吐出ノズル寸法は1
mm×10mmである。
【0015】本発明において、プラズマトーチ10は図
3および図4に示したような構造ののものを採用するこ
とができる。プラズマ炎11を形成する加熱ガスとして
は、水素などの還元性ガス、あるいはアルゴンなどの不
活性ガスを使用し、揺動ガスとしては窒素あるいはアル
ゴンなどの無酸化性ガスを使用することができる。
【0016】プラズマ炎11を揺動させるには、揺動ガ
ス供給管91 および92 から揺動ガスを交互に吹込む
が、その切替えは図3に示したように、ソレノイドSO
L1およびSOL2のON/OFFで行うほか、特開平
5−234695号公報に示したような回転カム式ガス
分配装置等を使用することができる。
【0017】このような本発明法によれば、1基のプラ
ズマトーチにより、鋼板等の金属材料を100mm幅以上
の範囲にわたって加熱することができ、還元性あるいは
不活性ガス雰囲気のプラズマ炎を採用することにより、
酸化スケールを形成することなく金属材料の熱処理を行
うことができる。
【0018】なお、還元性雰囲気炉において、被処理材
の入側で本発明法を採用して非酸化性のプラズマ炎で急
速加熱を行い、ヒーター等で所定温度に保持すれば、従
来の還元性雰囲気炉を大幅に短縮することができる。
【0019】
【実施例】図3のようなプラズマトーチを使用し、図1
のようにして鋼板Sの表面から80mm離れた位置に噴出
口がくるようにプラズマトーチ10を固定した。プラズ
マトーチの電極ガスにはアルゴンガス、加熱ガスには水
素ガスを使用し、水素ガスの供給量によりプラズマ炎1
1(Ar+H2 )の噴射速度Vpを変化させた。また揺
動ガスには窒素ガスを使用し、その供給量により吹込み
速度Vgを変化させた。さらに、ガス供給管91 および
2 の噴出口OUT1およびOUT2の向きを変えて、
噴射方向と吹込み方向のなす角θを変化させた。
【0020】鋼板Sとしては、酸化スケールの付いたオ
ーステナイト系ステンレス鋼板を使用し、プラズマ炎の
揺動方向と直角、すなわち図1の矢印の方向に鋼板を移
動させた。鋼板Sは約1100℃に加熱され、還元性の
プラズマ炎11により酸化スケールが還元されて揺動幅
Wを測定することができた。各種条件で揺動幅Wを測定
した結果、表1に示すように、本発明例はいずれも揺動
幅Wが100mm以上であった。
【0021】したがって本発明により、1基のプラズマ
トーチにより、鋼板等の金属材料を100mm幅以上の範
囲にわたって、酸化スケールを形成することなく約11
00℃に加熱できることがわかる。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】本発明法によれば、1基のプラズマトー
チにより、鋼板等の金属材料を100mm幅以上の範囲に
わたって加熱することができ、プラズマ炎による金属材
料の工業的な熱処理の実施が実現できる。そして還元性
あるいは不活性ガス雰囲気のプラズマ炎を採用すること
により、酸化スケールを形成することなく金属材料の熱
処理を行うことができる。さらに、従来の還元性雰囲気
炉に本発明法を採用することにより、炉長が大幅に短縮
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法の説明図である。
【図2】本発明法の条件を示す図である。
【図3】従来法におけるプラズマトーチの例を示す断面
図である。
【図4】従来法におけるプラズマトーチの例を示す底面
図である。
【符号の説明】
1:電極 2:チャック 3:電極キャップ 4:電極台 5:トーチ基幹 6:内ノズル部材 6n:内ノズル 7:センタリングストーン 8:外ノズル部材 8n:外ノズル 91 ,92 :揺動ガス供給管 10:プラズマトーチ 11:プラズマ炎 12:プラズマ炎の噴射方向 13:揺動ガスの吹込み方向 14:絶縁カラー S:鋼板 OUT1,OUT2:噴出口 SOL1,SOL2:ソレノイド E1 :アーク電圧 E2 :正極電圧 θ:プラズマ炎の噴射方向と揺動ガスの吹込み方向のな
す角 W:揺動幅

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマトーチより噴射するプラズマ炎
    に対し、噴射方向と交差する方向に揺動ガスを吹込み、
    プラズマ炎を揺動させる方法において、プラズマ炎の噴
    射速度Vp を250m/sec 以上とし、かつ噴射方向と
    吹込み方向のなす角θ(°)および揺動ガスの吹込み速
    度Vg (m/sec )の関係を(1)式の範囲にすること
    を特徴とするプラズマ炎の拡幅方法。 Vg ≧0.45θ2 −70.5θ+3010・・・・・・・・・(1)
JP5310415A 1993-12-10 1993-12-10 プラズマ炎の拡幅方法 Withdrawn JPH07164151A (ja)

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JP5310415A JPH07164151A (ja) 1993-12-10 1993-12-10 プラズマ炎の拡幅方法

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JP5310415A JPH07164151A (ja) 1993-12-10 1993-12-10 プラズマ炎の拡幅方法

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JP5310415A Withdrawn JPH07164151A (ja) 1993-12-10 1993-12-10 プラズマ炎の拡幅方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018029845A1 (ja) * 2016-08-11 2018-02-15 富士機械製造株式会社 プラズマ発生装置、およびプラズマ照射方法

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Effective date: 20010306