JPS63154272A - Plasma torch - Google Patents

Plasma torch

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JPS63154272A
JPS63154272A JP61298682A JP29868286A JPS63154272A JP S63154272 A JPS63154272 A JP S63154272A JP 61298682 A JP61298682 A JP 61298682A JP 29868286 A JP29868286 A JP 29868286A JP S63154272 A JPS63154272 A JP S63154272A
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JP
Japan
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plasma
nozzle
electrode
torch
melting point
Prior art date
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Application number
JP61298682A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Kono
隆之 河野
Shinsuke Oba
大場 真助
Hiroshi Fujimura
藤村 浩史
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OUA TSUUKI KK
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
OUA TSUUKI KK
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To realize a plasma torch nozzle with the long service life by forming a protective layer made of high melting point metal or a high melting point alloy with intense heat conductivity on the plasma arc discharge port inside of the nozzle for throttling the plasma. CONSTITUTION:A plasma torch supplies operating gas to the nozzle 5 for throttling the plasma through an operating gas distributing ring 9 around a water- cooling type copper electrode 2 and an electrode fixing ring 4 for circulating the operating gas. Next, a pilot arc is generated between the electrode 2 and the nozzle 5 by a pilot arc power source 17 and a high current plasma arc 20 is generated by a plasma cutting power source 18 at the same time when the plasma arc 20 comes into contact with material 16 to be cut. At this time, the protective layer 23 made of the high melting point metal or the high melting point alloy with the intense heat conductivity is formed on the plasma arc discharge port inside of the nozzle 5 to control the wear of the nozzle 5. In this way, the torch nozzle with the long service life can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、鋼板等を高速で切断するトランスファー型プ
ラズマトーチに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a transfer type plasma torch for cutting steel plates and the like at high speed.

[従来の技術] 従来のトランスファー盤グラズマトーチは、第2図に示
すような構造を有している。同図中1は、銅電極2t−
水冷する次めの冷却水放出管である。
[Prior Art] A conventional transfer plate glazma torch has a structure as shown in FIG. 1 in the figure is a copper electrode 2t-
This is the next cooling water discharge pipe for water cooling.

銅電極2の先端部には、タングステン、ハフニウム等か
らなる電子放出部材3が埋め込まれている。
An electron emitting member 3 made of tungsten, hafnium, etc. is embedded in the tip of the copper electrode 2.

銅電極2は、絶縁体で形成された作動ガス旋回用電極固
定3!14と、絶縁体で形成された電極固定管8及びこ
れを支える作動ガス分散環9を介して、銅からなるプラ
ズマ絞り用ノズル5内に収容固定されている。プラズマ
絞9用ノズル5の外側には、これを冷却するための水冷
キャラf6が設けられている。電極固定管8内には、冷
却水入口管14から電極2を冷却するための水を送る送
水管7の先端部が挿入されてhる。電極固定管8は、ト
ーチ内筒11内に収容されている。トーチ内筒1ノは、
作動ガス供給管13から作動ガスをトーチ先端部に供給
するようになっている。電極固定管8には、その内部の
冷却水をトーチ外筒12に送給するための絶縁体で形成
された送水管10が接続されている。トーチ外筒12は
、冷却水をトーチ先端部に供給するようになっている。
The copper electrode 2 is connected to a plasma aperture made of copper through a working gas swirling electrode fixing 3!14 made of an insulator, an electrode fixing tube 8 made of an insulator, and a working gas dispersion ring 9 supporting the same. It is housed and fixed within the nozzle 5 for use. On the outside of the nozzle 5 for the plasma diaphragm 9, a water cooling cylinder f6 is provided to cool it. Into the electrode fixing tube 8 is inserted the tip of the water supply tube 7 that supplies water for cooling the electrode 2 from the cooling water inlet tube 14 . The electrode fixing tube 8 is housed within the torch inner cylinder 11. The torch inner cylinder 1 is
Working gas is supplied from a working gas supply pipe 13 to the tip of the torch. A water supply pipe 10 made of an insulator is connected to the electrode fixed pipe 8 to supply cooling water therein to the torch outer cylinder 12 . The torch outer cylinder 12 is configured to supply cooling water to the torch tip.

トーチ外筒12には、冷却水出口管15が接続されてい
る。
A cooling water outlet pipe 15 is connected to the torch outer cylinder 12 .

プラズマ絞り用ノズル5の前方には、被切断材16が設
けられている。被切断材16とグクズマ絞り用ノズル5
間及び被切断材16と電極2間には、プラズマ切断電源
18及びパイロットアーク電源1?が、導電線19を介
して設けられている。なお、同図中20は、電極2から
プラズマ絞りノズル5を通って被切断材16に放出され
るプラズマアークであシ、21は、プラズマアーク20
とプラズマ絞りノズル5間で発生するパイロットアーク
、22は、被切断材16に形成された切断部である。ま
た、同図中実線の矢印(→)i4.冷却水の流れを示し
、破線の矢印(=−+)は、作動ガスの流れを示してい
る0作動ガスは、空気、fR素、アルゴン、水素等及び
これらの混合ガスで構成式れている。
A material to be cut 16 is provided in front of the plasma aperture nozzle 5 . Material to be cut 16 and Gukuzuma drawing nozzle 5
A plasma cutting power source 18 and a pilot arc power source 1 are connected between the workpiece 16 and the electrode 2. are provided via conductive wires 19. In the figure, 20 is a plasma arc emitted from the electrode 2 through the plasma aperture nozzle 5 to the workpiece 16, and 21 is a plasma arc 20.
A pilot arc 22 generated between the plasma aperture nozzle 5 and the plasma aperture nozzle 5 is a cutting portion formed in the material to be cut 16 . Also, the solid line arrow (→) i4 in the same figure. The dashed arrow (=-+) indicates the flow of cooling water, and the dashed arrow (=-+) indicates the flow of working gas. The working gas is composed of air, fR element, argon, hydrogen, etc., and a mixture of these gases. .

而して、このプラズマトーチは、次のようにしτプラズ
マ切断を行なう、まず、冷却水全冷却水入口管14より
トーチ内に入れる。冷却水は、送水′f!7を通り、冷
却水放出管1よシ放出され、銅電極2ft冷却した後、
電極固定管8内を通り絶縁体で作られた送水管10を通
ってトーチ外筒12内に人?)fラズマ絞り用ノズル5
を冷却した後。
This plasma torch performs τ plasma cutting as follows. First, cooling water is introduced into the torch through the entire cooling water inlet pipe 14. Cooling water is sent 'f! 7, the cooling water is discharged through the cooling water discharge pipe 1, and after being cooled by a 2ft copper electrode,
A person passes through the electrode fixing tube 8, passes through the water supply tube 10 made of an insulator, and enters the torch outer cylinder 12. )f Lasma aperture nozzle 5
After cooling.

冷却水出口管15からトーチより出ていく、。The cooling water exits from the torch through the outlet pipe 15.

作動ガスは、作動ガス供給v13よシトーチ内に導入さ
れ、トーチ内筒1ノ?、通り5作動ガス分散3119に
より均一分散された後、作動ガス旋回用電極固定環4に
より旋回流となυプラズマ絞り用ノズル5から出ていく
◎ プラズマ切断を行なう場合、冷却水及び作動ガスを前述
のようにセットした状態で、パイロットアーク電源17
を作動させ銅電極2とプラズマ絞り用ノズル5の間に小
電流の・セイロットアーク21を発生させる。パイロッ
トアーク21は、アーク発生時、電極2ノズル5間の最
も短かい距離の位置に発生するが1作動ガスに流され、
第2図に示す位置に移動する。この時ノズル5内の作動
ガスは加熱されプラズマアーク2θとなシノズル5先端
から下方に伸び出す。そしてプラズマアーク20が被切
断材16に接触すると同時にプラズマ切断電源18を作
動させ銅電極2と被切断材16の間に大′Ft流を流す
と共にパイロットアーク電源c源17を切る1この時、
/4イロットアーク21は消える。このよってして発生
した大電流プラズマアーク20により被切断材16f切
断する。
The working gas is introduced into the torch through the working gas supply V13, and the working gas is introduced into the torch through the internal cylinder of the torch. After being uniformly dispersed by the working gas dispersion 3119, the working gas is turned into a swirling flow by the working gas swirling electrode fixed ring 4 and exits from the plasma aperture nozzle 5. When performing plasma cutting, the cooling water and working gas are With the settings as described above, the pilot arc power supply 17
is activated to generate a small electric current arc 21 between the copper electrode 2 and the plasma aperture nozzle 5. The pilot arc 21 is generated at the shortest distance between the electrode 2 and the nozzle 5 when the arc is generated, but is flown by the working gas.
Move to the position shown in FIG. At this time, the working gas in the nozzle 5 is heated and a plasma arc 2θ extends downward from the tip of the nozzle 5. At the same time as the plasma arc 20 contacts the material to be cut 16, the plasma cutting power source 18 is activated to flow a large Ft current between the copper electrode 2 and the material to be cut 16, and the pilot arc power source c is turned off.1 At this time,
/4 Ilot Ark 21 disappears. The material to be cut 16f is cut by the large current plasma arc 20 thus generated.

[発明が解決しようとする問題点] 従来のプラズマトーチには、次のような問題がある。す
なわち、プラズマ絞り用ノズル5は、銅でできており、
ノズル内の20000〜30 tJ 00°kに達する
プラズマアーク2θの輻射熱を高熱伝導材料である銅に
伝え、さらに冷却水に伝えることで除去し、ノズル内表
面温度の上昇を抑えている。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional plasma torches have the following problems. That is, the plasma aperture nozzle 5 is made of copper,
The radiant heat of the plasma arc 2θ reaching 20,000 to 30 tJ 00°k inside the nozzle is transferred to copper, which is a highly thermally conductive material, and then to the cooling water, thereby removing it and suppressing the rise in the nozzle inner surface temperature.

しかし、切断時間が長くなると第3図に示す如く、ノズ
ル5の先端が次第に消耗しノズル口が5′のように広が
る。その結果、プラズマアーク20の絞り作用が減少し
プラズマアークが広がると共に不安定となる。このため
、被切断材16の切断面が荒れると共に切り口22が広
がる。−万、電極2内に埋め込まれた電子放出材3上の
陽極点が変動しはじめ、ついには電子放出材3以外の電
極2上から電子放出(アーク発生)が生じ、電極2が破
損すると同時にノズル5も破損に紋る。このようにトー
チ寿命はノズル2の寿命に大きく影響される。従来のト
ーチではノズル寿命が非常に短かく、従って電極2及び
ノズル5の交換を頻繁に行なわねばならず、切断能率が
低下すると共に電極及びノズル代金が非常に大きいもの
となっていた。
However, as the cutting time becomes longer, the tip of the nozzle 5 gradually wears out and the nozzle opening widens as shown in 5', as shown in FIG. As a result, the throttling effect of the plasma arc 20 is reduced, causing the plasma arc to spread and become unstable. For this reason, the cut surface of the material to be cut 16 becomes rough and the cut end 22 widens. -10,000, the anode point on the electron-emitting material 3 embedded in the electrode 2 begins to fluctuate, and eventually electron emission (arc generation) occurs from the electrode 2 other than the electron-emitting material 3, and the electrode 2 is damaged at the same time. Nozzle 5 is also damaged. In this way, the torch life is greatly influenced by the nozzle 2 life. In conventional torches, the nozzle life is very short, and therefore the electrode 2 and nozzle 5 must be replaced frequently, which reduces cutting efficiency and increases the cost of the electrode and nozzle.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであシ、ノズ
ルの長寿命化を達成して電極寿命を艮くすることにより
、電極及び消耗品コストの大幅低減及び’hL極の交換
頻反を少なくして切断能率の向上を達成できるプラズマ
トーチを提供するものである。
The present invention has been made in view of these points, and by achieving a long life of the nozzle and significantly extending the life of the electrode, it is possible to significantly reduce the cost of electrodes and consumables, and to avoid frequent replacement of the 'hL pole. The purpose of the present invention is to provide a plasma torch that can improve cutting efficiency by reducing

[問題点をM決するための手段] 本発明は、先端に電子放出材料t−埋め込んだ円筒型電
極と、該電極を同軸状に収容し先端に向って漏斗状に絞
られたプラズマ絞り用ノズルと、該プラズマ絞り用ノズ
ルに作動ガスを供給しつつ、前記電極と被切断材との間
にプラズマアークを発生させ、該プラズマ絞り用ノズル
にょシ絞られた前記プラズマアークにより該被切断材を
切断するプラズマトーチにおいて、プラズマ絞り用ノズ
ルのプラズマアーク放出口内面に、高融点金属又は高融
点・高熱伝導率合金からなる保護層を形成したことを特
徴とするプラズマトーチである。
[Means for resolving the problem] The present invention provides a cylindrical electrode with an electron-emitting material embedded in its tip, and a plasma aperture nozzle that accommodates the electrode coaxially and narrows into a funnel shape toward the tip. Then, while supplying a working gas to the plasma aperture nozzle, a plasma arc is generated between the electrode and the workpiece, and the plasma arc constricted by the plasma aperture nozzle causes the workpiece to be cut. This cutting plasma torch is characterized in that a protective layer made of a high melting point metal or a high melting point/high thermal conductivity alloy is formed on the inner surface of the plasma arc discharge port of the plasma aperture nozzle.

ここで、高融点金属としては、タングステン。Here, the high melting point metal is tungsten.

ハフニウム、タンタル等を適宜選択して使用する。Hafnium, tantalum, etc. are appropriately selected and used.

また、高融点・高熱伝導率合金としては、銅−タングス
テン等を適宜使用する。保護層の形成手段としては、コ
ーティングによるもの中肉盛シによるもの、或は、接合
によるもの等がある。また、保護層の厚さは薄くし、熱
伝達率の低下を抑えると共に、高融点材料による耐熱強
度を上げ、ノズルの長寿命化を図る。
Further, as the high melting point/high thermal conductivity alloy, copper-tungsten or the like is appropriately used. The protective layer can be formed by coating, overlaying, bonding, or the like. In addition, the thickness of the protective layer is made thin to suppress a decrease in heat transfer coefficient, and the heat resistance strength due to the high melting point material is increased, thereby extending the life of the nozzle.

[作用コ 本発明に係るプラズマトーチによれば、プラズマ絞り用
ノズルのプラズマアーク放出口内面に。
[Operation] According to the plasma torch according to the present invention, on the inner surface of the plasma arc discharge port of the plasma aperture nozzle.

高融点金属等からなる保護層を設けているので、プラ、
l#マアーク放出口内面の耐熱限度を上げ、ノズル先端
の消耗速度を小さくし、ノズルの寿命ヲ長くする。
A protective layer made of high melting point metal etc. is provided, so plastic,
l# Raise the heat resistance limit of the inner surface of the MAARC discharge port, reduce the wear rate of the nozzle tip, and extend the life of the nozzle.

口実施例コ 以下、本発明の実施例について図面を診照して説明する
。第1図は、本発明の一実施例の概略構成を示す説明図
である。なお、第2図にて示した従来のプラズマトーチ
と同一部分については同符号を付し、その説明をもって
重複説明を省略する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention. Note that the same parts as those of the conventional plasma torch shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted.

すなわち、このプラズマトーチでは、プラズマ絞り用ノ
ズル5のプラズマアーク放出口内面に、保護層23が形
成されている。この保護層23は、例工ばタングステン
、ハフニウム、タンタル等の高融点金属か銅−タングス
テン等からなる高融点・高熱伝導率合金で構成され、接
合ばて形成されている。
That is, in this plasma torch, a protective layer 23 is formed on the inner surface of the plasma arc discharge port of the plasma aperture nozzle 5. The protective layer 23 is made of a high melting point metal such as tungsten, hafnium, or tantalum, or a high melting point and high thermal conductivity alloy such as copper-tungsten, and is formed by bonding.

このようにこのプラズマトーチは、プラズマアーク放出
口内面に保護層23t−有するので、第2図に示した従
来のものに比べて、プラズマアーク放出口内面の消耗が
少なく、長時間に亘りて安定したプラズマアークを行い
、ノズル5の寿命を長くすることができる。
Since this plasma torch has the protective layer 23t on the inner surface of the plasma arc outlet, the inner surface of the plasma arc outlet suffers less wear and is stable for a long time compared to the conventional one shown in FIG. The life of the nozzle 5 can be extended by performing a long-lasting plasma arc.

[発明の効果コ 以上説明した如く、本発明に係るプラズマトーチによれ
ば、プラズマ絞り用ノズルの長寿命化が達成され、この
ため電極寿命も長くなシ。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the plasma torch according to the present invention, the life of the plasma aperture nozzle is extended, and therefore the life of the electrode is also extended.

従って、X極及びノズルの消耗品コストが大幅に低下す
ると共にノズル及び電極の交換頻度が低くなシ切断能率
を大幅に向上させることができるものである。
Therefore, the cost of consumables for the X-pole and nozzle is significantly reduced, and the frequency of replacement of the nozzle and electrode is low, making it possible to significantly improve cutting efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は1本発明の一実施例のプラズマ) −チを概略
構成を示す説明図、第2図は、従来のプラズマトーチの
概略構成を示す説明図、m3図は、同従来のプラズマト
ーチの問題点を示す説明図である。 1・・・冷却水放出管、2・・・銅電極、3・・・電子
放出部材、4・・・作動ガス旋回用電極固定環、5・・
・プラズマ絞り用ノズル、6・・・水冷キャップ、7・
・・送水管、8・・・電接固定管、9・・・作動ガス分
散環、10・・・送水管、11・・・トーチ内筒、12
・・・トーチ外筒、13・・・作動ガス供給管、14・
・・冷却水入口管、15・・・冷却水出口管、16・・
・被切断材、17・・・パイロットアーク電源、18・
・・プラズマ切断電源、19・・・導電線、20・・・
プラズマアーク。 2ノ・・・ノ9イクットアーク、22・・・切断部、2
3・・・保護層。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a plasma torch according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma torch, and Fig. m3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma torch. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Cooling water discharge pipe, 2... Copper electrode, 3... Electron emission member, 4... Electrode fixing ring for working gas swirl, 5...
・Plasma aperture nozzle, 6...Water cooling cap, 7.
...Water pipe, 8...Electric fixed pipe, 9...Working gas distribution ring, 10...Water pipe, 11...Torch inner cylinder, 12
...Torch outer cylinder, 13...Working gas supply pipe, 14.
...Cooling water inlet pipe, 15...Cooling water outlet pipe, 16...
- Material to be cut, 17... Pilot arc power supply, 18.
... Plasma cutting power supply, 19... Conductive wire, 20...
plasma arc. 2 No. 9 Ikut arc, 22... Cutting portion, 2
3...Protective layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 先端に電子放出材料を埋め込んだ円筒型電極と、該電極
を同軸状に収容し先端に向って漏斗状に絞られたプラズ
マ絞り用ノズルと、該プラズマ絞り用ノズルに作動ガス
を供給しつつ、前記電極と被切断材との間にプラズマア
ークを発生させ、該プラズマ絞り用ノズルにより絞られ
た前記プラズマアークにより該被切断材を切断するプラ
ズマトーチにおいて、プラズマ絞り用ノズルのプラズマ
アーク放出口内面に、高融点金属又は高融点・高熱伝導
率合金からなる保護層を形成したことを特徴とするプラ
ズマトーチ。
A cylindrical electrode with an electron-emitting material embedded in the tip, a plasma aperture nozzle that accommodates the electrode coaxially and is constricted toward the tip in a funnel shape, and a working gas is supplied to the plasma aperture nozzle, In a plasma torch that generates a plasma arc between the electrode and a material to be cut, and cuts the material by the plasma arc constricted by the plasma aperture nozzle, an inner surface of a plasma arc discharge port of the plasma aperture nozzle. A plasma torch characterized in that a protective layer made of a high melting point metal or a high melting point/high thermal conductivity alloy is formed.
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