JPS63192569A

JPS63192569A - プラズマト−チ

Info

Publication number: JPS63192569A
Application number: JP62024791A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kono; 隆之河野; Hiroshi Fujimura; 藤村　浩史; Shinsuke Oba; 大場　真助; Tatsuro Fukae; 深江　達郎
Original assignee: OUA TSUUKI KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: OUA TSUUKI KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-09

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】［産業上の利用分野］本発明は、プラズマトーチに関する。

［従来の技術］第６図及び第７図は、従来のプラズマトーチの構成・作
用を示す説明図である。図中１は、先端部を漏斗状に絞
り込んだノズルである。ノズル１内には、絶縁体で作ら
れた作動ガス旋回周兼内筒固定環２ｆ、介して電極支持
筒３が設けられている。

ノズル１の外周面には、ノズル１と水密構造にして水冷
外筒４が連結されている。この水冷外筒４には、冷却水
供給パイプ５及び冷却水排出ノ母イゾ６が接続嘔れてい
る。電極支持筒３は、通電ノＪ？イブ７の先端部に取付
けられている。前記電極支持筒３内には、電極冷却水導
管８の先端部が挿入されている。前記電極支持筒３の先
端部には、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム等
からなる棒電極９が形成されている。前記ノズル１と通
電ノ臂イデ７との間には、電気絶縁体で作られた連結管
１０が設けられている。この連結管１０と作動ガス旋回
用兼内筒固定環２との間のノズル１部分には、作動ガス
供給ノやイブ１１が接続されている。

前記電極冷却水導管８には、電極冷却水供給ノ（イブ１
２及び電極冷却水排出／やイｆ１３が接続されている。

前記ノズル１は、電線１４ａ’に介して）母イロットア
ーク電源１５に接続されている。通電パイプ７は、電線
１４ｂを介してプラズマ電源１６に接続され、電線１４
ｂ、１４ｃを介してノソイロットアーク電源１５に接続
されている。プラズマ電源１６は、電線１４６を介して
被切断材１７に接続されている。而して、前記電極支持
筒３と被切断材１７との間で、プラズマアークｌ　８、
ノ４イロットプラズマ１８＆及びプラズマアーク（又は
アーク）１８ｂｆ発生するようになっている。なお、第
６図及び第７図中矢印（→）は、冷却水の流れ方向を示
し、斜線矢印（→）ＩＩ′ｉ、作動ガスの流れ方向を示
している。

而して、プラズマアークを発生させる前にまず冷却水を
ノズル冷却水供給・ぐイｆ５及び′醒極冷却水供給パイ
ゾ１２からプラズマトーチ内に入れ、ノズル１及び電極
支持筒（チッｆ）３と棒電極９の冷却を開始する。次に
、作動ガス供給パイプ１１からアルゴン、水素、酸素、
空気及びそれ等の混合ガス等の作動ガスを作動ガス供給
パイプ１１からトーチ内に入れ、ノズル１の先端から放
出する。

この時作動ガスは、作動ガス旋回層兼内筒固定環２によ
り旋回流となり、ノズル先端に供給される。

次にパイロットアーク電源１５を作動させ、第７図に示
す如く、棒電極９とノズル１との間に、小電流のパイロ
ットアークを発生させる。このＡ’イロットアークによ
って発生する熱によりノズル１の先端に供給された作動
ガスは旋回プラズマ流となり、ノやイロットプラズマ１
８ａとしてノズル１０から下方へ伸びて行く。このパイ
ロットプラズマ１８ａが被切断材１７に接触した後、パ
イロットアーク電源１５を切り、同時にプラズマ電源１
６を作動させ、アーク１８ｂを棒電極９と被切断材１７
との間に移行させて大電流（１００〜２５０Ａ）を流す
。これによりプラズマアーク１８が発生し、被切断材１
５を切断する。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、従来のプラズマトーチによれば、プラズ
マ電極の耐用時間が短かく、工場での切断作業では電極
交換頻度が高く作業能率が悪いとともに、消耗品として
の電極コストが非常に高いものになっていた。

第８図にプラズマ電極の損傷過程を示す。新しいプラズ
マ電極即ち電極支持筒３（同図体）図示）の場合、プラ
ズマアーク１８は棒電極９の表面から発生し、棒電極９
は次第に井戸型に消耗していく（同図（Ｂ）図示）。と
ころが消耗深さＤがある値Ｄｅ（臨界消耗深さ）に達す
ると、突然プラズマアーク１８は電極支持筒３に移行し
、瞬間的に電極支持筒３及びノズル１２！ｆ−破損する
（同図（Ｃ）図示）。

即ち、この臨界消耗□深さＤｃが深ければ電極寿命は伸
びることになる。なお、第８図中の３ａは電極支持筒３
の凸状円柱部を示す。

一方、臨界消耗深さＤｃが同じ場合、Ｄｃに致るまでの
時間が長ければ即ち棒電極９の消耗速度が遅ければ電極
寿命は伸びる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電極寿命を
長くして切断作業による消耗品コストヲ低減し得るプラ
ズマトーチを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段と作用］発明者らは、鋭
意研究の結果、臨界消耗深さＤｃと電極材の径ψの関係
を調査し、第５図に示す結果を得た。即ち、臨界消耗深
さＤｅは電極材の径ψの増加により増加するが、その増
加率はψが２．５藺以上になると大幅に増大することが
明らかである。

一方、臨界消耗深さＤｅに至るまでの電極材の消耗速度
は、電極材の温度に影響されると予想される。即ち、電
極材の消耗は、アーク発生点での電極材の酸化・溶融飛
散作用による。電極材は、アーク発生点で電極材の融点
以上、その裏側では冷却水に接しており温度勾配は急峻
なものとなっている。しかし、現状電極では、電極材を
冷却水中に凸型に飛び出させ、そのまわりを電極支持筒
の凸状円柱部でかしめて保持しているため、電極材の冷
却能率は悪く、これを改良し冷却能率を上げれば電極材
の温度勾配はさらに急峻になり、その結果電極材の高温
領域は小さくなり電極材の消耗速度は遅くなると予想さ
れる。

従って、本発明は電極材の径を２．　Ｏｔｔｍ以上とし
、その冷却効率を上げるために電極支持筒の内側水冷底
面を平面または円錐台の頂面で形成したこと６一を要旨とする。

本発明によれば、従来に比べ電極寿命を１〜２割長くで
き、切断作業による消耗品コス）１低減できる。

［実施例］以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を参照して説
明する。ここで、第１図は、本発明の一実施例のプラズ
マトーチの概略構成を示す説明図である。このプラズマ
トーチは、第２図に示す如く、電極支持筒３の内側水冷
底面が円錐台３ノの頂面３２になっている点及び棒電極
９の直径が２、０　ｍ以上である点板外は、既に説明し
た第６図の従来のものと各部の構成及び作用が同じであ
るのでその説明を省略する。なお、内側水冷底面の形状
は、第３図に示す如く、平坦面３３で形成したものとし
ても良い。要は、冷却水が直接棒電極９の裏側に当ると
共に、棒電極９の長さが短く、冷却効率を高めて棒電極
９の消耗を抑えられるものであれば良い。

本発明に係るプラズマトーチは、第１図〜第３図に示す
如く電極支持筒３の内側水冷底面の形状面を円錐台３１
の頂面３２（又は平坦面３３）とするとともに、棒電極
９の直径ｆ　２．０　ｗｎ以上とし、冷却水ノズルから
噴出する冷却水を直接棒電極９の裏側に当てるようにし
て棒電極９の冷却効率を上げる構造となっている。従っ
て、棒電極９の温度上昇を抑えて棒電極９の温度上昇を
抑え、電極寿命を従来と比べ１〜２割程度増加できる。

その結果、切断作業による消耗品コス）ｋ低減できる。

事実、本発明電極、従来電極及び比較電極の電極寿命を
調べたところ、第４図に示す結果が得られた。また、こ
れらの電極の臨界消耗深さＤｃ’ａ”調べたところ、第
５図に示す結果が得られた。第４図及び第５図により、
本発明電極は従来電極と臨界消耗深さＤｃハ変らないも
のの、電極寿命は従来電極に比べ１〜２割程度増加して
いることが明らかである。これは、冷却能率の向上によ
り、棒電極の消耗速度が遅くなったためと考えられる。

［発明の効果］以上詳述した如く本発明によれば、従来と比べ電極寿命
を長くして切断作業による消耗品コストを低減し得るプ
ラズマトーチを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るプラズマ）　−チの説
明図、第２図は同プラズマトーチに係る電極支持筒の説
明図、第３図は他の電極支持筒の説明図、第４図は電極
材の径とプラズマ電極寿命との関係を示す特性図、第５
図は電極材の径と臨界消耗深さとの関係を示す特性図、
第６図及び第７図は夫々従来のプラズマトーチの説明図
、第８図は同プラズマトーチの作用の説明図である。１・・・ノズル、２・・・作動ガス旋回周兼内筒固定環
、３・・・電極支持筒、４・・・水冷外筒、５・・・冷
却水供給ノ母イブ、６・・・冷却水排出パイプ、７・・
・通電パイプ、８・・・電極冷却水導管、９・・・棒電
極、１０・・・連結管、１１・・・作動ガス供給パイプ
、１２・・・電極冷却水供給パイプ、ノ３・・・電極冷
却水排出パイプ、１４ａ。１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ・・・電線、１５・・・ノぐイ
ロットアーク電源、１６・・・プラズマ電源、１７・・
・被切断材、１８・・・プラズマアーク、３１・・・円
錐台、３２・・・頂面、３３・・・平坦面。手続補正書昭和　　Ｊ）２・１Ａ・１９日特許庁長官　　小　川　邦　夫　　殿１、事件の表示特願昭６２−２４７９１号２、発明の名称プラズマトーチ３、補正をする者事件との関係　　　特許出願人（６２０）　　三菱重工業株式会社　（ほか１名）４、
代理人東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル〒１
００　　電話　０３　（５０２）３１８１　（大代表）
７、補正の内容（１）明細書節３頁８行目において「矢印（−）」とあ
るを、「斜線矢印（＃）」と訂正する。（２）明細書節３頁９行目において「斜線矢印（−）と
あるを、「矢印（−）」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

電極支持筒の中心部に電極材を配し、前記電極支持筒と
同軸となるように設けられ、かつ前記電極材の先端に向
って漏斗状に絞り込まれた外筒ノズルを有し、前記電極
材と被切断材との間にプラズマアークを発生させて該被
切断材を切断するプラズマトーチにおいて、電極支持筒
の内側水冷底面を平坦面又は円錐台の頂面で形成し、か
つ前記電極材の直径が２．０ｍｍ以上であることを特徴
とするプラズマトーチ。