KR100499656B1

KR100499656B1 - 전극 형성 방법

Info

Publication number: KR100499656B1
Application number: KR10-2002-0049241A
Authority: KR
Inventors: 주니어 세브런스웨인스탠리; 넴친스키벌레리언; 딜그레고리윌리엄
Original assignee: 더 에삽 그룹 인코포레이티드
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2005-07-05
Also published as: KR20030052235A; US6563075B1; CA2396803A1; EP1322144A2; JP3825745B2; JP2003205370A; CA2396803C; EP1322144A3

Abstract

본 발명은 전방 말단에 캐버티가 형성되어 있는 구리 홀더를 포함하는 전극 의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 캐버티 내에는 방출성 부재 및 분리기 어셈블리가 배치되어 있다. 상기 방출성 부재와 상기 분리기 사이에는 상대적으로 비방출성인 부재를 용해될 때까지 가열하고 그 내부에 상기 방출성 부재를 디핑한 후 어셈블리를 냉각시킴으로써 금속간 화합물이 형성된다. 따라서, 상기 금속간 화합물은 종래의 방법보다 상당히 신속하게 형성된다.

Description

전극 형성 방법 {METHOD OF FORMING AN ELECTRODE}

본 발명은 플라스마 아크 토치, 보다 상세하게는 플라스마 아크 토치에 전기 아크를 지지하는 전극의 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 플라스마 아크 토치는 절단, 용접, 표면 처리, 융해 및 어닐링을 포함하는 금속 작업에 사용된다. 이 토치는 트랜스퍼 아크 동작 모드에서 전극으로부터 제품까지 연장되는 아크를 지지하는 전극을 포함한다. 또한, 아크를 와류 가스로 둘러싸기도 하며, 일부 토치 설계에서는 가스와 아크를 와류 물 제트로 둘러싸기도 한다.

전술한 종래의 토치에 사용되는 전극은 구리 또는 구리 합금과 같은 열 전도성이 높은 재료로 구성되는 기다란 튜브형 부재를 포함하는 것이 일반적이다. 튜브형 전극의 전방 또는 방출 말단은 아크를 지지하는 방출성 부재가 매입되어 있는 바닥 말단벽을 포함한다. 부재는 당해 기술 분야에서 전위 단계로 정의되며 전자 볼트(ev)로 측정된 일함수가 상대적으로 낮은 재료로 구성되고, 이로써 소정의 온도에서 금속 표면으로부터 열이온(열전자)이 방출될 수 있다. 일함수가 낮기 때문에, 전기 전위가 부재에 가해질 때 이 부재가 전자를 용이하게 방출할 수 있다. 일반적으로 사용되는 방출성 부재는 하프늄, 지르코늄, 텅스텐 및 이들의 합금을 포함한다. 일부 전극은, 방출성 부재 주위에 배치되며 아크가 상기 방출성 부재로부터 구리 홀더로 이동하는 것을 방지하는 상대적으로 비방출성인 분리기를 포함한다.

전술한 유형의 토치에서의 문제점은 특히 토치에 산소 또는 공기와 같은 산화 가스를 사용할 때 전극의 수명이 짧다는 것이다. 보다 상세하게는, 가스는 방출성 부재를 둘러싸고 있는 전극의 구리를 신속하게 산화시키고, 구리가 산화될 때 전극이 보다 용이하게 방출된다. 따라서, 방출성 부재를 둘러싸고 있는 산화 구리가 부재 대신 아크를 지지하기 시작하는 지점에 도달한다. 이 때, 구리 산화물 및 지지하는 구리가 융해되어 전극이 조기에 파괴되거나 고장나게 된다.

수많은 종래의 전극은 방출 인서트를 금속 홀더 내에 압착하거나, 또는 방출 인서트를 상대적으로 방출성이 덜하거나 또는 방출성이 아닌 슬리브 또는 분리기 내에 압착한 다음 금속 홀더 내에 압착하여 조립되고 있다. 압착-끼워맞춤된 방출성 부재, 분리기, 및 홀더 사이의 계면은 상대적으로 잘 형성되어 있으므로 조립된 전극의 열 전도성에 영향을 미치지 않는다. 상세하게는, 전극을 통과하는 열이 열 전달 배리어로서 작용하는 계면에 부닥치게 되어 전극의 열 전달력을 제한한다. 또한, 잘 형성된 계면은 아크를 끌어당겨 전극의 소멸을 촉진할 수 있는 응력 집중 장치로서 작용한다.

방출성 부재, 분리기, 및 홀더 사이의 계면을 "매끄럽게" 할 수 있도록, 본 발명의 양수인인 동일 출원인이 발명의 명칭 "전극 확산 접합"으로 출원한 출원번호 제09/773,847호(이하 '847 출원이라고 함)에 기재된 확산 접합 기술을 개발하였다. 동일 출원인의 '847 출원에는 분리기와 금속 홀더 사이를 확산 접합시키는 조립 후 가열 단계에 대하여 기재되어 있다. 확산 접합은 두 가지 재료 사이의 계면을 부드럽게 하거나 매끈하게 하는 한편, 이들 사이의 접합 강도를 향상시킨다. 따라서, 전극의 동작 수명이 더 길어진다.

전극을 형성하는 다른 방법은 동일 출원인이 발명의 명칭 "전극 계면 접합"으로 출원한 출원번호 제09/871,071호(이하 '071 출원이라고 함)에 기재되어 있다. 동일 출원인의 '071 출원에서는 방출성 부재와 분리기 사이에 이들의 접합을 향상시키는 금속간 화합물이 형성되어 있다. 금속간 접합은 방출성 부재 및 분리기를 약 1700°- 1800°F로 약 1시간 동안 가열시켜 형성된다. 또한, 분리기와 금속 홀더 사이에 공융 접합을 형성하기 위하여 제2의 조립 후 가열 단계를 실행할 수 있다.

동일 출원인의 '847 및 '701 특허출원에서의 조립 후 가열 단계는 당해 기술 분야에서 개선된 것이지만, 더 개선을 필요로 한다. 특히, 전극에 사용되는 재료에 대한 연구는 수많은 전극은 하프늄, 지르코늄 등을 포함하는 방출성 부재; 은, 금, 니켈 등을 포함하는 분리기; 및 구리를 포함하는 금속 홀더를 사용하는 것으로 되어 있다. 동일 출원인의 '847 및 '701 특허출원에서의 조립 후 가열 단계는 방출성 부재와 분리기 사이, 및 분리기와 홀더 사이의 접합을 개선시키는 것이지만, 이들 사이의 접합을 더 개선시키거나 바람직한 대안을 제공하는 것을 필요로 한다.

본 발명은 종래적인 것이며 최근에 알려진 전극 제조 방법을 개선시키려고 개발된 것이다. 플라스마 토치용 전극의 수명 및 성능에서의 결함은 방출성 부재를 용융물 또는 실질적으로 유동성인 비방출성 재료에 삽입시킨 다음 냉각시켜 전극 형성에 사용되는 어셈블리를 형성하여 전극을 형성함으로써 개선될 수 있음을 알았다. 바람직하기로는, 방출성 부재 및 비방출성 재료는 이들 사이에 상대적으로 신속하게 강력한 접합이 형성되고, 어떤 경우에 방출성 부재와 비방출성 재료 또는 부재 사이에는 일 실시예에 있어서 방출성 부재와 금속 홀더 사이에 분리기로서 작용하는 금속간 화합물이 형성된다. 따라서, 본 발명의 전극은 성능이 양호하게 되고 종래의 전극 제조 방법에 비하여 더 신속하게 제조될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 전극의 제조 방법은 재료가 실질적으로 유동가능할 때까지 상대적으로 비방출성인 재료 또는 부재를 가열시키는 단계를 포함한다. 가열 단계는 도가니(crucible)에서 실행되는 것이 바람직하며, 이 도가니에서 비방출성인 재료는 적어도 자신의 대략적인 융점까지 가열된다. 방출성 부재는 용융된 비방출성 재료 상측에 위치되어 낙하하거나 또는 비방출성 재료 내로 적어도 부분적으로 전진할 수 있다. 힘을 또한 사용하여 방출성 부재를 비방출성 재료 내로 전진 또는 삽입시키는데 보조할 수 있다. 이 위치는 소정 시간 동안, 즉 약 1분 동안 지지되고, 어셈블리는 냉각될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전극을 제조하는 동안 방출성 부재와 비방출성 재료 둘레에는 진공 또는 압력 저하 환경이 형성된다. 따라서, 방출성 부재와 비방출성 재료 사이에 금속간 화합물이 형성되고, 이것은 확산 접합 또는 계면 끼워맞춤에 비하여 이들 사이의 접합을 더욱 양호하게 한다.

일 실시예에 있어서, 방출성 부재 및 비방출성 재료에 의하여 형성된 어셈블리는 종래의 전극 금속 홀더에 위치된다. 배치 단계는 어셈블리를 홀더 내에 압착 끼워맞춤, 납땜, 또는 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로서, 어셈블리 자체는 금속 홀더를 포함하는 대신에 전극의 전방을 형성하는 형상으로 될 수 있다. 따라서, 어셈블리의 비방출성 부재는 전극의 상당 부분을 형성하는 형상으로 될 수 있다. 이것은 비방출성 부재가 바람직하기로는 금속 홀더를 형성하는 종래의 재료보다 열 전도성이 더 높은 재료로 형성되기 때문에 바람직하다. 예를 들면, 금속 홀더를 대체하는데 사용되는 비방출성 재료는 은, 금, 플라티늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 니켈, 모넬, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 가지 재료로부터 형성되는 것이 바람직한 반면, 금속 홀더는 구리로 형성되는 것이 일반적이다.

또 다른 실시예에 있어서, 금속 홀더는 상대적으로 비방출성인 재료용의 "도가니"로 사용되고, 여기에서 비방출성 재료 블랭크는 실질적으로 유동가능하게 될 때까지 금속 홀더 또는 블랭크에 의하여 형성된 캐버티 내에서 가열된다. 다음에 방출성 부재는, 바람직하기로는 가열 단계 도중에, 비방출성 재료 내에 삽입되거나 또는 전진하게 된다. 다음에 금속 홀더는 전극이 절단 및 용접 작업에 사용될 수 있도록 소정 형상으로 형성된다.

바람직하기로는, 방출성 부재와 비방출성 재료 사이에 형성된 금속간 화합물은 동일 출원인의 특허출원 제'701호에 기재된 화합물보다 더 신속하게 형성된다. 보다 상세하게는, 본 발명에 따른 금속간 화합물 형성 단계는 약 1분간 실행될 수 있는 반면, 제'701호 출원에 따른 금속간 화합물 형성 단계는 약 1시간 실행된다. 따라서, 본 발명의 전극 제조 방법은 시간이 상당히 절약되는 한편, 방출성 부재와 비방출성 부재 사이의 접합이 종래 방법에 비하여 개선될 수 있다.

다음에, 본 발명을 바람직한 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있고 본 명세서에 개시된 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 이들 실시예는 이 기재 내용이 본 발명의 범위를 당업자에게 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 동일 부재에는 동일 도면 부호를 인용한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 특징을 구현하는 플라스마 아크 토치(10)의 도면이다. 토치(10)는 노즐 어셈블리(12) 및 튜브형 전극(14)을 포함한다. 전극(14)은 구리 또는 구리 합금으로 제조되고, 상측 튜브형 부재(15) 및 하측 컵 형상 부재 또는 홀더(16)로 구성된다. 상측 튜브형 부재(15)는 개방된 기다란 튜브형 구성이고 토치(10)의 길이방향 축을 따라 정렬된다. 상측 튜브형 부재(15)는 내부 나사산을 갖는 하측 말단부(17)를 포함한다. 홀더(16) 또한 튜브형 구성으로 되어 있고, 하측 전방 말단 및 상측 후방 말단을 포함한다. 횡방향 말단벽(18)은 홀더(16)의 전방 말단을 폐쇄하고, 횡방향 말단벽(18)은 외부 전면(20)을 형성한다. 홀더(16)의 후방 말단은 외부 나사산을 가지며 상측 튜브형 부재(15)의 하측 말단부(17)에 나사로 결합된다.

홀더(16)는 컵 형상으로 구성되고 내부 캐버티(22)를 형성하도록 후방 말단(19)이 개방되어 있다. 내부 캐버티(22)는 길이방향 축을 따라 내부 캐버티 내로 연장되는 원통형 포스트(23)를 포함하는 면(31)을 갖는다. 대체로 원통형인 캐버티(24)는 말단벽(18)의 전면(20)에 형성되고 길이방향 축을 따라 후측으로 홀더(16)의 일부분 내로 연장된다. 캐버티(24)는 내부 측면(27)을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상대적으로 비방출성인 부재 또는 분리기(32)는 캐버티(24) 내에 위치되고 길이방향을 따라 동축으로 배치된다. 분리기(32)는 대체적으로 캐버티(24)의 길이만큼 연장되는 외주벽(33)을 갖는다. 일 실시예에 있어서(도시되지 않음), 분리기(32)의 외주벽(33) 중 적어도 일부는 홀더(16)에 의하여 형성된 내부 캐버티(22)에 노출된다. 외주벽(33)은 원뿔대형과 같은 다른 기하학적 구성도 본 발명의 범위에 일치될 수 있지만, 그 외경이 분리기의 길이에 걸쳐 실질적으로 일정한 것으로 예시되어 있다. 분리기(32)는 면(37)을 갖는 내부 캐버티(35)를 또한 형성한다. 분리기(32)는 홀더(16)의 전면(20)과 대체적으로 편평한 외부 말단면(36)을 또한 포함한다.

방출성 부재 또는 인서트(28)는 분리기(32)에 위치되고 길이방향 축을 따라 동축으로 배치된다. 보다 상세하게는, 방출성 부재(28) 및 분리기(32)는 어셈블리를 형성하며, 이 방출성 부재는 후술하는 독특한 방법에 의하여 분리기에 고정된다. 분리기를 형성하는 비방출성 재료의 액체 또는 용융조 내에 방출성 부재를 삽입 또는 전진시켜서 형성되는 금속간 화합물은 보다 상세하게 후술하는 바와 같이 그 사이에 끼워진다. 방출성 부재(28)는 홀더(16)의 전면(20)과 분리기(32)의 외부 말단면(36)의 평면에 위치되는 원형의 외부 말단면(29)을 갖는다. 방출성 부재(28)는 분리기(32)에 의하여 형성되는 캐버티(35) 내에 배치되며 외부 말단면(29)과 대향하는 대체로 원형인 내부 말단면(30)을 또한 포함한다. 그러나, 내부 말단면(30)은 방출성 부재를 분리기(32)에 고정시키는데 보조하기 위하여 뾰족형, 다각형, 또는 구형 등의 다른 형상을 가질 수 있다. 또한, 방출성 부재(28)의 외경은 외부 말단면(36) 및 자신의 전체 길이를 따라 적어도 약 0.25mm(0.01인치)의 반경방향 두께를 갖는 분리기(32)의 말단면(36) 외경의 약 30-80퍼센트이다. 특정의 예로서, 방출성 부재(28)는 직경이 약 0.08인치 길이가 약 0.25인치이며, 분리기(32)의 외경은 약 0.25인치가 일반적이다.

방출성 부재(28)는 전기 전위가 가해질 때 전자를 용이하게 방출할 수 있도록 상대적으로 일함수가 낮은, 즉 약 2.7 내지 4.2 ev의 범위를 갖는 금속 재료로 구성된다. 이러한 재료의 적합한 예로는 하프늄, 지르코늄, 텅스텐, 및 이들의 혼합물이 있다.

분리기(32)는 Smithells Metal Reference Book, 6th Ed.에 표기된 값에 따르면 홀더(16) 재료보다 더 큰 일함수를 갖는 금속 재료로 구성된다. 보다 상세하게는, 분리기(32)는 일함수가 적어도 약 4.3 ev인 금속 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 분리기(32)는 금, 플라티늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 니켈, 모넬, 및 이들의 합금과 같은 다른 금속 재료 또한 사용될 수 있지만 은으로 구성된다. 분리기(32) 용도로 선택된 재료는 높은 열 전도성, 높은 내산화성, 높은 융점, 높은 일함수, 및 저비용을 가져야 한다. 한 가지 재료에서 이들 성질 모두를 최대화하는 것이 곤란하지만, 은이 그 높은 열 전도성 때문에 바람직하다.

예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 분리기(32)는 구리, 알루미늄, 철, 납, 아연, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 약 0.25 내지 10%의 추가 재료와 합금된 은을 포함하는 은 합금 재료로 구성된다. 추가 재료는 원소 형태 또는 산화물 형태일 수 있으므로, 여기서 사용된 "구리"라는 용어는 원소 형태는 물론 산화물 형태 양자 모두를 지칭하는 것이며 "알루미늄"이라는 용어 등도 마찬가지이다.

도 1을 참조하면, 전극(14)은 가스 및 액체 통로(40, 42)를 각각 포함하는 플라스마 토치 몸체부(38)에 장착된다. 토치 몸체부(38)는 외부 절연 하우징 부재(44)에 의하여 둘러싸인다. 물과 같은 액체 냉각제가 전극(14)을 통해 순환되도록 튜브(46)가 전극(14)의 중앙 구멍(48) 내에 지지된다. 튜브(46)의 외경은 구멍(48)과 튜브(46) 사이에 공간이 생기도록 구멍(48)의 직경보다 더 작으므로 물이 튜브(46)의 개방된 하측 말단으로부터 배출될 때 이 공간으로 흐를 수 있다. 물은 소스(도시되지 않음)로부터 튜브(46), 내부 캐버티(22) 및 홀더(16)를 통과하고, 다시 공간(49)을 통과하여 토치 몸체부(38)의 개구(52) 및 배수 호스(도시되지 않음)로 흐른다. 통로(42)를 통해 분사수가 노즐 어셈블리(12) 내로 향하고, 여기에서 와류로 전환되어 상세하게 후술하는 바와 같이 플라스마 아크를 둘러싼다. 가스 통로(40)를 통해 가스가 적합한 소스(도시되지 않음)로부터 적합한 고온 재료로 된 가스 배플(54)을 통과하여 유입구(58)를 거쳐 가스 플리넘 쳄버(56) 내로 흐른다. 유입구(58)는 가스가 플리넘 쳄버(56) 내에 와류로 유입되도록 배열된다. 가스는 플리넘 쳄버(56)로부터 노즐 어셈블리(12)의 동축 구멍(60, 62)을 통과한다. 전극(14)은 가스 배플(54)을 지지한다. 고온 플라스틱 절연체부(55)가 노즐 어셈블리(12)와 전극(14)을 전기적으로 절연시킨다.

노즐 어셈블리(12)는 제1 구멍(60)을 형성하는 상단 노즐 부재(63) 및 제2 구멍(62)을 형성하는 하단 노즐 부재(64)를 포함한다. 상단 노즐 부재(63)는 금속 재료가 바람직하며 하단 노즐 부재(64)는 금속 또는 세라믹 재료가 바람직하다. 상단 노즐 부재(63)의 구멍(60)은 토치 전극(14)의 길이방향 축과 축방향으로 정렬되어 있다. 하단 노즐 부재(64)는 플라스틱 스페이서 부재(65) 및 물 와류 링(66)에 의하여 상단 노즐 부재(63)와 분리된다. 상단 노즐 부재(63)와 하단 노즐 부재(64) 사이에 형성된 공간이 물 쳄버(67)를 형성한다.

하단 노즐 부재(64)는 전방 또는 하단 말단부 및 후방 또는 상단 말단부를 형성하는 원통형 몸체부(70)를 포함하고, 구멍(62)이 이 몸체부(70)를 동축으로 관통하여 연장된다. 환형의 장착 플랜지(71)가 후방 말단부 상에 위치되고, 원뿔대면(72)이 제2 구멍(62)과 동축인 전방 말단부 외측에 형성된다. 환형 플랜지(71)는 컵(74)의 하단 말단에 있는 내측으로 향하는 플랜지에 의하여 하측으로부터 지지되고, 이 컵(74)은 상호 연결하는 나사산에 의하여 외부 하우징 부재(44)에 탈착가능하게 장착된다. 개스킷(75)이 두 개의 플랜지(71, 73) 사이에 배치된다.

하단 노즐 부재(64)의 구멍(62)은 원통형이며, 임의의 적합한 플라스틱 재료로 된 센터링 슬리브(78)에 의하여 상단 노즐 부재(63)의 구멍(60)과 축방향으로 정렬된 상태로 유지된다. 물은 통로(42)로부터 슬리브(78)의 개구(85)를 통과한 다음 물을 물 쳄버(67) 내로 주입하는 와류 링(66)의 주입 포트(87)로 흐른다. 주입 포트(87)는 물 쳄버(67) 내의 물 흐름에 속도의 와류 성분을 제공하기 위하여 와류 링(66) 둘레에 접선으로 배치된다. 물은 구멍(62)을 통하여 물 쳄버(67)로부터 배출된다.

전원(도시되지 않음)이 일반적으로 접지되는 금속 제품과 일련의 회로 관계로 토치 전극(14)에 연결된다. 동작 시, 아크의 캐소드 단자로서 작용하는 전극의 방출성 부재(28)와 전원의 애노드에 연결되며 하단 노즐 부재(64)의 하측에 위치되는 제품 사이에 플라스마 아크가 형성된다. 플라스마 아크는 전극(14)과 노즐 어셈블리(12) 사이에 파일럿 아크를 잠깐 형성함으로써 종래의 방식으로 개시된 다음, 이 아크는 구멍(60, 62)를 통하여 제품에 전달된다.

제조 방법

본 발명은 전술한 유형의 전극을 제조하는 간단한 방법을 또한 제공한다. 도 4(A) 내지 도 6은 본 발명에 따른 전극의 제조 방법 중 한 가지를 예시하는 도면이다. 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 상대적으로 비방출성인 재료로 된 블랭크(61)는 이 블랭크가 실질적으로 유동가능할 때까지 가열될 수 있도록 도가니(60) 또는 균등한 홀더 내에 배치된다. 블랭크(61)는, 보다 작은 별개의 조각이 대안으로서 사용될 수 있지만, 고체 블록으로서 도가니 내에 배치되는 것이 바람직하다. 다른 대안으로서, 블랭크(61)는 도가니(60) 내에 배치될 초기에는 분말 형태 또는 액체 형태일 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 블랭크(61)는 용해될 때까지 가열되어 비방출 재료의 조(bath)가 된다. 도 4(A) 및 도 4(B)를 참조하면, 방출성 부재(28)는 블랭크(61)에 인접하여 접촉 상태 또는 근접 상태로 위치된 다음, 블랭크가 용해되거나 또는 실질적으로 유동가능해질 때 적어도 부분적으로 블랭크 내에 삽입 또는 이동하게 된다. 일 실시예에 있어서, 방출성 부재(28)는 힘을 또한 사용하여 방출성 부재를 블랭크 내에 전진 또는 억지로 넣을 수 있지만 적어도 부분적으로는 중력으로 블랭크 내에 떨어질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 방출성 부재(28) 및 블랭크(61)는 소정 시간, 즉 약 1분까지, 보다 구체적으로는 약 15초 동안 계속해서 가열되어 방출성 부재(28)와 블랭크(61) 사이에 접합이 형성된다. 특히, 방출성 부재(28)를 블랭크(61) 내로 전진시킨 후 추가로 가열시킴으로써 고온이 달성되거나 또는 간단하게 장시간 동안 소정 온도로 유지될 수 있어서, 후술하는 바와 같이, 금속간 화합물이 형성될 수 있다. 또한, 방출성 부재(28)가 블랭크(61) 내에 삽입되기 전, 삽입되는 동안, 또는 삽입 후에 압력 감소 또는 진공 환경이 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 유동성 가스가 가열된 재료로부터 제거되어 이들 사이가 더 강력하게 접합된다.

도 4(C)를 참조하면, 방출성 부재(28) 및 블랭크(61)를 냉각시켜 어셈블리(88)를 형성하고, 이로써 블랭크가 방출성 부재 둘레에 응고되어 이들 사이가 강력하게 접합된다. 방출성 부재(28)와 블랭크(61)가 냉각되어 어셈블리(88)가 형성된 후, 어셈블리를 도가니(60)로부터 제거함으로써 후술하는 바와 같이 홀더(16) 내에 삽입될 수 있다. 상기 실시예에 있어서, 블랭크(61)는 분리기(32)로서 작용하며 편의상 이하에서 그대로 지칭한다. 또한 방출성 부재(28)의 작은 부분(28A)은 방출성 부재가 어셈블리 형성 공정 도중에 배치 장치(도시되지 않음) 또는 다른 공구에 의하여 그립 또는 지지되어 있는 분리기 내에 삽입된 후 분리기(32)로부터 연장될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 작은 부분(28A)은 종래 기술을 사용하여 용이하게 제거될 수 있다.

전술한 어셈블리 형성 공정 도중에 방출성 부재(28)와 분리기(32) 사이에 금속간 화합물(89)이 형성되는 것이 바람직하다. 금속간 화합물(89)은 방출성 부재(28) 및 분리기(32)에 비하여 독특한 성질을 가진 별개의 재료이다. 금속간 화합물(89)은 압착 끼워맞춤 또는 확산 접합에 비하여 방출성 부재(28)와 분리기(32) 사이를 양호하게 접합시키는데, 그 이유는 금속간 화합물의 두께가 일반적으로 약 0.0001인치 내지 0.001인치, 즉 0.0004인치이기 때문이다. 블랭크가 용해될 때 방출성 부재(28)를 블랭크(61) 내에 삽입함으로써, 금속간 화합물(89)은 전술한 동일 출원인의 특허출원 제09/871,071호에 개시된 다른 방법에 의해서보다 실질적으로 더 신속하게 형성될 수 있다. 특히, 금속간 화합물(89)은 본 발명에 따르면 약 1분 이내에 형성되지만, '071 출원에 개시된 방법에 의하여 형성된 금속간 화합물은 약 1시간 내에 형성된다. 따라서, 본 발명의 방법은 전극 제조율을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 방출성 부재와 분리기(32) 사이의 접합도 향상시킬 수 있다.

도 5를 참조하면, 전면(95) 및 대향하는 후면(96)을 갖는 구리 또는 구리 합금으로 된 원통형 블랭크(94)가 제공된다. 상기 전면(95)에는 길이방향 축을 따라 드릴링 등에 의하여 대체로 원통형인 구멍이 형성되어 전술한 바와 같은 캐버티(24)를 형성한다. 일 실시예에서 성형 금속간 화합물을 포함하는 방출성 부재(28)와 분리기(32) 어셈블리는 압착 끼워맞춤 등에 의하여 캐버티(24) 내에 삽입되고, 이로써 분리기의 외주벽(33)이 캐버티의 내벽(27)과 결합되고 여기에 표면 대 표면 마찰 관계로 고정된다. 어셈블리는 납땜, 용접, 및 균등한 종래 방법에 의하여 캐버티(24) 내에 또한 삽입될 수 있다. 예를 들면, 어셈블리는 마찰, 저항, 전자 방출, 또는 폭발 용접 기술에 의하여 캐버티(24) 내에 용접될 수 있다.

도 6에 도시된 일 실시예에 있어서, 대체적으로 편평한 원형 작업면(100)을 갖는 공구(98)는 그 작업면이 방출성 부재(28) 및 분리기(32)의 말단면(29, 36)과 각각 접촉된 상태로 배치된다. 작업면(100)의 외경은 원통형 블랭크(94) 내의 캐버티(24)의 직경보다 약간 더 작다. 공구(98)는 그 작업면이 토치(10)의 길이방향 축과 대체로 동축으로 지지되고, 그 길이방향 축을 따라 방출성 부재(28) 및 분리기(32)에 축방향 압축력을 제공하도록 공구에 힘이 가해진다. 예를 들면, 공구(98)는 방출성 부재(28) 및 분리기(32)와 접촉된 상태로 지지된 다음 기계의 램(ram)과 같은 적합한 장치에 의하여 타격될 수 있다. 사용된 특정 기술에 상관없이, 방출성 부재(28) 및 분리기(32)가 반경방향 외측으로 변형되도록 충분한 힘이 가해져서 방출성 부재는 분리기에 의하여 견고하게 그립 및 지지되고, 분리기는 캐버티(24)에 의하여 견고하게 그립 및 지지된다. 그러나, 방출성 부재(28)와 분리기(32) 사이의 금속간 화합물을 파손 또는 손상시키지 않도록 반드시 주의해야 한다.

도 7(A) 내지 도 8(B)는 본 발명에 따른 다른 실시예의 도면이다. 먼저 도 7(A)를 참조하면, 상대적으로 비방출성인 재료로 된 블랭크(61)는 전술한 바와 같이 블랭크(61)가 용해될 때 처럼 실질적으로 유동가능할 때까지 도가니(60) 또는 유사한 장치에서 가열된다. 방출성 부재(28)는 전술한 바와 같이 유사한 방식으로 삽입된다. 그러나, 블랭크(61)는 전술한 구리 블랭크(94)의 직경만큼 크도록 훨씬 치수가 큰 것이 바람직하다. 따라서, 블랭크(61)가 도 7(B)에 도시된 바와 같이 가열되고 방출성 부재(28)가 블랭크(61) 내로 떨어지거나 또는 전진한 후, 방출성 부재(28) 및 블랭크(61)는 전술한 바와 같이 냉각되고 도가니(60)로부터 제거되어 도 8(A)에 도시된 바와 같은 어셈블리(76)가 형성된다. 특히, 어셈블리(76)는 전방 말단(91) 및 몸체부(93)를 갖는다.

도 8(B)를 참조하면, 블랭크(76)는 비방출성 블랭크(61)가 전극(14)의 상당 부분을 형성하도록 소정 형상으로 형성된다. 실제로, 비방출성 블랭크(61)는 구리 블랭크(94)가 전술한 본 발명의 다른 실시예에서 형상을 이루는 방법과 유사하게 형상을 이루어 어셈블리(76)의 전방 말단(91) 및 몸체부(93)가 전극(14)의 하단 전방 말단을 형성한다. 따라서, 구리 홀더(16)는 비방출성 블랭크(61)에 의하여 본질적으로 대체된다. 블랭크(61) 재료(예를 들면, 은)는 금속 홀더(16)(예를 들면, 구리)에 사용된 재료보다 비용이 더 많이 드는 것이 일반적이지만, 블랭크(61)를 형성하는 재료의 열 전도성 및 다른 성질로 인하여 전극의 성능이 더 양호하게 되어 전극의 제조 비용이 적어도 부분적으로 오프셋된다. 또한, 홀더를 포함하는 실시예에 대하여 전술한 바와 같이 홀더 캐버티(24)의 외주벽(33)과 내측면(27) 사이에 존재하는 계면은 도 7(A) 내지 도 8(B)에 도시된 실시예에 의하여 생략되고, 이것은 전극을 통하여 후방 캐버티(22)를 순환하는 냉각수로 열전달이 향상된다.

도 9는 캐버티(24)를 형성하는 금속 블랭크(94)를 먼저 준비하고, 이 금속 블랭크(94)를 도가니로 사용하여 전술하고 도 4(A) 내지 도 6에 도시된 바와 같이 충분히 유동가능할 때까지 상대적으로 비방출성인 재료로 된 블랭크(61)를 용해시켜 전극을 형성하는 또 다른 실시예의 도면이다. 보다 상세하게는, 금속 블랭크(94)는 그 용융 온도가 블랭크(61)의 용융 온도보다 높고, 이로써 블랭크(94, 61)에 충분한 열이 가해져서 블랭크(61)가 용해되거나 또는 충분히 유동가능하게 되어 블랭크(61)에 인접하여 위치된 방출성 부재(28)가 전술하고 도 9에 쇄선으로 도시된 바와 같이 적어도 부분적으로 블랭크(61) 내에 떨어지거나 또는 전진하게 된다. 일 실시예에 있어서, 이 단계는 필요하지 않지만 구성품은 소정 시간, 즉 약 1분까지 바람직하기로는 약 15초 동안 계속해서 가열된다. 금속간 화합물(89)은 방출성 부재와 상대적으로 비방출성인 블랭크(61) 재료 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 공융 합금(102)이 블랭크(61)와 금속 블랭크(94) 사이에 또한 형성된다. 따라서 방출성 부재(28)가 블랭크(61) 내에 위치되면, 방출성 부재 및 블랭크(61, 94)는 구성품이 함께 견고하게 접합되도록 냉각되고, 여기에서 금속간 화합물(89)은 방출성 부재(28)와 블랭크(61)로 형성된 분리기(32) 사이에 위치되며 공융 합금(102)은 분리기(32)와 블랭크(94) 사이에 위치된다. 블랭크(94)는 전술하고 도 9에 쇄선으로 도시된 바와 같이 홀더(16)를 형성하는 형상으로 된다. 도 9에 도시된 실시예는 블랭크(61)를 형성하는 비방출성 재료를 충분히 유동가능할 때까지 가열시킬 필요가 없기 때문에 바람직하다. 따라서, 방출성 부재(28), 분리기(32), 및 홀더(16) 사이의 접합이 불과 몇 단계, 바람직하기로는 단일 단계로 실행된다.

도 10은 전극의 강도, 즉 전극의 동작 수명을 또한 향상시키는 다른 방법을 예시하는 도면이다. 특히, 도 10은 프레싱 공구(97)를 사용하여 전극의 전방 말단을 크림핑하는 방법을 예시한다. 프레싱 공구(97)는 금속 블랭크(94)의 외면에 맞대어 반경방향 내측으로 지지되어 블랭크, 분리기(32), 및 방출성 부재(28)를 함께 압착하고 추가로 재료를 함께 접합시킨다. 일 실시예에 있어서, 금속 블랭크(94)의 반경은 약 0.050-0.100인치 사이인 d만큼 감소된다. 외측 형상은, 예시된 바와 같이 원통형 블랭크로부터 6각형 형상으로 하는 바와 같이, 크림핑 도중에 또한 변경될 수 있다. 크림핑 방법은 블랭크(94)가 거의 완제품으로 가공된 후 또한 실행될 수 있다.

크림핑 방법은 적어도 두 가지 장점을 제공한다. 그 중 한 가지는 프레싱 작용으로 인하여 방출성 부재(28), 분리기(32), 및 금속 블랭크(94) 사이에 생긴 임의의 틈을 실질적으로 없앤다는 점이다. 이것은 틈이 전극의 조속한 고장에 이르게 할 수 있는 응력 집중 장치로서 작용하기 때문에 중요하다. 크림핑이 사용되지 않은 경우(즉, 틈이 폐쇄되지 않은 경우), 전극 수명은 약 0-20분 사이로 열화될 수 있다. 그러나, 크림핑을 실행한 경우, 전극 수명은 수십배, 즉 300-400분 이상으로 늘어난다. 그러나, 프레싱 작용 도중에는 전극에 대한 과다한 크림핑은 구성품 사이에 형성된 접합 및/또는 방출성 부재(28)와 블랭크(61) 사이에 형성된 금속간 화합물을 파괴 또는 손상시킬 수 있기 때문에 주의를 기울여야 한다. 또한, 크림핑 방법은 분리기(28) 및 금속 블랭크(94)를 포함하는 것으로 개시되어 있지만, 크림핑 방법은 비방출성 블랭크(61)가 금속 블랭크(94)를 대체하는 치수로 되어 있는 전술하고 도 7(A) 내지 도 8(B)에 도시된 바의 실시예로 또한 실행될 수 있다.

도 3 및 도 8(B)를 참조하면, 본 발명에 따른 완성된 전극의 단면이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 홀더(16)의 제조를 완료하기 위하여, 원통형 블랭크(94)의 후면(96)을 가공하여 캐버티(22)가 내부에 형성되는 개방된 컵 형상의 구성을 형성한다. 바람직하기로는, 캐버티(22)는 원통형 포스트(23)를 형성하고 분리기(32) 및 방출성 부재(28)의 일부분을 동축으로 둘러싸는 내부 환형 리세스(82)를 포함한다. 또한, 내부 환형 리세스(82)는 내면(83)을 포함한다. 즉, 내부 환형 리세스(82)는 원통형 포스트를 형성하기 위하여 트리패닝(trepanning) 또는 다른 기계 가공 작업에 의하여 형성된다. 원통형 블랭크(94)의 외주도 또한 홀더(16)의 후측 말단(19)에 외부 나사산을 형성하면서 원하는 형상으로 할 수 있다. 최종적으로, 블랭크(94)의 전면(95)과 방출성 부재(28) 및 분리기(32)의 말단면(29)을 각각 가공하여 실질적으로 편평하고 서로 높이가 같아진다. 도 8(B)에 도시된 실시예에는 블랭크(61)가 가공되어 캐버티(22) 및 전술한 바의 유사한 부재가 형성되지만, 유사한 방법이 도 8(B)에 도시된 전극에도 실행될 수 있다.

도 11은 홀더(16) 말단도이다. 분리기(32)의 말단면(36)이 방출성 부재(28)의 말단면(29)과 홀더(16)의 전면(20)을 분리시킨다는 점을 알 수 있다. 말단면(36)은 내주(104) 및 외주(106)를 갖는 환형이다. 분리기(32)는 아크가 방출성 부재로부터 탈착되어 홀더(16)에 부착되는 것을 방해하는 작용을 한다.

따라서, 본 발명은 플라스마 아크 토치에 사용하는 전극(14) 및 이 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법에서는 방출성 부재(28)와 분리기(32) 또는 비방출성 재료 또는 블랭크(61) 사이에 블랭크를 용해시키고 방출성 부재를 그 내부에 삽입함으로써 금속간 화합물이 형성된다. 비방출성 재료가 냉각되어 방출성 부재 둘레에 응고될 때, 얻어진 금속간 화합물(89)이 이들 사이에 강력한 접합을 형성한다. 바람직하기로는, 본 발명의 전극은 신속하고 용이하게 제조될 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명의 금속간 화합물(89)은 종래 기술에 비하여 50배 이상으로 더 신속하게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 전극을 제조하는 비용 및 시간은 감소되는 한편, 강력하고 수명이 긴 전극을 여전히 제공하는 것이다.

본 발명의 여러 가지 변형에 및 다른 실시예는 전술한 설명 및 첨부 도면에 따른 지침의 장점을 갖는다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예에만 한정되는 것이 아니라 변형예 및 다른 실시예도 특허청구범위 내에 포함되는 것이다. 본 명세서에서는 특정 용어를 사용하였지만, 이것은 일반적이며 단지 설명하기 위한 것으로서 한정하려는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 특징을 구현하는 플라스마 아크 토치의 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전극을 확대시킨 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전극을 확대시킨 측단면도이다.

도 4(A) 내지 도 6은 본 발명에 따른 전극을 제조하는 방법의 단계를 예시하는 개략도이다.

도 7(A) 내지 도 8(B)는 본 발명에 따른 전극을 제조하는 다른 방법의 단계를 예시하는 개략도이다.

도 9는 본 발명에 따른 전극을 제조하는 또 다른 방법의 단계를 예시하는 개략도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 크림핑 작업을 나타내는 전극의 확대단면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 완제품 전극의 말단도이다.

Claims

아크를 플라스마 토치에 지지하는데 적합한 전극의 제조 방법에 있어서,

캐버티가 전방 말단에 형성되어 있는 금속 홀더를 준비하는 단계,

상대적으로 비방출성인 부재가 실질적으로 유동가능할 때까지 상기 비방출성인 부재를 가열시키는 단계,

방출성 부재와 비방출성 부재가 서로 접합되어 어셈블리를 형성하도록 상기 방출성 부재를 실질적으로 유동가능한 상기 비방출성 부재 내에 적어도 부분적으로 삽입하는 단계, 및

상기 어셈블리를 상기 금속 홀더 내에 배치하는 단계

를 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 방출성 부재가 상기 비방출성 부재 내에 적어도 부분적으로 삽입된 후 소정 시간 동안 상기 어셈블리를 가열시키는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 삽입 단계 후 상기 어셈블리를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 냉각 단계는 상기 배치 단계 전에 실행되는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 배치 단계는 상기 어셈블리를 상기 금속 홀더에 의하여 형성된 캐버티 내에 압착하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 삽입 단계는 하프늄, 지르코늄, 텅스텐, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 방출성 부재를 삽입하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 삽입 단계는 은, 금, 플라티늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 니켈, 모넬, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 상대적으로 비방출성인 부재 내에 상기 방출성 부재를 삽입하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 가열 단계는 상기 비방출성 부재가 실질적으로 용해될 때까지 상기 비방출성 부재를 도가니(crucible)에서 가열시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 방출성 부재와 상기 비방출성 부재 주위에 진공을 형성하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 환경 형성 단계는 상기 삽입 단계 전에 실행되는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 삽입 단계는 상기 비방출성 부재가 유동가능하게 될 때 상기 방출성 부재를 상기 비방출성 부재 내에 강제로 삽입하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 금속 홀더를 반경방향 내측으로 압착하여 상기 어셈블리 및 금속 홀더를 크림핑(crimping)하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 삽입 단계 후 상기 금속 홀더 및 어셈블리를 소정 형상으로 형상화하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
아크를 플라스마 토치에 지지하는데 적합한 전극의 제조 방법에 있어서,

캐버티가 전방 말단에 형성되어 있는 금속 홀더를 준비하는 단계,

방출성 부재가 상대적으로 비방출성인 부재와 접촉하도록 배치하는 단계,

상기 비방출성 부재가 유동가능하게 되고 상기 방출성 부재가 상기 비방출성 부재 내로 적어도 부분적으로 전진하여 어셈블리를 형성할 때까지 적어도 상기 비방출성 부재를 가열시키는 단계, 및

상기 어셈블리를 상기 금속 홀더 내에 배치하는 단계

를 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 가열 단계는 상기 방출성 부재가 적어도 부분적으로 중력 때문에 상기 비방출성 부재 내로 전진하도록 적어도 상기 비방출성 부재를 가열시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 방출성 부재가 상기 비방출성 부재 내로 전진한 후 상기 어셈블리를 소정 시간 동안 가열시키는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 가열 단계 후 상기 어셈블리를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 냉각 단계는 상기 어셈블리 배치 단계 전에 실행되는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 가열 단계는 상기 방출성 부재가 실질적으로 중력 때문에 상기 비방출성 부재 내로 전진하도록 적어도 상기 비방출성 부재를 가열시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 어셈블리 배치 단계는 상기 어셈블리를 상기 금속 홀더에 의하여 형성된 캐버티 내에 압착하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 방출성 부재 배치 단계는 하프늄, 지르코늄, 텅스텐, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 방출성 부재를 배치하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 방출성 부재 배치 단계는 은, 금, 플라티늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 니켈, 모넬, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 상대적으로 비방출성인 부재에 인접하여 상기 방출성 부재를 배치하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 가열 단계는 상기 비방출성 부재가 실질적으로 용해될 때까지 상기 비방출성 부재를 도가니에서 가열시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 방출성 부재와 상기 비방출성 부재 주위에 상대적으로 저압을 갖는 환경을 형성하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제24항에 있어서,

상기 환경 형성 단계는 상기 삽입 단계 전에 실행되는 전극 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 어셈블리 배치 단계는 프레스 끼워맞춤, 납땜, 용접, 및 이와 균등한 방법으로 이루어지는 군에서 선택된 한 가지 방법에 의하여 상기 어셈블리를 상기 금속 홀더 내에 배치하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제26항에 있어서,

상기 용접 방법은 마찰, 저항, 전자기 방출, 및 폭발 용접으로 이루어지는 군에서 선택되는 전극 제조 방법.
아크를 플라스마 토치에 지지하는데 적합한 전극의 제조 방법에 있어서,

방출성 부재를 상대적으로 비방출성인 부재에 인접하여 배치하는 단계,

상기 비방출성 부재가 유동가능하게 되고 상기 방출성 부재가 상기 비방출성 부재 내로 적어도 부분적으로 전진하여 전방 말단 및 몸체부를 갖는 어셈블리를 형성할 때까지 적어도 상기 비방출성 부재를 가열시키는 단계,

상기 어셈블리를 냉각시키는 단계, 및

상기 비방출성 부재가 전극의 상당 부분을 형성하도록 상기 어셈블리를 형상화하는 단계

를 포함하는 전극 제조 방법.
제28항에 있어서,

상기 형상화 단계는 상기 어셈블리의 전방 말단 및 몸체부가 상기 전극의 전방 말단을 형성하도록 상기 어셈블리를 형상화하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제28항에 있어서,

상기 어셈블리의 전방 말단 및 몸체부는 절단 동작 도중에 토치의 전방 말단에서 절단 가스에 노출되는 전극 제조 방법.
아크를 플라스마 토치에 지지하는데 적합한 전극의 제조 방법에 있어서,

캐버티가 전방 말단에 형성되어 있는 금속 홀더를 준비하는 단계,

상대적으로 비방출성이며, 유동가능한 재료로 된 조(bath)를 준비하는 단계,

방출성 부재를 적어도 부분적으로 상기 조 내로 전진시키는 단계,

상기 비방출성 재료가 상기 방출성 부재 둘레에 응고되어 어셈블리를 형성하도록 상기 조가 그 내부의 상기 방출성 부재와 함께 적어도 부분적으로 냉각되도록 허용하는 단계, 및

상기 어셈블리를 상기 금속 홀더 내에 배치하는 단계

를 포함하는 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 어셈블리 배치 단계 후에 상기 금속 홀더 및 어셈블리를 소정의 형상으로 형상화하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 허용 단계는 금속간 화합물이 상기 방출성 부재와 상기 비방출성 재료 사이에 배치되도록 상기 조를 냉각시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 허용 단계 전에 상기 방출성 부재를 소정 시간 동안 상기 조에 적어도 부분적으로 유지하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제34항에 있어서,

상기 소정 시간은 약 1분 이하인 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 어셈블리 배치 단계는 상기 금속 홀더에 의하여 형성된 캐버티 내에 상기 어셈블리를 압착하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 전진 단계는 하프늄, 지르코늄, 텅스텐, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 방출성 부재를 전진시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 조 준비 단계는 은, 금, 플라티늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 니켈, 모넬, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 조를 준비하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 조 준비 단계는 상기 비방출성 부재가 실질적으로 유동가능하게 될 때까지 상기 비방출성 부재를 도가니 내에서 가열시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 전진 단계 전에 상기 방출성 부재 및 조 주위에 진공을 형성하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
아크를 플라스마 토치에 지지하는데 적합한 전극의 금속 홀더와 함께 사용하기 위한 어셈블리 제조 방법에 있어서,

상대적으로 비방출성이며, 유동가능한 재료로 된 조를 준비하는 단계,

방출성 부재를 적어도 부분적으로 상기 조 내로 전진시키는 단계,

상기 비방출성 재료가 상기 방출성 부재 둘레에 응고되어 어셈블리를 형성하도록 상기 조가 그 내부의 상기 방출성 부재와 함께 적어도 부분적으로 냉각되도록 허용하는 단계, 및

상기 플라스마 토치의 금속 홀더와 함께 사용하기 위한 어셈블리를 형상화하는 단계

를 포함하는 어셈블리 제조 방법.
제41항에 있어서,

상기 허용 단계는 상기 금속간 화합물이 상기 방출성 부재와 상기 비방출성 부재 사이에 배치되도록 상기 조를 냉각시키는 단계를 포함하는 어셈블리 제조 방법.
제41항에 있어서,

상기 허용 단계 전에 상기 방출성 부재를 소정 시간 동안 상기 조 내에 적어도 부분적으로 유지시키는 단계를 더 포함하는 어셈블리 제조 방법.
제43항에 있어서,

상기 소정 시간은 약 1분 이하인 어셈블리 제조 방법.
제41항에 있어서, 상기 전진 단계는 하프늄, 지르코늄, 텅스텐, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 방출성 부재를 전진시키는 단계를 포함하는 어셈블리 제조 방법.
제41항에 있어서,

상기 조 준비 단계는 은, 금, 플라티늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 미켈, 모넬, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 조를 준비하는 단계를 포함하는 어셈블리 제조 방법.
아크를 플라스마 토치에 지지하는데 적합한 전극의 제조 방법에 있어서,

캐버티가 전방 말단에 형성되어 있는 금속 홀더를 준비하는 단계,

상대적으로 비방출성인 부재를 상기 금속 홀더의 캐버티 내에 배치하는 단계,

상기 비방출성 부재가 유동가능하게 될 때까지 상기 금속 홀더 및 비방출성 부재를 가열시키는 단계, 및

방출성 부재 및 비방출성 부재가 함께 접합되도록 방출성 부재를 상기 유동가능한 부재 내에 적어도 부분적으로 삽입하는 단계

를 포함하는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 방출성 부재가 상기 비방출성 부재 내에 적어도 부분적으로 삽입된 후 상기 방출성 부재, 비방출성 부재, 및 금속 홀더를 소정 시간 동안 가열시키는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 삽입 단계 후 상기 방출성 부재, 비방출성 부재, 및 금속 홀더를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제49항에 있어서,

상기 냉각 단계는 상기 방출성 부재와 비방출성 부재 사이에 금속간 화합물이 배치되도록 상기 방출성 부재, 비방출성 부재, 및 금속 홀더를 냉각시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제49항에 있어서,

상기 냉각 단계는 상기 방출성 부재와 상기 비방출성 부재 사이에는 금속간 화합물이 배치되고 상기 비방출성 부재와 상기 금속 홀더 사이에는 공융 합금이 배치되도록 상기 방출성 부재, 비방출성 부재, 및 금속 홀더를 냉각시키는 단계를 포함하는 전극 제조방법.
제47항에 있어서,

상기 금속 홀더를 소정 형상으로 형상화하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제52항에 있어서,

상기 형상화 단계는 상기 홀더, 방출성 부재, 및 비방출성 부재가 상기 전극의 편평한 전방 말단을 형성하도록 상기 금속 홀더를 형상화하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제52항에 있어서,

상기 형상화 단계는 상기 비방출성 부재의 일부분이 후측 캐버티에 노출되도록 상기 금속 홀더가 후측 캐버티를 형성하도록 형상화하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 방출성 부재, 비방출성 부재, 및 금속 홀더 주위에 진공을 형성하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
제55항에 있어서,

상기 환경 형성 단계는 상기 삽입 단계 전에 실행되는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 가열 단계 및 상기 삽입 단계는 실질적으로 동시에 실행되는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 삽입 단계는 상기 비방출성 부재가 유동가능하게 될 때 상기 방출성 부재를 상기 비방출성 부재 내에 강제로 삽입하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 삽입 단계는 상기 방출성 부재를 실질적으로 중력에 의하여 삽입하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 준비 단계는 구리, 니켈, 모넬, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 금속 홀더를 준비하는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 배치 단계는 은, 금, 플라티늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 니켈, 모넬, 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지 재료로부터 실질적으로 형성된 상대적으로 비방출성인 부재를 배치시키는 단계를 포함하는 전극 제조 방법.