KR102036815B1 - 플라즈마 절단 토치용 전극 및 그의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 절단을 위한 플라즈마 토치용 전극에 관한 것이며, 상기 플라즈마 토치용 전극의 이용에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라즈마 절단 토치용 전극은 강제로 끼워 맞춤(force-fitted) 및/또는 형태-맞춤으로 서로 연결되는 전극 홀더(electrode holder) 및 방출 삽입체(emission insert)로 형성된다. 방출 삽입체는 종축에 따라 두 개의 다른 섹션 사이에 배치되거나 섹션 옆에 배치되고 다른 섹션에 비해 방출 삽입체의 회전 대칭 설계(rotationally symmetrical design)에서 감소된 외경 또는 방출 삽입체의 비회전 대칭 설계에서 감소된 단면을 갖는 적어도 하나의 섹션을 갖는다.

Description

플라즈마 절단 토치용 전극 및 그의 용도{ELECTRODE FOR PLASMA CUTTING TORCHES AND USE OF SAME}
본 발명은 플라즈마 절단을 위한 플라즈마 토치용 전극 및 상기 플라즈마 토치용 전극의 이용에 관한 것이다.
플라즈마는 양이온(positive ions) 및 음이온(negative ions), 전자(electrons) 및 들뜬 원자(excited atoms) 및 중성 원자(neutral atoms) 및 분자(molecules)로 구성된, 열적으로 높게 가열된 전도성 가스이다.
다양한 가스, 예를 들어 단원자 아르곤(monatomic argon) 및/또는 이원자 가스 수소, 질소, 산소 또는 공기는 플라즈마 가스(plasma gas)로 이용된다. 이러한 가스는 플라즈마 아크(plasma arc)의 에너지에 의해 이온화되고, 분리된다.
플라즈마 제트(plasma jet)의 매개변수는 노즐 및 전극의 설계에 의해 매우 영향을 받을 수 있다. 플라즈마 제트의 매개변수는 예를 들어, 제트 직경(jet diameter), 온도, 에너지 밀도 및 가스의 유속(flow speed)이다.
플라즈마 절단에 있어서, 플라즈마는 가스 냉각(gas-cooled) 또는 수냉각(water-cooled)될 수 있는 노즐에 의해 종종 수축된다. 따라서, 2 x 106W/㎠ 까지의 에너지 밀도가 이루어질 수 있다. 온도는 모든 전도성 물질로 가스의 높은 유속과 결합하여 내우 높은 절단 속도를 허용하는 30,000℃까지의 플라즈마 제트(plasma jet )에서 발생한다.
실질적으로 플라즈마 토치는 플라즈마 토치 헤드(1), 전극(7) 및 노즐(4)를 포함한다; 추가 구성요소는 전극(7)을 고정하기 위한 전극 조립체(electrode mount, 6), 노즐 홀더(nozzle holder, 5) 및 노즐(4)을 고정하기 위한 노즐 캡(2)일 수 있다. 플라즈마 가스 PG는 플라즈마 가스 유도부(plasma gas guide, 3)을 통해 전극(7) 및 노즐(4) 사이의 간격에 공급되며, 결국 노즐(4)를 통한 노즐 경로(4.1)을 통해 흐른다.
현대 플라즈마 토치는 추가적으로 보호용 노즐 캡(9) 및 2차 가스 SG가 플라즈마 제트에 공급되는 2차 가스 유도부(9.1)를 가진다. 노즐(4) 및 전극(7)은 액체 냉매(liquid coolant) 예를 들어, 물로 자주 냉각된다.
현대 플라즈마 절단은 절단 워크에 의존하여 사용되는 다른 가스 및 가스 혼합물을 가지는 전도성 물질을 절단하기 위해 확립된 공정이다.
다른 전극(7) 및 노즐(4)은 이러한 목적을 위해 사용된다. 다른 전극 및 노즐은 플라즈마 토치의 작동 동안 마모가 이루어지며, 대체되야 한다. 다른 가스 또는 가스 혼합물을 위하여 플라즈마 토치를 이용할 수 있도록, 전극(7) 및 노즐(4)는 플라즈마 토치가 전극(7) 및 노즐(4)의 대체로 다른 가스를 위해 이용될 수 있도록 설계된다.
일반적으로 전극(7)은 전극 홀더(7.1) 및 방출 삽입체(emission insert, 7.2)를 포함한다. 일반적으로 전극은 두개의 설계 형상 사이를 구별하는 것이 가능하다. 산소를 포함하는 플라즈마 가스로 절단하는 경우, 일반적으로 평판 전극(flat electrode)이 사용되고, 즉 방출 삽입체(7.2) - 전면 방출 표면(front emission surface)을 제외하고 - 전극 홀더(7.1)에 배치된다. 방출 삽입체(7.2)는 하프늄(hafnium) 또는 지르코늄(zirconium)을 포함한다. 예를 들어, 구리 또는 은과 같이 양호한 전류 전도도 및 열 전도도를 가지는 물질은 전극 홀더(7.1)을 위해 사용된다. 산소를 포함하지 않는 가스 또는 가스 혼합물로 절단을 위한 전극(7)에 있어서, 예를 들어, 아르곤, 수소, 질소, 텅스텐은 방출 삽입체(7.2)의 물질로서 종종 도핑 양으로 사용된다. 전극(7)은 전극 홀더(7.1)에 고정되나, 대조적으로 평판 전극은 밖으로 돌출되고, 종종 점 전극(point electrode)이라 불린다.
또한 이러한 설계는 여기에 나타낸 본 발명에 따른 전극의 예로 도 1에서 볼 수 있다.
이러한 전극은 DE 101 44 516 A1에 기술된다. 전극은 홀더(holder)에 고정되고, 전극의 팁은 노즐 예연실(nozzle antechamber)로 돌출된다. 전극 물질은 텅스텐으로 이루어지며, 전도성 물질, 바람직하게 구리 또는 은의 홀더(holder)로 눌려진다. 홀더는 일반적으로 효과적인 열 분산(heat dissipation)을 위하여 수냉각된다.
노즐 및 점 전극 뿐만 아니라 플라즈마 가스 공급부(plasma gas feed) 및 2차 가스 공급부(secondary gas feed)을 가지는 플라즈마는 DE 10 2008 018 430 B4에 기술된다. 전극은 전극 홀더 및 전극 삽입체로 구성된다. 전극 삽입체는 전극 홀더로부터 돌출된다. 그러나 기술적 솔루션에 있어서, 주요 논점(main focus)은 노즐의 냉각을 향상시키는 것이다.
모든 배열에 있어서, 전극의 사용 기한 및 절단 품질(cutting quality)은 종종 충분하지 않은 문제가 있다.
반면, 명백히 전극은 완전히 냉각되야 한다; 그럼에도 불구하고, 방출 표면(emission surface)의 높은 온도는 아크(arc)의 형성을 위한 전자가 안전히 방출되도록 이루어져야 한다. 방출(emission)은 사용 기한을 위해 교대로 양전하를 가지는 표면을 거쳐 가능한 균일하게 이루어진다. 방출 온도는 아크의 점화(ignition) 후 가능한 짧은 시간으로 도달된다.
또한, 전극은 플라즈가 토치가 사용된 플라즈마 가스 사이에서 가능한 쉽게 재장비될 수 있도록 설계될 수 있다. 추가 요구 사항은 방출 삽입체 및 노즐 사이의 높은 중심도(centricity)이다. 추가 요구 사항은 절단 결과를 좋게하며 사용 기간을 연장시킨다.
본 발명의 목적은 바람직하게 플라즈마 절단을 위해 사용될 수 있는 플라즈마 토치용 전극을 제공하는 것이며, 사용 기간을 증가시키고, 동시에 전극의 방출을 위해 적합한 온도에 도달할 때까지 아크의 점화 후 반응 행동(response behavior)을 향상시키는 것이다.
본 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항의 특징을 가지는 플라즈마 토치용 전극에 의해 이루어진다. 청구항 13항은 본 발명에 따른 전극의 이용에 관한 것이다. 바람직한 구체예 및 추가 개발은 종속항의 특징을 이용하여 이루어진다. 청구항은 플라즈마 토치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 절단 토치용 전극은 강제로 끼워 맞춤(force-fitted) 및/또는 형태-맞춤으로 서로 연결되는 전극 홀더(electrode holder) 및 방출 삽입체(emission insert)로 형성된다. 방출 삽입체는 종축을 따라 적어도 두 섹션(section)을 가진다. 이점에 있어서, 하나의 섹션 옆에 배치되거나 두 개의 섹션 사이에 배치되는 적어도 한 섹션은 다른 섹션에 비하여 방출 삽입체의 회전 대칭인 설계에서 감소된 외경 또는 방출 삽입체의 비회전 대칭 설계에서 감소된 단면(cross-sectional surface)을 가진다. 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 적어도 하나의 섹션은 바람직하게 전체 외부 자켓 표면(outer jacket surface) 주위에서 반지름 방향으로 구동되는 그루브형 오목부(groove-like recess) 형상으로 구성될 수 있다.
또한 단면(cross-sectional surface)은 방출 삽입체의 설계에 의해 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 적어도 하나의 섹션 영역에서 감소된다. 따라서 전기적 전류 흐름은 방출 삽입체의 가열이 섹션 없이 전극으로 이루어질 수 있는, 비교할만한 전기적 전력에 대하여 짧은 시간으로 이루어도록 영역에서 증가된다. 추가 섹션이 기계 가공되는 가공품(workpieceto be machined)의 방향으로 감소된 직경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션에 직접 인접하기 때문에, 상기 추가 영역은 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션의 적어도 한 가장자리(margin)에서 큰 직경 또는 큰 단면을 가지며, 대응적으로 큰 표면은 플라즈마 절단 공정에 추가적으로 긍정적인 효과를 가지는 전자의 방출을 위해 이용가능하다.
이후 절단되는 가공품의 방향으로 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션에 배치되는 섹션은 가공품의 방향에서 원뿔형으로 가늘어질 수 있다. 이것은 전체 길이에 걸쳐 있는 경우일 수 있다. 그러나, 부분 섹션만 또는 가공품의 방향으로 배치된 추가 섹션만 원뿔형으로 가늘어질 수 있다.
그러나, 일정한 외경 또는 일정한 단면을 가지는 섹션은 감소된 외경 또는 감소된 담녕을 가지는 섹션 및 원뿔형으로 테이퍼링(tapering)된 섹션 사이에 배치될 수 있다. 원뿔형으로 가늘어진 적어도 하나의 추가 섹션은 이러한 섹션에 존재할 수 있다. 섹션은 전극의 팁(tip)을 형성할 수 있다.
기계 가공된 가공품의 방향에 직면하는 방출 삽입체의 팁은 원뿔형(conical), 피라미드형(pyramidic)일 수 있고, 원뿔대(truncated cone) 형상 또는 각뿔대(truncated pyramid) 형상을 가진다.
기계 가공된 가공품의 방향으로 원뿔대(truncated cone) 형상 또는 각뿔대(truncated pyramid) 형상에서 방출 삽입체는 원형 표면(circular surface) 또는 다각형(polygon)의 형상으로 단면(end surface)을 가지며 툴의 방향으로 배치된다. 단면은 다른 모든 외경 또는 방출 삽입체에 존재하는 모든 섹션의 단면보다 작을 수 있다.
감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션은 직사각형(rectangle), 사다리꼴(trapezoid), 부분 원형(part circle) 또는 웨지(wedge)의 형상에서 오목부(recess)로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 공동부(hollow space)에서 냉각수가 전도될 수 있고 및/또는 적어도 하나의 공동부를 통해 냉각수가 전도될 수 있는 것은 발명에 따른 전극의 전극홀더를 형성할 수 있다.
전극 홀더(electrode holder)는 양호한 전기 전도도 및 열 전도도를 가지는 물질, 바람직하게 Ag 또는 Cu 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. > 2000℃의 용융 온도를 가지는 텅스텐 또는 텅스텐 합금(tungsten alloy) 또는 하프늄 또는 하프늄 합금(hafnium alloy)은 방출 삽입체(7.2)용 물질로 사용될 수 있다.
감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 그루브형 오목부(groove-like recess)의 형상인 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션은 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션 바로 옆에 직접 배치된 섹션의 외경 또는 단면보다 적어도 20% 작을 수 있다.
방출 삽입체는 고체 물질을 포함할 수 있고, 내부 보어(inner bore)를 포함할 수 없거나 완전한 통로(thoroughgoing passage)를 포함할 수 없다.
바람직하게 방출 삽입체는 압입부(press fit)에 의하여 전극 홀더에 연결될 수 있다. 압입부는 물질 연속성(material continuity), 바람직하게 솔더 접속(solder connection)으로 연결부와 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 전극은 플라즈마 토치에서 사용될 수 있고, 플라즈마 토치는 노즐 및 플라즈마 가스용 가스 공급부(gas feed)를 가지는 전극 홀더 및 방출 삽입체로 형성된 전극을 갖는 적어도 하나의 플라즈마 토치 헤드(plasma torch head)로 구성되며, 섹션(section)은 섹션의 바로 옆에 배치된 적어도 2개의 섹션에 대하여 감소된 외경 또는 감소된 표면으로 존재한다.
방출 삽입체의 외경은 1.5~6mm일 수 있다. 전극 홀더의 외경은 대응적으로 클 수 있다.
다른 측면에 있어서, 플라즈마 토치는 예를 들어 2차 가스 공급부 또는 노즐공간(nozzle space)에 관련될 수 있는 다양한 변형(modifications)을 가지는 전형적인 형상으로 구성될 수 있다. 전극은 노즐 공간(nozzle space) 내에 배치될 수 있다.
본 발명은 다름의 예를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 이점에 있어서, 예에 나타낸 특징은 더 다양한 형태로 서로와 결합할 수 있다. 예에 나타낸 특징은 각각의 예로 결코 한정하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 전극의 예가 삽입된 플라즈마 토치를 통해 부분적인 설명을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 따른 전극의 예를 나타낸다.
도 3.1~3.3은 본 발명에 따른 전극의 3가지 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 전극의 추가 예를 나타낸다.
도 4.1~4.8은 본 발명에 따른 전극의 6가지 추가 예를 나타낸다.
도 5, 5.1~5.2는 본 발명에 따른 전극의 3가지 추가 예를 나타낸다.
도 6~6.4는 본 발명에 따른 전극의 5가지 추가 예를 나타낸다.
플라즈마 토치(plasma torch)는 전극(7), 노즐(4) 및 플라즈마 가스 PG용 가스 공급부(gas feed, 3)를 가지는 적어도 하나의 플라즈마 토치 헤드(plasma torch head)를 포함한다.
전극(7)은 토치 팁(torch tip) 쪽으로 점점 가늘어지는 전극 홀더(7.1), 적어도 섹션(7.23) 및 섹션(7.21)에서 보아 포함되는 전극(7)의 방출 삽입체(7.2)로 전극 홀더(7.1) 및 방출 삽입체(7.2)를 포함하며, 섹션(7.23)의 최소 직경은 테이퍼링 섹션(tapering section, 7.21)의 최대 직경 보다 작다. 예는 도 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 5, 5a, 5b, 6, 6a, 6b, 6c 및 6d에 나타낸다.
전극(7)은 나사(thread)로 전극 조립체(electrode mount, 6)에 고정되며, 냉각 헤더(coolant header) WV로 냉각 파이프(22)의 내부를 통해 들어가고 냉각 전도부(coolant return) WR로 냉각 파이프(11) 및 전극 조립체(6)의 외부 사이에 형성된 간격을 통해 뒤로 전도되는 냉매(cooling medium)에 의해 내부에서 냉각된다.
노즐(4)은 냉각 헤더부 WV를 통해 들어가며 노즐(4) 및 노즐 캡(2) 사이에 흐르는 냉각 전도부 WR을 통해 뒤로 전도되는 냉매에 의해 열린다.
보호용의 노즐 캡(protective nozzle cap, 9)는 노즐(4) 및 노즐 캡(2)를 둘러싼다. 2차 가스 SG는 동시에 노즐 캡(2)에서 보호용 노즐 캡(9)을 절연 처리하고 거리를 유지하는 2차가스 유도부(gas guide, 9.1)를 통해 흐르는 사이에서 흐른다. 이점에 있어서, 2차 가스 유도부(9.1)는 2차 가스 SG가 순환하도록 설계될 수 있다. 보호용 노즐 캡(9)는 나사로 플라즈마 토치에 고정되는 보호용 노즐 캡 홀더(nozzle cap holder, 8)에 의해 고정된다.
플라즈마 가스 PG는 미도시되고 노즐(4) 및 전극(7) 사이에 배치된 플라즈마 유도부(plasma guide)로 순환이 설정될 수 있다.
전극(7)은 전극 홀더(7.1) 및 방출 삽입체(7.2)를 포함한다. 방출 삽입체는 전극 홀더(7.1)에 고정된다; 고정은 강제로 맞춤(force-fitted) 및/또는 형태-맞춤(shape-matched manner)으로 수행될 수 있다. 따라서 양호한 열 전달(heat transfer)은 방출 삽입체(7.2) 및 전극 홀더(7.1) 사이에서 이루어진다. 전극 홀더(7.1)는 물로 냉각될 수 있고, 냉각수가 흐르는 내부에서 공동부(hollow space)를 가질 수 있다. 전극 홀더(7.1)는 양호한 열 전도도 및 전기 전도도(Cu, Ag)의 물질을 포함한다. 예를 들어, 란타늄(lanthanum)으로 도핑(doping)되어 제공될 수 있는 텅스텐(Tungsten)은 방출 삽입체(7.2)를 위해 사용된다.
토치 팁(torch tip)을 향해 끝이 점점 가늘어지는 섹션(7.21)에 인접한 적어도 하나의 섹션(7.23)은 전극 홀더(7.1)에서 보면 방출 삽입체에 존재한다. 원통형 섹션(7.22)는 섹션(7.23) 및 섹션(7.21) 사이에 배치된다. 섹션(7.23)의 최소 외경은 섹션(7.22) 또는 테이퍼링 섹션(tapering section, 7.21)의 최대 직경보다 작다. 섹션(7.21)은 원뿔대(truncated cone), 각뿔대(truncated pyramid), 콘(cone) 또는 피라미드(pyramid) 형상을 가질 수 있다.
섹션(7.23)은 바람직하게 전극(7)의 전체 자켓 표면 주위에 반지름 방향으로 작용하는 그루브형 오목부(groove-like recess)를 형성할 수 있다.
방출 삽입체(7.2)는 복수의 삽입체(inserts)를 가질 수 있다.
아래에 명시된 이점은 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션(7.23)을 포함하는 방출 삽입체(7.2)의 구성으로 이루어질 수 있다.
· 섹션(7.23)의 영역에서 전기 저항(electrical resistance) 및/또는 열 저항(thermal resistance)은 증가된다;
· 이에 따라, 아크에 대해 충분히 큰 방출 표면에 따라 충분히 높은 방출 온도에 도달한다;
· 또한, 아크에 대해 충분히 큰 방출 표면에 따라 짧은 시간동안 방출 삽입체의 방출 온도에 도달한다.
· 방출 표면의 부분의 한쪽 측에서 아크가 시작되지 않는다; 따라서 수명이 길어지고 아크의 중심도가 향상되며 절단 품질이 향상된다.
공정은 다음으로 구동될 수 있다.
· 점화(ignition)는 전극 및 노즐 사이의 고전압 방전(high-voltage discharge) 또는 고주파수 방전(high-frequency discharge)으로 이루어지기 때문에 파일럿 아크(pilot arc)는 점화될 수 있다.
· 노즐 통로를 통해 나가는 플라즈마 제트(plasma jet)는 플라즈마 토치 및 가공품(workpiece) 사이의 경로를 이온화한다;
· 주 아크(main arc)는 전극 및 가공품 사이에서 형성될 수 있고, 가공품은 절단될 수 있다.
게다가 높은 중심도는 전극(7)의 나사조임(screwing)에 의해 설계된 콜릿 척(collet chuck)에 관하여 달성될 수 있다. 이점에 있어서, 전극 홀더(7.1) 및 방출 삽입체(7.2)(예를 들어, 가압(by pressing) 또는 유사체(similar))는 바람직하다. 또한 다르게 구성된 전극의 용이한 변화가 이루어 질 수 있다.
도 2는 외부 나사(external thread)를 가지는 전극 홀더(7.1)로, 전극 홀더(7.1) 및 방출 삽입체(7.2)를 포함하는 본 발명에 따른 전극(7)의 예의 도식적인 형상을 나타낸다.
전극 홀더(7.1)는 고체 형태 이며, 전극(7)이 플라즈마 토치에 연결되는 외부 나사를 가질 수 있는 것을 도 3a에서 볼 수 있다.
도 3b에 나타낸 예에 있어서, 냉각 공간(coolant space, 7.12)은 전극 홀더(7.1)에서 단순한 블라인드 보어(blind bore)로 형성된다. 도 3c에 나타낸 예에 있어서, 냉각 공간(7.12)은 열 분산을 위해 사용될 수 있는 충분히 큰 표면을 가지는 물질 축적(material accumulation)이 방출 삽입체(7.2)가 전극 홀더(7.1)에 연결되는 영역에 존재하기 때문에 바람직한 설계를 가진다.
도 4 및 도 4a는 예를 들어 도 1에 따른 플라즈마 토치에서 사용될 수 있는 전극(7)을 나타낸다. 이점에 있어서, 방출 삽입체(7.2)는 전극 홀더(7.1)의 밖으로 향하는 섹션(7.24)으로 형성된다. 감소된 외경 D23을 가지는 섹션(7.23)은 기계 가공된 가공품의 방향으로 영역(7.24)에 인접한다. 섹션(7.23)은 가공품의 방향으로 원뿔형으로 끝이 점점 가늘어지는 원뿔형 콘의 형상으로 섹션(7.21)에 인접한다. 외경 D24 및 D22는 동일한 크기이며, 이러한 예에서 섹션(7.23)의 외경 D23보다 크다. 섹션(7.21)에서 형성된 선단면(front end face)의 외경 D21은 외경 D23 및 자연히 외경 D22 및 D24보다 작다.
도 4b에 나타낸 예는 섹션(7.24)의 외경 D24가 섹션(7.22)의 외경 D22보다 크고, D22 및 D24의 외경이 섹션(7.23)의 외경 D23보다 크기 때문에 도 4a에 따른 예와 다르다.
도 4c에 나타낸 예에 있어서, 섹션(7.22, 7.24)의 외경 관계는 역순이다. D22 > D24 > D24으로 적용된다.
도 4d는 외경 크기가 D24 = D23 < D22 이도록 선택되는 예를 나타낸다. 이것은 섹션(7.23)의 외경 D23을 가지는 방출 삽입체(7.2)가 전극 홀더(7.1)에 고정되는 것을 나타낸다.
도 4e에 나타낸 예에 있어서, 섹션(7.24, 7.23, 7.22)의 외경이 D24< D23 < D22 이도록 선택된다. 따라서, 최소 외경은 전극 홀더(7.1)보다 밑에 직접 배치되는 영역(7.24)에 존재하며, 방출 삽입체(7.2)는 전극 홀더(7.1)의 밖으로 향한다.
도 4f에 나타낸 예에 있어서, 외경은 D24 = D22 > D23 이도록 선택된다.
도 4g에서 예는 방출 삽입체(7.2)에서 전극 홀더(7.1) 뒤에 직접 배치된, 감소된 외경을 가지는 하나의 섹션(7.3)만을 가지는 예를 나타낸다. 상기 전극 홀더는 가공품(12)의 방향으로 원뿔형으로 테이퍼링된 섹션(7.21)에 인접하며, 최대 외경 D22은 섹션(7.23)의 외경 D23보다 크다. 기계 가공된 가공품(12)의 방향에 직면하는 방출 삽입체(7.2)의 단면(7.2)은 원형이며, 외경 D23보다 작은 외경 D21을 가진다.
상기 예 및 도 4f 및 4h에 나타낸 예에 있어서, 방출 삽입체(7.2)의 종축(longitudinal axis) 방향으로 매우 짧을 수 있는 추가 섹션(7.22)은 섹션(7.23, 7.21) 사이에 존재할 수 있다. 섹션(7.22)의 외경 D22은 섹션(7.21)의 최대 외경 D21과 동일한 크기 일 수 있다.
도 4h에 따른 예에 있어서, 섹션(7.1)은 원뿔형이며, 가공품(12)의 방향으로 팁(tip)을 가진다.
도 5 및 도 5a는 예를 들어 도 4에 따른 예의 경우인 절단된 원뿔 형상(frustoconical form)으로 섹션(7.2)를 가지는 전극(7)을 다시 나타낸다.
도 5b에 따른 예에 있어서, 원뿔형 섹션(7.21)은 가공품의 방향에 직면하는 방출 삽입체(7.2)의 단부에서 팁을 가지는 원뿔형이다.
도 6~6d는 감소된 외경을 가지는 다르게 형성된 섹션(7.23)을 가지는 예를 나타낸다.
도 6에 따른 예는 도 4에 따른 예에 대응하며, 감소된 외경을 가지는 섹션(7.23)은 직사각형 횡단면(rectangular cross-section)을 가진다.
도 6a는 섹션(7.23)으로 섹션(7.22, 7.24)의 변환부(transitions)가 반경 R1 및 R2로 형성되는 예를 나타낸다. 도 6b에 따른 예에 있어서, 섹션(7.22)로 섹션(7.23)의 변환부는 챔퍼(chamfer) F1으로 구성되며, 섹션(7.23)의 외경은 이전에 기술된 직사각형 형태와 다른, 섹셕(7.23)의 부분 원형 형상의 외형(outer contour)이 형성되도록 반경 R2로 구성된다.
도 6c에 나타낸 예에 있어서, 인접한 섹션(7.22, 7.24)로 섹션(7.23)의 변환부는 챔퍼 F1 및 F2로 형성된다.
도 6d는 전체 섹션(7.23)이 반경 R3으로 형성되어서 대응적으로 섹션(7.22, 7.24)의 원형 변환부(round transitions)가 이루어지는 예를 나타낸다.
모든 예에 있어서, 도시하지 않은 가능성은 전극(7)의 종축 방향으로 각각의 섹션(7.21, 7.22, 7.23 및 7.24)의 다양한 길이를 포함하며, 추가적으로 예를 들어 파워(power)에 대해 각각의 플라즈마 토치 매개 변수를 적용할 수 있다.
1 플라즈마 토치 헤드(plasma torch head)
2 노즐 캡(nozzle cap)
3 가스 주입부(plasma gas infeed)
4 노즐(nozzle)
4.1 노즐 통로(nozzle passage)
5 노즐 홀더(nozzle holder)
6 전극 조립체(electrode mount)
7 전극(electrode)
7.1 전극 홀더(electrode holder)
7.2 방출 삽입체(emission insert)
7.21 방출 삽입체의 섹션 1(section 1 of the emission insert)
7.22 방출 삽입체의 섹션 2(section 2 of the emission insert)
7.23 방출 삽입체의 섹션 3(section 3 of the emission insert)
7.24 방출 삽입체의 섹션 4(section 4 of the emission insert)
8 보호용 노즐 캡 홀더(protective nozzle cap holder)
9 보호용 노즐 캡(protective nozzle cap)
9.1 2차 가스 가이드(secondary gas guide)
10 냉각 공간(coolant space)
11 냉각 파이프(cooling pipe)
12 가공품(workpiece)
D21 방출 삽입체(7.2) 섹션 1의 직경(diameter of section 1 of the emission insert 7.2)
D22 방출 삽입체(7.2) 섹션 2의 직경(diameter of section 2 of the emission insert 7.2)
D23 방출 삽입체(7.2) 섹션 3의 직경(diameter of section 3 of the emission insert 7.2)
D24 방출 삽입체(7.2) 섹션 4의 직경(diameter of section 4 of the emission insert 7.2)
F 챔퍼(chamfer)
M 플라즈마 토치 헤드(1) 및 전극(7)의 중심축(center axis of the plasma torch head 1 and of the electrode 7)
PG 플라즈마 가스(plasma gas)
R 반경(radius)
SG 2차 가스(secondary gas)
WV 냉각 헤더(coolant header)
WR 냉각 전도부(coolant return)

Claims (14)

  1. 강제로 끼워 맞춤(force-fitted) 및/또는 형태-맞춤으로 서로 연결되는 전극 홀더(electrode holder, 7.1) 및 방출 삽입체(emission insert, 7.2)로 형성된 플라즈마 절단 토치(plasma cutting torches)용 전극에 있어서,
    상기 방출 삽입체(7.2)는 종축에 따라 두 개의 다른 섹션(7.24 및 7.22) 사이에 배치되거나 섹션(7.21 또는 7.22 또는 7.24) 옆에 배치되고 다른 섹션(7.21, 7.22, 7.24)에 비해 상기 방출 삽입체(7.2)의 회전 대칭 설계(rotationally symmetrical design)에서 감소된 외경 또는 상기 방출 삽입체(7.2)의 비회전 대칭 설계에서 감소된 단면을 갖는 적어도 하나의 섹션(7.23)을 가지며,
    상기 방출 삽입체(7.2)는 상기 전극 홀더(7.1)의 밖으로 돌출하는, 감소된 외경 또는 감소된 단면을 갖는 적어도 하나의 섹션(7.23)으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  2. 제 1항에 있어서,
    감소된 외경(outer diameter) 또는 감소된 단면(cross-sectional surface)을 가지는 적어도 하나의 섹션(7.23)은 바람직하게 전체 외부 자켓 표면(outer jacket surface) 주위에서 반지름 방향으로 구동되는 그루브형 오목부(groove-like recess)의 형상인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    가공품(workpiece)의 방향으로 원뿔형으로 끝이 점점 가늘어지는 섹션(7.21)은 절단되는 가공품의 방향으로 감소된 외경 또는 감소된 횡단면을 가지는 섹션(7.23)에 인접한 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  4. 제 1항에 있어서,
    일정한 외경 또는 일정한 단면을 가지는 섹션(7.22)은 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션(7.23) 및 원뿔형으로 테이퍼링된 섹션(tapering section,7.21) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  5. 제 1항에 있어서,
    기계 가공되는 가공품의 방향에 직면하는 방출 삽입체(7.2)의 팁(tip)은 원뿔 형상, 피라미드 형상 또는 원뿔대(truncated cone) 형상 또는 각뿔대(truncated pyramid) 형상인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  6. 제 5항에 있어서,
    가공품의 방향에서, 상기 방출 삽입체(7.2)가 원뿔대 형상 또는 각뿔대 형상으로 형성되며,
    상기 방출 삽입체(7.2)의 단면(end face)은 원형 표면 또는 다각형의 형상으로 형성되고 툴(tool)의 방향으로 배치되어 있고, 상기 방출 삽입체(7.2)의 단면은 상기 방출 삽입체(7.2)에 존재하는 모든 섹션(7.21, 7.22, 7.23 및 7.24)보다 작은 원형 표면 또는 다각 표면(polygonal surface)을 가지는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  7. 제 1항에 있어서,
    감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션(7.23)은 직사각형(rectangular), 사다리꼴(trapezoidal) 또는 웨지형 형상(wedge-like shape) 또는 부분 원형 형상의 오목부(recess)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  8. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 공동부(hollows space)는 전극 홀더 안에서 및/또는 전극 홀더를 통해 냉각수가 가이드될 수 있는 전극 홀더(7.1)에 형성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  9. 제 1항에 있어서,
    전극 홀더(7.1)는 양호한 전기 전도도 및 열 전도도를 가지는 물질로 형성되며, 방출 삽입체(7.2)는 텅스텐(tungsten) 또는 하프늄(hafnium) 또는 텅스텐 합금(tungsten alloy) 또는 하프늄 합금(hafnium alloy)으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전극 홀더(7.1)는 은(Ag) 또는 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  11. 제 1항에 있어서,
    감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 그루브형 오목부(groove-like recess)의 형상으로 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션(7.23)은 감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 섹션(7.23)의 바로 옆에 배치된 섹션(7.22 또는 7.24))의 외경 또는 단면보다 적어도 20% 작은 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  12. 제 1항에 있어서,
    방출 삽입체(7.2)는 고체 물질을 포함하고 및/또는 프레스 피트(press fit)에 의해 전극 홀더(7.1)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  13. 제 1항에 있어서,
    섹션(7.23)에서 옆에 배치된 섹션(7.22, 7.24)으로의 변환부는 반경(R1, R2, R3)을 가지고 및/또는 상기 변환부는 챔퍼(F1 또는 F2)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 절단 토치용 전극.
  14. 플라즈마 토치는 전극 홀더(7.1) 및 방출 삽입체(7.2)로 형성된 전극(7), 노즐(4) 및 플라즈마 가스(PG)용 가스 공급부를 가지는 적어도 하나의 플라즈마 토치 헤드(1)을 포함하며,
    섹션(7.23)은 상기 섹션(7.23) 옆에 배치된 적어도 하나의 섹션(7.22 및/또는 7.24)에 대해감소된 외경 또는 감소된 단면을 가지는 방출 삽입체(7.2)에 존재하는, 제 1항에 따른 플라즈마 토치용 전극의 이용.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101497052B1 (ko) * 2014-07-18 2015-02-27 김상국 이물질 절단 파쇄 기능을 갖는 수중펌프
USD775249S1 (en) * 2015-04-01 2016-12-27 Koike Sanso Kogyo Co., Ltd. Inner nozzle for plasma torch
DE102017112821A1 (de) * 2017-06-12 2018-12-13 Kjellberg-Stiftung Elektroden für gas- und flüssigkeitsgekühlte Plasmabrenner, Anordnung aus einer Elektrode und einem Kühlrohr, Gasführung, Plasmabrenner, Verfahren zur Gasführung in einem Plasmabrenner und Verfahren zum Betreiben eines Plasmabrenners
CN108561881B (zh) * 2018-03-16 2023-11-24 徐慕庆 一种割嘴
DE102020125073A1 (de) 2020-08-05 2022-02-10 Kjellberg-Stiftung Elektrode für einen Plasmaschneidbrenner, Anordnung mit derselben, Plasmaschneidbrenner mit derselben sowie Verfahren zum Plasmaschneiden

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10144516B4 (de) * 2001-09-10 2004-03-25 Kjellberg Finsterwalde Elektroden Und Maschinen Gmbh Plasmabrenner
KR101002082B1 (ko) * 2010-06-17 2010-12-17 김태홍 플라즈마 아크 토치용 전극

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3030490A (en) * 1959-12-18 1962-04-17 Union Carbide Corp Multiple purpose arc torch apparatus
JPS58170174U (ja) * 1982-05-10 1983-11-14 小池酸素工業株式会社 プラズマト−チの電極
US4675493A (en) * 1986-01-31 1987-06-23 Eutectic Corporation Gas-constricted arc nozzle
JPH07130490A (ja) * 1993-11-02 1995-05-19 Komatsu Ltd プラズマトーチ
US5624586A (en) * 1995-01-04 1997-04-29 Hypertherm, Inc. Alignment device and method for a plasma arc torch system
EP0927594B1 (de) * 1997-12-23 2003-09-10 Castolin S.A. Verfahren zum Beschichten von Werkstoffen
DE29905658U1 (de) * 1999-03-26 1999-07-22 Trafimet Spa Hochfrequenz-Plasmabrenner
US6559407B2 (en) * 2001-04-05 2003-05-06 Ford Global Technologies, Inc. Cathode assembly for an electric arc spray apparatus
US7132619B2 (en) * 2003-04-07 2006-11-07 Thermal Dynamics Corporation Plasma arc torch electrode
US7375302B2 (en) * 2004-11-16 2008-05-20 Hypertherm, Inc. Plasma arc torch having an electrode with internal passages
US8101882B2 (en) * 2005-09-07 2012-01-24 Hypertherm, Inc. Plasma torch electrode with improved insert configurations
DE102008018530B4 (de) 2008-04-08 2010-04-29 Kjellberg Finsterwalde Plasma Und Maschinen Gmbh Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmabrenner, Anordnung aus derselben und einer Düsenkappe sowie flüssigkeitsgekühlter Plasmabrenner mit einer derartigen Anordnung
DE102010053721B4 (de) * 2010-11-30 2014-05-15 Kjellberg Stiftung - Rechtsfähige Stiftung des bürgerlichen Rechts Brenner für das Wolfram-Inertgas-Schweißen sowie Elektrode zur Verwendung bei einem solchen Brenner

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10144516B4 (de) * 2001-09-10 2004-03-25 Kjellberg Finsterwalde Elektroden Und Maschinen Gmbh Plasmabrenner
KR101002082B1 (ko) * 2010-06-17 2010-12-17 김태홍 플라즈마 아크 토치용 전극

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Publication number Publication date
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US9073141B2 (en) 2015-07-07
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RU2621673C2 (ru) 2017-06-07
US20130313231A1 (en) 2013-11-28
ZA201302710B (en) 2013-12-23
ES2707292T3 (es) 2019-04-03

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