KR19980702147A - 플라즈마 토치 - Google Patents

Abstract

전극으로부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서, 토치 노즐 축심을 토치 바디 중심에 대해 편심시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치이다.

Description

플라즈마 토치

플라즈마 용접이라든지 절단에 있어서, 특히 플라즈마 토치의 접근이 곤란한 형상의 작업재를 가공하는 경우, 선단부가 가늘고 긴 플라즈마 토치를 사용해야 한다.

그런데, 이러한 선단부가 가늘고 길게 되어 있는 플라즈마 토치에서는 크기의 제약으로부터 아크열이라든지 작업재로부터의 복사열로 가열되기 쉬운 토치 노즐의 아크 구속부라든지 선단부까지 충분한 냉각수 수로를 확보할 수 없기 때문에 대전류로 용접이라든지 절단을 행하면, 냉각이 부족하여 토치 노즐이 녹아내리는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 일본 특허공개 소62- 47630호 공보와 일본 특허공개 소63-39347호 공보 등에 개시하는 바와 같이 플라즈마 토치의 선단부를 편평하게 하여 수평 단면에서 얇은 방향의 양측 2방향의 작업재에 대한 접근성을 향상시키는 동시에 토치 노즐 구멍 주위에 냉각수 연락 통로를 설치하여 토치 노즐의 냉각성을 향상시킨 플라즈마 토치가 제안되어 있다.

이와 같은 종래의 플라즈마 토치 수평 단면 형상은 편평하게 거의 직사각형으로 되어 있고, 토치 노즐 축심은 토치 중심부에 배치되어 있으며, 토치 노즐의 토치 중심에 대한 양측부에 냉각수의 왕복 통로를 설치하여, 이 양 통로를 토치 노즐의 선단부로 연결시킴으로써, 이 토치 노즐의 양측부와 선단부를 냉각하도록 되어 있다.

또, 다른 종래의 플라즈마 토치로서는 일본 실용공개 평1-60783호 공보 등에 나타나는 바와 같이, 플라즈마 토치의 전극이 토치 바디의 급전부와 결합 지지되고, 이 전극 외측에 절연재로 이루어지는 스페이서(가이드통)를 사이에 두고 토치 노즐이 배치되어 있는 것이 있다. 그리고 이것은 전극과 토치 노즐의 최단 갭부를 전극의 선단 부 부근에 설치하여 파일럿 아크 착화시에 실시하는 고주파에 의한 절연 파괴가 이 최단 갭부(전극의 선단부 부근)에서 발생하도록 하여, 토치 내부의 전극 선단부 이외에서 이상 방전이 발생하는 것을 방지하고 있다.

또한 다른 종래의 플라즈마 토치로서, 일본 특허공개 평5-379호 공보와, 일본 특허공고 소56-4351호 공보 등에 나타나는 바와 같이, 토치 바디의 선단 외주에 설치한 전기적 절연체에 캡을 부착하여, 그 캡을 작업재에 꽉 눌러 용접함으로써, 스탠드 오프를 일정하게 유지하면서 용접, 또는 절단하도록 되어 있는 것이 있다.

상기 종래의 편평형의 플라즈마 토치로는 수평 단면이 얇은 방향의 양측 2방향의 외면이 토치 노즐 축심으로부터 가까운 것에 의해, 이 양면에서 작업재로의 접근성이 좋고, 두꺼운 판의 개방 선단 접촉부의 루트 페이스(root face)를 용접하는 경우, 좁은 개방 선단부에서도 플라즈마 토치를 삽입하여, 단면 형상이 두꺼운 방향으로 이동하면서 용접할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 이 구성에서는 단면 형상이 얇은 방향의 양측에서 작업재로의 접근성이 좋지 않기 때문에, 적용할 수 있는 작업재가 한정되고, 특히 로봇에 탑재하여 선용접을 행할 경우, 로봇의 자세로서는 실현할 수 없는 특이점이 다수 발생하므로, 그 범용성에 문제가 있다. 또한, 이 플라즈마 토치에서는 소모품인 토치 노즐도 편평 형상으로 되기 때문에, 그 가공이 복잡하고, 납땜 공정이 있어서 대단히 고가로 되므로, 운영 비용이 고가가 되는 문제가 있다.

또, 상기 종래의 전극과 토치 노즐의 최단 갭부를 전극의 선단부 부근에 설치한 플라즈마 토치에서는, 전극 선단부를 제외한 외주에 절연재로 구성된 가이드를 통해 외측의 토치 노즐을 배치하고, 또한 전극의 선단부 부근에 전극과 토치 노즐의 최단 갭부를 설치하여 파일럿 아크 착화시에 실시하는 고주파에 의한 절연 파괴가 이 최단 갭부(전극의 선단부 부근)에서 발생하도록 하고, 전극 선단부 이외의 부위에서의 방전(이상 방전)을 방지하고자 한다. 그러나, 이 가이드(절연재)와 토치 바디 사이에는 아무래도 공간(틈)이 존재하기 때문에, 특히 가이드에서 냉각수가 새고 있는 경우 등 파일럿 아크 발생시에 가이드 표면에 이른바 연면 방전이 발생하며, 전극의 선단부 이외의 부위와 토치 노즐 사이에서 방전(이상 방전)이 발생하여, 토치 노즐이 타버리는 문제가 있다.

또한, 종래의 토치 바디의 선단에 캡을 설치한 플라즈마 토치에서는 토치 바디의 선단 외주에 설치한 전기적 절연체에 캡을 부착하고, 그 캡을 작업재에 꽉 눌러서 용접함으로써, 스탠드 오프를 일정하게 유지하면서 용접, 또는 절단을 하도록 되어 있다. 이것에 의해, 아크 길이를 일정하게 유지할 수 있고, 용접품질, 또는 절단 품질을 안정시킬 수 있다. 또한, 용접에 사용할 경우에는 특히 아크 스폿 용접에 있어서, 용접 포인트를 선단에 설치한 캡으로 덮어버릴 수 있기 때문에 실드 효과가 향상되고, 용접 포인트의 산화를 방지할 수 있다. 그러나, 이들 플라즈마 토치에서는 선단 캡을 직접 작업재에 꽉 누르기 때문에 작업재로부터의 열전도에 의해 가열되고, 아크로 부터의 복사열를 받기도 하며, 이 캡이 녹아 변형하여, 스탠드 오프를 일정하게 유지할 수 없어지게 되고, 토치 그 자체까지 녹아 손실되는 문제가 있다. 또한, 이들 플라즈마 토치중에서 플라즈마 가스 선회류 방식의 플라즈마 토치에 있어서는, 캡의 가스 빼기 구멍의 형상에 의해서는 힘써 작업재의 아크 포인트를 실드하고 있어도 토치 바디와 캡으로 구성되는 챔버내에 공기가 들어가 용접 포인트가 산화하기도 하고, 챔버내에서의 가스의 흐름이 흐트러져 용접 품질이 안정되지 않는 문제가 있다.

본 발명은 용접 또는 절단 등에 있어서 특히 작업재로의 접근성이 요구되는 플라즈마 토치에 관한 것이다.

본 발명은 이하의 상세한 설명 및 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부도면에 의해 보다 잘 이해될 것이다. 또한, 첨부도면에 나타내는 실시예는 발명을 특정하는 것을 의도하는 것이 아니고, 단지 설명 및 이해를 용이하게 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 플라즈마 토치의 제 1 실시예의 단면도.

도 2는 도 1의 A방향 사시도.

도 3은 도 1의 B방향 사시도.

도 4는 상기 제 1 실시예의 토치 노즐의 냉각수실의 다른 예의 사시도.

도 5는 상기 제 1 실시예의 작업재 접촉용 캡의 다른 예의 정면도.

도 6은 도 5의 C방향 사시도.

도 7A 및 도 7B는 종래의 작업재 접촉용 캡에 형성된 가스 빼기 홈의 설명도.

도 8A 및 도 8B는 상기 제 1 실시예의 작업재 접촉용 캡에 형성된 가스빼기 홈의 설명도.

도 9는 상기 제 1 실시예의 토치내 배관의 배치 상태의 다른 예의 설명도.

도 10은 제 2 실시예의 작업재 접촉용 챕의 일부 파단 사시도.

도 11은 제 3 실시예의 토치 바디의 종단면도.

도 12는 도 11의 D방향 사시도.

본 발명은 상기의 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 제 1 목적은 냉각수로써 전극관 토치 노즐, 특히 아크와 작업재로부터 복사열를 받는 토치 노즐의 선단부 및 아크 구속부 또는 그 근방을 충분히 냉각할 수 있도록 한 플라즈마 토치에서도, 토치 노즐 축심 주위의 최대 3방향의 토치 노즐축심으로 부터의 크기를 작게 하고, 이들 방향에 대하여 작업재로의 접근성을 압도적으로 향상시키는 동시에, 전극과 토치 노즐등의 소모품 형상이 대칭형으로 가공이 간단하기 때문에, 그것을 염가로 제공할 수 있도록 한 플라즈마 토치를 제공하는 것에 있다.

또한, 제 2 목적은 토치 바디내의 가이드 표면에서의 연면 방전 경로를 차단함으로써 토치 내부의 이상 방전 발생을 방지하고 토치가 타없어지는 것을 방지할 수 있도록 한 플라즈마 토치를 제공하는 것에 있다.

또한, 제 3 목적은 스탠드 오프를 일정하게 유지하기 위해서 플라즈마 토치 선단에 장착하는 작업재 접촉용 캡을 냉각수로 냉각 가능하게 함으로써, 이 작업재 접촉용 캡이 녹아서 변형하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 작업재의 아크 조사부 주변 모서리를 냉각된 작업재 접촉용 캡이 접촉됨으로써 냉각되고, 특히 중첩 스폿트 용접을 실시하는 경우에 표면측에 작업재의 용탕 직경을 작게 할 수 있어 작업재의 외관 품질을 향상시킬 수 있고, 또한 아크 조사부를 완전히 외기로부터 실드할 수 있는 동시에 플라즈마 가스의 흐름을 흐트리지 않고 용접 품질 및 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 플라즈마 토치를 제공하는 것에 있다.

상기 제 1 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 플라즈마 토치는, 전극으로부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서, 토치 노즐 축심을 토치 바디 중심에 대하여 편심시키고 있다.

그리고, 토치 바디에 설치하는 매체 통로 전부 혹은 일부를 토치 바디 중심에 대하여 한쪽부에 설치하고 있다.

또한, 토치 노즐의 아크 구속부 또는 그 근방 주위에 고리모양의 냉각수실을 설치하고, 이 냉각수실에 냉각수를 연결시키고 있다.

또한, 전극 및 토치 노즐의 수평 단면 형상을 대칭형으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 토치 노즐의 축심은 편평하게 형성된 토치 바디 중심에 대하여 수평 단면의 길이 방향으로 편심되어 있는 것에 의해, 토치 노즐 축심에 대한 주위 최대 3방향측의 치수가 작아지며, 작업재로의 접근성이 향상되고, 복잡한 형상을 한 작업재에 대해서도 용버이라든가 절단 등의 작업을 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 이들의 작업시에는 전극, 토치 노즐은 냉각수로 냉각되어 있고, 특히 플라즈마 아크라든가 작업재로부터의 복사열을 받는 토치 노즐의 선단부 및 아크 구속부 또는 그 부근이 충분히 냉각되기 때문에, 대전류로 작업을 행하여도 토치 노즐 등의 소모품의 수명을 길게 할 수 있다.

그리고, 이들 소모품인 토치 노즐은 대칭형으로 할 수 있는 동시에, 토치 바디 그 자체로 작업재로의 접근성을 확보할 수 있으므로, 가늘고 긴 형상으로 할 필요가 없고, 그 결과 제작시의 가공량을 감소시킬 수 있어 염가로 제공할 수 있다. 따라서, 운영 비용에 있어서도 종래의 플라즈마 토치와 비교하여 우위성이 있다.

또한 상기 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 플라즈마 토치는, 전극으로부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 조여 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서, 전극과 토치 노즐을 절연 부재를 거쳐 동축적으로 배치하는 동시에, 상기 절연부재와 토치 바디 사이에 존재하는 전극의 선단부 부근 이외의 공간 전부 또는 일부를 축방향에서 별도의 절연 부재로 차단하고 있다.

또한, 상기 다른 절연 부재에 탄성체를 사용하고 있다.

상기 구성에 의하면, 파일럿 아크 발생시에는 절연파괴 때문에 전극-토치 노즐간에 고전압이 걸리지만, 전극과 토치 노즐을 절연 부재(가이드통)를 통해 동축적으로 배치하는 동시에 가이드와 토치 바디간에 존재하는 공간의 전부 또는 일부를 절연 부재로 축방향에서 차단하는 구성으로 되어 있기 때문에, 가이드 표면의 연면 방전 경로가 차단되고, 토치 내부의 전극의 선단부 부근 이외에서의 방전 즉 이상 방전이 없어지고, 토치가 타는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제 3 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 플라즈마 토치는, 전극으로부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서, 토치 바디에 착탈가능하게 설치되는 작업재 접촉용 캡에 냉각수가 통과하는 냉각수 통로를 설치하고 있다.

상기 구성에 의하면, 스탠드 오프를 일정하게 유지하기 위해서 플라즈마 토치 선단에 장착하는 작업재 접촉용 캡을 냉각수로 냉각하고 있기 때문에, 작업재 접촉용 캡이 녹아 변형되는 것을 방지하는 동시에, 작업재의 아크 조사부 주변 모서리부가 이 냉각된 작업재 접촉용 캡이 접촉하여 냉각됨으로써, 특히 중첩 스폿용접을 실시하는 경우에 작업재 표면측의 용탕 직경을 작게 할 수 있어, 작업재의 외관 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 전극으로부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서, 토치 바디에 설치되는 작업재 접촉용 캡에, 해당 캡으로부터 배출 가스가 선회하면서 배출되도록 하고 있다.

이 구성에 의하면, 특히 플라즈마 가스 선회류 방식의 플라즈마 토치에 있어서는 아크 조사부를 완전히 외부로부터 실드할 수 있는 동시에, 토치 바디, 작업재 접촉용 캡 및 작업재로 형성되는 챔버내의 가스 흐름을 원활하게 하여 용접 품질 및 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 플라즈마 토치의 제 1 실시예를 도시하고 있다. 도면중, 부호 1은 토치 바디이고, 이 실시에에서는 그 선단부만이 도시되어 있다. 이 토치 바디(1)는 외부와의 전기적 절연성을 갖기 위해서 합성 수지로 구성되어 있고, 이 토치 바디(1)의 선단부에는 전극(2)과, 이 전극(2)의 선단측에 통전성을 갖는 토치 노즐(3)과 토치 헤드 커버(4)가 노즐 축심에 대하여 동심적으로 배치되어 있다. 상기 전극(2)은 절연성을 갖는 재료, 예를 들면 세라믹 또는 수지로 이루어지는 가이드통(5)을 끼우고 토치 바디(1)에 지지되는 전극대(6)와, 전극대(6)의 선단에 납땜, 또는 압입 등으로 부착된 전극편(7)으로 되어 있다. 또한, 상기 토치 노즐(3)의 가이드통(5)을 거쳐 전극에 전기적 절연상태로 접촉되어 있다. 또한, 토치 커버(4)는 전기적 절연성 및 내열성을 갖는 재료, 예를 들면 세라믹 등으로 구성되어 있다.

또한, 전극(2)을 지지하는 가이드통(5)을 외측에 플라즈마 가스실(8)이 설치되어 있고, 이 플라즈마 가스실(8)은 가이드통(5)에 소용돌이 모양으로 설치한 가스 노즐(9)로 전극편(7)의 전단측 공간에 연결되어 있고, 플라즈마 가스가 선회하면서 내뿜게 되어 있다. 그리고, 플라즈마 가스실(8)에 플라즈마 가스 공급로(10)가 접속되어 있다.

또한, 전극(2)의 전극대(6)내에는 전극대(6) 외주에 장착된 밀봉부재(20)에 의해서 밀봉된 전극 냉각실(11)이 설치되어 있고, 이 전극 냉각실(11)에 냉각수 유입관(12)이 삽입되어 있다.

또한, 토치 노즐(3)의 아크 구속부 주위에는 축방향으로 위치를 어긋나게 하여 두개의 고리모양 냉각실(13a, 13b)이 그 일부끼리 서로 접속되어 설치되고, 이 고리모양 냉각실(13a)에 상기 전극대(6)의 전극 냉각실(11)의 출구측이 토치 노즐 냉각수 유입로(14)를 통해 접속되어 있다.

또한, 다른 고리모양 냉각수실(13b)에 냉각수 복귀로(15)가 접속되어 있다. 또, 토치 노즐의 냉각수 수로는 도 4에 나타난 바와 같이 1개의 냉각수실(13c)에 냉각수 유입로(14) 및 냉각수 복귀로(15)가 수평방향으로 서로 위치를 어긋나게 하여 접속되어 있는 구성으로도 동일한 토치 노즐 냉각 효과가 얻어진다.

또한, 전극(2)의 선단부 및 토치 노즐(3) 주위에는 실드 가스실(16)이 설치되어 있고, 이 실드 가스실(16)은 토치 헤드 커버(4)에 설치한 실드 가스 노즐(17)에 접속되어 있다. 그리고 상기 실드 가스실(16)에 실드 가스 공급로(18)가 접속되어 있다.

상기 토치 바디(1)는 도 2에 나타난 바와 같이, 수평단면 형상이 편평한 거의 타원상으로 되어 있고, 토치 노즐 축심은 이 토치 바디(1)의 단면 형상의 길이 방향의 한쪽으로 편심한 위치에 배치되어 있고, 토치 노즐 축심부에 위치하는 냉각수실 및 가스실에 가로 방향으로 접속되는 각 통로, 즉 토치 노즐 냉각수 유입로(14), 냉각수 복귀로(15) 및 플라즈마 가스 공급로(10), 실드 가스 공급로(18)는 토치 노즐 축심에 대한 타측부에 배치되어 있다. 그리고, 토치 바디(1)의 토치 노즐 축심측의 단부는 토치 노즐 축심을 중심으로 하는 반원 형상으로 되어 있다. 이 반원 형상으로 되어 있는 부분은 전극(2), 토치 노즐(3) 및 토치 헤드 커버(4) 등을 보유할 만큼의 두께가 되면 좋고, 그 반경 수치는 필요한 최소한의 치수로 되어 있다.

이것에 의해, 본 발명의 플라즈마 토치의 상기 제 1 실시예에서는 토치 노즐(3)의 토치 노즐축심에 대한 주위 최대 3방향측의 치수가 종래의 플라즈마 토치와 비교하여 대폭 작게 할 수 있어, 작업재로의 접근성이 향상하여 복잡한 형상을 한작업재에 대해서도 용접이라든지 절단 등의 작업이 효율적으로 행하여진다. 이 작업시에는 전극(7), 토치 노즐(3)은 냉각수로 강제 냉각되어 있고, 특히 아크라든지 작업재로부터의 복사열를 받는 토치 노즐(3)의 선단부 및 구속부 또는 그 부근을 충분히 냉각할 수 있다. 이 경우, 냉각 매체로서는 물외에, 알코올, 기름 또는 그것들의 혼합물을 사용해도 같은 냉각 효과를 얻을 수 있다.

이렇게 하여 상기 구성이면 대전류로 작업을 행하더라도 전극(2) 및 토치 노즐(3)의 냉각을 충분히 행할 수 있기 때문에, 소모품의 수명을 길게 할 수 있다. 또한, 소모품인 토비 바디(1) 그 자체가 소직경화되어 있기 때문에, 소모품을 가늘고 길게 할 필요가 없고, 소모품 제작시의 가공량을 감소할 수 있기 때문에, 소모품 가격을 염가로 제공할 수 있어, 긴 수명과 합쳐, 운영비용을 종래의 플라즈마 토치와 비교하여 대폭 감소할 수 있다.

또한, 전극대(6)에 만물린 가이드통(5)의 외주에는 이 가이드통(5)과 토치 바디(1) 사이의 공간(틈)을 축방향으로 차단하는 0-링 모양의 절연부재(19)가 장착되어 있다.

상기 절연부재의 재질은, 제 1 실시예와 같이 0-링등 탄성을 가진 것이 바람직하고, 또한 마찬가지로 흡수성을 갖고 있는 것이 좋다.

부호 22는 토치 선단부에서 볼트(23)로 착탈 가능하게 장착되는 작업재 접촉용 캡이고, 이것에 의해 용접이라든지 절단 등에 있어서 스탠드 오프가 설정되어 있다. 이 작업재 접촉용 캡(22)의 수평 단면 형상도 토치 바디(1)의 수평 단면 형상과 거의 동일하게 되어 있어, 토치 노즐 축심에 대응하는 위치에 플라즈마 방출구(24)가 설치되어 있다. 그리고, 이 플라즈마 방출구(24)로부터 편심한 타측부에는 냉각수 통로(25)가 설치되어 있고, 이 냉각수 통로(25)에는 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 왕복수관(26a, 26b)이 접속되어 있다. 부호 27은 작업재 접촉용 캡(22)의 단면에 설치된 가스 빼기 홈이고, 이것은 구멍이어도 된다. 또한, 이 가스빼기 홈 또는 구멍은 배출 가스가 선회하면서 배출되도록 구성해도 된다.

다음에 제 1 실시예의 작용에 대하여 설명한다.

우선, 아크 발생시에는 전극(2)과 토치 노즐(3)의 절연을 고주파(고전압)가 기동함으로써 파괴하여 방전 경로를 확보한 후, 전극(2)과 토치 노즐(3) 사이에서 파일럿 아크가 발생한다. 이 파일럿 아크가 작업재쪽으로 이행하여 전극편(7)과 작업재간에 플라즈마 아크가 생기고, 해당 플라즈마 아크에 의해 작업재가 용접 또는 절단된다. 이 때, 플라즈마 가스 공급로(10)로부터 플라즈마 가스가 소용돌이 모양으로(선회기류 상태로) 공급되고, 또한 실드 가스 공급로(18)로부터 실드 가스가 공급된다.

상기의 아크 발생의 절연 파괴시에는 전극(2)과 토치 노즐(3) 사이에 고전압이 걸리기 때문에, 특히 가이드통(5)이 냉각수 등에 의해 젖어 있을 경우 등에 절연 파괴가 전극의 선단부 부근의 전극(21)-토치 노즐(3) 사이에서 행해지지 않고, 전극(2)의 후부와 토치 노즐(3)의 후부사이에서 가이드통(5)의 표면을 방전경로로 하여(연면방전에 의해) 절연이 파괴되고, 이 방전경로를 통해 파일럿 아크의 방전이 개시되어, 토치가 타버릴 수 있다. 이 현상은 플라즈마 용접과 같이 플라즈마 가스에 아르곤 가스 등 절연파괴가 발생하기 쉬운 가스를 사용할 때에 많이 발생한다. 그러나, 제 1 실시예에서는 절연부재(19)에 의해 전극(2)의 선단부 이외의 토치 내부의 전극(2)-토치 노즐(3)간에 발생하는 이상방전의 경로내, 가이드통(5) 표면의 연면방전의 경로를 차단하고 있기 때문에, 토치 내부의 이상 방전, 그리고 토치가 타서 손실되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이때 작업재 접촉용 캡(22)도 그 사용에 있어서는 냉각수로 냉각된다. 이 작업재 접촉용 캡(22)이 냉각되어 있는 것에 의해, 작업재의 작업재 접촉용 캡(22)이 접촉하는 부분은 아크 방출구(24) 주변 모서리에서 냉각된다. 이것에 의해, 특히 중첩 스폿 용접을 실시하는 경우에, 작업재 표면쪽의 용탕 직경을 작게 할 수 있는 동시에, 작업재의 열 변형을 억제할 수 있어, 작업재의 외관 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 5 및 도 6에 도시된 다른 예와 같이, 작업재 접촉용 캡(22)의 단면에 설치된 가스 빼기 구멍(27)을 그것을 통하는 배출 가스가 선회하면서(플라즈마 가스의 선회 방향과 일치하여) 배출되도록 구성하면, 아크 조사부를 완전히 외기로부터 실드할 수 있는 동시에, 토치 바디(1), 작업재 접촉용 캡(22) 및 작업재로 구성되는 챔버내의 가스 흐름을 원활하게 할 수 있고, 용접 품질과 안정성을 향상시킬 수 있다.

이 원리를 이하에 도 7A 및 도 7B를 기초로 설명한다. 도 7A는 종래의 작업재 접촉용 캡의 배출가스용 가스빼기 홈의 형상을 도시하고, 이러한 구조로서는 특히 플라즈마 가스가 선회하고 있는 경우, 도 7B에 나타낸 바와 같이, 가스빼기 홈 일부에 정체공간(27a)이 발생하고, 이 정체공간(27a)을 통하여 토치 바디(1), 작업재 접촉용 캡(22) 및 작업재로 구성되는 챔버내의 외기(에어)가 들어가 아크 조사부가 산화하기도 하고, 플라즈마의 선회류가 가스빼기 구멍부분에서 난반사하여 챔버내의 가스흐름이 흐트러지기 때문에, 용접 품질 또는 절단 품질이 안정되지 않는다.

이것에 대하여, 제 1 실시예의 작업재 접촉용 캡(22)으로는 도 8A에 나타난 바와 같이, 가스빼기 홈(27)이 플라즈마 가스의 흐름에 마주 대한 형태로 설치되어 있고, 도 8B에 나타낸 바와 같이, 가스가 원활하게 배출되기 때문에, 상기의 정체 공간이 발생하지 않고, 외기의 챔버내로의 진입을 방지하여 아크조사부를 완전히 실드할 수 있어, 플라즈마 가스의 선회류가 흐트러지는 일이 없어, 절단 품질 또는 용접 품질이 안정된다.

제 1 실시예는 본 발명의 한 실시예에 지나지 않고, 본 발명의 청구범위를 하동 구속할만 한 것이 아니다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시예와 동일하게 토치내 배관의 배치 구조를 토치 내부의 일부에 (비대칭으로) 집약하는 것이라든지 배관의 일부를 다른 쪽에 배치함으로 (3방향이 아닌) 특정 방향에 관한 작업재로의 접근성을 향상시틴 토치도 본 발명의 청구범위에 포함되는 것은 물론이다.

도 10은, 제 2 실시예의 작업재 접촉용 캡을 도시하고 있다.

제 2 실시예에서는 토치 바디(1)에 그것을 둘러싸도록 해 부착한 작업재 접촉용 캡의 장착캡(28) 선단에 착탈 가능하게 설치하는 작업재 접촉용 캡(22)에 아크 분출구멍과 동심적으로 고리모양의 냉각수로(29)가 형성되고, 이 냉각수로(29)에 왕복수관(26a, 26b)이 접속되어 있다.

제 2 실시예에 의하면, 작업재 접촉용 캡(22)이 녹아 변형하는 것을 한층 더 확실하게 방지할 수 있음과 동시에, 작업재 접촉용 캡(22)의 아크 분출구멍 주위의 온도분포가 균일하게 되어, 중첩 스폿용접에 사용할 경우에 용탕직경을 작게 할 수 있기 때문에, 작업재의 외관품질을 한층 더 향상시킬 수 있다.

도 11 및 도 12는 제 3 실시예의 토치 바디를 도시하고 있다.

이것은 토치 바디(1) 선단에 부착한 헤드커버(4)의 선단에 착탈가능하게 설치하는 작업재 접촉용 캡(22)에 아크 분출 구멍과 동심적으로 고리모양의 냉각수로(30)가 형성되며, 냉각수로(30)에 냉각수 유입로(14) 및 냉각수 복귀로(15)가 접속되어 있다.

본 제 3 실시예도 제 2 실시예와 같은 효과가 얻어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명의 플라즈마 토치는 토치 노즐(3)의 축심은 편평하게 형성된 토치 바디(1)의 수평단면의 길이 방향으로 편심되어 있는 것에 의해, 토치 노즐 축심에 대한 주위 3 방향측의 치수가 작아지기 때문에, 작업재로의 접근성이 향상되어 복잡한 형상을 한 작업재에 대해서도 용접이라든지 절단 등의 작업을 효율적으로 행할 수 있다.

이것들의 작업시에는 전극(2), 토치 노즐(3)은 냉각수로 냉각되어 있고, 특히 아크라든지 작업재로부터의 복사열을 받는 토치 노즐(3)의 선단부 및 아크 구속부 또는 그 부근이 냉각되므로 대전류로 작업을 행하더라도 소모품인 토치 노즐(3)의 수명을 길게 할 수 있다. 또한, 토치 바디(1) 그 자체가 소직경화되어 있기 때문에, 소모품인 토치 노즐(3)을 가늘고 길게 할 필요가 없고, 그 결과 소모품 제작시의 가공량을 감소할 수 있으며, 소모품 가격을 염가로 할 수 있다. 따라서, 운영 비용을 종래의 플라즈마 토치와 비교하여 대폭 내릴 수 있다.

(2) 본 발명의 플라즈마 토치는 파일럿 아크 발생시에는 절연파괴 때문에 전극(2)-토치 노즐(3)간에 고전압이 걸리지만, 전극(2)과 토치 노즐(3)을 절연부재(가이드통(5))를 거쳐 축에 배치하는 동시에, 가이드통(5)과 토치 바디(1) 사이에 존재하는 공간의 전부 또는 일부를 절연부재로써 차단한 구성으로 되어 있기 때문에, 가이드통(5) 표면의 연면 방전 경로를 차단하고, 토치 내부의 이상 방전을 방지할 수 있다.

(3) 본 발명의 플라즈마 토치는 스탠드오프를 일정하게 유지하기 위해 플라즈마 토치의 선단에 장착되는 작업재 접촉용 캡(22)을 냉각수로 냉각하고 있기 때문에, 작업재 접촉용 캡(22)이 녹아 변형하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 작업재의 아크 조사부 주변부가 이 냉각된 작업재 접촉용 캡이 접촉됨으로써 냉각되며, 특히 중첩 스폿 용접을 실시하는 경우에 작업재 표측의 용탕 직경을 작게 할 수 있는 동시에, 작업재의 열 변형을 억제할 수 있고, 작업재의 외관 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 아크 조사부를 완전히 외기로부터 실드할 수 있는 것과, 토치 바디(1), 작업재 접촉용 캡(22) 및 작업재로 구성되는 챔버내의 가스 흐름을 원활하게 할 수 있으므로, 용접 품질 또는 절단 품질과 안정성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명은 예시적인 실시예에 관해 설명하였으나, 개시한 실시에에 관하여, 본 발명의 요지 및 범위를 이탈하지 않고, 여러가지 변경, 생략, 추가가 가능한 것은 당업자에 있어서 자명하다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 요소에 의해 규정되는 범윔 치 그 균등범위를 포함하는 것으로 이해되어야만 한다.

Claims (9)

1. 전극으로부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서,

   토치 노즐 축심을 토치 바디 중심에 대하여 편심시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
2. 제 1 항에 있어서, 토치 바디에 설치하는 매체 통로의 전부 혹은 일부를 토치 바디 중심에 대하여 한쪽부에 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
3. 제 1 항에 있어서, 토치 노즐의 아크 구속부 또는 그 근방 주위에 고리모양의 냉각수실을 설치하고, 이 냉각수실에 냉각수를 연통시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
4. 제 2 항에 있어서, 토치 노즐의 아크 구속부 또는 그 근방 주위에 고리모양의 냉각수실을 설치하고, 이 냉각수실에 냉각수를 연통시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 전극 및 토치 노즐의 수평 단면 형상을 대칭형으로 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
6. 전극으로 부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서,

   전극과 토치 노즐을 절연부재를 동축적으로 배치하는 동시에, 상기 절연부재와 토치 바디 사이에 존재하는 전극의 선단부 부근 이외의 공간 모두 또는 일부를 축방향에서, 별도의 절연부재로 차단한 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 별도의 절연부재로서 탄성체를 사용한 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
8. 전극으로 부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서,

   토치 바디에 착탈 가능하게 설치되는 작업재 접촉용 캡에 냉각수가 통과하는 냉각수 통로를 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
9. 전극으로 부터 연장되는 플라즈마 아크를 토치 노즐로 스로틀 방식으로 분출시키도록 한 플라즈마 토치에 있어서,

   토치 바디에 부착되는 작업재 접촉용 캡에 해당 캡으로부터의 배출가스가 선회하면서 배출되도록 한 가스빼기 구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.