KR20070101127A - 플라즈마 토치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 토치에 관한 것이고, 본 발명에 따른 플라즈마 토치(A)는 플라즈마 토치(A)의 내부 또는 근방에서의 플라즈마 가스를 공급하는 가스공급로(8)에 밸브(10)를 설치하고, 해당 밸브(10)의 폐쇄동작을 플라즈마 아크의 정지 시의 전류변화에 실질적으로 동조시키도록 구성된다. 본 발명에 따른 플라즈마 토치(A)는 밸브(10)가 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 거리 600mm까지의 범위로 설치되어 있다. 따라서, 플라즈마 가스의 공급경로에 설치하는 플라즈마 가스의 공급을 제어하는 밸브의 위치를 설정함으로써 플라즈마 가스의 소비량을 가급적 적게 한다.
플라즈마 토치

Description

플라즈마 토치 {PLASMA TORCH}
도 1은 플라즈마 토치의 구성을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 토치 선단에서 전자밸브까지의 거리에 따른 배관용량을 설명하는 도면이다.
도 3은 토치 선단에서 전자밸브까지의 거리에 따른 전자밸브폐쇄와 압력강하와의 관계를 설명하는 도면이다.
도 4는 토치 선단에서 전자밸브까지의 거리에 따른 전극의 내구시간의 관계를 설명하는 도면이다.
*도면 부호의 간단한 설명*
A 플라즈마 토치 1 토치본체
2 전극 3 노즐
3a 구멍 4 이차노즐
4a 구멍 4b 선단면, 플라즈마 토치의 선단
5 캡 6 공간
7 이차기류통로 8 가스공급로
10 밸브
특허문헌 1 : 일본특허 제3231899호 공보
본 발명은 플라즈마 가스의 공급경로에 있어서의 밸브위치를 설정함으로써 플라즈마 가스의 소비량을 가급적 적게 할 수 있는 플라즈마 토치에 관한 것이다.
플라즈마 토치는 전극과 노즐과의 사이에 구성된 공간에 플라즈마 가스를 공급하고 전극과 노즐과의 사이에서 방전시켜 플라즈마화 시킨 플라즈마 아크를 노즐로부터 피절단재를 향해 분사시킴으로써 모재(母材)를 용융, 배제시킴과 함께 예정된 절단경로를 따라 상대적으로 이동시킴으로써 절단을 행하는 것이다.
상기와 같이 플라즈마 토치는 주로 수치제어(NC)되는 NC절단장치에 탑재되어 사용된다. 이 경우, 플라즈마 토치는 NC절단장치의 클로스 컷터에 설치한 횡행(橫行) 캐릿지(carriage)에 탑재되어 있고, 이 플라즈마 토치에 대한 플라즈마 가스의 공급을 제어하는 전자(電磁)밸브는 프레임 혹은 횡행 캐릿지에 고정되고 플라즈마 토치와 전자밸브의 사이를 호스에 의해 접속하는 것이 일반적이다. 이러한 NC절단장치는 전자밸브의 하류측에 호스의 용적 및 플라즈마 토치에 있어서의 플라즈마 가스 통로의 용적과 이를 더한 용적을 가진 공간이 구성되게 된다.
한편 플라즈마 절단에서는 플라즈마 가스 유량과 아크 전류값과의 사이에 소 정 상관관계가 성립하는 경우에 적정한 절단이 행해지고, 양자의 밸런스가 무너지는 경우 아크 방전이 정지하기도 하고 시리즈 아크가 발생하여 전극이 손상되는 것이 알려져 있고, 이 문제에 대응하기 위해 아크전류값의 변화에 동조시켜 플라즈마 가스의 유량을 변화시키는 것이 행해지고 있다.(예를 들면 특허문헌 1 참조)
또한 플라즈마 토치에서는 전극의 소모를 가급적 적게 하기 위해 절단을 종료하는 경우에 전극에 대한 통전(通電)을 차단한 후 전극의 주위에 에프터 플로우라 불리는 플라즈마 가스의 흐름을 소정시간 유지하고, 그 후 플라즈마 가스의 공급을 정지하는 것이 행해지고 있다.
플라즈마 토치와 전자밸브 사이의 거리가 길어짐에 따라 해당 전자밸브로부터 플라즈마 토치의 선단까지의 사이에 형성되는 플라즈마 가스유로의 용적이 커진다. 이 때문에 전자밸브를 폐쇄하는 경우 상기 플라즈마 가스유로에 잔류한 플라즈마 가스가 플라즈마 토치의 선단에서 대기로 방출되기까지의 시간이 증가하고, 절단이 종료하여 플라즈마 아크가 정지한 후에도 플라즈마 가스의 방출이 계속되게 된다.
즉 전자밸브를 폐쇄한 후 일정량의 플라즈마 가스는 에프터 플로우를 실현했다 하더라도 다른 많은 플라즈마 가스가 대기로 방출하게 되어 경제적으로 낭비가 발생한다는 문제점이 있다.
또한 전자밸브에서 플라즈마 토치 선단까지의 사이에 형성되는 플라즈마 가 스유로의 용적이 커짐에 따라 전자밸브를 폐쇄하는 경우의 해당 전자밸브보다도 하류측의 플라즈마 가스유로에 있어서의 압력강하에 시간이 걸려 전극의 주위에 대한 플라즈마 가스의 공급이 많아져 해당 전극에 손상을 줄 염려가 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마 가스의 공급경로에 설치하는 플라즈마 가스의 공급을 제어하는 밸브의 위치를 설정함으로써 플라즈마 가스의 소비량을 가급적으로 적게 할 수 있는 플라즈마 토치를 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 플라즈마 토치는 공급된 플라즈마 가스를 플라즈마화하여 선단에서 피절단재를 향하여 분사하여 절단하는 플라즈마 토치에 있어서, 플라즈마 토치의 내부 또는 근방의 플라즈마 가스의 공급경로에 플라즈마 가스의 공급을 제어하는 밸브를 설치하고, 해당 밸브의 폐쇄동작을 플라즈마 아크의 정지 시의 전류변화에 실질적으로 동조시키도록 구성한 것이다.
상기 플라즈마 토치에 있어서, 밸브는 전자밸브, 모터밸브, 전공조정기, 정류양소자(定流量素子) 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 밸브는 플라즈마 토치의 선단에서 600mm 까지의 범위로 설치되어 있는 것이 보다 바람직하다.
이하 본 발명에 관계되는 플라즈마 토치의 가장 바람직한 실시형태에 관하여 설명한다.
본 발명의 플라즈마 토치는 플라즈마 가스의 공급경로에 있어서의 밸브의 위치를 설정함으로써 낭비되는 플라즈마 가스의 양을 가급적 적게 한 것으로 플라즈 마 토치에 대한 통전의 차단과 동시에 밸브를 폐쇄시킴으로써 전극의 주위에 대해 적당한 플라즈마 가스를 공급하여 에프터 플로우를 행하게 하도록 한 것이다.
본 발명에 관계되는 플라즈마 토치는 플라즈마 가스로써 산소가스를 이용하고, 이 산소가스를 플라즈마화하여 강판이나 스텐레스강판 등의 피절단재를 향해 분사함으로써 피절단재를 용융 및 산화시킴과 동시에 용융물 및 용융산화물을 모재로부터 배제하고 이 상태를 유지하여 플라즈마 토치와 피절단재를 상대적으로 이동시킴으로써 절단가능하도록 구성되어 있다.
이러한 플라즈마 토치는 플라즈마 아크를 정지하는 경우에 플라즈마 토치에 통전하고 있는 아크 전류를 단번에 차단하면 전극에 무부하전압이 인가되게 되어 고온 상태에 있는 전극의 소모가 진행한다는 문제가 있고, 본건 출원인은 상기 문제를 해결할 수 있는 발명을 하여 이미 일본특허제3468864호로 하여 취득하고 있다.
실시예
이하 본 실시예에 관계되는 플라즈마 토치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 플라즈마 토치의 구성을 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 2는 토치 선단에서 전자밸브까지의 거리에 따른 배관용량을 설명하는 도면이다. 도 3은 토치 선단에서 전자밸브까지의 거리에 따른 전자 밸브 폐쇄와 압력강하와의 관계를 설명하는 도면이다. 도 4는 토치 선단에서 전자밸브까지의 거리에 따른 전극의 내구시 간의 관계를 설명하는 도면이다.
도 1에 나타내는 플라즈마 토치(A)는 토치 본체(1)의 선단에 전극(2)이 착탈가능하게 취부되어 있고, 해당 전극(2)에 대향하여 노즐(3)이 배치되고, 더욱이 노즐(3)의 외주에 이차 노즐(4)이 캡(5)을 통해 토치 본체(1)에 착탈가능하게 취부되어 있다. 전극(2)과 노즐(3)에 의해 공간(室)(6)이 구성되고, 해당 공간(6)에 공급된 플라즈마 가스를 플라즈마화하여 노즐(3)의 구멍(3a)으로부터 분사가능하도록 구성되어 있다. 또한 노즐(3)과 이차 노즐(5)과의 사이에는 이차 기류통로(7)가 구성되고, 노즐(3)의 구멍(3a)으로부터 분사되는 플라즈마 아크를 따라 이차 기류를 형성하여 이차 노즐(4)의 구멍(4a)으로부터 분사가능하도록 구성되어 있다.
또한 토치 본체(1)의 상단에는 공간(6)에 플라즈마 가스를 공급하기 위한 가스공급로(8)가 설치되어 있음과 함께, 전극(2) 및 노즐(3)을 냉각하는 냉각수의 공급 및 배출을 행하기 위한 냉각수접속부(미도시)가 설치됨과 동시에 전극(2)에 통전하기위한 케이블(미도시) 및 노즐(3)에 통전하기 위한 케이블(미도시)이 각각 접속가능하도록 구성되어 있다.
가스공급로(8)의 소정 위치에 플라즈마 가스의 공급을 제어하는 밸브(10)가 배치되어 있다. 또한 가스공급로(8)는 밸브(10)의 플라즈마 토치의 선단(4b)으로부터의 거리가 미리 설정된 길이를 유지가능하게 하는 구조이면 좋고 반드시 금속관에 의해 구성되지 않아도 좋다. 가스공급로(8)를 구성하는 배관직경은 미리 설정되어 있으며 본 실시예에서는 내경이 5mm인 배관을 이용하고 있다.
플라즈마 토치(A)의 토치 본체(1)에 구성된 가스공급로(8)에 설치한 밸 브(10)의 구조는 특별히 한정되는 것은 아니며 가스공급로(8)를 통해 플라즈마 가스의 공급을 제어하는 기능을 갖는 것이면 좋다. 이와 같은 밸브(10)로서는 전자밸브, 모터밸브, 전공(電空)조정기, 정류양소자(예를 들면 머스플로(등록상표)) 등이 있고, 이들 중에서 선택하여 이용하는 것도 가능하다.
밸브(10)는 플라즈마 토치(A)의 선단, 즉, 토치 본체(1)의 선단에 취부된 이차 노즐(4)의 선단면(4b)(이하, 플라즈마 토치의 선단(4b)이라고도 한다)에서 Lmm의 위치에 설치되어 있다. 이 때문에 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 노즐(10)까지의 가스공급로(8)의 배관용량은 도 2에 나타내는 것과 같이 밸브(10)의 거리의 변화에 따라 변화한다.
또한 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 밸브(10)까지의 거리를 변화시키고 나아가 가스공급로(8)에 플라즈마 가스를 압력 0.49MPa로 공급하고 있는 상태에서 밸브(10)를 폐쇄하는 경우, 해당 밸브(10)보다도 하류측의 가스공급로(8) 내의 압력강하를 측정한 결과, 도 3에 나타내는 것과 같이, 당연하지만 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 밸브(10)까지의 거리가 커지는 것에 따라 압력강하의 정도가 완화되었다.
이것은 플라즈마 토치의 선단(4b)로부터 밸브(10)까지의 거리가 커짐에 따라 전극(2)과 노즐(3)로 구성되는 공간(6)에서의 플라즈마 가스에 의한 산화성 분위기가 계속되는 것을 나타낸다.
도 3에서의 아크 전류는 전술한 일본특허 제3468864호의 발명을 실시하는 것으로 플라즈마 아크를 차단하는 경우에, 아크 전류를 차단하기 전에 절단가공하는 경우의 아크 전류값보다도 낮은 값의 아크 전류를 소정시간 통전(도에 나타내는 낮은 위치에서의 평탄한 부분)시켜, 전극에 무부하전압이 인가되기 전에 전극의 냉각을 촉진하여 표면을 응고시키는 것이다.
즉, 플라즈마 아크의 정지 시에 있어서, 플라즈마 전류를 일단 운전전류보다 낮은 전류(전극이 경화할 정도까지 내리는 것이 가능한 전류)까지 떨어뜨려 소정시간 공급하고, 그 후 전류를 차단하는 전류제어한다.
도 3을 통해 명백하게 되는 바와 같이, 절단가공하는 경우의 아크 전류값으로부터 해당 아크 전류값보다도 낮은 아크 전류로 이행하는 사이의 공간(6)에서의 플라즈마 가스의 압력은 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 밸브(10)까지의 거리가 커짐에 따라 높아진다. 즉 룸(6)에서의 산화성 분위기가 유지된다.
절단가공하는 경우의 아크 전류값보다도 낮은 아크 전류로 변화시키는 것과 동시에 밸브(10)를 폐쇄하고, 상기 낮은 전류를 소정시간 통전시킴과 함께 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 밸브(10)까지의 거리를 변화시키는 경우의 전극(2)의 내구성(내구시간)을 측정한 바, 도 4에 나타나는 바와 같이 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 밸브(10)까지의 거리가 커짐에 따라 짧아지지만 거리(L)가 600mm에서 700mm로 이행하는 사이에서 큰 변화가 생기고 있다.
이것은 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 밸브(10)까지의 거리가 커짐에 따라 공간(6)에서의 플라즈마 가스의 압력이 높고, 산화성 분위기가 유지되는 것에 기인하는 것으로 고찰된다.
상기와 같이, 도 3, 4의 결과를 고려하는 경우, 플라즈마 토치의 선단(4b)에 서 밸브(10)까지의 거리(L)가 600mm보다도 작은 것이 전극(2)의 수명을 연장하는 측면에서 바람직하다고 할 수 있다. 또한 상기 거리(L)가 600mm를 초과하면 전극(2)의 수명이 짧아지고, 공간(6)에 공급된 플라즈마 가스는 전극(2)의 수명연장에 아무런 기여도 하지 않게 된다. 즉 공간(6)에 공급된 플라즈마 가스는 낭비되게 된다.
따라서 밸브(10)를 플라즈마 토치의 선단(4b)에서 거리 600mm 이내의 위치에 배치함과 동시에 해당 밸브(10)의 폐쇄를 플라즈마 아크의 정지 시의 전류변화에 동조시키도록 절단 시의 아크 전류값로부터 해당 아크 전류값보다도 낮은 값의 아크 전류로 변화시키는 것과 동기(同期)시켜 폐쇄시킴으로써 아크 전류의 변화와 밸브(10)보다도 하류측의 가스공급로(8)에서의 잔여 가스가 대기압까지 강하하는 경우의 변화를 실질적으로 동조시킬 수 있고 전극(2)의 수명을 단축하지 않고 플라즈마 가스의 낭비를 적게 할 수 있게 된다.
본 발명에 관계되는 플라즈마 토치는 플라즈마 토치의 내부 또는 근방에서의 플라즈마 가스의 공급경로에 플라즈마 가스의 공급을 제어하는 밸브를 설치하고, 해당 밸브의 폐쇄동작을 플라즈마 아크의 정지 시의 전류변화에 거의 동조시키도록함으로써 전류의 변화에 대응시킨 에프터 플로우를 실현할 수 있고, 나아가 플라즈마 가스의 낭비를 저감할 수 있다.
또한 밸브를 전자밸브, 모터밸브, 전공조정기, 정류양소자 중에서 선택함으 로써 플라즈마 아크의 정지 시의 전류변화에 대응시켜 플라즈마 가스의 공급을 제어할 수 있다.
또한 밸브를 폐쇄하는 경우, 밸브에서 플라즈마 토치 선단까지의 사이에 형성되는 플라즈마 가스의 공급경로의 용적 중에 충만한 플라즈마 가스의 압력강하에 동반하는 흐름에 의해 에프터 플로우를 실현할 수 있다. 그리고 밸브를 플라즈마 토치의 선단에서 600mm까지의 범위로 설치함으로써 에프터 플로우에 필요한 양을 만족시킬 수 있으며 나아가 플라즈마 아크를 정지시키는 경우의 전류변화에 거의 동조한 플라즈마 가스의 에프터 플로우를 실현할 수 있다. 이 때문에 플라즈마 가스의 불필요한 소비를 적게 할 수 있다.
산업상 이용 가능성
상기와 같이 구성된 플라즈마 토치(A)는 절단종료 시의 아크 전류의 제어와 밸브(10)의 폐쇄를 동시에 행하고 플라즈마 가스의 공급경로에 잔류한 플라즈마 가스의 압력강하를 아크 전류값의 강하와 실질적으로 동조시키는 것이 가능해진다. 이로 인해 플라즈마 가스의 낭비를 가급적 적게하는 것이 가능해져 유리하다.

Claims (3)

  1. 공급된 플라즈마 가스를 플라즈마화하여 선단에서 피절단재를 향하여 분사하여 절단하는 플라즈마 토치에 있어서,
    플라즈마 토치의 내부 또는 근방의 플라즈마 가스의 공급경로 상에 밸브를 갖고, 해당 밸브는 플라즈마 아크의 정지 시의 전류변화에 실질적으로 동조하여 상기 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는 전자밸브, 모터밸브, 전공조정기, 정류양소자 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는 플라즈마 토치의 선단에서 600mm 범위의 상기 공급경로 상에 설치되어 있는 플라즈마 토치.
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