JP6029869B2 - Plasma torch - Google Patents
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Description
本発明は、切断性能を保持しつつ、電極の消耗を軽減することができるプラズマトーチに関するものである。 The present invention relates to a plasma torch capable of reducing electrode wear while maintaining cutting performance.
主として鋼板を切断するプラズマトーチは、中心に電極材を埋設した電極と、電極の周囲に旋回させて酸素ガスからなるプラズマガスを供給するセンタリングストーンと、電極との間にプラズマ室を形成するノズルと、を有して構成されている。このプラズマトーチは、数値制御装置(NC装置)に代表される制御装置によって制御される切断装置に搭載され、予め設定された形状を切断し得るように構成される。 A plasma torch that mainly cuts a steel sheet is composed of an electrode having an electrode material embedded in the center, a centering stone that is rotated around the electrode to supply a plasma gas composed of oxygen gas, and a nozzle that forms a plasma chamber between the electrodes. And is configured. This plasma torch is mounted on a cutting device controlled by a control device represented by a numerical control device (NC device), and is configured to cut a preset shape.
上記プラズマトーチによって被切断材を切断する際には、センタリングストーンを介してプラズマ室に旋回させたプラズマガスを供給し、電極とノズルとの間で放電して形成したパイロットアークをノズルから被切断材に向けて噴射する。そして、パイロットアークが被切断材に接触した後、電極と被切断材との間で放電させて形成したプラズマアークによって被切断材を燃焼、溶融、排除しつつ、予め設定された切断経路に沿って相対的に移動させることで、目的の形状を切断することが可能である。 When cutting the material to be cut by the plasma torch, a plasma arc swirled into the plasma chamber is supplied through the centering stone, and a pilot arc formed by discharging between the electrode and the nozzle is cut from the nozzle. It sprays toward the material. Then, after the pilot arc comes into contact with the material to be cut, the material to be cut is burned, melted and eliminated by the plasma arc formed by discharging between the electrode and the material to be cut, and along the preset cutting path. The target shape can be cut.
旋回した状態でプラズマ室に供給されたプラズマガスは、電極の前端面に負圧を作用させ、特に、中心に配置されている電極材に強い負圧を作用させる。そして、負圧の作用によって、電極に於けるプラズマアークの発生点が安定するという効果を発揮する。また、形成されたプラズマアークは、旋回したプラズマガスによって絞られて太さが細くなり、切断性能の向上に寄与するという効果も発揮する。 The plasma gas supplied to the plasma chamber in a swirled state exerts a negative pressure on the front end face of the electrode, and in particular exerts a strong negative pressure on the electrode material arranged at the center. And the effect | action that the generation | occurrence | production point of the plasma arc in an electrode is stabilized by the effect | action of a negative pressure is exhibited. Moreover, the formed plasma arc is narrowed down by the swirling plasma gas, and its thickness is reduced. This also contributes to the improvement of cutting performance.
切断性能を向上させようとしてプラズマガスの旋回を強くすると、強く旋回したプラズマガスによって電極の中心(電極材)に強い負圧が作用し、プラズマアークを停止する際に、電極材の表面に生じた溶融物がプラズマガスに吸引されて電極から離脱する。この結果、電極の消耗が進むという問題が生じる。 If the plasma gas swirl is strengthened in order to improve the cutting performance, a strong negative pressure acts on the center of the electrode (electrode material) due to the strongly swirled plasma gas, which occurs on the surface of the electrode material when the plasma arc is stopped. The molten material is attracted to the plasma gas and detached from the electrode. As a result, there arises a problem that the electrode wears out.
上記の如き電極の消耗の進行を防ぐには、太い電極材を用いることで解決することが可能である。しかし、太い電極材を用いると電極そのものの太さも大きくすることが必要となり、この結果、切断性能が劣化してしまうという問題が生じた。この切断性能が劣化するという問題を解決しようとしてプラズマガスの旋回を強くしたところ、再び電極の消耗が進行するという問題が起こっている。 In order to prevent the progress of electrode consumption as described above, it is possible to solve the problem by using a thick electrode material. However, when a thick electrode material is used, it is necessary to increase the thickness of the electrode itself, resulting in a problem that the cutting performance deteriorates. When the plasma gas swirl is strengthened in an attempt to solve the problem that the cutting performance deteriorates, there is a problem that the electrode is consumed again.
上記の如き、電極の消耗及び切断性能の劣化という問題を同時に解決するために、本件出願人は特許文献1に記載されたプラズマトーチを開発して既に特許権を取得している。特許文献1に記載されたプラズマトーチは、電極の周囲から該電極の周囲に第1のガスを供給する第1のガス供給路と、電極に設けたガス供給路を通して第2のガスを供給する第2のガス供給路を夫々独立して設けたものである。
In order to solve the problems of electrode consumption and deterioration of cutting performance as described above, the present applicant has developed a plasma torch described in
上記プラズマトーチでは、電極の外径の如何に関わらず第2のガス供給路を電極材の近くに開口させることが可能であり、太い電極材を埋設しても見掛け上の電極先端径を小さくすることが可能となる。このため、太い電極材を用いることにより寿命の増加を実現することができ、且つ電極の見掛け上の径を小さくすることにより切断性能の劣化を防ぐことができる。 In the plasma torch, the second gas supply path can be opened near the electrode material regardless of the outer diameter of the electrode, and the apparent electrode tip diameter can be reduced even when a thick electrode material is embedded. It becomes possible to do. For this reason, the life can be increased by using a thick electrode material, and the cutting performance can be prevented from being deteriorated by reducing the apparent diameter of the electrode.
また、第1のガス供給路と第2のガス供給路とが夫々独立して設けられているため、これらのガス供給路に異なるガスの供給源を接続して供給することができる。このため、例えば、第1のガス供給路に酸素ガスを、第2のガス供給路に空気を供給することによって、電極材に作用する酸化成分を減少させて電極の消耗を軽減することができる。 Also, since the first gas supply path and the second gas supply path are provided independently, different gas supply sources can be connected to these gas supply paths for supply. For this reason, for example, by supplying oxygen gas to the first gas supply path and air to the second gas supply path, it is possible to reduce the oxidation component acting on the electrode material and reduce the consumption of the electrode. .
上記特許文献1に記載されたプラズマトーチでは、電極の消耗を軽減させることができ、且つ切断性能を確保することができるため実用上有利である。しかし、切断性能を保持することが可能で、且つ電極の消耗を軽減することができるプラズマトーチの開発は継続して要求されており、このような要求に対し絶えず応えなければならないという課題が存在しているのが実状である。
The plasma torch described in
本発明の目的は、切断性能を保持しつつ、電極の消耗を軽減することができるプラズマトーチを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma torch capable of reducing electrode wear while maintaining cutting performance.
上記課題を解決するために本発明に係るプラズマトーチは、中心に電極材が埋設された電極と、前記電極に嵌装され該電極の外周面との間にプラズマガスの流通路を構成し、且つ該プラズマガスの流通路と対応する部位にプラズマガスの旋回孔が形成されたセンタリングストーンと、先端にプラズマアークを噴射するオリフィスを有し、前記センタリングストーンに嵌装されて前記電極の先端との間に前記プラズマガスの流通路と連続したプラズマガス室を構成するノズルと、を有し、前記センタリングストーンに形成された旋回孔は前記プラズマガスの流通路の上流側から下流側にかけて複数段形成されており、各段に形成された旋回孔はプラズマガスを同じ方向に旋回させるように傾斜しており、且つ開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が他の段に形成された旋回孔の孔軸と接線とのなす角度と異なるものである。 In order to solve the above problems, a plasma torch according to the present invention comprises a plasma gas flow passage between an electrode having an electrode material embedded in the center thereof and an outer peripheral surface of the electrode fitted to the electrode, And a centering stone having a plasma gas swirl hole formed in a portion corresponding to the plasma gas flow passage, and an orifice for injecting a plasma arc at the tip, and is fitted to the centering stone and is attached to the tip of the electrode. A nozzle that forms a plasma gas chamber continuous with the plasma gas flow passage, and the swirl hole formed in the centering stone has a plurality of stages from the upstream side to the downstream side of the plasma gas flow passage. is formed, the orbiting holes formed in each stage are inclined so as to pivot the plasma gas in the same direction, and and in hole axes to open positions tangent Angle is different from the angle between the bore axis and the tangent of the pivot hole formed in the other stages.
上記プラズマトーチに於いて、前記プラズマガスの流通路の上流側に形成された旋回孔はセンタリングストーンの開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が大きく、プラズマガスの流通路の下流側に形成された旋回孔はセンタリングストーンの開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が小さいことが好ましい。 In the plasma torch, the swirl hole formed on the upstream side of the plasma gas flow passage has a large angle formed between the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone, and is downstream of the plasma gas flow passage. It is preferable that the angle formed between the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone is small.
また、上記何れかのプラズマトーチに於いて、前記各段に形成された旋回孔は、他の段に形成された旋回孔の径と異なる径を有することが好ましい。 In any of the above plasma torches, it is preferable that the swirl holes formed in the respective stages have a diameter different from the diameter of the swirl holes formed in the other stages.
また、上記何れかのプラズマトーチに於いて、前記プラズマガスの流通路の上流側に形成された旋回孔は大きい径を有し且つセンタリングストーンの開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が大きく、プラズマガスの流通路の下流側に形成された旋回孔は小さい径を有し且つセンタリングストーンの開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が小さい、ことが好ましい。 In any of the above plasma torches, the swirl hole formed on the upstream side of the plasma gas flow passage has a large diameter, and the angle formed between the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone. It is preferable that the swirling hole formed on the downstream side of the plasma gas flow passage has a small diameter and that the angle formed between the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone is small.
本発明に係るプラズマトーチでは、センタリングストーンにプラズマガスの流通路の上流側から下流側にかけて複数段の旋回孔が形成され、各段の旋回孔は、開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が、他の段の旋回孔の孔軸と接線とのなす角度とは異なる。このため、電極の外周の半径の延長線と旋回孔の孔軸とが交差する位置が各段毎に異なることとなり、旋回の強さを調整することができる。 In the plasma torch according to the present invention, a plurality of swivel holes are formed in the centering stone from the upstream side to the downstream side of the plasma gas flow passage, and the swivel holes of each step are formed between a hole axis and a tangent line at the opening position. The angle formed is different from the angle formed between the hole axis and the tangent of the swivel hole in the other stage. For this reason, the position where the extended line of the radius of the outer periphery of the electrode intersects the hole axis of the swivel hole is different for each stage, and the strength of swirl can be adjusted.
従って、プラズマガスの内部側は弱い旋回で、外部側は強い旋回でプラズマ室に供給することが可能となり、電極材に対し弱い負圧を作用させると共に形成されたプラズマアークの外周側を強く旋回させて細く絞ることができる。このため、切断性能を保持して電極の消耗を押えることができる。 Accordingly, the plasma gas can be supplied to the plasma chamber with a weak swirl on the inner side and a strong swirl on the outer side, and a weak negative pressure is applied to the electrode material and the outer periphery of the formed plasma arc is swirled strongly. It can be narrowed down. For this reason, it is possible to hold the cutting performance and suppress the consumption of the electrode.
特に、プラズマガスの流通路の上流側に形成された旋回孔は開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が大きく、プラズマガスの流通路の下流側に形成された旋回孔は開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度を小さくすることによって、プラズマガス室に供給されるプラズマガスを、中心側よりも外周側を強く旋回させることができる。 In particular, the swirl hole formed on the upstream side of the plasma gas flow path has a large angle between the hole axis and the tangent at the opening position, and the swirl hole formed on the downstream side of the plasma gas flow path is the open position. By reducing the angle formed between the hole axis and the tangent line, the plasma gas supplied to the plasma gas chamber can be swung more strongly on the outer peripheral side than on the central side.
このため、電極の中心に配置された電極材には、プラズマガスの弱い旋回による弱い負圧が作用することとなり、プラズマアークを停止する際に離脱する溶融した電極材の量が軽減し、電極の消耗を軽減することができる。また、ノズルから被切断材に向けて噴射されたプラズマアークは外周側が強く旋回することによって細く絞られ、切断性能を保持することができる。 For this reason, a weak negative pressure due to the weak swirling of the plasma gas acts on the electrode material arranged at the center of the electrode, reducing the amount of the molten electrode material that is released when the plasma arc is stopped, Consumption can be reduced. In addition, the plasma arc injected from the nozzle toward the material to be cut is narrowed down by the strong rotation of the outer peripheral side, and the cutting performance can be maintained.
また、各段に形成された旋回孔が他の段に形成された旋回孔の径と異なる径を有することで、プラズマアークを形成することを目的とした流れと、旋回を強くすることを目的とした流れとを構成することができる。 In addition, the swirling holes formed in each stage have a diameter different from the diameter of the swirling holes formed in the other stages, and the purpose is to form a plasma arc and to strengthen the swirling. The flow can be configured.
特に、プラズマガスの流通路の上流側に形成された旋回孔は大きい径を有し且つ開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が大きく、プラズマガスの流通路の下流側に形成された旋回孔は小さい径を有し且つ開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が小さくした場合には、中心側を比較的大流量で旋回を弱くし外周側を比較的小流量で旋回を強くしたプラズマガスを供給することができる。このため、電極材の消耗を軽減させると共に切断性能を保持することができる。 In particular, the swirl hole formed on the upstream side of the plasma gas flow passage has a large diameter and a large angle between the hole axis and the tangent at the opening position, and is formed on the downstream side of the plasma gas flow passage. If the swivel hole has a small diameter and the angle between the hole axis and the tangent at the opening position is small, the swivel is weak at the center side with a relatively large flow rate, and the swivel hole is at a relatively small flow rate at the outer peripheral side. Plasma gas with strong swirl can be supplied. For this reason, consumption of the electrode material can be reduced and cutting performance can be maintained.
以下、本発明に係るプラズマトーチについて説明する。本発明のプラズマトーチは、電極の先端とノズルとの間に形成されたプラズマガス室に対し、中心側よりも外周側を強く旋回させたプラズマガスを供給することによって、ノズルから噴射するプラズマアークを細く絞ることで切断性能を保持させ、且つ電極材の消耗を軽減させるようにしたものである。 The plasma torch according to the present invention will be described below. The plasma torch of the present invention is a plasma arc that is ejected from a nozzle by supplying a plasma gas that is swung more strongly on the outer circumference side than the center side to a plasma gas chamber formed between the tip of the electrode and the nozzle. The cutting performance is maintained by narrowing down and the consumption of the electrode material is reduced.
このため、電極に嵌装されたとき、該電極との間にプラズマガスの流通路を構成するセンタリングストーンに於ける該流通路と対応する部位に、上流側から下流側にかけて複数段の旋回孔を形成し、この旋回孔の開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度を各段毎に異なる角度としている。各段に形成された旋回孔の開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度を限定するものではなく、電極とセンタリングストーンとの間に形成されたプラズマガスの流通路の寸法等の条件に対応させて適宜設定することが好ましい。 For this reason, when it is fitted to the electrode, a plurality of swivel holes are formed from the upstream side to the downstream side in the portion corresponding to the flow path in the centering stone that forms the flow path of the plasma gas between the electrode and the electrode. The angle formed between the hole axis and the tangent at the opening position of the swivel hole is different for each stage. The angle between the hole axis and the tangent at the opening position of the swivel hole formed in each stage is not limited, but the conditions such as the dimensions of the plasma gas flow path formed between the electrode and the centering stone It is preferable to set appropriately according to the above.
また、各段毎に形成する旋回孔の数は特に限定するものではなく、1個以上複数あって良い。各段毎に複数の旋回孔を形成する場合、センタリングストーンの各段に於ける同一断面内に等角度間隔で形成することが好ましい。このように、複数の旋回孔を等角度間隔で形成することによって、流通路に対して供給されたプラズマガスを略均一に旋回させることが可能となる。 Further, the number of swirl holes formed for each stage is not particularly limited, and there may be one or more. When forming a plurality of swivel holes for each step, it is preferable to form them at equal angular intervals in the same cross section in each step of the centering stone. Thus, by forming the plurality of swirl holes at equiangular intervals, the plasma gas supplied to the flow passage can be swirled substantially uniformly.
また、プラズマガスの流通路の上流側から下流側にかけてセンタリングストーンに形成する旋回孔の複数の段は、段数を限定するものではない。即ち、旋回孔を形成する段は、少なくとも2段あれば良く、流通路の長さやプラズマガスの流量等の条件に対応させて適宜設定することが好ましい。 Further, the number of stages of the swirl holes formed in the centering stone from the upstream side to the downstream side of the plasma gas flow passage is not limited. That is, it is sufficient that the swirl hole is formed in at least two stages, and it is preferable that the swirl hole is appropriately set in accordance with conditions such as the length of the flow passage and the flow rate of the plasma gas.
例えば、センタリングストーンに、孔軸の開口位置に於ける接線とのなす角度が大きくプラズマガスの流通路の中心側に向かう旋回孔が形成された段と、孔軸の開口位置に於ける接線とのなす角度が小さくプラズマガスの流通路の外周側に向かう旋回孔が形成された段と、を設けた場合、プラズマガスの流通路の中心側に向かう旋回孔から供給されたプラズマガスは、電極の端面に向かって旋回しつつ電極材に負圧を作用させ、プラズマガスの流通路の外周側に向かう旋回孔から供給されたプラズマガスは、プラズマアークの旋回を強めるように作用させることが可能である。 For example, a step in which a swirling hole is formed in the centering stone that has a large angle with the tangent line at the opening position of the hole axis and is directed toward the center of the plasma gas flow path, and a tangent line at the opening position of the hole axis. And a step in which a swirl hole formed toward the outer peripheral side of the plasma gas flow passage is formed, the plasma gas supplied from the swirl hole toward the center side of the plasma gas flow passage is an electrode. The plasma gas supplied from the swirl hole toward the outer periphery of the plasma gas flow passage can be made to act to strengthen the swirl of the plasma arc. It is.
このため、プラズマガスの流通路の上流側から下流側にかけて複数段に旋回孔を形成する際に、該旋回孔の孔軸と開口位置に於ける接線とのなす角度を如何にするかは限定するものではない。特に、プラズマガスの流通路に供給された後の速度の減衰や、被切断材を切断するのに充分なプラズマアークを形成するのに必要なプラズマガスの流量、等の条件を考慮して旋回孔の段数や、各段に於ける旋回孔の孔軸の開口位置に於ける接線とのなす角度、及び径を適宜設定することが好ましい。 For this reason, when the swirl holes are formed in a plurality of stages from the upstream side to the downstream side of the plasma gas flow passage, the angle between the hole axis of the swirl hole and the tangent at the opening position is limited. Not what you want. In particular, swirl considering the conditions such as the speed decay after being supplied to the plasma gas flow path and the plasma gas flow rate necessary to form a plasma arc sufficient to cut the workpiece. It is preferable to appropriately set the number of holes and the angle and diameter formed with the tangent at the opening position of the hole axis of the swivel hole in each stage.
しかし、電極材に対して作用する負圧を可及的に小さく、プラズマアークの旋回を強くするためには、上流側の段にプラズマガスの流通路の中心側に向かう旋回孔を形成し、下流側の段にプラズマガスの流通路の外周側に向かう旋回孔を形成することが好ましい。このような旋回孔を形成することによって、プラズマアークの外周側に強い旋回を生じさせることが可能となる。 However, in order to make the negative pressure acting on the electrode material as small as possible and strengthen the swirl of the plasma arc, a swirl hole directed to the center side of the plasma gas flow path is formed in the upstream stage, It is preferable to form a swirl hole in the downstream stage toward the outer peripheral side of the plasma gas flow passage. By forming such a swirl hole, it is possible to cause a strong swirl on the outer peripheral side of the plasma arc.
上記の如く、プラズマガスの流通路の下流側の段に、プラズマガスの流通路の外周側に向かう旋回孔を形成することによって、プラズマアークの外周側に強い旋回を生じさせることが可能となる。このため、上流側の段に形成された旋回孔の径を大きくし、下流側の段に形成された旋回孔の径を小さくすることによって、プラズマアークの形成に寄与するプラズマガスの流量を多くすると共に、プラズマアークに強い旋回を生じさせるプラズマガスの流量を少なくすることが好ましい。 As described above, by forming the swirl hole toward the outer peripheral side of the plasma gas flow passage in the downstream stage of the plasma gas flow passage, it is possible to cause a strong swirl on the outer peripheral side of the plasma arc. . Therefore, by increasing the diameter of the swirl hole formed in the upstream stage and decreasing the diameter of the swirl hole formed in the downstream stage, the flow rate of the plasma gas contributing to the formation of the plasma arc is increased. In addition, it is preferable to reduce the flow rate of the plasma gas that causes a strong turning in the plasma arc.
以下、本実施例に係るプラズマトーチの構成について図を用いて説明する。先ず、図1により、プラズマトーチAの全体構成について概略的に説明する。プラズマ切断トーチAは、トーチ本体1の軸1a上に電極2が配置されている。この電極2は、電極台3の筒部材3aに嵌合してプラズマ切断トーチAに装着され、且つ筒部材3aから抜き出されることでプラズマ切断トーチAから離脱し得るように構成されている。電極2及び筒部材3aは夫々導電性材料によって形成されており、互いに接触して電極台3に接続され、該電極台3を介して図示しない電源装置に接続されている。
Hereinafter, the configuration of the plasma torch according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. First, the overall structure of the plasma torch A will be schematically described with reference to FIG. In the plasma cutting torch A, an electrode 2 is disposed on the
電極台3の筒部材3aの外周部に絶縁性を持った筒部材3bが配置されており、この筒部材3bに筒状に形成された絶縁性を持ったセンタリングストーン4が嵌挿されている。更に、センタリングストーン4の外周にカップ状に形成された導電性を持ったノズル5が配置されている。またノズル5の外周部位に絶縁性を持ったキャップ6が配置され、このキャップ6をトーチ本体1に締結することによって、電極2、センタリングストーン4、ノズル5が電極台3に装着されている。
An insulating
特に、ノズル5と電極2とは両者の間にセンタリングストーン4及び筒部材3bが介在することから絶縁されている。そして、ノズル5は電極台3(電極2)とは異なる部位を介して図示しない電源装置と接続されている。
In particular, the
上記の如くして、電極2、センタリングストーン4、ノズル5がキャップ6によって電極台3に装着されたとき、電極2とセンタリングストーン4、ノズル5とによってプラズマガス室10が形成され、ノズル5とキャップ6との間に二次気流ガス通路11が形成される。
As described above, when the electrode 2, the centering
上記プラズマガス室10は、センタリングストーン4を介して、筒部材3aと筒部材3bとの間に形成されたプラズマガス供給路12、及びセンタリングストーン4と電極2との間にリング状に形成されたプラズマガス流通路13と接続されている。更に、プラズマガス供給路12は電極台3に設けた配管14を介して図示しないプラズマガス供給部材に接続されている。また、二次気流ガス通路11は配管15を介して図示しない二次気流ガス供給部材に接続されている。
The
尚、16a、16bは電極2を冷却するための冷却水の通路であり、配管16cから供給された冷却水は通路16aを通って電極2の裏面を冷却した後、通路16bからトーチ本体1の内部を通り、配管16dから外部に排出される。
電極2は、図2に示すように、先端面2aの中心に例えばハフニウムからなる電極材2bが埋め込まれており、外周には円筒部2cが形成され、該円筒部2cと先端面2aとの間にテーパ部2dが形成されている。そして、先端面2aがノズル5と共にプラズマガス室10を構成し、円筒部2c、テーパ部2dがセンタリングストーン4と共にプラズマガス流通路13を構成している。
As shown in FIG. 2, the electrode 2 has an
センタリングストーン4は、図3、図4(a)〜(c)に示すように、筒状に形成されており、プラズマガス流通路13に対応する部位に、上流側(図3に於ける右側)から下流側(図3に於ける左側)にかけて3段にわたって旋回孔4a、4b、4cが形成されている。また、下流側の端部である先端部にはフランジ4dが形成されており、図2に示すように、フランジ4dがノズル5の内面に接触することで、プラズマガス供給路12を規定している。
As shown in FIGS. 3 and 4A to 4C, the centering
本実施例に於いて、旋回孔4a、4b、4cは各段毎に等角度間隔(各段毎に120度間隔)で3本づつ形成されており、且つ各段の旋回孔は互いにずらして形成されている。従って、センタリングストーン4を軸方向に透視したとき、該センタリングストーン4には合計9本の旋回孔が互いにずれた位置に形成されている。そして、同じ段に形成された3本の旋回孔は互いに同じ仕様を有しているものの、段が異なる毎に異なる仕様を有している。また、各段の旋回孔を他の段の旋回孔に対し、どの程度の角度でずらすかは限定するものではない。
In this embodiment, three
プラズマガス流通路13の最も上流側に形成された旋回孔4aは、開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度αが他の旋回孔4b、4cの角度β、θよりも大きい角度を持って形成されており、径は他の旋回孔4b、4cの径よりも大きく形成されている。角度αの値は特に限定するものではなく、旋回孔4aの孔軸が、電極2の円筒部2cとセンタリングストーン4の内周面とによってリング状に形成されたプラズマガス流通路13の内周を構成する円筒部2cに極めて接近し得るような値を有している。本実施例に於いて、旋回孔4aの径は、他の旋回孔4b、4cの径と比較して最も大きい約1mmに設定されている。
The
このため、旋回孔4aからプラズマガス流通路13に供給されたプラズマガスは、電極2に円筒部2cの表面に沿って旋回しつつ、該電極2の中心に埋設された電極材2bに向けて流れ、該電極材2bに負圧を作用させることが可能である。また、旋回孔4aがプラズマガス流通路13の最も上流側に形成されていることから、該プラズマガス流通路13を経てプラズマガス室10に流れる過程で減衰し、電極材2bに作用する負圧は低下する。
For this reason, the plasma gas supplied to the plasma
プラズマガス流通路13の最も下流側に形成された旋回孔4cは、開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度θが他の旋回孔4a、4bの角度α、βよりも小さい角度を持って形成されており、径は他の旋回孔4a、4bの径よりも小さく形成されている。角度θの値は特に限定するものではなく、旋回孔4cの孔軸が、リング状に形成されたプラズマガス流通路13の外周を構成するセンタリングストーン4の内周面に極めて接近し得るような値を有している。本実施例に於いて、旋回孔4cの径は、他の旋回孔4a、4bの径と比較して最も小さい約0.4mmに設定されている。
The
このため、旋回孔4cからプラズマガス流通路13に供給されたプラズマガスは、センタリングストーン4の内周面に沿って旋回しつつノズル5に向けて流れ、この流れの過程でプラズマガス室10のプラズマガス又はプラズマアークの外周部位に旋回を強めるように作用する。特に、旋回孔4cがプラズマガス流通路13の最も下流側に形成されていることから流速の減衰が少なく、ノズル5のオリフィス5aまで流れるプラズマガス又はプラズマアークの旋回を強化することが可能となる。
Therefore, the plasma gas supplied from the
プラズマガス流通路13に於ける旋回孔4a、4cの中間に形成された旋回孔4bは、開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度βが他の旋回孔4a、4cの角度α、θの略中間の角度を持って形成されており、径も他の旋回孔4a、4cの径の中間の径を持って形成されている。角度βの値は特に限定するものではなく、旋回孔4bの孔軸が、リング状に形成されたプラズマガス流通路13の略中央部位を指すような値を有している。本実施例に於いて、旋回孔4bの径は、他の旋回孔4a、4cの径の中間である約0.5mmに設定されている。
In the
このため、旋回孔4bからプラズマガス流通路13に供給されたプラズマガスは、断面がリング状のプラズマガス流通路13の中間部を旋回しつつ流れ、この流れの過程で旋回孔4aから供給されたプラズマガスの流速が減衰するのを防ぐように作用する。
For this reason, the plasma gas supplied from the
ノズル5は中心にオリフィス5aを有しており、電極2の先端面2aとによってプラズマガス室10を形成し、電極2との間で放電させてパイロットアークを形成してオリフィス5aから噴射させる機能を有する。
The
上記の如く構成されたプラズマ切断トーチAでは、プラズマガス供給部材を操作することによって、プラズマガス供給路12にプラズマガスを供給することが可能である。そして、プラズマガス供給路12に供給されたプラズマガスは、センタリングストーン4に形成された旋回孔4a〜4cからプラズマガス流通路13に対し旋回した状態で流通し、該プラズマガス流通路13からプラズマガス室10に供給される。
In the plasma cutting torch A configured as described above, it is possible to supply the plasma gas to the plasma
プラズマガスがプラズマガス室10に供給された段階でノズル5と電極2との間で放電させることでパイロットアークを形成してオリフィス5aから被切断材に向けて噴射し、噴射されたパイロットアークが被切断材に接触したとき、ノズル5と電極2との間の放電を停止する。ノズル5と電極2との間の放電を停止すると同時に、被切断材と電極2との間で放電させることで、該被切断材を切断する能力のあるプラズマアークを形成する。そして、プラズマアークを形成したプラズマトーチAを被切断材に設定された切断線に沿って移動させることで、目的の切断を行うことが可能である。
When the plasma gas is supplied to the
前述したように、旋回孔4aからプラズマガス流通路13に供給されたプラズマガスは、電極2の円筒部2cに沿って旋回しつつプラズマガス室10に流れる。この過程で流速が減衰し、電極2に埋設された電極材2bには、流量が多いものの作用する負圧は弱くなる。
As described above, the plasma gas supplied from the
また、旋回孔4bからプラズマガス流通路13に供給されたプラズマガスは、該プラズマガス流通路13の断面内の略中間部分を流れ、この流れの過程で旋回孔4aから供給されて旋回しつつ電極2の円筒部2cに沿って流れるプラズマガスの外周側に於ける旋回に寄与するように作用する。
The plasma gas supplied from the
更に、旋回孔4cからプラズマガス流通路13に供給されたプラズマガスは、該プラズマガス流通路13の断面内の外周側であるセンタリングストーン4の内周面に沿って流れ、この流れの過程で旋回孔4a、4bから供給されて旋回しつつプラズマガス室10に向けて流れるプラズマガスの外周側(ノズル5の内周面側)の旋回を強化するように作用する。
Further, the plasma gas supplied from the
このため、プラズマガス室10に於けるプラズマガスの流れは、電極2の先端面2aの中心に設けた電極材2bに対し大量で且つ弱い旋回流が作用し、ノズル5の内周面に沿って強い旋回流が形成されることとなる。即ち、電極材2aには弱い負圧が作用してプラズマアークを停止したときでも溶融した電極材に対する吸引を軽減することが可能となる。また、プラズマアークを形成するプラズマガスの外周部位は強い旋回流となり、形成されたプラズマアークを細く絞って切断性能を保持することが可能となる。
For this reason, the flow of the plasma gas in the
本件発明者等は、従来から利用されていたプラズマトーチ(2本)と、本発明に係るプラズマトーチA(5本)とを用いて、電極の消耗の変化についての比較実験を行った。この実験は、従来のプラズマトーチ、本発明のプラズマトーチ共に、電流値、プラズマガスの流量、圧力の条件を同一とし、且つプラズマアークを60秒間形成した後、30秒間停止させて1サイクルとし、サイクル数が30回となる毎に電極2を取り出して電極材2bの消耗深さを計測した。
The inventors of the present invention conducted comparative experiments on changes in electrode wear using the plasma torches (two) that have been conventionally used and the plasma torches A (five) according to the present invention. In this experiment, both the conventional plasma torch and the plasma torch of the present invention have the same current value, plasma gas flow rate, and pressure conditions, and after a plasma arc is formed for 60 seconds, it is stopped for 30 seconds to be one cycle. Every time the number of cycles reached 30, the electrode 2 was taken out and the consumption depth of the
比較実験の結果について説明する。サイクル数が90のとき、従来のプラズマトーチの電極材2bの消耗深さの平均値(以下「従来トーチの消耗深さ」という)は、0.26mmであった。これに対し、本発明のプラズマトーチの電極材2bの消耗深さの平均値(以下「本発明トーチの消耗深さ」という)は0.20mmであった。また、サイクル数が180のとき、従来トーチの消耗深さは、0.65mmであった。これに対し、本発明トーチの消耗深さは、0.51mmであった。
The result of the comparative experiment will be described. When the number of cycles was 90, the average consumption depth of the
また、サイクル数が270のとき、従来トーチの消耗深さは、1.02mmであった。これに対し、本発明トーチの消耗深さは、0.81mmであった。また、サイクル数が360のとき、従来トーチの消耗深さは、1.31mmであった。これに対し、本発明トーチの消耗深さは、1.04mmであった。更に、サイクル数が450のとき、従来トーチの消耗深さは、1.55mmであった。これに対し、本発明トーチの消耗深さは、1.23mmであった。 When the number of cycles was 270, the consumption depth of the conventional torch was 1.02 mm. In contrast, the consumption depth of the torch of the present invention was 0.81 mm. When the number of cycles was 360, the consumption depth of the conventional torch was 1.31 mm. In contrast, the consumption depth of the torch of the present invention was 1.04 mm. Furthermore, when the number of cycles was 450, the consumption depth of the conventional torch was 1.55 mm. In contrast, the consumption depth of the torch of the present invention was 1.23 mm.
上記実験から本発明のプラズマトーチの消耗は、従来のプラズマトーチに於ける電極材の消耗に比較して軽減されている、といえる。即ち、本実験に於いて、サイクル数270のときの従来トーチの消耗深さは、本発明のプラズマトーチのサイクル数が360のときの消耗深さに略相当することからも、電極材の消耗が充分に軽減されていることは明らかである。 From the above experiment, it can be said that the consumption of the plasma torch of the present invention is reduced as compared with the consumption of the electrode material in the conventional plasma torch. That is, in this experiment, the consumption depth of the conventional torch when the number of cycles is 270 is substantially equivalent to the consumption depth when the number of cycles of the plasma torch of the present invention is 360. It is clear that is sufficiently reduced.
本発明は、プラズマアークをプラズマガスの旋回流によって形成するプラズマトーチに利用して有利である。 The present invention is advantageous when used in a plasma torch in which a plasma arc is formed by a swirling flow of plasma gas.
A プラズマ切断トーチ
1 トーチ本体
1a 軸
2 電極
2a 先端面
2b 電極材
2c 円筒部
2d テーパ部
3 電極台
3a、3b 筒部材
4 センタリングストーン
4a〜4c 旋回孔
4d フランジ
5 ノズル
5a オリフィス
6 キャップ
10 プラズマガス室
11 二次気流ガス通路
12 プラズマガス供給路
13 プラズマガス流通路
14、15、16c、16d
配管
16a、16b 通路
A
Claims (4)
前記電極に嵌装され該電極の外周面との間にプラズマガスの流通路を構成し、且つ該プラズマガスの流通路と対応する部位にプラズマガスの旋回孔が形成されたセンタリングストーンと、
先端にプラズマアークを噴射するオリフィスを有し、前記センタリングストーンに嵌装されて前記電極の先端との間に前記プラズマガスの流通路と連続したプラズマガス室を構成するノズルと、を有し、
前記センタリングストーンに形成された旋回孔は前記プラズマガスの流通路の上流側から下流側にかけて複数段形成されており、各段に形成された旋回孔はプラズマガスを同じ方向に旋回させるように傾斜しており、且つ開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が他の段に形成された旋回孔の孔軸と接線とのなす角度と異なることを特徴とするプラズマトーチ。 An electrode with an electrode material embedded in the center;
A centering stone that is fitted to the electrode and forms a plasma gas flow path between the electrode and an outer peripheral surface of the electrode, and a plasma gas swirl hole is formed in a portion corresponding to the plasma gas flow path;
An orifice for injecting a plasma arc at the tip, and a nozzle that is fitted to the centering stone and forms a plasma gas chamber continuous with the plasma gas flow passage between the tip of the electrode,
The swirl holes formed in the centering stone are formed in a plurality of stages from the upstream side to the downstream side of the plasma gas flow passage, and the swirl holes formed in each stage are inclined so as to swirl the plasma gas in the same direction. The plasma torch is characterized in that the angle formed between the hole axis and the tangent at the opening position is different from the angle formed between the hole axis and the tangent of the swivel hole formed at the other stage.
プラズマガスの流通路の下流側に形成された旋回孔はセンタリングストーンの開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載したプラズマトーチ。 The swirling hole formed on the upstream side of the plasma gas flow passage has a large angle formed by the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone,
The swirling hole formed on the downstream side of the plasma gas flow passage has a small angle between the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone.
The plasma torch according to claim 1, wherein:
プラズマガスの流通路の下流側に形成された旋回孔は小さい径を有し且つセンタリングストーンの開口位置に於ける孔軸と接線とのなす角度が小さい、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載したプラズマトーチ。 The swirl hole formed on the upstream side of the plasma gas flow passage has a large diameter and a large angle between the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone,
The swirl hole formed on the downstream side of the plasma gas flow passage has a small diameter, and the angle formed between the hole axis and the tangent at the opening position of the centering stone is small.
The plasma torch according to any one of claims 1 to 3, wherein
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