JPS5847274B2 - Arc swing method - Google Patents
Arc swing methodInfo
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- JPS5847274B2 JPS5847274B2 JP5011278A JP5011278A JPS5847274B2 JP S5847274 B2 JPS5847274 B2 JP S5847274B2 JP 5011278 A JP5011278 A JP 5011278A JP 5011278 A JP5011278 A JP 5011278A JP S5847274 B2 JPS5847274 B2 JP S5847274B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアークまたはプラズマアーク(以下両者をアー
クと総称する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to arc or plasma arc (hereinafter both will be collectively referred to as arc).
)を外部磁界の作用で空間的に揺動させる方法に関する
。) is spatially swung by the action of an external magnetic field.
アーク中に流れる電流は、これと直交するベクトル成分
を有する磁界中ではローレンツ力を受け、その結果電流
通路が曲げられる現象はよく知られている。It is well known that a current flowing in an arc is subjected to a Lorentz force in a magnetic field having a vector component perpendicular to the current, and that the current path is bent as a result.
また本発明者は先にアークに、これと直交する外部磁界
を作用させ、かつアークおよび外部磁界のいずれかある
いはこれら両方を交流動作させることにより、アーク電
流に働くローレンツ力を交番状態とし、アークを扇形の
平面上を揺動させる方法を発明した。In addition, the present inventor first applied an external magnetic field perpendicular to the arc and caused the arc and/or the external magnetic field to operate in alternating current, thereby bringing the Lorentz force acting on the arc current into an alternating state. Invented a method of swinging a fan on a fan-shaped plane.
しかしこの揺動力法ではアークスポットは一定の直線上
を往復するだけで一次元運動しかできない欠点をもつ。However, this rocking force method has the drawback that the arc spot can only move in one dimension, reciprocating along a fixed straight line.
またアークスポットの移動速度は、往復線上の中心部で
大きく両端部で小さいため、アーク加熱による入熱分布
は端部に大きく中心部に小さい不均一分布となり、入熱
量の空間的分布の制御が困難である。In addition, the moving speed of the arc spot is large at the center on the reciprocating line and small at both ends, so the heat input distribution due to arc heating is uneven, with large amounts at the ends and small amounts at the center, making it difficult to control the spatial distribution of heat input. Have difficulty.
本発明はこれらの欠点を改善するものである。The present invention ameliorates these drawbacks.
第1図により斜め磁界中でのアークの挙動について原理
的説明を行う。The behavior of an arc in an oblique magnetic field will be explained in principle with reference to FIG.
図に耘いて1はアークまたはプラズマ発生用トーチであ
り、2は金属材である。In the figure, 1 is a torch for arc or plasma generation, and 2 is a metal material.
アークはトーチ1と金属材2との間で発生する。An arc is generated between the torch 1 and the metal material 2.
説明を簡単にするため座標の原点を金属材表面上でトー
チ直下C点Oにとる。To simplify the explanation, the origin of the coordinates is set at point C directly below the torch on the surface of the metal material.
外部磁界は空間的に均一としトーチと座標原点とを結ぶ
°2軸とθの角度で交叉してかり、磁界はy成分をもた
ないようにX軸、y軸を定めるx’y平面は金属材表面
である。The external magnetic field is spatially uniform and intersects the °2 axis that connects the torch and the coordinate origin at an angle of θ, and the x'y plane that defines the X and y axes is It is a metal surface.
i!ず磁界強度Bを零にしてアークを点火し、その後磁
界の方向は固定したま1強度を大きくしていった場合の
金属材2の表面上のアークスポットの動きを考えてみる
。i! First, consider the movement of the arc spot on the surface of the metal material 2 when an arc is ignited with the magnetic field intensity B set to zero, and then the intensity is increased while the direction of the magnetic field remains fixed.
磁界強度が零の場合はアークスポットは0点にある。When the magnetic field strength is zero, the arc spot is at the zero point.
このときのアーク電流はZ成分のみである。The arc current at this time has only the Z component.
これに外部磁界をかける。Apply an external magnetic field to this.
磁場Bから電流■に働く力Fは電磁見学の法則により単
位長当りF=IXBで与えられる。The force F acting on the current ■ from the magnetic field B is given by F=IXB per unit length according to the law of electromagnetic observation.
ここで、F、I、Bは共にベクトル表示の力、電流訃よ
び磁界強度である。Here, F, I, and B are force, current, and magnetic field strength expressed as vectors.
IXBはベクトル積を意味する。IXB means vector product.
アークスポットが0点にある場合はアーク電流は2戒分
Izのみである。When the arc spot is at the 0 point, the arc current is only 2 precepts Iz.
これに外部磁界のX成分Bxが作用するとy方向の力F
y=■z−Bxか生じアークスポットはy方向にずれる
。When the X component Bx of the external magnetic field acts on this, a force F in the y direction
y=z-Bx occurs, and the arc spot shifts in the y direction.
y方向にずれると今度はアーク電流にy成分■yが生じ
これに磁界成分Bzが作用しX方向の力Fx=IyBz
がでてくる。When it shifts in the y direction, a y component ■y is generated in the arc current, and a magnetic field component Bz acts on it, resulting in a force in the X direction Fx = IyBz
comes out.
このためにアークスポットは磁界によりy方向に動くと
同時にX方向へも動く。For this reason, the arc spot moves in the y direction and simultaneously moves in the x direction due to the magnetic field.
X方向にずれることによりアーク電流にX成分Ixがで
き、これとBzとでy方向の力が新たに発生するが、こ
の力の向きは先にIzBxで与えられたy方向の力とは
逆向きである。Due to the shift in the X direction, an X component Ix is created in the arc current, and a new force in the y direction is generated between this and Bz, but the direction of this force is opposite to the force in the y direction previously given by IzBx. Direction.
従って一般的形式としてアークに働くy方向の力F y
= I z Bx−IxBzで与えられる。Therefore, as a general form, the force in the y direction acting on the arc F y
= IzBx-IxBz.
電流の絶対値は固定して磁界強度を上げていくと、FX
は単調に増加していくが、Fyは増加項と減少環の和と
して与えられているので、初め増加し最大値を経てやが
て減少していく、磁界強度が無限大に大きくなった極限
を考えると、アーク電流は磁界を横切ることができなく
なるので、アークは磁界と平行になる。When the absolute value of the current is fixed and the magnetic field strength is increased, the FX
increases monotonically, but since Fy is given as the sum of an increasing term and a decreasing ring, consider the limit where the magnetic field strength increases to infinity, increases at first, reaches a maximum value, and then decreases. Then, the arc current cannot cross the magnetic field, so the arc becomes parallel to the magnetic field.
即ちトーチ先端Qを通り磁界ベクトルに平行な線を引き
x −7面と交る点をPとすれば、アークは直線QP上
に位置しアークスポットはP点にくる。That is, if a line passing through the torch tip Q and parallel to the magnetic field vector is drawn and the point where it intersects with the x-7 plane is P, the arc will be located on the straight line QP and the arc spot will be at the P point.
0点を出発してB→■でP点に至るアークスポットの軌
跡は計算により、図に点線4で示したようにOPを直径
とする半円であることがわかった。Through calculation, it was found that the trajectory of the arc spot starting from point 0 and reaching point P at B→■ is a semicircle with OP as the diameter, as shown by dotted line 4 in the figure.
QOの長さをLとすればこの円の半径は一如θである。If the length of QO is L, the radius of this circle is θ.
ある磁界強度Bでアークスポットが8点まで働いたとし
その時のORとSRとのなす角度をαとすれば、αとB
の関係は図に示すようになる。If the arc spot works up to 8 points with a certain magnetic field strength B, and the angle between OR and SR at that time is α, then α and B
The relationship between is shown in the figure.
第2図において横軸は磁界強度に対応しているが、α=
90°になる磁界強度をB2Oで表わし1、この値で規
格化された磁界強度表示になっている。In Figure 2, the horizontal axis corresponds to the magnetic field strength, α=
The magnetic field strength at 90° is expressed as B2O1, and the magnetic field strength is normalized to this value.
今磁界としてBs1nωtで表現されるような交流磁界
を考えアーク電流を直流とすると、t−Oでアークスポ
ットはα=0即ち第1図での原点にある。Now, considering an alternating magnetic field expressed as Bs1nωt and assuming that the arc current is a direct current, the arc spot is at α=0, that is, at the origin in FIG. 1 at t-O.
0<1<−1では点線で示された円弧上をαが2ω
増加する方向に動きt=π/2ω1でにはアークスポッ
トは例えば8点にくる。When 0<1<-1, the arc spot moves on the arc indicated by the dotted line in a direction in which α increases by 2ω, and at t=π/2ω1, the arc spot reaches, for example, 8 points.
π/2ω<1<π/ωではアークスポットは8点から点
線で示された円弧上を0点に向って戻る。When π/2ω<1<π/ω, the arc spot returns from point 8 to point 0 on the circular arc indicated by the dotted line.
t=π/ωでは再び0点にいる。At t=π/ω, it is again at the 0 point.
−〈t≦π/ωではアークスボω
ットはαがマイナスの範囲で第1図の4/f示される点
線上をS′1で同じように動き、t=2π/ωでは再び
原点Oにもどってくる。−〈t≦π/ω, the arcsbot ω moves in the same way at S′1 on the dotted line indicated by 4/f in Figure 1 in the range of negative α, and returns to the origin O at t=2π/ω. I'll be back.
以後2π/ωの時間周期でアークスポットは円弧上を往
復運動することは容易に理解されよう。It will be easily understood that thereafter, the arc spot reciprocates on the circular arc at a time period of 2π/ω.
Bが与えられたときのαの値を知るにはB2Oの値が既
知でなければならないが、B9oは磁界と2軸のなす角
度θ、アーク電流■、ガス雰囲気、ガス流量釦よびトー
チデザイン等が関係してむり、解析的に求めることは困
難である。To know the value of α when B is given, the value of B2O must be known, but B9o depends on the angle θ between the magnetic field and the two axes, arc current ■, gas atmosphere, gas flow rate button, torch design, etc. is involved, and it is difficult to obtain it analytically.
B2Oの決定は実験的に求める必要がある。Determination of B2O must be determined experimentally.
即ちBをOから出発して値を大きくしていきα−900
になるBの値を測定し、その値をB2Oとすればよい。That is, starting from O and increasing the value of B, α-900
What is necessary is to measure the value of B that becomes B2O.
ここで従来のアーク揺動法と本方法の違いを明らかにす
るため第1図にむいてθ=−の場合と0ご−の場合とで
アークスポットの動きを比較してみる。In order to clarify the difference between the conventional arc oscillation method and the present method, the motion of the arc spot will be compared between the case of θ=- and the case of 0 in FIG. 1.
θ−一が従来方法、θ\−が本発明の方法2 である。θ-1 is the conventional method, θ\- is the method 2 of the present invention It is.
θ−一の磁界ではアークをX方向へ動かす力が生じない
ため、アークスポットはy軸上しか動けない。In the magnetic field of θ-1, no force is generated to move the arc in the X direction, so the arc spot can only move along the y axis.
交流磁界ではy軸上の原点Oを中心に往復運動をする。In an alternating magnetic field, it performs reciprocating motion around the origin O on the y-axis.
磁界強度が大きくなれば揺動振巾も大きくなる。As the magnetic field strength increases, the oscillation amplitude also increases.
アークスポットの速度は両端で小さく中心で大きいので
、アークによる入熱分布は両端にピークができる。The velocity of the arc spot is small at both ends and large at the center, so the heat input distribution due to the arc has peaks at both ends.
これに対しθ\−ではアークスポットは、中心がR点即
ちX=−一θy=o、z=0点で、半径が一一〇である
x −y平面上にある円の周上を動く交流磁界では0点
を中心にこの円の皿上を往復運動する。On the other hand, in θ\-, the arc spot moves on the circumference of a circle on the x-y plane with the center at point R, that is, X = -1 θy = o, z = 0, and radius 110. In an alternating magnetic field, it reciprocates on this circular plate with the zero point as the center.
アークスポットの運動をy軸に投影して考えてみると、
アークスポットの振巾はBζB90の場合は、Bの増加
と共に増加するが、B=B9oで最大となり、その振巾
はLtanθである。If we consider the motion of the arc spot by projecting it onto the y-axis,
In the case of BζB90, the amplitude of the arc spot increases as B increases, but reaches a maximum when B=B9o, and the amplitude is Ltanθ.
B > B 90ではy軸に投影している振巾はBを大
きくしてもL tanθより大きくならない。When B > B 90, the amplitude projected on the y-axis does not become larger than L tan θ even if B is increased.
但し、この場合揺動アークの折返し点L
L
は最大振巾点y”” tanθ、耘よびy=tanθ
より2
内側にあり、この折返し点が入熱最大点となる。However, in this case, the turning point L of the oscillating arc
L is the maximum amplitude point y"" tanθ, and y=tanθ
It is located 2 degrees inside, and this turning point is the point of maximum heat input.
Bを大きくする程人熱最大点はX軸に近づく。The larger B is, the closer the maximum point of human heat is to the X axis.
このように入熱中は一定でありながら入熱分布を磁界強
度をかえることにより制御できる点が本発明の特徴の一
つである。One of the features of the present invention is that the heat input distribution can be controlled by changing the magnetic field strength while the heat input is constant during heat input.
斜交磁界を作る方法は種々あるが、簡便な方法を第3図
に示す。There are various methods of creating an oblique magnetic field, but a simple method is shown in FIG.
第3図にむいて1はアークトーチ、2は金属材で、アー
クはアークトーチ1と金属材2の間に発生する。In FIG. 3, 1 is an arc torch, 2 is a metal material, and an arc is generated between the arc torch 1 and the metal material 2.
5釦よび6は電流を通すための導線であり、両者共紙面
に垂直方向に伸び・てち・りかつ導線5むよび6を共に
含む平面が、一点鎖線で表わされているトーチ中心軸と
直交しない角度で交わるように配置されている。Buttons 5 and 6 are conducting wires for passing current, and both extend perpendicularly to the plane of the paper.The plane that includes both conducting wires 5 and 6 is the center axis of the torch, which is represented by a dashed line. It is arranged so that it intersects at an angle that is not perpendicular to .
平行導線5と6に電流を流しそれぞれの電流の方向が互
に反応関係を保つようにすれば、アークが発生する空間
にはアークと斜交する磁界が発生する。If current is passed through the parallel conducting wires 5 and 6 so that the directions of the currents maintain a reactive relationship with each other, a magnetic field obliquely intersecting the arc will be generated in the space where the arc occurs.
導線6に紙面表から裏方向への電流を流し、導線5に紙
面裏から表方向への電流を流しかつ電流の絶対値が等し
い場合に出来る磁界の磁力線の概念的様子を点線7で図
に示している。Dotted line 7 shows the conceptual state of the magnetic lines of force of the magnetic field created when a current flows through the conductor 6 from the front to the back of the paper, a current flows from the back to the front of the paper through the conductor 5, and the absolute values of the currents are equal. It shows.
空間的に均一な磁界ではないが、アークと斜交する磁界
ができている。Although the magnetic field is not spatially uniform, there is a magnetic field that crosses the arc obliquely.
アークと磁界とのなす角度は導線5釦よび6の位置をか
えることにより変化させることができる。The angle between the arc and the magnetic field can be changed by changing the positions of the conductor wires 5 and 6.
磁界強度は導線5,6に流す電流値をかえることにより
変化させることができる。The magnetic field strength can be changed by changing the current value flowing through the conductive wires 5 and 6.
2本の平行導線に互に反対方向に流れる電流により作ら
れる磁界強度は、電磁見学のアンペアの周回路の法則を
用いて容易に計算することができる。The magnetic field strength created by currents flowing in two parallel conductors in opposite directions can be easily calculated using Ampere's circuit law from electromagnetic theory.
2本の導線間の距離をa1流れる電流の絶対値■3 と
すれば、導線の中央での磁界強度Bは
B = 0.8 X IB / a (ガウス)で与え
られる。If the distance between the two conductors is a1 and the absolute value of the flowing current is 3, then the magnetic field strength B at the center of the conductors is given by B = 0.8 x IB / a (Gauss).
ただしIBはアンペア単位、aは備単位の数値である。However, IB is a value in ampere, and a is a value in reserve.
中心での磁界のベクトル方向は導線3むよび4を含む平
面に垂直な方向である。The vector direction of the magnetic field at the center is perpendicular to the plane containing the conductors 3 and 4.
本発明にかかわる具体的実施例を以下に示す。Specific examples relating to the present invention are shown below.
実施例
(斜交磁界による揺動アークを用いたスラブの溶融手入
れ実験)
第3図に示す斜交磁界発生法によりプラズマアークを円
弧状に揺動させ、ステンレススラブの表面を溶融手入れ
する実験を行った。Example (Slab melting and care experiment using an oscillating arc using an oblique magnetic field) An experiment was conducted in which the plasma arc was oscillated in an arc shape using the oblique magnetic field generation method shown in Figure 3 to melt and care for the surface of a stainless steel slab. went.
実験条件
溶融金属材料:5US304スラフ
プラズマアーク電流:300AD、C
プラズマガス:Ar + 10 %Hz 101/wa
rn磁界発生用導線間隔:4crn
磁界発生用電流:430A50HzA−Cトーチ先端金
属材表面間距離:9cm
金属材移動速度:20cm1藤
結果
磁界測定の結果次の数値が得られた。Experimental conditions Molten metal material: 5US304 slough plasma Arc current: 300AD, C Plasma gas: Ar + 10%Hz 101/wa
rn Spacing between conductor wires for magnetic field generation: 4 crn Current for magnetic field generation: 430 A, 50 Hz A-C Torch tip distance between metal material surfaces: 9 cm Metal material moving speed: 20 cm1 Results The following numerical values were obtained as a result of magnetic field measurement.
導線間中心に発生する磁界、B=85ガウスAアークと
磁角の交叉角度 θ=400B90を与える磁界強
度 B9o=40蔀風溶融手入れ実験では
ステンレススラブ片を移動していくと表面性状のよい溶
融再凝固帯が6cm巾で形成された。Magnetic field generated at the center between the conductors, B = 85 Gauss Intersection angle between the A arc and the magnetic angle θ = 400 Magnetic field strength that gives B90 B9o = 40 In the wind melting care experiment, as the stainless steel slab piece was moved, it melted with good surface quality. A reconsolidation zone was formed with a width of 6 cm.
処理後スラブを切断し組織観察の結果、溶融巾方向の溶
込み深さの均一度は良好であった。After the treatment, the slab was cut and the structure was observed. As a result, the uniformity of the penetration depth in the direction of the melt width was good.
本発明の方法は実施例に示したように金属片の表面溶融
手入れ法として有用であるのみならず、熱処理その他広
い面熱に熱を与えるための方法として極めて効果的な方
法である。As shown in the examples, the method of the present invention is not only useful as a method for treating the surface of a metal piece by melting it, but is also extremely effective as a method for heat treatment and other methods for applying heat to a wide area.
第1図は斜交磁界中でのアークスポットの動きを説明す
る図面、第2図はアークスポットの移動角と磁界強度の
関係を示す図である。
第3図は本発明斜交磁界発生法の一例を示す原理図面で
ある。
1・・・アークトーチ、2・・・金属材、5,6・・・
導線、7・・・磁力線。FIG. 1 is a diagram illustrating the movement of an arc spot in an oblique magnetic field, and FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the moving angle of the arc spot and the magnetic field strength. FIG. 3 is a diagram showing the principle of an example of the oblique magnetic field generation method of the present invention. 1... Arc torch, 2... Metal material, 5, 6...
Conductor, 7... lines of magnetic force.
Claims (1)
て、アークまたはプラズマアークを空間的に移動させる
方法に訃いて、アークまたはプラズマアークを挾んで該
アークまたはプラズマアークと直交する方向に伸び、か
つ互に平行な2本の導線に、互に反対方向に流れる電流
を通じることにより、アークまたはプラズマアークを円
弧状に運動させることを特徴とするアーク揺動力法。1. A method of spatially moving an arc or plasma arc by applying an external magnetic field to the arc or plasma arc. An arc oscillation force method characterized by causing an arc or plasma arc to move in an arc by passing currents flowing in opposite directions through two parallel conducting wires.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5011278A JPS5847274B2 (en) | 1978-04-28 | 1978-04-28 | Arc swing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5011278A JPS5847274B2 (en) | 1978-04-28 | 1978-04-28 | Arc swing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54142154A JPS54142154A (en) | 1979-11-06 |
| JPS5847274B2 true JPS5847274B2 (en) | 1983-10-21 |
Family
ID=12850005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5011278A Expired JPS5847274B2 (en) | 1978-04-28 | 1978-04-28 | Arc swing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5847274B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4959293B2 (en) * | 2006-11-08 | 2012-06-20 | 新日本製鐵株式会社 | Surface treatment apparatus for cast steel pieces and surface treatment method for cast steel pieces |
| JP5010344B2 (en) * | 2007-05-17 | 2012-08-29 | 新日本製鐵株式会社 | Surface treatment apparatus for cast steel pieces and surface treatment method for cast steel pieces |
-
1978
- 1978-04-28 JP JP5011278A patent/JPS5847274B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54142154A (en) | 1979-11-06 |
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