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JPH03258464A - プラズマアークスタート方法 - Google Patents

プラズマアークスタート方法

Info

Publication number
JPH03258464A
JPH03258464A JP2239154A JP23915490A JPH03258464A JP H03258464 A JPH03258464 A JP H03258464A JP 2239154 A JP2239154 A JP 2239154A JP 23915490 A JP23915490 A JP 23915490A JP H03258464 A JPH03258464 A JP H03258464A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
arc
nozzle assembly
oxidizing gas
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2239154A
Other languages
English (en)
Inventor
Jr Wayne S Severance
ウェイン・スタンリー・セブランス・ジュニア
Tommie Z Turner
トミー・ザック・ターナー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ESAB Welding Products Inc
Original Assignee
ESAB Welding Products Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ESAB Welding Products Inc filed Critical ESAB Welding Products Inc
Publication of JPH03258464A publication Critical patent/JPH03258464A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/38—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属電極と該電極の放出端に隣り合って位置
付けられるノズル組立体を具備する型式のプラズマアー
クトーチを始動する方法に関するものである。
［従来技術］ プラズマアークトーチは一般に、金属質電極と該電極の
放出端に隣り合って位置付けられるノズル組立体を含ん
でいる。これらトーチは、アークが電極の放出端からノ
ズルを通して工作物まで伸びる移行式アーク様式で作動
する。酸化性気体が通常、プラズマ発生のためそして工
作物の一層迅速で効率的な切断或いは切削を容易ならし
めるために使用される。
しかしながら、アークを点弧しそしてそれを電極から工
作物までに移行するために必要とされる高い電圧の故に
、幾つかの先行技術のトーチは代表的に、電極の放出端
とノズル組立体との間にパイロットアークを創成するこ
とにより非酸化性気体を使用して始動された。酸化性気
体がスタートプロセス中使用されるなら、使用される高
電圧は過酷な酸化状態を生みだしそして有効電極寿命を
低減する。この発生アークはその後工作物に移行される
。アークが移行されたとき、非酸化性気体の流量が減少
されそして酸素のような酸化性気体が非酸化性気体に追
加される。
〔発明が解決しようとする課題〕
一般に、上記の先行技術の方法は、気体流量の注意深い
制御とタイミングを必要としそして幾つかのトーチにお
いては特殊なトーチ構造を必要とする。例えば、一つの
トーチ設計においては、初期アークスタート中２つのノ
ズル部材間に配置される多数の環状気体口を通してアル
ゴンが流される。アークが移行され終ったとき、気体口
におけるアルゴン流れの一部が停止されそして酸化性気
体の流れと置換され、以って移行後のトーチ作動中減少
せる流量のアルゴンが酸化性気体と混合される。トーチ
内部でのアルゴン及び酸素或いは空気の混合物の使用は
、適正な混合とトーチ作動を維持するために２種の異な
った気体流れに関しての同時的な複雑な制御を必要とす
る。追加的に、アルゴンのような非酸化性気体は、切断
作業中移行プラズマアークトーチにおいてそれが酸素或
いは空気と混合されるときドロスの形成の増大をもたら
す。
本発明の課題は、電極の酸化を最小限として上述した型
式のプラズマアークトーチを便宜に始動する方法を開発
することである。
［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、パイロットアーク創成中非酸化性気体を
提供しそして移行したプラズマトーチ操作生新たな置換
酸化性気体流れのみを提供することにより上記課題が達
成しつることを見出した。
本発明は、電極の酸化を最小限としそしてそれにより電
極の寿命を増大することの出来る、金属質電極と該電極
の放出端に隣り合って位置決めされるノズル組立体を具
備する型式のプラズマアークトーチを始動する方法を提
供する。
非酸化性気体の流れが先ず電極放出端とノズル組立体と
の間で発生せしめられる。その後、パイロットアークが
電極放出端とノズル組立体との間に確立される。このパ
イロットアークは、移行されて電極の放出端からノズル
組立体の電極とは反対側に位置付けられる工作物まで伸
延する移行アークを創出する。それと並行して、非酸化
性気体の流れは停止されそして酸化性気体の流れが電極
放出端とノズル組立体との間に発生せしめられ、以って
移行アークと酸化性気体が電極放出端と工作物との間に
プラズマ気体流れを発生せしめる。
好ましい具体例において、非酸化性気体は実質上窒素か
ら成りそして酸化性気体は実質上酸素から成る。
切断完了後、移行アークは、酸化性気体流れと同時に停
止される。追加的に、非酸化性気体流れが、電極放出端
とノズル組立体との間に発生せしめられつる。
〔実施例の説明〕
図面、特に第１図を参照すると、本発明に従うアーク始
動方法において使用され得るプラズマアークトーチの一
形式が例示されている。プラズマアークトーチ１０はノ
ズル組立体１２とチューブ状電極１４とを含んでいる。
電極１４は好ましくは、銅或いは調合金製でありそして
上方チューブ状部材１５と下方カップ状部材、即ちホル
ダ１６から構成される。詳しくは、上方チューブ状部材
ユ５は、細長い開口チューブ状構造でありそしてトーチ
の長手方向軸線を定義する。チューブ状部材１５はまた
、内面を螺刻された下方端部分１７を含んでいる。ホル
ダ１６もまた、チューブ状構造でありそして下方前端及
び上方後端を含んでいる。横断端壁１８がホルダ１６の
前端を閉鎖しそして横断端壁１８は外側前面２０を定義
する。ホルダの後端は、外面を螺刻されそして上方チュ
ーブ状部材の下方端部分１７にネジ接続される。
空洞２４が端壁１８の前面２０に形成されそして長手軸
線に沿って後方に伸延する。挿入体組立体２６が、空洞
内に装着されそして長手方向軸線に沿って同軸に配置さ
れる一般に円柱状の放射性挿入体２８を備えている。放
射性挿入体２８は、比較的低い仕事関数を有しそして電
位の適用に際して電子を容易に放出するに適した金属質
材料から構成される。そうした材料の適当な例は、ハフ
ニウム、ジルコニウム、タングステン及びそれらの合金
である。
比較的非放射性のスリーブ３２が放射性挿入体２８の周
囲に同軸に空洞２４内部に配置される。
スリーブ３２は、空洞の壁に冶金的に接合される周囲壁
及び及び閉鎖奥壁３４を有する。更に、スリーブ３２は
、環状フランジ３５を具備しそしてホルダの前面２０の
面に載る外側環状表面を構成する。スリーブ３２につい
てのもっと詳しい説明は、１９９０年１月１７日付は出
願の米国特許出願番号４６６．２０５号に記載されてい
る。
例示の具体例において、電極１４は、気体通路４０及び
液体通路４２を有するプラズマアークトーチ本体３８内
に取付けられる。プラズマアークトーチ本体３８は外側
絶縁ハウジング部材４４により取り囲まれる。
チューブ４６が電極構造体を通して水のような液体媒体
を循環させるために電極１４の中央穿孔４８内部に垂下
される。チューブ４６は、水がチューブ４６からの放出
に際して流れるスペース４９を与えるように穿孔４８の
直径よりも小さい直径を有している。水は、源（図示無
し）から、チューブ４６を通して、ボスト２３に沿って
そしてスペース４９を通して戻ってトーチ本体３８にお
ける開口５２へと、最終的にドレンホース（図示無し）
へと流れる。
液体通路４２は、噴射水をノズル組立体１２内に差し向
け、ここで水流れはプラズマアークを取り巻くための渦
巻きに変換される。気体通路４０は気体を適当な源（図
示無し）から受は取る。気体源は、本発明に従えば非酸
化性気体、好ましくは窒素及び酸化性気体、好ましくは
酸素の源を含む。空気ちまた使用されつる。図示してい
ない手段が非酸化性気体及び酸化性気体の通路内への流
れをコントロールし、これは任意の適当な耐熱セラミッ
ク材料製の従来型式の気体邪魔板５４を通して気体を周
知の渦巻き方式でブレナム室５６内へと気体を差し向け
る。気体は、ブレナム室５６からノズル組立体１２のア
ーク絞り用同軸穴６０及び６２を通して流出する。電極
１４は、プラズマアークトーチ本体３８に連結されるに
際してセラミック製気体邪魔板５４及び耐熱プラスチッ
ク絶縁部材５５を然るべく保持する。絶縁部材５５はノ
ズル組立体１２を電極１４から電気的に絶縁する。
ノズル組立体１２は、上方ノズル部材６３と下方ノズル
部材６４を装備し、これら部材は前述したアーク絞り同
軸穴である第１及び第２穴６０．６２をそれぞれ含んで
いる。上方及び下方部材両方とも金ｉ製となしつるけれ
ども、アルミナのようなセラミック材料が下方ノズル部
材に対しては好ましい。
下方ノズル部材６４は、上方ノズル部材６３からプラス
チックスペーサ要素６５及び水渦巻きリング６６により
隔離される。上方ノズル部材６３と下方ノズル部材６４
との間に設けられたスペースが水室６７を形成する。上
方ノズル部材６３の穴６０は、トーチ電極１４の長手方
向軸線と整列状態にある。また、穴６０は円筒状であり
、ブレナム室５６に隣り合って面取りされた上端部を有
し、その面取り角度は約４５度である。
下方ノズル部材６４は、前（即ち下方）端部と後（即ち
上方）端部を構成する円筒状の本体部分７０を有する。
穴６２がこの本体部分を同軸的に伸延している。環状取
付はフランジ７１が後端部に位置付けられモして切頭円
錐表面７２が前端部の外面に第２穴と同軸となるよう形
成される。環状フランジ７１は、キャップ７４の下端で
内方に突出するフランジ７３により下側から支持され、
そしてキャップ７４は外側ハウジング部材４４のネジと
螺合することにより取外し自在に取付けられる。また、
ガスケット７５が、２つのフランジ７１及び７３の間に
配置される。
下方ノズル部材６４におけるアーク絞り六６２は、円筒
状であり、任意の適当なプラスチック材料製の心合用ス
リーブ７８により上方部材６３におけるアーク絞り六６
０と軸線方向に整列して維持される。心合用スリーブ７
８は、その上端において上方ノズル部材６３における環
状ノツチ内に取り外し自在に係止される唇を有する。心
合用スリーブ７８は下方ノズル部材６４と偏倚しての保
合状態で上方ノズル部材から伸延する。渦巻きリング６
６とスペーサ要素６５が下方部材のスリーブ７８への挿
入前に組み付けられる。水は、通路４２からスリーブ７
８における穴８５を通して渦巻きリング６６の噴射口８
７に流れ、そこから水室６７へと噴射される。噴射口８
７は渦巻きリング６６に沿って接線方向に配置され、水
室６７内で水に渦巻き模様を形成せしめる。水は、水室
６７から下方ノズル部材６４のアーク絞り穴６２を通し
て流出する。
第３図に概略示されるように、パイロットアーク電源９
０は、電極１４とトーチ本体に直列回路関係で接続され
る。操作員の使用に適した便宜な位置にトーチ上に配置
されるトグルスイッチの形態となしつるスイッチ手段（
図示無し）が最初のパイロットアークを制御する。主電
源９１がトーチ電極１４に金属工作物と直列回路関係で
接続される。工作物は代表的に接地される。
操作方法 本発明方法に従って上述したプラズマアークトーチを始
動する為には、非酸化性気体、好ましくは窒素の流れが
発生せしめられて気体通路４０に流される。この流れは
気体邪魔板５４を通して差し向けられる。気体は渦巻き
方式でブレナム室５６に流入しそしてそこからノズル組
立体１２のアーク絞り用同軸穴６０．６２を通してそこ
から外方に流れる。その後、パイロットアークが電極の
放出端とノズル組立体１２との間に瞬時的に創成される
（第２図）。パイロットアークは、ア−り絞り用同軸穴
６０．６２をそれぞれ通して工作物まで移行する。パイ
ロットアークが移行されるとき、非酸化性気体の流れは
実質上同時に停止される。酸化性気体の新たな流れが通
路４０にそして気体邪魔板を通してブレナム室５６内に
、そしてノズル組立体のアーク絞り用同軸穴６０．６２
を通して差し向けられる。移行されたアーク及び酸化性
気体は電極とノズル組立体を通して工作物Ｗとの間にプ
ラズマアーク流れを創成する。各アーク絞り用同軸穴６
０．６２は、アークの強化と照準化に寄与する。通路４
２内に放出される水が水の噴射をノズル組立体１２内に
差し向け、ここで該流れはプラズマアークを取り巻く水
の渦巻きに変換される。
トーチの操作を終了する為には、移行アークが酸化性気
体の流れを実質上同時に停止しながら停止される。同時
に、非酸化性気体の流れが電極放出端とノズル組立体の
間に非酸化性気体、好ましくは窒素を通路内にそして最
終的にノズル組立体の同軸穴６０及び６２を通して差し
向けることにより発生せしめられつる。
〔発明の効果〕
本発明のスタート方法は、幾つかの利点を呈する。非酸
化性気体中でトーチを始動することは、トーチ部品間で
点弧による等してトーチ内部での酸素着火スタートの問
題を排除する。着火或いは燃焼が起こった場合でも、非
酸化性気体の後の流れがこの着火を消す役目をなしつる
。銅ノズルを使用する多くのトーチ設計において、銅ノ
ズルの酸化及び侵食もまた大幅に軽減される。ノズルの
酸化はスタート及び切断品質両方に悪影響を与える。電
極のいずれかの銅部分の酸化もまた大幅に軽減される。
本発明に従う方法は、電極及びノズルの寿命が延長され
るので一層多くの回数の始動操作を許容する。
以上、好ましい具体例を説明したが、本発明の範囲内で
多くの改変をなしうることを銘記されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明方法に従って使用しつるプラズマアー
クトーチ例の垂直断面図である。 第２図は本発明方法に従ってのプラズマアークトーチの
作動中気体流れと時間並びにアーク電流と時間との関係
を例示するグラフである。 第３図は、本発明方法に従ってのプラズマアークトーチ
の作動のための基本部品とそれらの電気的関係を示す簡
略回路図である。 １０　： １２　： １４　： １５　： １６　： １７　： １８　： ２０　： ２２　： ２６　： ２８　＝ プラズマアークトーチ ノズル組立体 チューブ状電極 上方チューブ状部材 下方カップ状部材（ホルダ） 下方端部分 横断端壁 外側前面 内部空洞 挿入体組立体 放射性挿入体 ３２　： ３５　： ４０　： ４２　： ３８　： ４４　： ４６　： ４８　： ４９　： ５４　： ６ ６０゜ ６３　＝ 　４ ６５　： ６６　： ６７　ニ ア　０　＝ ７２　ニ ア　４　ニ スリーブ 環状フランジ 気体通路 液体通路 プラズマアークトーチ本体 外側絶縁ハウジング部材 チューブ 中央穿孔 スペース 気体邪魔板 ブレナム室 ６２：アーク絞り用穴 上方ノズル部材 下方ノズル部材 スペーサ要素 水渦巻きリング 氷室 円筒状本体部分 切頭円錐表面 キャップ ７８：心合用スリーブ ９０：パイロットアーク電源 ９１：主電源 Ｗ：工作物

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）金属質電極と該電極の放出端に隣り合って位置決め
    されるノズル組立体を具備する型式のプラズマアークト
    ーチを電極の酸化を最小限としそしてそれにより電極の
    寿命を増大することの出来る態様で始動する方法であっ
    て、 非酸化性気体の流れを前記電極放出端とノズル組立体と
    の間で発生せしめる段階と、パイロットアークを該電極
    放出端とノズル組立体との間に創成する段階と、該パイ
    ロットアークを移行して該電極の放出端から前記ノズル
    組立体の電極とは反対側に位置付けられる工作物まで伸
    延する移行アークを創出し、同時に前記非酸化性気体の
    流れを実質上同時に停止しそして酸化性気体の流れを電
    極放出端とノズル組立体との間に発生せしめ、以って移
    行アークと酸化性気体が電極放出端と工作物との間にプ
    ラズマ気体流れを発生せしめる段階とを包含するプラズ
    マアークトーチ始動方法。 ２）移行アークを停止しそして実質上同時に酸化性気体
    流れを停止し、そして実質上同時に非酸化性気体流れを
    電極放出端とノズル組立体との間に発生せしめる続いて
    の段階を更に含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）非酸化性気体は実質上窒素から成りそして酸化性気
    体は実質上酸素から成る特許請求の範囲第２項記載の始
    動方法。 ４）ノズル組立体は、電極の放出端に隣り合って取付け
    られる上方ノズル部材と、電極とは反対側で該上方ノズ
    ル部材に隣り合って取付けられる下方ノズル部材を装備
    し、そして該上方及び下方ノズル部材はプラズマ気体流
    れ通過のための整列した穴をそれぞれ有し、パイロット
    アーク移行段階と実質上同時して前記上方及び下方ノズ
    ル部材間に液体の流れを導入し、以って該液体でプラズ
    マ気体流れを包被する特許請求の範囲第３項記載の始動
    方法。 ５）液体が水である特許請求の範囲第４項記載の始動方
    法。 ６）電極が電極の放出端に位置づけられるほぼ円柱状の
    放射性挿入体を含む特許請求の範囲第５項記載の始動方
    法。
JP2239154A 1990-03-02 1990-09-11 プラズマアークスタート方法 Pending JPH03258464A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/487,747 US5017752A (en) 1990-03-02 1990-03-02 Plasma arc torch starting process having separated generated flows of non-oxidizing and oxidizing gas
US487747 1995-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03258464A true JPH03258464A (ja) 1991-11-18

Family

ID=23936957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2239154A Pending JPH03258464A (ja) 1990-03-02 1990-09-11 プラズマアークスタート方法

Country Status (19)

Country Link
US (1) US5017752A (ja)
EP (1) EP0444344B1 (ja)
JP (1) JPH03258464A (ja)
KR (1) KR930005953B1 (ja)
CN (1) CN1027215C (ja)
AT (1) ATE121257T1 (ja)
AU (1) AU624051B2 (ja)
BR (1) BR9004874A (ja)
CA (1) CA2023991C (ja)
CS (1) CS427790A3 (ja)
DE (1) DE69018611T2 (ja)
DK (1) DK0444344T3 (ja)
FI (1) FI904183A (ja)
HU (1) HUT58580A (ja)
IE (1) IE903018A1 (ja)
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