JPH01166887A - プラズマアーク発生トーチ用ノズル - Google Patents
プラズマアーク発生トーチ用ノズルInfo
- Publication number
- JPH01166887A JPH01166887A JP62325281A JP32528187A JPH01166887A JP H01166887 A JPH01166887 A JP H01166887A JP 62325281 A JP62325281 A JP 62325281A JP 32528187 A JP32528187 A JP 32528187A JP H01166887 A JPH01166887 A JP H01166887A
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- arc
- electrode
- plasma arc
- plasma
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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。
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、プラズマアークにより母材の溶接や切断を行
なう装置に使用されるプラズマアーク発生トーチ用ノズ
ルに関する。
なう装置に使用されるプラズマアーク発生トーチ用ノズ
ルに関する。
流体でシールドした電極と母材とのアーク空間をノズル
により細く拘束し、高密度熱エネルギのプラズマを形成
して母材の溶融熱源として利用するプラズマアーク加工
装置は良く知られている。
により細く拘束し、高密度熱エネルギのプラズマを形成
して母材の溶融熱源として利用するプラズマアーク加工
装置は良く知られている。
この装置の概略を第6図により説明する。
第6図はプラズマアーク加工装置の系統図である0図で
、1はプラ、ズマアーク発生トーチ、2はその電源、3
はプラズマアークにより溶接又は切断される母材である
。プラズマアーク発生トーチ1は、電極1a、ノズル1
bおよびシールドキャップICで構成されている。Sは
シールドキャップICとノズル1bとの間に供給される
シールドガス、Pはノズル1bと電極1aとの間に供給
されるプラズマガスを示す。Aはプラズマアークを示し
、電極1aと母材3との間に電源2の電圧を印加するこ
とにより発生する。なお、1b’はノズル1bに形成さ
れプラズマアークAが通過するアーク狭窄穴である。上
記電極1aの材料としては、例えば銅にハフニウムやジ
ルコニウムの棒を埋設したものが用いられ、又、ノズル
1bの材料としては、熱伝導性を考慮して銅が用いられ
ている。
、1はプラ、ズマアーク発生トーチ、2はその電源、3
はプラズマアークにより溶接又は切断される母材である
。プラズマアーク発生トーチ1は、電極1a、ノズル1
bおよびシールドキャップICで構成されている。Sは
シールドキャップICとノズル1bとの間に供給される
シールドガス、Pはノズル1bと電極1aとの間に供給
されるプラズマガスを示す。Aはプラズマアークを示し
、電極1aと母材3との間に電源2の電圧を印加するこ
とにより発生する。なお、1b’はノズル1bに形成さ
れプラズマアークAが通過するアーク狭窄穴である。上
記電極1aの材料としては、例えば銅にハフニウムやジ
ルコニウムの棒を埋設したものが用いられ、又、ノズル
1bの材料としては、熱伝導性を考慮して銅が用いられ
ている。
上記装置において、電極1aとノズルlb間、および電
極1aと母材3間に図示極性の電圧が印加されると、ま
ず電極1aとノズルlb間にパイロットアークが発生し
、次いでこのパイロットアークにより電極1aと母材3
間に容易にメインアークが発生する。このメインアーク
はノズル1bにより拘束され、アーク狭窄穴1b’を通
る細いプラズマアークAとなる。このため、プラズマア
ークAは高密度のエネルギを有することとなり、これに
より母材3を溶融して溶接又は切断が行なわれる。
極1aと母材3間に図示極性の電圧が印加されると、ま
ず電極1aとノズルlb間にパイロットアークが発生し
、次いでこのパイロットアークにより電極1aと母材3
間に容易にメインアークが発生する。このメインアーク
はノズル1bにより拘束され、アーク狭窄穴1b’を通
る細いプラズマアークAとなる。このため、プラズマア
ークAは高密度のエネルギを有することとなり、これに
より母材3を溶融して溶接又は切断が行なわれる。
上記装置においては、溶接又は切断処理中、その電極1
aおよびノズル1bには極めて大きな熱が加えられる。
aおよびノズル1bには極めて大きな熱が加えられる。
さらに近年、プラズマガスPとして空気を用いるエアプ
ラズマ切断機の普及が著るしい。したがって、特にプラ
ズマガスPとして空気を用いる場合には、電極1aおよ
びノズル1bは高温酸化雰囲気に曝されることになる。
ラズマ切断機の普及が著るしい。したがって、特にプラ
ズマガスPとして空気を用いる場合には、電極1aおよ
びノズル1bは高温酸化雰囲気に曝されることになる。
このうち、電極1aは前述のようにハフニウムやジルコ
ニウムの棒が埋め込まれ、これらの酸化物の融点は酸化
ハフニウム(Hf O□)が約2800℃、酸化ジルコ
ニウム(ZrOt)が約2670℃と高く、高温酸化雰
囲気に曝されても比較的問題はない。しかし、ノズル1
bには銅が用いられ、その酸化物(CuiO)の融点は
約1236℃と低いので、銅の有する良好な熱伝導性を
もってしても耐熱性に劣り、ノズル1bの寿命の低下を
避けることはできない。例えば、エアプラズマアークの
発熱は約5KW前後と大きく、銅の熱伝導性が良好であ
っても前記のような大きな発熱によるノズル1bの冷却
効果を充分に果し得るものではなく、その結果、溶損が
進行して短期間でノズルlbが使用不能の状態となる。
ニウムの棒が埋め込まれ、これらの酸化物の融点は酸化
ハフニウム(Hf O□)が約2800℃、酸化ジルコ
ニウム(ZrOt)が約2670℃と高く、高温酸化雰
囲気に曝されても比較的問題はない。しかし、ノズル1
bには銅が用いられ、その酸化物(CuiO)の融点は
約1236℃と低いので、銅の有する良好な熱伝導性を
もってしても耐熱性に劣り、ノズル1bの寿命の低下を
避けることはできない。例えば、エアプラズマアークの
発熱は約5KW前後と大きく、銅の熱伝導性が良好であ
っても前記のような大きな発熱によるノズル1bの冷却
効果を充分に果し得るものではなく、その結果、溶損が
進行して短期間でノズルlbが使用不能の状態となる。
これに対して、タングステンや各種セラミックス等の高
融点材料が用いられる場合もあるが、タングステンは、
その酸化物(W○、)の融点が約1500℃と極端に低
いので、エアプラズマアークが使用される場合には銅と
同じく溶損、寿命低下を免れることはできない。又、セ
ラミックスは導電性が低く、これでノズル1bを構成し
た場合、前述のパイロットアークの発生に支障を生じる
。
融点材料が用いられる場合もあるが、タングステンは、
その酸化物(W○、)の融点が約1500℃と極端に低
いので、エアプラズマアークが使用される場合には銅と
同じく溶損、寿命低下を免れることはできない。又、セ
ラミックスは導電性が低く、これでノズル1bを構成し
た場合、前述のパイロットアークの発生に支障を生じる
。
勿論、ノズル1bの材料として、導電性の比較的良好な
セラミックス、又は電極1aに使用されているハフニウ
ムなどを用いることも考えられるが、これらゆ高価であ
るぽかりでなく、加工性および熱伝導性が悪く、ノズル
1bの材料としては不適当である。
セラミックス、又は電極1aに使用されているハフニウ
ムなどを用いることも考えられるが、これらゆ高価であ
るぽかりでなく、加工性および熱伝導性が悪く、ノズル
1bの材料としては不適当である。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、溶損
を抑制して寿命を延長することができるプラズマアーク
発生トーチ用ノズルを提供するにある。
を抑制して寿命を延長することができるプラズマアーク
発生トーチ用ノズルを提供するにある。
上記の目的を達成するため、本発明は、母材との間にプ
ラズマアークを発生させる電極と、前記プラズマアーク
を拘束するノズルとを備えたプラズマアーク発生トーチ
用ノズルにおいて、前記ノズルの全体又はアーク狹窄穴
周辺部をクロムで構成したことを特徴とする。
ラズマアークを発生させる電極と、前記プラズマアーク
を拘束するノズルとを備えたプラズマアーク発生トーチ
用ノズルにおいて、前記ノズルの全体又はアーク狹窄穴
周辺部をクロムで構成したことを特徴とする。
電極と母材間のアークはノズルで拘束され、ノズルのア
ーク狭窄穴を通る高温のプラズマアークとなる。これに
よりノズルには熱が加えられるがノズル全体、又はノズ
ルのアーク狹窄穴周辺部分がクロムで構成されているの
で、その溶損は抑制される。
ーク狭窄穴を通る高温のプラズマアークとなる。これに
よりノズルには熱が加えられるがノズル全体、又はノズ
ルのアーク狹窄穴周辺部分がクロムで構成されているの
で、その溶損は抑制される。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す、る。
第1図は本発明の第1の実施例に係るプラズマアーク発
生トーチの一部の断面図である。図で、1aは第6図に
示すものと同じ電極である。電極1aは銅電極1a、の
中心にハフニウムの棒la2が埋め込まれて構成される
。IDは第6図に示すノズル1bに相当するノズルであ
るが、このノズルIDは、従来のノズル1bが銅を用い
て構成されているのに対して、酸化銅(Cu z O)
に比べ融点が約1000度高い酸化クロム(CrtO,
)(融点約2’330℃)を生成し得るようにクロムを
用いて構成されている。ld’はアーク狭窄穴である。
生トーチの一部の断面図である。図で、1aは第6図に
示すものと同じ電極である。電極1aは銅電極1a、の
中心にハフニウムの棒la2が埋め込まれて構成される
。IDは第6図に示すノズル1bに相当するノズルであ
るが、このノズルIDは、従来のノズル1bが銅を用い
て構成されているのに対して、酸化銅(Cu z O)
に比べ融点が約1000度高い酸化クロム(CrtO,
)(融点約2’330℃)を生成し得るようにクロムを
用いて構成されている。ld’はアーク狭窄穴である。
上記クロムのノズルIDは、粒径約0.05mmの高純
度の金属クロム粉末10Kgをステンレス鋼製容器に真
空封止し、加熱温度1250℃、加圧力1850Kg/
cm” 、保持時間60分テ高温、高圧処理を施すこと
によりクロムの焼結体を作製し、その焼結体から直径1
6mm、長さ18mmの丸棒を切出し、この丸棒を機械
加工により所定形状に切削加工して製造される。なお、
上記クロム内の不純物およびその含有量(ppm)は次
表に示すとおりである。
度の金属クロム粉末10Kgをステンレス鋼製容器に真
空封止し、加熱温度1250℃、加圧力1850Kg/
cm” 、保持時間60分テ高温、高圧処理を施すこと
によりクロムの焼結体を作製し、その焼結体から直径1
6mm、長さ18mmの丸棒を切出し、この丸棒を機械
加工により所定形状に切削加工して製造される。なお、
上記クロム内の不純物およびその含有量(ppm)は次
表に示すとおりである。
次に、軟鋼板のエアプラズマ切断を従来のノズル1トを
用いて行なった場合と、本実施例のノズルIDを用いて
行なった場合について・、)両ノズルの消耗状態を第2
図に示す。ただし、 母材(軟鋼板)板厚:19mm ノズル先端と母材間の距離:2.5mmアーク狭窄穴径
:1.Qmm 切断電流:50A 切断速度: 120mm/m i n で切断を行なった。
用いて行なった場合と、本実施例のノズルIDを用いて
行なった場合について・、)両ノズルの消耗状態を第2
図に示す。ただし、 母材(軟鋼板)板厚:19mm ノズル先端と母材間の距離:2.5mmアーク狭窄穴径
:1.Qmm 切断電流:50A 切断速度: 120mm/m i n で切断を行なった。
第2図から明らかなように、従来の銅のノズル1bを使
用した場合、使用時間が50分経過した時点でアーク狭
窄穴1Mの先端に溶損が生じ、又、電極1aのハフニウ
ムの棒1azの先端にも溶損が生じる。100分経過し
た時点では、アーク狭窄穴1b’の内壁が大きく溶損し
、このためアークの狭窄性が劣化して熱集中が悪くなり
、100分以上経過した時点では切断不能になっていた
。又、電極1aは′100分経過した時点で、ハフニウ
ムの棒1azの周辺の銅電極1a、の溶損が大き(なり
、この電極1aの損傷も使用不能の要因となっている。
用した場合、使用時間が50分経過した時点でアーク狭
窄穴1Mの先端に溶損が生じ、又、電極1aのハフニウ
ムの棒1azの先端にも溶損が生じる。100分経過し
た時点では、アーク狭窄穴1b’の内壁が大きく溶損し
、このためアークの狭窄性が劣化して熱集中が悪くなり
、100分以上経過した時点では切断不能になっていた
。又、電極1aは′100分経過した時点で、ハフニウ
ムの棒1azの周辺の銅電極1a、の溶損が大き(なり
、この電極1aの損傷も使用不能の要因となっている。
これに対して、本実施例のクロムのノズルIDを使用し
た場合、時間の経過と共にアーク狭窄穴ld’の先端の
溶損は拡大するが、200分経過後もアーク狭窄穴1d
’の内壁の一部は残存しており、これにより切断は充分
に可能であった。又、電極1aの構成は両者同一である
にもかかわらず、銅電極1a、は200分経過後もほと
んど損傷はなく、ハフニウムの棒lagの溶損が僅かに
増大するのみで、電極として使用可能の状態であった。
た場合、時間の経過と共にアーク狭窄穴ld’の先端の
溶損は拡大するが、200分経過後もアーク狭窄穴1d
’の内壁の一部は残存しており、これにより切断は充分
に可能であった。又、電極1aの構成は両者同一である
にもかかわらず、銅電極1a、は200分経過後もほと
んど損傷はなく、ハフニウムの棒lagの溶損が僅かに
増大するのみで、電極として使用可能の状態であった。
このように、本実施例では、ノズルをクロムにより構成
したので、プラズマガスとして空気や酸素等の酸化性ガ
スが用いられてもノズルの溶損を抑制することができ、
ひいてはその寿命を従来のノズルの2倍以上に延長する
ことができる。又、ノズルの溶損が抑制されることによ
り電極の損傷も抑制され、電極の寿命も延長することが
できる。
したので、プラズマガスとして空気や酸素等の酸化性ガ
スが用いられてもノズルの溶損を抑制することができ、
ひいてはその寿命を従来のノズルの2倍以上に延長する
ことができる。又、ノズルの溶損が抑制されることによ
り電極の損傷も抑制され、電極の寿命も延長することが
できる。
第3図、第4図および第5図はそれぞれ本発明の第2.
第3.第4の実施例に係るプラズマアーク発生トーチ用
ノズルの一部の断面図である。上記第1の実施例のノズ
ルは、全体がクロムを用いて構成されているのに対して
、これら各実施例ではアーク狭窄穴1d’の周辺部はク
ロム青用いて構成され、他の部分は銅により構成されて
いる。
第3.第4の実施例に係るプラズマアーク発生トーチ用
ノズルの一部の断面図である。上記第1の実施例のノズ
ルは、全体がクロムを用いて構成されているのに対して
、これら各実施例ではアーク狭窄穴1d’の周辺部はク
ロム青用いて構成され、他の部分は銅により構成されて
いる。
第3図〜第5図で、ID’はノズルを示し、LD+’は
クロムを用いて構成された部分、ID2′は銅を用いて
構成された部分を示す。
クロムを用いて構成された部分、ID2′は銅を用いて
構成された部分を示す。
これら各実施例では、アーク狭窄穴の周辺部は耐熱性の
良いクロムを用いて構成され、他の部分は熱伝導性の良
い銅を用いて構成されているので、さきの実施例のノズ
ルおよび電極の溶損抑制、寿命延長の効果はより一層大
きくなる。
良いクロムを用いて構成され、他の部分は熱伝導性の良
い銅を用いて構成されているので、さきの実施例のノズ
ルおよび電極の溶損抑制、寿命延長の効果はより一層大
きくなる。
次に、クロムを用いたノズルID、ID’の他の製造方
法について述べる。上記第1の実施例では、ノズルID
を焼結後その焼結体を機械加工する方法を説明した。そ
して、この方法は当然第2〜4の実施例においても適用
される。しかしながら、ノズルID、ID’の製造方法
はこれに限ることはなく、焼結成型方法をも採用するこ
とができる。この焼結成型方法は、高純度のクロム粉末
をカプセルに真空封入し、高温、高圧処理を施すことに
よりクロムの焼結体を得る。この場合のカプセルの材質
は特に制限はないが、ステンレス鋼鉄、鉄、ダンタル等
を用いることが好ましい。又、加圧力は200Kg/c
m”以上であれば良いが、特に500Kg/am”以上
とすることが望ましい。さらに、加熱温度は、500℃
以上融点未満までの間で設定すれば良いが、焼結促進の
ため、1000℃以上融点未満までの間で設定するのが
良い。又、保持時間の適正値は、加圧力、加熱温度など
により異なるので一部には云えないが、できるだけ30
分以上とすることが好ましい。
法について述べる。上記第1の実施例では、ノズルID
を焼結後その焼結体を機械加工する方法を説明した。そ
して、この方法は当然第2〜4の実施例においても適用
される。しかしながら、ノズルID、ID’の製造方法
はこれに限ることはなく、焼結成型方法をも採用するこ
とができる。この焼結成型方法は、高純度のクロム粉末
をカプセルに真空封入し、高温、高圧処理を施すことに
よりクロムの焼結体を得る。この場合のカプセルの材質
は特に制限はないが、ステンレス鋼鉄、鉄、ダンタル等
を用いることが好ましい。又、加圧力は200Kg/c
m”以上であれば良いが、特に500Kg/am”以上
とすることが望ましい。さらに、加熱温度は、500℃
以上融点未満までの間で設定すれば良いが、焼結促進の
ため、1000℃以上融点未満までの間で設定するのが
良い。又、保持時間の適正値は、加圧力、加熱温度など
により異なるので一部には云えないが、できるだけ30
分以上とすることが好ましい。
なお、クロムを用いたノズルの製造方法は、上記の他に
も溶融成型による方法もあり(ただし、溶融成型法は冷
却条件の設定を誤るとルツボ内で偏析を生じることがあ
る)、要は不純物の混入が防止できる方法であれば適用
可能である。
も溶融成型による方法もあり(ただし、溶融成型法は冷
却条件の設定を誤るとルツボ内で偏析を生じることがあ
る)、要は不純物の混入が防止できる方法であれば適用
可能である。
以上、本発明の実施例について述べた。そして、これら
実施例では、ノズル寿命に関して最も過酷な条件である
酸化性雰囲気での空冷式プラズマトーチに適用した場合
が考えられている。しかしながら、本発明はこのような
ものに限ることなく、トーチの冷却効果が大きい水冷式
プラズマトーチ、又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気や
、アルゴンと水素の混合ガスのような還元性ガス雰囲気
などで用いられるプラズマトーチに適用し得るのは明ら
かであり、これら水冷式プラズマトーチ、不活性ガス雰
囲気や還元性ガス雰囲気を用いたプラズマトーチに適用
した場合でもノズルの寿命を向上することができるのは
当然である。
実施例では、ノズル寿命に関して最も過酷な条件である
酸化性雰囲気での空冷式プラズマトーチに適用した場合
が考えられている。しかしながら、本発明はこのような
ものに限ることなく、トーチの冷却効果が大きい水冷式
プラズマトーチ、又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気や
、アルゴンと水素の混合ガスのような還元性ガス雰囲気
などで用いられるプラズマトーチに適用し得るのは明ら
かであり、これら水冷式プラズマトーチ、不活性ガス雰
囲気や還元性ガス雰囲気を用いたプラズマトーチに適用
した場合でもノズルの寿命を向上することができるのは
当然である。
以上述べたように、本発明では、ノズル全体、又はノズ
ルのアーク狹窄穴周辺部をクロムで構成したので、プラ
ズマガスとして酸化性ガスが用いられても、ノズルの溶
損を抑制することができ、ひいてはノズルの寿命を長く
することができる。
ルのアーク狹窄穴周辺部をクロムで構成したので、プラ
ズマガスとして酸化性ガスが用いられても、ノズルの溶
損を抑制することができ、ひいてはノズルの寿命を長く
することができる。
第1図は本発明の第1の実施例に係るプラズマアーク発
生トーチの一部の断面図、第2図は第1図に示すノズル
の溶損を示す状態図、第3図、第4図および第5図は本
発明の第2、第3、第4の実施例に係るノズルの断面図
、第6図は従来のプラズマアーク加工装置の系統図であ
る。 1a・・・・・・・・・電極、ID、ID’・・・・・
・・・・ノズル、第1図 Id” 第2図 第3当 第4図 第5− 第6図
生トーチの一部の断面図、第2図は第1図に示すノズル
の溶損を示す状態図、第3図、第4図および第5図は本
発明の第2、第3、第4の実施例に係るノズルの断面図
、第6図は従来のプラズマアーク加工装置の系統図であ
る。 1a・・・・・・・・・電極、ID、ID’・・・・・
・・・・ノズル、第1図 Id” 第2図 第3当 第4図 第5− 第6図
Claims (1)
- 母材との間にプラズマアークを発生させる電極と、前記
プラズマアークを拘束するノズルとを備えたプラズマア
ーク発生トーチにおいて、前記ノズルの少なくともアー
ク狹窄穴周辺部をクロムで構成したことを特徴とするプ
ラズマアーク発生トーチ用ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62325281A JPH01166887A (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | プラズマアーク発生トーチ用ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62325281A JPH01166887A (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | プラズマアーク発生トーチ用ノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01166887A true JPH01166887A (ja) | 1989-06-30 |
Family
ID=18175060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62325281A Pending JPH01166887A (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | プラズマアーク発生トーチ用ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01166887A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005059A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Ebara Corp | プラズマ式溶融炉 |
| WO2007040583A1 (en) | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Phoenix Solutions Co. | Plasma torch with corrosive protected collimator |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61271800A (ja) * | 1985-05-27 | 1986-12-02 | 株式会社ダイヘン | プラズマア−クト−チ |
-
1987
- 1987-12-24 JP JP62325281A patent/JPH01166887A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61271800A (ja) * | 1985-05-27 | 1986-12-02 | 株式会社ダイヘン | プラズマア−クト−チ |
Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007005059A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Ebara Corp | プラズマ式溶融炉 |
| WO2007040583A1 (en) | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Phoenix Solutions Co. | Plasma torch with corrosive protected collimator |
| EP1928630A4 (en) * | 2005-09-30 | 2012-08-15 | Phoenix Solutions Co | CORROSION PROTECTED COLLIMATOR PLASMA TORCH |
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