JPH0151040B2 - - Google Patents

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JPH0151040B2
JPH0151040B2 JP56007929A JP792981A JPH0151040B2 JP H0151040 B2 JPH0151040 B2 JP H0151040B2 JP 56007929 A JP56007929 A JP 56007929A JP 792981 A JP792981 A JP 792981A JP H0151040 B2 JPH0151040 B2 JP H0151040B2
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JP
Japan
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nozzle
cooling water
torch
electrode
passage
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Application number
JP56007929A
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Japanese (ja)
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JPS57123700A (en
Inventor
Akyoshi Imanaga
Mitsuaki Haneda
Masatoshi Kanamaru
Minoru Shimada
Kotaro Yamamoto
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Hitachi Ltd
Via Mechanics Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Seiko Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、比較的に電流容量の大きいプラズマ
トーチで、主としてノズルの外周囲を冷却水で冷
却する構造のプラズマトーチの改良に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in a plasma torch having a relatively large current capacity and having a structure in which the outer periphery of a nozzle is mainly cooled with cooling water.

電流容量が大きいトーチでは、電極やノズルな
ど直接アークにさらされる部分の冷却が不可欠で
あるため、これらの部分へ冷却水を循環させる直
接冷却方式が採用されている。この場合、間接冷
却方式のトーチでは、比較的に構造が簡易で、か
つ小型軽量化をはかることができるが、直接冷却
方式のトーチでは構造が複雑となり、かつトーチ
径も大きくなる。トーチ径を大きくせずに小さく
する方向でトーチの電流容量をアツプすなわち小
型化および大容量化をはかるには、アーク熱で過
熱され易い電極およびノズルをいかに効率よく冷
却するかが重要な課題である。
For torches with a large current capacity, it is essential to cool parts that are directly exposed to the arc, such as the electrodes and nozzles, so a direct cooling method is used that circulates cooling water to these parts. In this case, an indirect cooling type torch has a relatively simple structure and can be made smaller and lighter, but a direct cooling type torch has a more complicated structure and a larger torch diameter. In order to increase the current capacity of a torch by reducing its diameter without increasing it, in other words, to make it more compact and have a larger capacity, an important issue is how to efficiently cool the electrode and nozzle, which are easily overheated by arc heat. be.

プラズマトーチからプラズマアークを発生させ
る場合、普通主としてタングステン材からなる電
極側は随時消耗し続け、しかも電流の増大に伴つ
て消耗は増加する。一方、銅あるいは銅合金から
なるノズル側はその内壁がアークにさらされてい
るため、電流を高めていくとある限界値に達した
とき、前記ノズルは過熱されたノズル孔部から一
瞬にして溶損する。また、ダブルアークの発生を
伴う場合には、さらにノズルが溶損するのを促進
する恐れがある。
When a plasma arc is generated from a plasma torch, the electrode side, which is usually made of tungsten material, continues to wear out over time, and the wear increases as the current increases. On the other hand, the inner wall of the nozzle made of copper or copper alloy is exposed to the arc, so when the current increases and reaches a certain limit, the nozzle instantly melts from the overheated nozzle hole. Lose. Furthermore, if double arcing is involved, there is a risk that the nozzle will further be eroded and damaged.

上記したように、電極の消耗は比較的にゆるや
かであるのに対して、ノズルは一瞬にして溶損す
るので、プラズマアークの発生は中断されるから
その影響は多大である。したがつて使用電流の容
量を大きくするには、またそのプラズマトーチを
製作するためには、特にノズルの溶損の防止に重
点をおいてトーチの冷却を高める必要がある。し
かし、従来のトーチはノズル先端部まで冷却水で
冷却するように構成されているにもかかわらず、
その冷却水の循環が不十分であるために前記目的
は十分に達成されていなかつた。
As mentioned above, the electrode wears out relatively slowly, but the nozzle melts away in an instant, and the generation of the plasma arc is interrupted, which has a great effect. Therefore, in order to increase the capacity of the current used and to manufacture the plasma torch, it is necessary to improve the cooling of the torch, with particular emphasis on preventing melting and damage to the nozzle. However, although conventional torches are configured to be cooled with cooling water up to the nozzle tip,
The above objective was not fully achieved due to insufficient circulation of the cooling water.

従来技術について具体的な実施例を引用して説
明する。第1図aは直接冷却構造を有する公知の
プラズマ溶接トーチ先端部の縦断面図を示す。1
は電極ホルダ2に固着されたタングステン電極、
3は絶縁体5を介してインナージヤケツト12の
先端に装着された環状のノズル、4はノズル3に
タングステン電極1と対向するように設けられた
ノズル孔で、タングステン電極1とノズル3との
間に形成させたプラズマガス通路10に連絡さ
れ、プラズマガス11が流出する。6はノズル3
を固定するノズルキヤツプで、Oリング13a,
13bを介してインナージヤケツト12とネジ1
3cで締結されている。7はシールドキヤツプ
で、シールドガス9が被溶接材19a,19bの
溶接部およびプラズマアーク18を包囲するよう
に流れるシールドガス通路8が形成されている。
14はインナージヤケツト12に設けられた冷却
水通路で、第1図bに示すように、円周状に多数
の小孔からなる冷却水通路によつて形成されてい
る。15a,15bは前記冷却水通路に連結され
た環状の冷却水通路で、ノズル3の外周面とその
外周を包囲するノズルキヤツプ6との間に形成さ
れており、冷却水16aがこれらの冷却水通路1
4,15aおよび15bを流れることになるが、
図中の縦断面内の右半分が入口側であり、左半分
が出口側となつている。また、ノズル3の外周囲
を流通した冷却水16aは、さらに矢印のように
電極ホルダ2内を循環後に排水16bされ、タン
グステン電極1側も同時に冷却する構造になつて
いる。ノズル側および電極側をそれぞれ独立した
二系統の冷却水で冷却することもできるが、本実
施例ではトーチの小型化および冷却水ケーブルの
簡素化をはかるために、冷却水は一系統にしてあ
る。20はタングステン電極1と被溶接材19
a,19bに接続された電源で、プラズマアーク
18を発生させる。このプラズマアーク18の発
生によつて最も過熱され易い所は、タングステン
電極1の先端とノズル孔4の内壁であり、特に後
者のノズルが溶損しないように冷却しなければな
らない。
The prior art will be explained by citing specific examples. FIG. 1a shows a longitudinal sectional view of the tip of a known plasma welding torch with a direct cooling structure. 1
is a tungsten electrode fixed to the electrode holder 2,
3 is an annular nozzle attached to the tip of the inner jacket 12 via an insulator 5; 4 is a nozzle hole provided in the nozzle 3 so as to face the tungsten electrode 1; It is connected to a plasma gas passage 10 formed between them, and a plasma gas 11 flows out. 6 is nozzle 3
O-ring 13a,
Inner jacket 12 and screw 1 via 13b
It is concluded in 3c. Reference numeral 7 denotes a shield cap, in which a shield gas passage 8 is formed through which a shield gas 9 flows so as to surround the welded portions of the welded materials 19a and 19b and the plasma arc 18.
Reference numeral 14 denotes a cooling water passage provided in the inner jacket 12, and as shown in FIG. 1b, it is formed by a cooling water passage consisting of a large number of small holes circumferentially. 15a and 15b are annular cooling water passages connected to the cooling water passage, which are formed between the outer peripheral surface of the nozzle 3 and the nozzle cap 6 surrounding the outer periphery, and the cooling water 16a is connected to these cooling water passages. Passage 1
4, 15a and 15b,
The right half of the vertical section in the figure is the inlet side, and the left half is the outlet side. Further, the cooling water 16a that has flowed around the outer circumference of the nozzle 3 is further circulated within the electrode holder 2 as shown by the arrow, and then drained 16b, so that the tungsten electrode 1 side is also cooled at the same time. Although it is possible to cool the nozzle side and the electrode side with two independent systems of cooling water, in this example, in order to downsize the torch and simplify the cooling water cable, only one system of cooling water is used. . 20 is a tungsten electrode 1 and a material to be welded 19
A plasma arc 18 is generated by the power supply connected to a and 19b. The parts most likely to be overheated by the generation of the plasma arc 18 are the tip of the tungsten electrode 1 and the inner wall of the nozzle hole 4, and the latter must be cooled in particular to prevent the nozzle from melting.

しかしながら、このような構成であるため、イ
ンナージヤケツト12の冷却水通路14から冷却
水16aを環状の冷却水通路15a,15bに供
給しても、その冷却水量の大部分がノズル3の先
端のノズル孔4近傍の通路15bまで達すること
なく、インナージヤケツト12に近い部分の通路
15aを短絡して流れるだけであつた。
However, because of this configuration, even if the cooling water 16a is supplied from the cooling water passage 14 of the inner jacket 12 to the annular cooling water passages 15a, 15b, most of the amount of cooling water is at the tip of the nozzle 3. The liquid did not reach the passage 15b near the nozzle hole 4, but instead simply short-circuited the passage 15a near the inner jacket 12 and flowed.

金属で密閉されているトーチ先端部を冷却水が
どのように流れているのか実際の流れを調べるた
めに、可視化トーチを作製して観察した。第2図
はそのときの流れの観察結果を示した一例であ
る。図から判るようにインナージヤケツト12か
らノズル3へ供給された冷却水16が、アーク熱
で最も加熱され易いノズル先端部まで達せずに、
ノズル上部の円すい面を流れてインナージヤケツ
トの冷却水の入口路と出口路の近傍で短絡してし
まう。ノズル先端部を冷却するために流した冷却
水が有効に活用されないまま流出してしまうの
で、ノズルの冷却効果を十分に上げることができ
なかつた。また、トーチにプラズマアークを発生
させ、そのアーク電流を増大してノズルへの負荷
を増すと、アーク熱で加熱されたノズル先端のノ
ズル孔の近傍で局部的に冷却水の沸騰が生じ、こ
の沸騰による気泡はかなり早い周期で成長と消滅
を繰り返す。しかもこの場合、負荷に比例して沸
騰は増大するが、上記の従来トーチにおいてはイ
ンナージヤケツトの冷却水入口路と出口路の近傍
で短絡流を形成しやすい構造になつているため、
沸騰による気泡の成長拡大によつて、ノズルを流
れる冷却水はますますノズル先端部に到達せずに
ノズル上部のみに流れる。この結果、気泡が発生
するノズル先端部分へ新しい冷たい冷却水が供給
されないので冷却不足が生じ、高温状態に過熱さ
れたノズル孔の部分から溶損してしまう。
In order to investigate how cooling water actually flows through the tip of the torch, which is sealed with metal, a visualization torch was constructed and observed. FIG. 2 is an example showing the observation results of the flow at that time. As can be seen from the figure, the cooling water 16 supplied from the inner jacket 12 to the nozzle 3 does not reach the tip of the nozzle, which is most easily heated by arc heat.
The water flows through the conical surface at the top of the nozzle and causes a short circuit near the cooling water inlet and outlet paths of the inner jacket. Since the cooling water that flows to cool the nozzle tip ends up flowing out without being effectively utilized, the cooling effect of the nozzle cannot be sufficiently increased. In addition, when a plasma arc is generated in the torch and the arc current is increased to increase the load on the nozzle, cooling water locally boils near the nozzle hole at the tip of the nozzle, which is heated by the arc heat. Bubbles caused by boiling repeatedly grow and disappear at fairly rapid intervals. Moreover, in this case, boiling increases in proportion to the load, but the conventional torch described above has a structure that tends to cause short-circuit flow near the cooling water inlet and outlet passages of the inner jacket.
Due to the growth and expansion of bubbles due to boiling, the cooling water flowing through the nozzle increasingly does not reach the nozzle tip and instead flows only to the upper part of the nozzle. As a result, new cold cooling water is not supplied to the tip of the nozzle where air bubbles are generated, resulting in insufficient cooling and melting from the nozzle hole that is overheated to a high temperature.

本発明はトーチ先端へ供給した冷却水の流れと
沸騰現象およびトーチ構造の問題点に鑑みてなし
たもので、アーク熱で加熱され易いノズルの最先
端部へ冷却水が確実に流れるようにトーチ先端の
冷却構造を改良して冷却性能の向上をはかり、電
流容量を高めたプラズマトーチを提供することを
目的とする。
The present invention was made in view of the problems with the flow of cooling water supplied to the tip of the torch, the boiling phenomenon, and the structure of the torch. The purpose of this project is to provide a plasma torch with improved cooling performance and increased current capacity by improving the cooling structure at the tip.

本発明のプラズマトーチは、ノズル孔でプラズ
マアークを狭窄するノズルの外周囲に冷却水を流
通させて直接水冷する構造であり、電極と、該電
極を固着する電極ホルダと、該電極を覆いかつ電
極ホルダ及び電極の延長軸上にノズル孔を有し併
せて冷却水通路を内蔵する環状ノズルと、該ノズ
ルに装着されかつ冷却水入口路用の孔と出口路用
の孔とが貫通して両孔が前記冷却水通路に開口す
るインナージヤケツトとを備えてなるプラズマト
ーチにおいて、前記ノズル内部の前記冷却水通路
は該ノズル孔を中心にして両側に独立した冷却水
入口管路及び冷却水出口管路と、かつこの入口管
路及び出口管路をトーチ最先端に当たるノズル孔
近傍の外周囲にて連絡する環状の連絡管路とから
成り冷却水をノズルの最先端部へ流すように構成
したことを特徴とする。またさらに、冷却水がノ
ズルの外周囲を流通するその通路内壁に凹凸の粗
面加工を施してノズルの有効冷却面積を広くする
とともに、プラズマアークによつてノズルが加熱
されるときに、前記粗面加工部から冷却水の沸騰
による気泡が発生するようにしたものである。
The plasma torch of the present invention has a structure in which cooling water is passed around the outer periphery of a nozzle that constricts a plasma arc in the nozzle hole, and is directly cooled by water, and includes an electrode, an electrode holder that fixes the electrode, and a An annular nozzle having a nozzle hole on an extended axis of the electrode holder and the electrode and also containing a cooling water passage, and a ring-shaped nozzle attached to the nozzle and having a hole for a cooling water inlet passage and a hole for an outlet passage passing through the annular nozzle. In a plasma torch comprising an inner jacket with both holes opening into the cooling water passage, the cooling water passage inside the nozzle has independent cooling water inlet pipes and cooling water on both sides of the nozzle hole. It consists of an outlet pipe, and an annular connecting pipe that connects the inlet pipe and the outlet pipe at the outer periphery of the nozzle hole, which is the leading edge of the torch, and is configured to flow cooling water to the leading edge of the nozzle. It is characterized by what it did. Furthermore, the inner wall of the passage through which the cooling water flows around the outer periphery of the nozzle is roughened to increase the effective cooling area of the nozzle. Bubbles are generated from the surface processing part due to boiling of cooling water.

以下、本発明を実施例によつて説明する。第3
図は本発明のプラズマトーチ先端部における冷却
水の流れを示すもので、第2図と同様部分は同一
符号をつけて説明を省略する。
Hereinafter, the present invention will be explained with reference to Examples. Third
The figure shows the flow of cooling water at the tip of the plasma torch of the present invention, and the same parts as in FIG. 2 are given the same reference numerals and the explanation will be omitted.

第4図はトーチの冷却性能の試験を行つたとき
の一実施例で、A線は従来トーチを、B線は本発
明のトーチの冷却性能結果を示す。図中縦軸の沸
騰開始アーク電流とは、トーチにプラズマアーク
を発生させてそのアーク電流を増加していくと、
アーク熱で過熱されたノズル先端部で冷却水が局
部的に沸騰し始めるときのアーク電流値を示す。
普通、溶接や切断等で用いるプラズマアークはト
ーチ内の電極と被溶接・被切断材との間に発生
(移行式アークと呼ぶ)させるが、ここではノズ
ルに高負荷を加えるため、電極とノズルとの間に
アークを直接発生させる非移行式アークを用いて
いる。図から判るように、トーチ先端の冷却構造
を改良した本発明のトーチは、従来トーチに比べ
て2倍以上の冷却性能が得られることが判つた。
FIG. 4 shows an example of a torch cooling performance test, where line A shows the conventional torch and line B shows the cooling performance results of the torch of the present invention. The boiling start arc current on the vertical axis in the figure means that when a plasma arc is generated in the torch and the arc current is increased,
This shows the arc current value when cooling water starts to boil locally at the tip of the nozzle, which has been overheated by arc heat.
Normally, the plasma arc used in welding, cutting, etc. is generated between the electrode in the torch and the material to be welded or cut (called a transitional arc), but in this case, a high load is applied to the nozzle, so the electrode and nozzle A non-transfer type arc is used that generates an arc directly between the As can be seen from the figure, it was found that the torch of the present invention, which has an improved cooling structure at the tip of the torch, can achieve cooling performance that is more than twice that of the conventional torch.

第5図は本発明のトーチ先端部の実施例を示す
図で、a図はトーチの縦断面図、b図はa図のA
−A′線の上断面図、c図はa図の下側正面図で
第1図a,bと同様部分に同一符号をつけて説明
は省略する。インナージヤケツト12にはプラズ
マガス11の流通と、電極ホルダ2に固着された
タングステン電極1が挿入される挿入孔10を中
心にして、両側に冷却水入口路14aと冷却水出
口路14bが設けられ、さらにその周囲に十数個
の小孔から形成されたシールドガス通路8aが設
けてある。インナージヤケツト12の先端にはプ
ラズマガス11および冷却水16の漏れを防止す
るOリング13aおよび13bを介してノズル3
が装着され、それぞれの冷却水の出入口路14
a,14bが合うようにネジ23a,23bにて
固定してある。ノズル3の先端部のノズル孔4近
傍の外周囲には前記冷却水入口路14aと冷却水
出口路14bを連絡する連絡通路15が形成され
ており、第5図に示すように、ノズル3へ供給さ
れた冷却水16が冷却水通路内を流れる。
Figure 5 is a diagram showing an embodiment of the torch tip of the present invention, where figure a is a longitudinal sectional view of the torch, and figure b is an A of figure A.
-A' line is a top sectional view, and Figure c is a lower front view of Figure A, and the same parts as in Figures 1a and 1b are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted. The inner jacket 12 is provided with a cooling water inlet passage 14a and a cooling water outlet passage 14b on both sides of the insertion hole 10 through which the plasma gas 11 flows and into which the tungsten electrode 1 fixed to the electrode holder 2 is inserted. Further, a shielding gas passage 8a formed of ten or more small holes is provided around the shielding gas passage 8a. The nozzle 3 is connected to the tip of the inner jacket 12 via O-rings 13a and 13b that prevent plasma gas 11 and cooling water 16 from leaking.
are installed, each cooling water inlet/outlet passage 14
It is fixed with screws 23a and 23b so that a and 14b are aligned. A communication passage 15 connecting the cooling water inlet passage 14a and the cooling water outlet passage 14b is formed around the outer periphery of the nozzle hole 4 at the tip of the nozzle 3, as shown in FIG. The supplied cooling water 16 flows within the cooling water passage.

このような構成により、インナージヤケツト1
2からノズル3へ供給された冷却水16は、プラ
ズマアークにさらされて最も加熱され易いノズル
孔近傍の外周囲に流れるので冷却がよく、ノズル
は高負荷に耐えることができる。
With such a configuration, the inner jacket 1
The cooling water 16 supplied from the nozzle 2 to the nozzle 3 flows around the outer periphery near the nozzle hole where it is exposed to the plasma arc and is most likely to be heated, so cooling is good and the nozzle can withstand high loads.

トーチにプラズマアークを発生させてそのアー
ク電流を増加していくと、トーチを流れる冷却水
がアーク熱によつて過熱されたノズル先端部で局
部的に沸騰が生じ始め、その沸騰による気泡はか
なり早い周期で成長と消滅を繰り返す。この現象
はノズル側にかぎらず電極側においても起こる
が、熱伝導性の優れた銅製のノズルに比べて、タ
ングステン材からなる電極側はその冷却位置も加
熱点から若干はなれていることも加つて、冷却水
の沸騰の生じる割合は小さい。
When a plasma arc is generated in the torch and the arc current is increased, the cooling water flowing through the torch begins to boil locally at the nozzle tip, which is superheated by the arc heat, and the bubbles due to the boiling become quite large. It repeats growth and extinction in rapid cycles. This phenomenon occurs not only on the nozzle side but also on the electrode side, but compared to a nozzle made of copper, which has excellent thermal conductivity, the cooling position of the electrode side made of tungsten material is also slightly farther from the heating point. , the rate at which boiling of the cooling water occurs is small.

流れの可視化を行うとともに、トーチを流れる
冷却水の通路に水圧検出器を設けて、冷却水の出
入口の水圧変化を測定した結果、このトーチ内で
生じる冷却水の沸騰現象に同期して水圧変動(振
動も生じる)が起こるとともに、その水圧変動は
気泡の拡大成長時に急上昇し、気泡の消滅時に水
圧が急激に下降することが判明した。そして水圧
変動の波形からトーチへ加える負荷が一定の場
合、沸騰による水圧変動幅は小さく、水圧変動周
波数が大きいほどそのトーチの冷却性能は優れて
いることが判つた。
In addition to visualizing the flow, we installed a water pressure detector in the path of the cooling water flowing through the torch and measured changes in water pressure at the inlet and outlet of the cooling water.As a result, we found that the water pressure fluctuated in synchronization with the boiling phenomenon of the cooling water that occurs within the torch. (Vibration also occurs) occurs, and the water pressure fluctuations rise rapidly when the bubbles expand and grow, and when the bubbles disappear, the water pressure drops sharply. From the waveform of water pressure fluctuations, it was found that when the load applied to the torch is constant, the range of water pressure fluctuations due to boiling is small, and the higher the frequency of water pressure fluctuations, the better the cooling performance of the torch.

第6図は移行式アーク(トーチ内の電極と被溶
接材との間にアークを発生)と非移行式アーク
(電極とノズルとの間にアークを発生)の両方を
用いてトーチに負荷を加え、冷却水の沸騰による
水圧変動から冷却性能を調べたときの一例で、プ
ラズマアーク電流と沸騰による水圧変動特性との
関係である。○、●印は従来トーチを、□、■印
は本発明の改良型大容量トーチの場合を示す。プ
ラズマアーク電流を増加すると冷却水の沸騰が激
しく生じ、それに伴つて水圧変動ΔP(下図)は増
大し、水圧変動周波数f(上図)は減少する。従
来トーチの場合は低電流で沸騰が生じ易く、ΔP
は大きくfは小さい。それに対して本発明の改良
型大容量トーチの場合はトーチの冷却が改良さ
れ、冷却水の沸騰領域は高電流側へ移動し、しか
も冷却水の沸騰による水圧変動幅ΔPは小さく水
圧変動周波数fは大きいことが判る。移行式アー
クの場合にはさらに沸騰領域が高電流側へ移動す
るが、非移行式アークに比べるとΔPの増大率が
高くなつている。これはアーク電流の増大に伴つ
てアークの高温域が膨張し、ノズルの内壁が著し
く加熱され易くノズルへ高負荷が加わるためと考
えられる。
Figure 6 shows how the torch is loaded using both a transitional arc (an arc is generated between the electrode in the torch and the workpiece) and a non-transitional arc (an arc is generated between the electrode and the nozzle). In addition, this is an example of investigating cooling performance from water pressure fluctuations due to boiling of cooling water, and is the relationship between plasma arc current and water pressure fluctuation characteristics due to boiling. The symbols ○ and ● indicate the conventional torch, and the symbols □ and ■ indicate the improved large-capacity torch of the present invention. When the plasma arc current is increased, the cooling water boils violently, and accordingly, the water pressure fluctuation ΔP (lower diagram) increases and the water pressure fluctuation frequency f (upper diagram) decreases. With conventional torches, boiling tends to occur at low currents, and ΔP
is large and f is small. On the other hand, in the case of the improved large-capacity torch of the present invention, the cooling of the torch is improved, the boiling region of the cooling water moves to the high current side, and the water pressure fluctuation range ΔP due to boiling of the cooling water is small and the water pressure fluctuation frequency f It turns out that is large. In the case of a transition type arc, the boiling region moves further toward the higher current side, but the rate of increase in ΔP is higher than in a non-transition type arc. This is thought to be because the high temperature region of the arc expands as the arc current increases, and the inner wall of the nozzle is likely to be significantly heated, resulting in a high load being applied to the nozzle.

移行式アークの場合、従来型トーチではアーク
電流値が500Aを越えるとノズルの一部に溶損が
認められたが、本発明のトーチでは700A付近で
もアークの保持が可能であつた。ノズル孔径を大
きくするとノズルへ加わる負荷が緩和されるので
冷却水の沸騰が軽減され、水圧変動幅ΔPは減少
し、さらに高電流のアークにもノズルは耐えるこ
とができる。また、水漏れ防止に用いられるOリ
ングなどシール材はアーク熱で加熱されやすいト
ーチ先端から遠ざけたところに設置されているの
で焼損しないことが判つた。冷却水の沸騰は潜熱
によつて冷却効率を高めることになるが、この場
合拡大成長した大きな気泡よりも多数の小さい気
泡群を発生させることが有効であり、しかも発生
後はこの気泡をすみやかに排出するとともに、そ
の部分へ冷たくて新しい冷却水を供給することが
冷却効率の向上につながる。
In the case of a transitional arc, when the arc current value exceeded 500A in the conventional torch, melting damage was observed in a part of the nozzle, but with the torch of the present invention, it was possible to maintain the arc even at around 700A. Increasing the nozzle hole diameter eases the load on the nozzle, which reduces boiling of the cooling water, reduces the water pressure fluctuation width ΔP, and allows the nozzle to withstand high current arcs. It was also found that sealing materials such as O-rings used to prevent water leakage were installed away from the tip of the torch, which is likely to be heated by arc heat, so they would not burn out. Boiling of cooling water increases cooling efficiency due to latent heat, but in this case, it is more effective to generate a large number of small bubbles than to expand and grow large bubbles, and furthermore, after generation, these bubbles can be quickly removed. At the same time as draining the water, supplying cold, new cooling water to the affected area improves cooling efficiency.

第7図a,bはそれを実施した本発明の一例を
示すもので、冷却水が流通するその通路の内壁に
粗面加工をあらかじめ形成したノズルである。た
とえば、前記の粗面加工はノズルを作る際に工作
機械等で凹凸面を形成して接合すれば簡単に所定
の形状のものができる。
FIGS. 7a and 7b show an example of the present invention in which this is implemented, and is a nozzle in which a roughening process is previously formed on the inner wall of the passage through which cooling water flows. For example, the above-mentioned surface roughening can easily be done by forming an uneven surface using a machine tool or the like and joining the nozzle to a predetermined shape.

冷却したい箇所に粗面加工を施すことによつ
て、トーチに高電流のプラズマアークを発生させ
ても、粗面加工を形成した部分から多数の小径の
気泡群が生じてその気泡群が消滅しながらすみや
かに排出されるので冷却効率の向上がはかれる。
By roughening the area to be cooled, even if the torch generates a high-current plasma arc, many small-diameter bubbles will be generated from the roughened area and the bubbles will disappear. However, since it is quickly discharged, cooling efficiency can be improved.

以上説明したように、本発明のトーチによれば
トーチの外径を太くすることなく、トーチ先端部
の冷却構造を改良することによつて冷却性能の向
上がはかれ、トーチの電流容量を高めることがで
きる。また、冷却水がノズルの外周囲を流通する
その通路内壁に凹凸の粗面加工を施すことによつ
て、この粗面加工部から小径の多数の気泡群が発
生して冷却効率の向上がはかれた。また、冷却孔
付きノズルをトーチ本体とは別体に作れる為に組
立てが簡単となり、本質的にノズルキヤツプは不
要となつた。またさらに、水漏れ防止に用いられ
るOリングなどのシール材はアーク熱で加熱され
易いトーチの最先端部から遠ざけたところに設置
することによつて、高電流のプラズマアークを発
生させても焼損する恐れがないのでアーク発生の
中断の心配がなくなるばかりでなく、プラズマア
ークによる溶接あるいは切断の作業能率の向上に
寄与することができる。
As explained above, according to the torch of the present invention, the cooling performance is improved by improving the cooling structure of the torch tip without increasing the outer diameter of the torch, and the current capacity of the torch is increased. be able to. In addition, by roughening the inner wall of the passage through which cooling water flows around the outer periphery of the nozzle, a large number of small-diameter bubbles are generated from this roughened surface, improving cooling efficiency. It was written. Additionally, since the nozzle with cooling holes can be made separately from the torch body, assembly is simplified, and essentially no nozzle cap is required. Furthermore, by installing sealing materials such as O-rings used to prevent water leakage away from the leading edge of the torch, which is easily heated by arc heat, they can be burned out even when a high-current plasma arc is generated. Since there is no fear that the arc will be interrupted, there is no need to worry about the interruption of arc generation, and it can also contribute to improving the work efficiency of welding or cutting using plasma arc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図aは公知のプラズマ溶接トーチの縦断面
を示す図で、第1図bは前記a図のインナージヤ
ケツトの断面図、第2図は第1図aの公知のプラ
ズマトーチにおける冷却水の流れを観察した結果
を示す図、第3図は本発明の一実施例に係るプラ
ズマトーチを説明する図で、a図はトーチの縦断
面図、b図およびc図はa図のA−A′線の上断
面図および下側正面図、第4図はトーチの冷却性
能の試験を行つた一実施例を示す図、第5図は第
3図のトーチにおけるノズルへ供給された冷却水
の流れを示す図、第6図は従来トーチと本発明の
トーチを用いて冷却性能の試験を行つたときの結
果を示す図、第7図a,bは本発明の他の実施例
を示す図である。 1……タングステン電極、3……ノズル、4…
…ノズル孔、6……ノズルキヤツプ、12……イ
ンナージヤケツト、13a,13b……Oリン
グ、14a……冷却水入口路、14b……冷却水
出口路、15a,15b……冷却水通路、16…
…冷却水、18……プラズマアーク、19a,1
9b……被溶接材、23……ネジ、23a……ネ
ジ穴、25……粗面加工部。
FIG. 1a is a longitudinal cross-sectional view of a known plasma welding torch, FIG. 1b is a cross-sectional view of the inner jacket shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a plasma torch according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the torch, and FIGS. A top sectional view and a lower front view along line A', Figure 4 is a diagram showing an example of testing the cooling performance of the torch, and Figure 5 is the cooling water supplied to the nozzle of the torch in Figure 3. Figure 6 is a diagram showing the results of a cooling performance test using a conventional torch and the torch of the present invention, and Figures 7a and b show other embodiments of the present invention. It is a diagram. 1...Tungsten electrode, 3...Nozzle, 4...
... Nozzle hole, 6 ... Nozzle cap, 12 ... Inner jacket, 13a, 13b ... O-ring, 14a ... Cooling water inlet path, 14b ... Cooling water outlet path, 15a, 15b ... Cooling water passage, 16...
...Cooling water, 18...Plasma arc, 19a, 1
9b... Material to be welded, 23... Screw, 23a... Screw hole, 25... Rough surface processing part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ノズル孔でプラズマアークを狭窄するノズル
に冷却水を流通させて直接水冷する構造であり、
電極と、該電極を固着する電極ホルダと、該電極
を覆いかつ電極ホルダ及び電極の延長軸上にノズ
ル孔を有し併せて冷却水通路を具備する環状ノズ
ルと、該ノズルに装着されかつ冷却水入口路用の
孔と出口路用の孔とが貫通して両孔が前記冷却水
通路に開口するインナージヤケツトとを備えてな
るプラズマトーチにおいて、前記冷却水通路を前
記環状ノズルの内部に形成し、該環状ノズル内の
前記冷却水通路は前記ノズル孔を中心にして両側
に独立した冷却水入口管路及び冷却水出口管路
と、かつこの入口管路及び出口管路をトーチ最先
端部たるノズル孔近傍の外周囲にて連絡する環状
の連絡管路とから成り冷却水をノズルの最先端部
へ流すように構成したことを特徴とするプラズマ
トーチ。 2 冷却水がノズルの外周囲を流通するその連絡
管路の内壁に凹凸の粗面加工を施してノズルの有
効冷却面積を広くするとともに、プラズマアーク
によつてノズルが加熱されるときに、前記粗面加
工部から冷却水の沸騰による気泡が発生するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のプラズマトーチ。
[Claims] 1. A structure in which cooling water is passed through a nozzle that constricts the plasma arc at the nozzle hole to directly cool the plasma arc,
an electrode, an electrode holder for fixing the electrode; an annular nozzle that covers the electrode and has a nozzle hole on an extension axis of the electrode holder and the electrode; and a cooling water passage attached to the nozzle; In a plasma torch comprising an inner jacket through which a hole for a water inlet passage and a hole for an outlet passage pass through and both holes open to the cooling water passage, the cooling water passage is arranged inside the annular nozzle. The cooling water passage in the annular nozzle has an independent cooling water inlet pipe and a cooling water outlet pipe on both sides of the nozzle hole, and the inlet pipe and the outlet pipe are connected to the tip of the torch. 1. A plasma torch characterized by comprising an annular connecting pipe connected around the outer periphery near a nozzle hole, which is a part of the plasma torch, and configured to flow cooling water to the leading edge of the nozzle. 2. The inner wall of the connecting pipe through which the cooling water flows around the outside of the nozzle is roughened to increase the effective cooling area of the nozzle, and when the nozzle is heated by the plasma arc, 2. The plasma torch according to claim 1, wherein bubbles are generated from the roughened surface by boiling of cooling water.
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