JPH02175080A - 移行式プラズマトーチ - Google Patents

移行式プラズマトーチ

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JPH02175080A JP63325962A JP32596288A JPH02175080A JP H02175080 A JPH02175080 A JP H02175080A JP 63325962 A JP63325962 A JP 63325962A JP 32596288 A JP32596288 A JP 32596288A JP H02175080 A JPH02175080 A JP H02175080A
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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、移行式プラズマトーチに関するものである。
〔従来の技術〕
従来の移行式プラズマトーチは第8図に示すようになっ
ており、このような従来の移行式プラズマトーチのノズ
ルaは電極ホルダbに保持された電極Cに対向する部分
がテーパ状に形成されており、トーチ内での作動ガスは
電極ホルダbの周囲の最短ギャップ間に構成された作動
ガス通路eを通過したのち、漸次その断面積を縮小する
ノズルa内で加速され、ノズルaの径がd1長さがpの
スロートfに達し、このスロートfより作動ガスの音速
に等しい流速で外部へ放出されるようになっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような従来のノズルaを使用して金属板の移行式
プラズマ切断を行なった場合、新品のノズルaを用いて
も、切断の当初から切断面に傾斜が発生する頻度が非常
に大きい。
本願の発明者の検討によれば、上記現象の発生する主な
要因は次のようなことによるものであることがわかった
。
すなわち、電極Cの中心軸とノズルaの中心軸の微小な
ズレにより電極Cとノズルaの間のギャップが非一様と
なりこのギャップ間の作動ガス通路eを通過する作動ガ
スの流速が上記軸心に対して非対称となって顕著な速度
差が生じる。このような非対称な速度分布を持つ作動ガ
スが電極Cの下側の混合空間に流入すると、渦などの擾
乱が生じる。そしてこの擾乱は漸次その断面積が小さく
なるノズルa内でこれの出口まで急激に加速されるため
、緩和されることなく外部へ放出される。
このためノズルaのスロートfでも非対称な乱れた速度
分布となっており、大気中に放出されるアークジェット
の指向性が悪くなり、アークジェットの偏向を誘発する
。
本願の発明者はこのことを実験的に検証するため、第9
図に示すように、市販の50A級のエアープラズマトー
チの電極ホルダbの先端部の一部を削り落とし、ノズル
aと電極ホルダbのギャップ間の作動ガス通路eで作ら
れる速度差をより顕著にすることにより、ノズルaから
放出されるアークジェットgの挙動を観察した。
この実験を数個の電極ホルダを用いて行なった結果、ア
ークジェットgの偏向する方向と、電極ホルダbの削り
落とされた部分の方向が一致することが確認された。
このことは、ノズルaと電極ホルダbの形成するギャッ
プ間隔が軸心のズレなどにより非一様になると、アーク
ジェットgの偏向を誘起してしまい、切断面に傾斜角θ
の傾斜が発生する要因となっていることを示している。
上記切断面の傾斜は、切断板厚が厚くなった場合に大き
な問題となり、厚板切断の場合、接断面の傾斜角がある
程度大きくなると、二次加工を必要としたり、または製
品としてなりたたなくなる場合もある。
上記切断面の傾斜の発生を防止するための手段の1つと
して、トーチ本体、電極ホルダ、ノズルなどの構成部材
の制作加工精度を上げる努力が払われてきたが、加工精
度、組立て精度などの実際上の限界により、完全な解決
に至っていない。
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、切断面
の傾斜角が小さい良質な切断品質を得ることができる移
行式プラズマトーチを提供することを目的とするもので
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係る移行式プラズ
マトーチは、電極を固着した電極ホルダの先端部をこれ
との間でテーパ状の作動ガス通路を構成するノズルにて
囲繞してなる移行式プラズマトーチにおいて、ノズルの
スロートより内側に、略円柱形状を有する空間を上記電
極に対向して設け、ノズルのスロート径をd1空間の径
をD1軸方向長さをHとしたときに、1、5 ≦   
   ≦ 10 で、かつ Ol 75 ≦ □ ≦ 5 の関係を満足する構成となっている。
また上記ノズルの内側の作動ガス通路の上流側に旋回気
流発生用のスワラ−を設けた構成となっている。
〔作 用〕
作動ガスは旋回流となって作動ガス通路内に流入してか
らノズル内部を下流に向かって加速されながら流動し、
ノズルのスロートより放出される。このとき、電極ホル
ダ及びノズルの軸心のずれにより上記作動ガス流に擾乱
が発生しても、電極に対向してノズルの内側に設けた空
間を通る間に、作動ガスの粘性により緩和され、ノズル
のスロートを通るときには略対称な速度分布となって放
出される。
〔実 施 例〕 本発明の実施例を第1図から第6図に基づいて説明する
。
第6図は本発明に係る移行式プラズマトーチの全体構成
を示すもので、図中2は円筒状の電極ホルダで、この電
極ホルダ2の先端の軸心部に電極3が固着しである。そ
して上記電極ホルダ2の先端部はギャップをあけてノズ
ル1にて囲繞されており、このノズル1の内側のギャッ
プにてテーパー状の作動ガス通路4が構成されている。
また上記電極ホルダ2の内側とノズル1の外側とが冷却
水通路5にて連通されている。
上記移行式プラズマトーチの要部は第1図、第2図に示
すようになっていて、電極ホルダ2の外側の作動ガス通
路4内に、電極ホルダ2の先端側に至る作動ガスが略接
線方向の渦巻き状になるようにするためのスワラ−6が
設けである。
ノズル1の先端部には径がd1長さがgのスロート1a
が設けであるが、このスロート1aより内側に、内径が
D、軸方向長さがHの略円柱状の空間7が電極3と対向
して設けである。
この空間7の内径りはスロート1aの径dの数倍程度の
径となっている。
上記構成において、ノズル1の内側に流入する作動ガス
はスワラ−6によって旋回気流となり、ノズル1の下流
に向って流動する。この場合、作動ガスは、当初旋回速
度成分のみしか持っていないが、下流に行くに従ってこ
れの通路断面積が小さくなることにより速度が速くなり
、電極3の対向する部分で最大となる。その後ノズル1
の空間7を通過してスロート1aより放出される。
このとき、空間7を通過する作動ガスの軸流方向速度成
分は、この空間7の軸方向H分の距離の間にわたって小
さく維持され、その後スロート1a部にて音速にまで加
速される。またこの空間7内では旋回速度成分が大きく
保たれているため、アークを安定的に保持する上での問
題はない。
上記作動時において、ノズル1と電極ホルダ3の相互の
軸心が微小にずれた場合、作動ガスは両者間のギャップ
である作動ガス通路4を通過するときに速度差が生じ、
電極下端面の下流側空間で非対称速度分布による擾乱が
生じる。
ところが、この作動ガスの擾乱は空間7内を小さな軸流
速度成分で下流へ移動していく間に、低流速であるため
流体の粘性により緩和されてゆき、スロート1aの入口
付近では略対称の速度分布を持つ流れになる。
上記した粘性による擾乱の緩和効果を発揮するためには
、作動ガスの軸流方向速度成分を十分小さくすると共に
、空間7の軸方向長さHも上記擾乱が完全に緩和される
のに十分な長さが必要である。
従って上記寸法D1Hの値を適切に選ぶことが重要であ
る。
本願発明者の検討によれば、スロートlaの径をdとし
たときに、 1 、5 ≦      ≦ 10 で、かつ 0 75 ≦      ≦ 5 の関係を満たすようにDとHをきめたときに、本発明に
おける効果が幅広い運転条件において、顕著に発揮され
る。
第3図から第5図は本発明の他の実施例の要部を示すも
ので、第3図に示すものは、空間7aがり、>D2の円
錐台形状になっている。この場合、 1 、5 ≦        ≦ 10で、かつ 0、75 ≦        ≦ 5 なる条件を満足するときに顕著な効果を持つ。
また第4図に示すものは、空間7bがなめらかな曲面に
て構成されている場合で、 d で、かつ なる条件を満足するときに顕著な効果を持つ。
さらに第5図に示すものは、空間7cが漸次その径が小
さくなる多段状に構成されているもので、この場合、 1、5 ≦       ≦ 10 で、かつ O67ら≦       ≦ 5 D? の条件を満足するときに顕著な効果を持つ。
次に具体的な寸法における従来例と本発明の第1図に示
す実施例との作用効果を比較した結果を示す。
・従来例 d−0,4mm     1)−1,4mm・本発明例 d−0,4mm   N−1,4mm D−2mm     H=3mm ・運転条件 作動電流     12A プラズマガス   酸素 作動ガス圧力   5.5Kg/cI112接断材  
    SPC 板厚       1.6mm 上記両例におけるベベル角(切断面傾斜角)θは第7図
(A)、(B)に示すようになり、第7図(A)に示す
従来例のものに比較して第7図(B)に示す本発明例の
ものの方が長時間の使用においても切断面傾斜の小さい
良質な切断品質を得ることができた。またこの効果の付
随的な現象として切断面の下端部に付着するドロスの量
が大幅に減少された。
なお上記切断面傾斜角θの測定は所定のピアシング回数
の後に行ない、これを周期的に繰り返したものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、切断面の傾斜角が小さい良質な切断品
質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図から第6図は本発明の実施例を示すもので、第1
図は要部の断面図、第2図は第1図の■−■線矢視図、
第3図、第4図、第5図はそれぞれ異なる実施例を示す
要部の断面図、第6図は移行式プラズマトーチの要部の
断面図、また第7図は(A)、(B)ベベル角の経時変
化を示す線図であり、さらに第8図は従来例を示す要部
の断面図、第9図は電極ホルダの先端の一部を削除した
場合の切断テストを示す説明図である。 1はノズル、1aはスロート、2は電極ホルダ、3は電
極、4は作動ガス通路、6はスワラ7.7a、7b、7
cは空間。 第 図 第 図 第 図 第 図 トータルピアシング回数 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極3を固着した電極ホルダ2の先端部をこれと
    の間でテーパ状の作動ガス通路4を構成するノズル1に
    て囲繞してなる移行式プラズマトーチにおいて、ノズル
    1のスロート1aより内側に、略円柱形状を有する空間
    7、7a、7b、7cを上記電極3に対向して設け、ノ
    ズル1のスロートの径をd、空間の径をD、軸方向長さ
    をHとしたときに、 1.5≦D/d≦10 で、かつ 0.75≦H/D≦5 の関係を満足する構成としたことを特徴とする移行式プ
    ラズマトーチ。
  2. (2)ノズル1の内側の作動ガス通路4の上流側に旋回
    気流発生用のスワラー6を設けたことを特徴とする請求
    項1記載の移行式プラズマトーチ。
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