JPH02268980A - 低電圧プラズマアーク切断のための方法及び装置 - Google Patents

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】 本発明は、金属のプラズマアーク切断技術に関するもの
であり、特には金属を切断するためのプラズマアークを
発生するのに低電圧の定電流電源を使用するための方法
に関する。

ｌ且匹１１ 金属の溶接及び切断の分野は多数の技術を含んでいるが
、そのうち最も重要な技術の３種は、酸素−アセチレン
、電気アーク及びプラズマアーク技術である。酸素−ア
セチレン溶接においては、高温の火炎が酸素中でのアセ
チレンの燃焼により発生せしめられそして金属を溶融し
そして溶接するのに使用される。電気アーク溶接（単に
アーク溶接ともいう）においては、電位差が金属工作物
と電極との間に確立され、両者は電極と工作物との間に
電気アークを形成するに充分近接して維持される。アー
クによって発生する熱が金属を融接する。代表的に、ア
ーク及び金属は、アークに隣り合って維持される不活性
気体の流れにより周囲雰囲気から遮蔽される。これは、
そうしないと、溶接部が汚染され易い等の理由による。

プラズマアーク溶接においては、電気アークがやはり電
極と金属工作物との間に形成され、そして気体流れが同
じく維持されるが、しかしこの場合は気体は燃焼反応を
生ずるのではなく、気体がイオン化されそしてプラズマ
を形成するような急速な気体流れ及び気体組成条件の下
で維持される。プラズマは代表的に、燃焼火炎或いは電
気アークいずれよりもはるかに高い温度を有し、従って
複雑な溶接及び切断技術に対して或いは酸素−アセチレ
ン或いは電気アーク技術により生成される比較的低い温
度では溶融しないような金属の溶接あるいは切断に有用
である。

藍ｉ侠且 プラズマアーク切断は、比較的早い速度での切断に特に
有用であるけれども、プラズマアークを発生しそして持
続するのに必要とされる電圧は代表的に非常に高い０例
えば、代表的なプラズマアークトーチは、約２５０〜４
００■の範囲の電圧を発生する電源を必要としそして使
用している。

これとは対照的に、ＴＩＧ　（タングステン不活性ガス
）のような一般の電気アーク技術は、代表的に１００ｖ
未満の電圧で使用されそして工業基準により８０Ｖ以下
に規格化されている。プラズマアーク溶接及び切断に必
要とされる電圧が高くなる程、設備の購入及び作動に必
要とされるコストも高額となりそしてそしてその入手性
及び使用を制限する。

電気アーク電源は、−層広く入手出来、より安価であり
そして操作が一層容易であるけれども、あくまで電気ア
ーク技術に対して充分な電源を提供するに過ぎない。プ
ラズマアーク技術に比較して、電気アーク技術は一般に
速度が遅くそして溶接に制限される。

低電圧の電源及びアークガスとして純アルゴンを使用し
てプラズマアークを発生する試みが為されてきた。そう
した装置及び方法は、アルゴンにより提供される切断能
が乏しいことから、水冷却システムの必要性という不便
さからまた入手困難なことが多い追加設備機器（パイロ
ットアーク接続系）が必要なことから不利益を呈した。

従って、高い作動電圧並びに関連する必要電源及び他の
設備を使用する必要性を回避しつつプラズマアーク切断
の利点を得るのに使用されつるプラズマアーク技術ある
いは設備は現在のところ存在しない。

が　　　　　　よ　　と　　る 従って１本発明の課題は、低電圧定電流電源と共に使用
するに特に適しそしてアルミニウム、ステンレス鋼及び
他の材料の薄い部分を切断するのに特に適したプラズマ
アーク切断用方法及び関連技術を開発することである。

゛　るた　の 本発明は、こうした課題を、ある種の気体混合物を絞ら
れたプラズマアークに供給することと関与する方法及び
装置により解決する。

この気体混合物は、開放アーク電気アーク溶接を代表す
る低電圧で絞られたプラズマアークを持続するような気
体種及び良好な熱伝達特性を提供する気体種を含んでい
る。混合物中に存在する低電圧でプラズマアークを持続
する気体種の相対比率は、プラズマアークを維持するに
充分大きく、そして混合物中に存在する良好な熱伝達特
性を有する気体種の相対比率は低電圧でのアークの消失
を防止するに充分低い。この気体混合物を使用してプラ
ズマアークを維持するに充分高く且つ低電圧定電流電源
を使用して実質上一定の電流で作動するに充分低い電圧
降下が維持される。

１１皿立盈旦 上に述べたように、本発明は、低電圧定電流電源を使用
するプラズマアーク切断方法にある。こうした電源の一
例は、タングステン不活性ガス（Ｔ　Ｉ　Ｇ）溶接にお
いて使用される型式のものである。参考までにその背景
を説明すると、ＴＩＧ溶接は、非消耗性の、トーチに支
持されたタングステン電極と工作物との間で電気アーク
により強力な溶接用熱を発生させるアーク融解溶接プロ
セスである。不活性シールドガスが溶接帯域を雰囲気汚
染から保護するためにトーチを通して導入される。歴史
的に、ＴＩＧ溶接は、広（様々の金属の精密なそしてフ
ラックスを使用しない継ぎ合わせのための最初の実用的
融接プロセスであった。

ＴＩＧ溶接に使用される電源は、実質上一定の電流特性
により特徴づけられそして工業基準により８０Ｖ以下の
開路電圧を生成するように規格づけされる。

本発明で使用するに適当な電源の例は、　Ｌ−ＴｅｃＷ
ｅｌｄｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ
ｓ社から販売されるＨＥＬＩＡＲＣ（登録商標＞２５０
８Ｆ電源である。しかし、この種の電源は、溶接産業界
全般で周知であり９、他の市販モデルの電源も本発明と
関連して使用出来ることが理解されよう、しかも、こう
したＴＩＧ電源は本発明と共に使用するに好都合なだけ
であって、これに限られるわけではなく、約１００Ｖ以
下の開路電圧を有する任意の電源が適宜使用出来ること
が理解されよう。

プラズマアークトーチがこうした電源と組み合わせて使
用される。先に述べたように、プラズマアーク溶接は不
活性ガスの使用の点である程度までＴＩＧ溶接に似てい
るが、プラズマを発生しそして維持するのを助成する高
速度の気体流れを得るのにノズルにおける絞りオリフィ
スの使用において電気アーク溶接とは異なっている。適
当な気体がノズルを通して給送されるとき、気体は５０
゜０００下（２７，８００℃）もの高温に加熱され、こ
れはいかなる金属をも溶融するに充分高温である。追加
的に、ノズルは、ＴＩＧ溶接において代表的に形成され
るアークより長く、高温でありそして取扱の容易なアー
クを発生する態様でプラズマを絞る。

本発明においては、以下に説明する改善以外は従来型式
のままのプラズマアークトーチが使用出来る。第１図は
、トーチヘッド１２及びハンドル１３を備えるトーチｌ
Ｏを例示する。気体源１５が気体導管１８によりトーチ
１ｏに連結される。

トーチには適当な電線１９により電源１４が接続されて
いる。気体は、気体導管１８からトーチヘラド１２へと
軸管１７及び穿孔２３を通して流れる。第１図はまた、
トーチｌＯが成型胴体部２１及び熱シールド３０を含ん
でいることを示している。

こうしたトーチの市販例は、Ｌ−Ｔｅｃ　Ｗｅｌｄｉｎ
ｇａｎｄ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　５ｙｓｔｅａｕｉ社から販
売されるＰＴ−３１トーチである。ＴＩＧ型電源の場合
のように、プラズマアークトーチの構造と作動は当業者
にはよ（知られており、そして他の販売元からの同様の
他のトーチが代替できそして等しく使用されうる。

こうしたトーチの詳しい説明は、１９８６年４月１日発
行の米国特許第４．５８０．０３２号並びに１９８７年
１２月２９日発行の米国特許第４，７１６、２６９号に
与えられている。

低電圧でプラズマアークを支持するために、本発明は更
に、絞られたプラズマアークに気体混合物を供給するこ
とを必要とする。気体混合物は、電気アーク溶接を代表
する低電圧でプラズマアークを持続するような気体種を
、良好な熱伝達特性を提供する気体種と共に含んでいる
。これら気体種の相対比率は、混合物中に存在する低電
圧でプラズマアークを持続する気体種の量がプラズマア
ークを維持するに充分大きく、そして混合物中に存在す
る良好な熱伝達特性を有する気体種の量が低電圧でのア
ークの消失を防止するに充分低いように選択される。

本発明において、比較的低い電圧でプラズマアークを持
続させるような気体種は、アルゴン、ヘリウム及びネオ
ンから成る群から選択される。もちろん、アルゴンが経
済性、実用性及び入手性の観点から最も好ましい。

良好な熱伝達特性を提供する、混合物中の気体種は一般
に、水素、酸素、窒素及び空気から成る群から選択され
る。水素、酸素及び窒素のような２原子分子は、プラズ
マの極めて高い温度で解離するが、比較的冷たい金属と
接触状態となるとき再結合することが部分的原因となっ
てこうした熱伝達特性を与える。こうした再結合は発熱
性であり、こうして追加熱を工作物に伝達する。対照的
に、アルゴンのような希ガスは単原子でありそして専ら
それらの運動エネルギーに基づいて熱を吸収あるいは放
出する傾向があり、従って２原子気体程効率的に熱を伝
達しない、しかし、２原子気体は高圧でアークを支持す
る傾向がある。即ちそれらは低電圧でプラズマを支持し
ないので、それらの使用は先に述べた高電圧プラズマ技
術に制限される。

好ましい具体例において、混合物は、約１０〜２０％空
気を含み、残部がアルゴンである。幾つかの気体調量装
置が混合物に送り出される成る種の気体の量の精度に影
響を与え得ることが理解されようが、そうした誤差は本
発明に実質影響を与えない、気体を混合するに際して、
混合物がある特定の環境で使用者に最大の利益を与える
よう調合されつるよう幾つかの競合する考慮事項が存在
する０例えば、なるだけ少ないアルゴンの使用が使用者
に気体に伴うコストを最小限としよう。反面、熱伝達気
体の割合の増大は、切削速度及び品質を増大し、上述し
たような一層良好な熱伝導を通して良好なトーチ冷却を
与えそしてアーク輻射を減じよう。逆に、アルゴンの割
合の減少は、プラズマを維持するのに必要とされる電圧
を増大しよう。

熱伝達気体に関して、最適気体混合物は相対的に高い割
合の熱伝達気体を有しよう。しかし、本発明の電圧にお
いて、プラズマアークは、熱伝達気体が約２０％以下の
量で存在するとき最適に維持される。空気あるいは酸素
のような気体の割合が増えると、作動のスタートが一貫
して起こらないようになりそして信頼できないものとな
りそしてトーチ内の消耗部品が摩耗を示すので多（の問
題が顕在化する。他方、熱伝達気体の存在が１０％未満
であるなら、ダブルアーキングや消耗性摩耗の増大が起
こりやすくなる。

従って、最も好ましい具体例において、本発明は、アル
ゴン巾約１５％空気温合物を使用する。

気体調量技術における特性と誤差を考慮して、これは、
アルゴン巾約１２〜１９％の有効範囲である。低い方の
％は気体圧力が高くなると起こりやすくまた高い方の％
は気体圧力が低いと起こりやすい。

酸素がアルゴン混合物中で空気に代替しえそして良好な
結果、特に−層高い速度及び−層良好な切断品質を示す
。しかし、酸素はプラズマを維持するのに空気より高い
電圧を必要とし、従って本発明におけるその有用性は、
所望される用途に依存してこの因子により抑制される。

窒素もまた、切断品質と速度を幾分落しはするが、空気
と代替することが出来、許容しつる性能が観察されそし
である種の状況下ではその使用が所望される。

先に述べたように、本発明は更に、電極とトーチとの間
に上記気体混合物を使用してプラズマアークを維持する
に充分高く同時に低電圧定電流電源を使用して実質上一
定の電流で作動するに充分低い電圧降下を維持すること
を含む。これに関連して、アーク及びプラズマ技術の当
業者には本発明において有用な型式の電源は電圧と電流
との間にある特性関係を示すことが理解されよう。代表
的には、与えられたポテンショメータ設定において、こ
うした電源に対する電圧−電流関係は２つの型式の挙動
、即ち電圧変化につれ電流が急激に変化する場合と、電
圧変化に対して電流がゆっくりと変化する場合とを示す
。

例えば、代表的電源において、電圧がＯ〜４０Ｖの範囲
にわたって変化するとき、電流は３２０〜３４０Ａの範
囲で変化するだけである。しかしながら、同じ電源を使
用して、電圧が４０〜７０Ｖに範囲にわたって変化する
とき、電流は３２０〜ＯＡの範囲にもわたって変化する
。その結果、高電圧での作動は、僅かの電圧変化に対し
てでも電流を大幅に変動せしめる。その逆が好ましい。

即ち、電流の変化が小さいことが、殊に電流が比較的大
きな電圧変化に対して実質上一定に維持されつるとき、
最適の作動条件を与える。つまり、低電圧定電流電源を
使用して実質上一定の電流で作動するに充分低（電圧降
下が維持される。

こうした溶接設備及び電源に精通している人には良く知
られるように、特定の電源に対する電圧−電流関係即ち
特性曲線は、そうした装置の作動特性の一部として知ら
れまた公表されている。従って、本発明と関連して使用
される許容電圧或いは電圧範囲は与えられた低電圧電源
に対して実験をほとんど乃至全熱せずども容易に決定す
ることが出来る。

こうした考慮の下で、約６０Ｖ未満の、電極と工作物と
の間での電圧降下が最も有用であり工作物と隣りあって
の約４０〜４５Ｖの範囲の電圧降下が最も好ましい。こ
うした状況下で、工作物からの約１／４インチ（６，３
５ｍｍ）の離間距離における電圧降下は約５０〜５５Ｖ
の範囲とすべきである。電極と工作物との間に距離が増
大するにつれ電圧降下が増大することは良く知られてい
る。

電流の観点から、本発明においては、最大作動電流は約
５５Ａ、好ましくは約３８〜５２Ａの範囲、最も好まし
くは約４５Ａとすべきである。

電流密度を検知することが本発明の方法に対する好まし
い作動条件を決定するまた別の方法である。ここで使用
するものとしての電流密度とは、プラズマアークトーチ
の作動電流をトーチのノズルのオリフィスの断面積で割
った、Ａ／ｉｎ”単位での値な言及する。これに関して
、本抛明方法は、約２０，０００Ａ／ｉｎ”　　（３１
０１Ａ／ｃｏ＋”　）未満の、より好ましくは７゜ＯＯ
Ｏ〜１７．００　ＯＡ／ｉｎ２（１０８５〜２６３６Ａ
／ｃ＋＋”　）の範囲の、最も好ましくは９．５００〜
１４．ＯＯＯ＆／ｃｏ＋”　　（１４７３〜２１７１　
Ａ／ｃｍ″）の範囲の電流密度でもって満足しつる態様
で作動することが見出された。

既に述べたように、プラズマを発生するのに使用される
技術の一つは、絞りノズルのオリフィスを通してプラズ
マ形成用気体を差し向けることである。オリフィス寸法
は電流及び電圧降下に関係する。与えられた特定の電圧
降下に対して電流が高い程−層大きなオリフィス寸法を
必要とする。

オリフィス寸法はまた、気体種の選択にも影響を与える
。太き（されたオリフィスと低減された気体圧力の組合
わせを使用する程、与えられた気体混合物中でプラズマ
を発生するのに必要な電圧を低減することが出来る。し
かし、逆に不利な面として、オリフィス直径の増大と気
体圧力の低減は共に、切断速度及び品質を減する傾向が
あり更に気体圧力の低下はノズル及び電極における摩耗
を増大する。

第２図は、比較的低い電圧特性の電気アーク電源におい
てそして本発明に従う気体混合物を使用してプラズマア
ークを支持しそしてプラズマアーク切断を許容するプラ
ズマアークトーチの先端部即ちチップを３５として示す
幾分概略的な説明図である。チップ３５は、トーチと工
作物との間で溶接用気体混合物中に発生したプラズマア
ークな差し向けるためのノズル３７、プラズマアークを
絞るためのノズル３７におけるオリフィス４０、ノズル
３７内にオリフィス４０から後方に引っ込んでそれと同
軸に位置付けられる電極４２を装備し、電極４２と工作
物との間に電位差が適用されるときオリフィス４０を通
して工作物までプラズマアークを流す。

本発明において、オリフィス４０は、低い電圧特性の電
気アーク電源において溶接用気体混合物中にプラズマア
ークを支持するに充分大きく且つ金属の切断を支持する
ようなプラズマアークにおける電力密度を生成するに充
分にプラズマアークを絞るに充分小さな直径を有する。

適性寸法のオリフィスを選択する一つの方法は、先に示
した電流密度水準を生成するようなオリフィス直径を選
定することである。本発明の好ましい具体例において、
オリフィス４０は、約０．０６４〜０．０７０インチ（
１，６〜１．８　ｎｏ＋）の範囲の直径を有し、そして
０．０６　フインチ（１，７ｍｒｔｒ）の直径が最も好
ましい。

所望される電圧水準及び電流密度を生成するために更に
、電極４２と工作物との間に電位差が適用されるときオ
リフィス４０を通して流れるプラズマアークを形成する
ように電極４２がオリフィス４０より後方で且つそれと
同心に位置付けられていることが第２図から理解されよ
う。本発明において、電極４２の後方位置は、低電圧特
性の電気アーク電源において溶接用気体混合物中にプラ
ズマアークな支持するに充分小さくしかしプラズマアー
クを支持する可（溶接用気体混合物の充分の流れを維持
するに充分大きい距離を電極４２とオリフィス４０間に
定義するよう選定される。

第２図は、高電圧プラズマ型電源を使用する電極の通常
の後方位置即ち「引っ込み量（セットパック）」を距離
Ａとして例示する。本発明においては、Ｂにおいて例示
されるもっと小さな引っ込み量が採用され、距離Ｃが電
極４２が本発明に従い前方に移動された量を表わす。通
常の引っ込み量Ａは、約０．０　Ｏ６インチ（０，１５
１）の誤差でもって約０．０６３インチ（１，６１１０
１）のオーダにある。本発明において、引っ込み量Ｂは
約０．０５　フインチ（１，４５■■）以下であり、そ
して好ましい引っ込み量は約０．０４９インチ（１，２
＋ａ＋ｍ）である（同じ誤差範囲で）から、電極４２が
オリフィス４０に近付いて移動された距離Ｃは約０．０
４４（０，３６ｍｍ）である０本発明に従えばプラズマ
を発生するのに気体混合物が使用されているから、トー
チにおいて使用される電極は好ましくは気体混合物によ
り形成されるプラズマ中で実質上安定な材料から選択さ
れる。気体混合物は酸素或いは空気のような酸化性気体
を含みつるから、電極は最も好ましくはジルコニウム、
ハフニウム或いはレニウムから成る群から選択される。

比較例として、タングステン電極は酸素を含有する雰囲
気中では、酸素気体として供給されるのであれ或いは空
気の一成分として供給されるのであれ、酸化しそして秒
単位で消耗する。

最後に、本発明は、低電圧特性の電気アーク電源におい
てプラズマアーク切断を支持するのに使用される包蔵さ
れた気体製品を提供する。この気体製品は、包蔵容器と
そこの包蔵される気体混合物から成る。気体混合物は電
気アーク電源固有の作動電圧でプラズマアークを持続す
るような気体種と、良好な熱伝達特性を提供する気体種
とを含んでいる。これら気体種の相対比率は、混合物中
に存在する低電圧でプラズマアークを持続する気体の量
は固有の作動電圧でプラズマアークを維持するに充分大
きく、そして混合物中に存在する良好な熱伝達特性を有
する気体の相対比率はそうした電源の固有作動電圧でア
ークの消失を防止するに充分小さいものとされる。既に
述べたように。

比較的低い電圧でプラズマアークを持続させるような気
体種は、アルゴン、ヘリウム及びネオンから成る群から
選択される。良好な熱伝達特性を提供する混合物中の気
体種は一般に、水素、酸素、窒素及び空気から成る群か
ら選択される。好ましくは、気体混合物は、約１０〜２
０％空気を含みそして残部がアルゴンである。最も好ま
しい具体例では、約１５％空気を含み、残部がアルゴン
である。包蔵容器は、プラズマトーチ環境での気体混合
物の使用に適合する、こうした気体混合物用の任意の適
当な容器であり、一般に圧力タンク、ボンベ等のような
既知容器から選択される。

ｌ豆皮力１ 本発明は、低電圧定電流電源と共に使用するに特に適し
そしてアルミニウム、ステンレス鋼及び他の材料の薄い
部分を切断するのに特に適したプラズマアーク切断技術
を提供し、プラズマアーク技術の一段の広い適用に寄与
する。

以上、本発明の具体例について説明したが、本発明の範
囲内で多くの変更を為しうることを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プラズマアークトーチの正面図である。 第２図は、第１図の２−２線に沿うトーチチップ部分線
断面図である。 １０：プラズマアークトーチ １２：トーチヘッド １３：ハンドル １４：電源 １５：気体源 ３５：チップ ３７：ノズル ４０ニオリフイス ４２：電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）低電圧定電流電源と共に使用するに特に適しそして
   アルミニウム、ステンレス鋼及び他の材料の薄い部分を
   切断するのに特に適したプラズマアーク切断方法であっ
   て、開放アーク電気アーク溶接を代表する低電圧でプラ
   ズマアークを持続する気体種及び良好な熱伝達特性を提
   供する気体種を含む気体混合物であって、該気体混合物
   中に存在する低電圧でプラズマアークを持続する気体種
   の相対比率は、プラズマアークを維持するに充分大きく
   、そして混合物中に存在する良好な熱伝達特性を有する
   気体種の相対比率は低電圧でのアークの消失を防止する
   に充分低いような気体混合物をプラズマアークに供給し
   、そしてプラズマアークを維持するに充分高く且つ低電
   圧定電流電源を使用して実質上一定の電流で作動するに
   充分低い電圧降下を維持することを特徴とするプラズマ
   アーク切断方法。 ２）低い電圧でプラズマアークを持続させる気体種がア
   ルゴン、ヘリウム及びネオンから成る群から選択されそ
   して良好な熱伝達特性を提供する気体種が水素、酸素、
   窒素及び空気から成る群から選択される特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３）電極がジルコニウム、ハフニウム或いはレニウムか
   ら成る群から選択される特許請求の範囲第１項或いは２
   項記載の方法。 ４）プラズマアークがプラズマアークトーチのオリフィ
   スノズルで絞られる特許請求の範囲第１〜３項のうちの
   いずれか一項記載の方法。 ５）電圧降下が約２０．０００Ａ／ｉｎ＾２（３．１０
   １Ａ／ｃｍ＾２）未満のオリフィスにおける電流密度を
   生成するに充分に維持される特許請求の範囲第１〜４項
   のうちのいずれか一項記載の方法。 ６）低電圧でプラズマアークを持続させる気体種が２種
   以上の気体の混合物である特許請求の範囲第１〜５項の
   うちのいずれか一項記載の方法。 ７）良好な熱伝達特性を提供する気体種が２種以上の気
   体の混合物である特許請求の範囲第１〜６項のうちのい
   ずれか一項記載の方法。 ８）特許請求の範囲第１項記載のプラズマアーク切断方
   法を実施するのに使用されるプラズマアーク切断装置で
   あって、 約８０Ｖ未満の開路電圧を有する電源と、 絞られたオリフィスノズルを有するプラズマアークトー
   チと、 電源の作動電圧においてプラズマアークを持続する気体
   種及び良好な熱伝達特性を提供する気体種を含み、混合
   物中に存在するプラズマアークを持続する気体種の相対
   比率は、プラズマアークを支持するに充分大きく、そし
   て混合物中に存在する良好な熱伝達特性を有する気体種
   の相対比率は電源作動電圧でのアークの消失を防止する
   に充分低いような気体混合物源と、 前記気体混合物により形成されるプラズマ中で実質上安
   定な電極と を備えるプラズマアーク切断装置。 ９）オリフィスが電源により発生される電圧においてプ
   ラズマアークを支持するに充分大きく且つ金属の切断を
   支持するプラズマアーク電力密度を発生するに充分にプ
   ラズマアークを絞るに充分小さい直径を有する特許請求
   の範囲第８項記載のプラズマアーク切断装置。 １０）オリフィスが電源により発生される電圧において
   約７，０００〜１７，０００Ａ／ｉｎ＾２（１０８５〜
   ２６３６Ａ／ｃｍ＾２）の範囲の電流密度を発生するよ
   うな直径を有する特許請求の範囲第９項記載のプラズマ
   アーク切断装置。 １１）オリフィスが約０．０６４〜０．０７０インチ（
   １．６〜１．８ｍｍ）の直径を有する特許請求の範囲第
   ９項記載のプラズマアーク切断装置。 １２）混合物が約１５％空気を含み、残部がアルゴンで
   ある特許請求の範囲第８〜１１項のうちのいずれか一項
   記載のプラズマアーク切断装置。 １３）電極がジルコニウム、ハフニウム或いはレニウム
   から成る群から選択される特許請求の範囲第８〜１２項
   のうちのいずれか一項記載のプラズマアーク切断装置。 １４）特許請求の範囲第１項記載のプラズマアーク切断
   方法を実施するのに使用されるプラズマアークトーチで
   あって、 トーチと工作物との間で気体混合物中に発生されるプラ
   ズマアークを差し向けるためのノズル組立体と、 プラズマアークを絞るためのノズルにおけるオリフィス
   であって、低い電圧特性の電気アーク電源において気体
   混合物中にプラズマアークを支持するに充分大きく且つ
   金属の切断を支持するようなプラズマアークにおける電
   力密度を生成するに充分にプラズマアークを絞るに充分
   小さな直径を有するオリフィスと、 電極と工作物との間に電位差が適用されるときオリフィ
   スを通して流れるプラズマアークを形成するようにオリ
   フィスより後方で且つそれと同心に前記ノズル内に位置
   付けられ電極と を備えるプラズマアークトーチチップ。 １５）電極がジルコニウム、ハフニウム或いはレニウム
   から成る群から選択される特許請求の範囲第１４項記載
   のチップ。 １６）電極の後方位置は、低電圧特性の電気アーク電源
   において気体混合物中にプラズマアークを支持するに充
   分小さくしかもプラズマアークを支持するべく気体混合
   物の充分の流れを維持するに充分大きい距離を電極とオ
   リフィス間に定義する特許請求の範囲第１４項記載のチ
   ップ。 １７）距離が約０．０５７インチ（１．４５ｍｍ）以下
   である特許請求の範囲第１６項記載のチップ。 １８）オリフィスが電気アーク電源の電圧特性において
   約７，０００〜１７，０００Ａ／ｉｎ＾２（１０８５〜
   ２６３６Ａ／ｃｍ＾２）の範囲の電力密度を発生するよ
   うに、約０．０６４〜０．０７０インチ（１．６２〜１
   ．７８ｍｍ）の範囲の直径を有する特許請求の範囲第１
   ６項記載のチップ。 １９）特許請求の範囲第１項記載のプラズマアーク切断
   方法を実施するのに使用される包蔵気体製品であって、
   包蔵容器とそこに包蔵される気体混合物から成り、該気
   体混合物は電気アーク電源固有の作動電圧でプラズマア
   ークを持続する気体種と、良好な熱伝達特性を提供する
   気体種とを含んでおり、その場合、混合物中に存在する
   低電圧でプラズマアークを持続する気体種の相対比率は
   固有の作動電圧でプラズマアークを維持するに充分大き
   く、そして混合物中に存在する良好な熱伝達特性を有す
   る気体種の相対比率は電源の固有作動電圧でアークの消
   失を防止するに充分小さいことを特徴とする包蔵気体製
   品。 ２０）低い電圧でプラズマアークを持続させる気体種は
   、アルゴン、ヘリウム及びネオンから成る群から選択さ
   れそして良好な熱伝達特性を提供する気体種は水素、酸
   素、窒素及び空気から成る群から選択される特許請求の
   範囲第１９項記載の包蔵気体製品。 ２１）気体混合物は約１０〜２０％空気を含みそして残
   部がアルゴンである特許請求の範囲第１９項記載の包蔵
   気体製品。 ２２）包蔵容器は圧力タンクである特許請求の範囲第１
   ９項記載の包蔵気体製品。