JPH07506772A - 高電流密度型プラズマアークトーチのための改良型電極 - 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】 ・・　Ｊプラズマアークトーチのだ　の炎１１１ｊ 〔発明の分野〕 本発明は一般にプラズマアーク切断トーチに関し、詳しくは低電流、用の、高精 細型トーチのための改良型電極並びにインサート冷却方法に関する。

〔従来技術の説明〕

空気或は酸素をプラズマガスとして使用しシートメタルその他をプラズマアーク 切断するに際しては、ハフニウム或はジルコニウムを銅製の電極の底面に押し嵌 めした如き高放出率材料製のインサートを使用するのが一般的である。電流は電 極に印加され、作動の移行アークモードに於てパイロットアークが代表的にはト ーチ内部の電極と、この電極に隣接するノズルとの間に形成される。次いでアー クが、アーク電流の全作動値への上昇と関連して工作物に移行する。

従来から商業的に使用されているこの種の電極の全てが円筒状のインサートを使 用する。このインサートのトーチ部分の直径は約０．０フインチ（約１．７８ｍ ｍ）であり、トーチ部分に流れる電流は２ｏ乃至２６０アンペアの幅で変動する 。前記直径値は本願発明の譲受人であるハイパーサーム社が２６０アンペア型酸 素プラズマ切断システム開発中の１９８０年代に選択したものであるが、現在で は標準インサート直径寸法である。

熱電子を高率で放出する形式のインサートの使用は極めて望ましいものではある が、標準型電極に高放出率型のインサートを使用すると低電流レベル、例えば１ ５乃至７０アンペアで使用した場合の寿命が著しく短くなる。この問題は、高精 細型トーチでは電流密度が従来型トーチのそれよりも代表的には３乃至４倍であ りプラズマガスの強力な渦流を使用してアーク位置を安定させるようになってい ることから特に厳しいものとなる。例えば、標準インサート直径寸法を使用する 高精細型トーチの過去の試験によると、作動電流が１５アンペアの時のハフニウ ム製インサートは僅か５０回の作動後に０．０３インチ（約０．７６ｍｍ）以上 の深さにまで消耗した。このような高率での消耗は米国特許第５，０８０゜２２ ７号に記載される電極消耗減少技法を使用した場合でさえも観察された。

［解決しようとする課題］ 従って、反応性プラズマガスを使用して低作動電流レベルで作動されしかも同一 用途に対する従来からの電極を使用して得られるよりも有効寿命が数倍も長い、 プラズマアーク切断トーチのための電極を提供することであり。

電極の消耗及び切断品位を著しく改善する電極及び電極冷却方法を提供すること であり、 同等用途のための従来の電極よりも安価な電極を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、酸素或は空気のような反応性プラズマガスを使用して金属を切 断するためのプラズマアークトーチであって、電極とインサートとを使用し、電 極が高熱伝導性材料から形成した胴部を具備し、インサートが熱電子放出率の高 い材料からなるプラズマアークトーチが提供される。インサートはハフニウム製 であり、胴部が銅製であるのが好ましい、インサートは円筒状であり、プラズマ ガスに対し露呈され熱電子放出のために必要な熱電子放出面積（Ａ）が電極の担 持する最大作動電流の関数として変動する。熱伝達の度合いを大きくするために 、この熱電子放出面積はインサートの最小面積とすべきである０機能的に表現す るとインサートは、熱電子放出表面上に選択作動電流により創出された溶融放出 スポットと少なくとも同じ長さであるところの直径を有する。数学的に表現する と、入手可能な熱電子放出面積で全電流を除した値として定義される電流密度は 一定である。インサートはその断面積が、選択した作動電流値の要求する熱電子 放出面積と少なくとも等しく、好ましくは若干太き（される、低電流の高精細型 であり、説明するように水冷されるトーチと共に使用するに好ましい形態での電 流密度は１．３ＸＩＯ’アンペア／　ｉ　ｎ　”（約２．０ＸＩＯ’アンペア／ ｃｍ”）の値で一定である。非−衝突帯域を考慮すればこの好ましい形態での電 流密度は６．０ＸＩＯ’アンペア／ｉｎ”（約９．３×１０１アンペア／ｃｍ” ）である。

対流によるインサートの冷却を改善するために、水のような冷却用流体の流れが 、電極内部と、特にインサートを包納する電極の底壁を横断して循環される。イ ンサートはこの底壁を貫通して伸延し、冷却用水と直接接触する配Ｉを取る。電 極はその内側穿孔の底壁に、インサートの上方部分を取り巻く環状凹所と、胴部 の材料である銅製の中間リングとを含むのが好ましい。前記環状凹所内には水入 口が離間関係にて伸延される。この°゛ボローミル加工　ｈｏｌｌｏｗｍｉｌｌ ｅｄ）”構造により、（ｉ）インサートに隣接する水と直接接触する大きな伝熱 表面が提供され、（ｉｉ）　）−チの底壁位置での水の流れ速度が高速化され、 （ｉｉｉ）電極内部と電極−冷却材界面位置とを問わずベーパーロックの発生が 回避される。

本発明の方法には、インサートをサイジングし、プラズマガスに対し露呈される 表面積を、アークが銅製の胴部に衝突することなく選択作動電流を維持するに十 分に太き（しかもインサート材料をその沸点に加熱しないようにするために十分 小さくすることが含まれる。かくして本発明の方法には、インサートをサイジン グし、このインサートを取り巻く高伝導性材料を介しての伝導性冷却を最大化す ることを含んでいる。サイジングは流体、好ましくは水を使用しての電極内部で の既知の対流冷却と組み合わせて使用するのが好ましく、冷却用流体はインサー ト及び銅製のスリーブを取り巻く高速の流れ模様としてインサートと直接接触す るのが好ましい。

〔図面の簡単な説明〕

図１は従来型の電極を使用する高精細型プラズマアーク切断トーチの電極及びノ ズルの垂直方向断面図である。

図２は本発明に従う構成の電極の垂直方向詳細断面図である。

図２Ａは図２を線Ａ−Ａで切断した拡大断面図であり、電極及びそのインサート の端面が示される。

図３はハフニウム製インサートの、直径の関数としての最大温度を表すグラフで ある。

図４は図１及び２に示す電極の底壁の、流入する冷却材の温度の関数としての最 大温度を表すグラフである。

〔具体例の詳細な説明〕

図１にはハイバーサーム社が開発し、ＨＤ−１０７０トーチとして識別される高 精細型プラズマアークトーチ（以下、単に高精細型トーチとも称する）の前方部 材ｌＯが示される。この高精細型トーチは金属、特には移行アークモードで軟鋼 に孔開は及び切断するべ（設計されたものであるが、その他材料を孔開け、切断 及びシェイブ加工するために使用可能である。軟鋼の切断に際し、前記高精細型 トーチは酸素或は空気をプラズマガス１２として作動し、移行アーク１４を形成 する。電極１６は代表的には銅から形成され、その下端１６ａ内に押し嵌めされ たインサート１８を具備する。アークは強く収斂され、アークの電流密度は６． ０ＸＩＯ’アンペア／ｉｎ　１　（約９．３Ｘ１０”アンペア／ｃｍ”）と、従 来型プラズマアークトーチでの代表的な電流密度である２゜５Ｘ１０’アンペア ／ｉｎ”（約３．８７Ｘ１０”アンペア／ｃｍ”）の数倍とされる。

前方部材はノズル２０を含み、このノズル２ｏが内側ノズル部材２２と外側ノズ ル部材２４とを具備し、内側ノズル部材２２と外側ノズル部材２４との間には流 路２６が形成され、プラズマガス流れ３ｏの一部分２８を分流させる。旋回リン グ３２がカント付きのボート３２ａを有し、このボート３２ａがプラズマガス流 れに旋回を付与する。この旋回により渦流が発生し、アークは収斂され且つ安定 化されることとなる。プラズマガス流れの一部分２８が分流されることにより、 外側ノズル部材２４位置でのノズル出口オリフィス３６の断面積が比較的小さい にも関わらず、プラズマアークチャンバー３４を貫いて強い渦流が生じることが 保証され、この強い渦流流れがインサート１８でのアーク１４の位置を安定化す る。低電流、例えば１５アンペアでのインサート１８の熱電子放出スポットは全 体的に円形でありその直径は約０．０１２インチ（約０．３ｍｍ）である。米国 特許第４．８６１，９６２号に記載される一般形式のノズルシールド３８が二次 ガスの流れ４ｏをアーク上に案内する。シールドとガス流れ４ｏとが、工作物か ら高精細型トーチ上に跳敗し、扶れやダブルアーク発生を招（溶融金属からノズ ルを保護する。

水は外側ノズル部材２４の周囲及び電極１６の周囲を巡り循環する。電極１６は 図示の如（中空であり、冷却水入口チューブが図示するように電極内部を下方に 伸延する。インサート１８は全体に円筒形状であり直径は０．０フインチ（約１ ．７８ｍｍ）である、先に言及したように、円筒形状のインサートに於てはトー チ部分を低電流（１５乃至７０アンペア）で作動させて切断作業を実施すると電 極は急速に消耗する。１５アンペアではインサートには僅か５０回の始動後に０ ．０３インチ（約０．７６ｍｍ）の深さのビットが出来る。この早期消耗は米国 特許第５，０７０，２２７号に記載される消耗減少技法を使用した場合でも生じ る。米国特許第５゜０７０．２２７号に記載の前記技法ではインサート材料が作 動中に溶融し、ガス流れの強い渦流がアーク終了時にこの溶融材料を吹き飛ばす ものをモデルとして使用する。しかしながら、このモデルでの低電流での電極の 消耗に関する説明は無い。

図１には高精細形トーチで使用するのに好適な本発明に従う電極４２が示される 。電極４２は円筒状胴部４２ａを具備し、この円筒状胴部４２ａは使用のために 高精細形トーチに組み込んだ場合に高精細形トーチの中心線に沿って伸延する。

ねじ溝４２ｂが図示しない陰極ブロックに電極を着脱自在に固定する。この陰極 ブロックは結局、同じく図示されない従来型り、Ｃ，電源の負極に接続される。

フランジ４２ｃが外向きの環状凹所４２ｄを具備し、この環状凹所４２ｄが電極 周囲を流体シールする０−リングを受ける。電極の下端は、電極の外側表面がノ ズル出口オリフィス３６と相対する全体に平坦な端面４２ｅに向けて斜行し始め る部分の手前で若干綿（なっている。

高放出率材料、好ましくはハフニウム製のインサート４４が端面４２ｅの中心に 位置決めされる。インサート４４は全体的に円筒状であり、円形の端面４４ａが 出口オリフィス３６の直上にあってチャンバ−３４内部のプラズマガスに対し露 呈されている。インサート４２は電極胴部の底壁４２ｆに開けた好適な穿孔に押 し嵌めされる。インサート４２は図１の電極１６に於けるインサート１８と同じ 目的を果たすものであるが、その構造は２つの点で大きく異なる。

本発明の第１の主たる特徴は、電極の直径が全ての孔精細形トーチ並びに全ての 作動電流に対し、従来そうであったようには一定ではないことである。むしろ、 電極の直径は電極から移行アーク１４に流れる作動電流（Ｉ）の値と相関する。

この電流値（Ｉ）と、プラズマチャンバー３６内でプラズマガスに対し露呈され るインサートの熱電子放出面４４ａの面積Ａは、電流密度１／Ａが一般に一定に するよう変化する０機能的には、インサートの直径は、選択した電流値でのイン サート４６上の熱電子放出スポット４６と少なくとも同程度ではあるが大き過ぎ ることの無いように選択される。インサート材料の環状の狭い境界部分４４ｂ（ 図２Ａ参照）が放出スポットの周囲に設けられる。この狭い境界部分はアークが インサートにすぐ隣り合う胴部の端面４２ｅに当らないことを保証する。以下の 表は、約１５乃至７０アンペアの低い電流範囲での異なる最大作動電流に対する 異なる寸法のインサートの一連の試験結果を示している。

底 作動電流 （１ンぺ７’）　１５　３０　５．ＯＴ。

放出スポット 直径 （インチ）　０．０１２　０．０１７　０．０２３　０゜０２６（ミリ　）　０ ．３　０．４３　０．５８　０．６６放出スポツト 面積 （ｉｎ”）　１．１３４０−’　２．２ＬｌＯ−’　４．．１５４０−’　５． ３１４０−’（ｃｍ”）　７．３４０−’　１４．６４０−’　２６．７−１０ −’　３４．２４０−’電流 密度　、１．３−１０’　１．３・１０’　１．２・１０１１１．３−１０’イ ンサート 直径 （インチ　１　０．０１ｇ　０．０２５　０．０３２　０．０３８（ミリ）　０ ．４５　０．６３　０．８１　０．９６熱電子放出スポツト直径の値は所定の電 流レベルと所定の作動条件でのインサートに於て可能な最小直径である。表に挙 げた好ましいインサート直径には境界部分４４ｂが含まれる。−これらの値は、 高精細形トーチの寿命試験及び次いでのインサートの深さ及び横幅での消耗度の 測定を通し経験的に決定されたものである。２つの標準的な寿命試験方法が実施 された。第１の試験方法は４秒間作動させ１０秒間停止させるものであり、第２ の試験方法は１分間作動し１０秒間停止するというものであった。電極４２の始 動回数は第１の試験方法では本件出願人の寿命目標とする８００回に達し、第２ の試験方法では２４０回に達した。この時の消耗深さは上記表に示した全電流レ ベルに対し０．０４インチ（約１．Ｏｌｍｍ）と容認可能な値であった。これは 、本発明の電極の寿命が標準型の設計形状の電極の約５倍であることを表してい る。

記載した高精細形トーチ、電極そして作動条件に対するこうした経験的な試験結 果は、少なくとも約１．２×１０’アンペア／ｉｎ”（約７．７４Ｘ１０’アン ペア／ｃｍ’）での、インサートからの好ましい一定電流密から０．００６イン チ（約０．０７からＯ，１５ｍｍ）の範囲の好適な境界部分を使用した場合の一 定電流密度は好ましくは約６．ＯＸ］、０’アンペア／ｉｎ”（約９．３Ｘ１０ ”アンペア／ｃｍ”）である。

インサートは、これを軸線方向で底壁４２ｆを長い距離貫かせ中空の内部４８に 至らせるのが好ましい。チューブ５０が冷却材、好ましくは水の流れ５２を導入 する。この水は電極の内側を貫いて循環し、特に底壁４２ｆの内面或は後面を横 断して循環する。この水の流れはチューブと電極の内壁とにより画定される環状 通路５４を介し電極を出る。水の流量は流入温度が４０℃未満の状態で毎分４乃 至５リツトルであるのが好ましい。

電極を“ホローミル加工（ｈｏｌｌｏｗｍｉｌｌｅｄ）　”　Ｌ／底壁４２ｆの 後面に環状凹所５６を形成することもまた好ましい。これにより、好ましくは銅 製である胴部材料の後面と水との熱交換関係が助長される。この環状凹所は胴部 材料の後面を横断する水の流速をも増長させる。インサートの後面４４ｃもまた 、壁を貫いて伸延していることから冷却材と直接的に接触する。環状凹所に関し ては、銅の熱伝導率が優れていることから（３９８ワット／ｍ℃）、ハフニウム からの熱は冷却材へと横断方向に効率的に伝達される。ハフニウムの熱的特性（ ２２ワット／ｍ℃）は絶縁体のそれに近いものである。インサートを底壁を完全 に貫いて伸延させたことで、インサートの下側に空気の薄膜がトラップされな（ なり、このトラップされた空気が断熱層として作用することがないので熱伝達性 が改善されたと考えられる。

更に一般的には、従来の電極が低電流レベルでの寿命が短いということは、イン サートの熱電子放出スポット位置での冷却が不十分なためにこの熱電子放出スポ ットが沸点温度に達してしまうことが原因と考えられる。詳述すれば本件出願人 は、インサートの熱電子放出スポットの加熱は、流量或は冷却材といった他の要 因よりもインサートの直径に大きく関係することを見出した。この直径との関係 は図３にグラフで示される０図３のグラフは熱束が入力電力（１１５ポルトＸ１ ５アンペア）の３％である場合を示す、冷却材は温度４℃の水でありこの水の流 れが５０，０００ワツト／　ｍ　’Ｃの熱伝達系数を生む、グラフは、図２に示 す電極を最大作動電流１５アンペアで作動する場合、インサート直径を約０．２ ６インチＣ約６．６ｍｍ）以下に維持する限り、冷却材への電極を通しての内部 的な熱伝達によってインサート材料が沸点に加熱される事がないことを示してい る。もっと一般的に述べるなら、インサート直径の０．００１インチ（約０．０ ２５ｍｍ）の各々がハフニウムに於ける約３００℃の温度上昇に関わっているの である０図３からは、ハフニウムの断熱特性によってインサートの熱電子放出ス ポットは直径が０．０フインチ（約１．７８ｍｍ）の時に沸点となることも分か る。図３やその他設計形状のトーチ或はその他の作動条件が、インサート材料を 沸点とすることのない境界部分の許容寸法を選択する上での目安を提供する。

図４はホローミル加工した電極（図２）での後面位置の温度を図１の従来からの 電極と比較したグラフである０図３に関し説明したと同一の作動条件に対し、図 ２の設計形状のホローミル加工した電極の底壁４２ｆの後面の温度は、流入する 冷却材の温度に関わらず約１２度低い。このことは、水は１００℃で沸騰するこ とから重要である。水が沸騰すると水と銅製の電極の胴部との間に蒸気層が出現 し、この蒸気層が伝熱性を実質的に低下させる。環状の凹所５６が、伝熱のため の広い表面積を提供することによって冷却を助成しまた、流れの断面積を狭くす ることにより流速を増長させる。この伝熱表面はインサートに物理的にも近く、 インサートの少なくとも一部分を包囲する。従って前記伝熱表面はインサートか ら冷却材流れに至る短く且つ有効な熱的通路を提供する。

例示上であって、これに限定するものではないが、電極４２は長さ約１，２イン チ（約３ｃｍ）であり、側壁の厚さは０．０３インチ（約０．７５３ｍｍ）　、 軸線方向で測定した底壁の厚さは０．０７フインチ（約１．９３ｍｍ）であった 、環状凹所の幅は０．０８３インチ（約２　、　１　ｍｍ）　＊インサートから この環状凹所へと伸延する銅製の胸部の直径は０．１３０インチ（約３．３ｍｍ ）であった、インサートは０．２０インチ（約５゜１　ｍｍ）の長さをも有して いた。インサートの直径が本発明に従い電流と共に変化することは勿論である。

トーチを低電流、例えば１７乃至７０アンペアで作動した場合の電極寿命を著し く伸ばす利益を有する、電極とトーチの作動方法、詳しくはハフニウムその他よ りなるインサートの冷却方法を説明した０本発明は高精細形トーチ作動時に前記 利益を提供するに特に有益である。

本発明ではまた、トーチの正しい作動を妨害する程には消耗しにくいインサート を使用して作業する結果、切断品位がずっと良くなることも分かった。本発明は コスト上の利益をも提供する。ハフニウムは高価なのである。

インサートの直径を減少させることで、インサート４２が従来型のそれよりも長 いという事実にも関わらずコストは著しく節減される。

以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内で多くの変更を成し得る ことを理解されたい６例えば、本発明をホローミル加工し後面を水冷する状態で の作動に関し説明したが、本発明の利益を、その達成度合いは小さいとは言え、 本発明に従う寸法としたインサートのみを使用して実現可能である。更に、イン サートを円形断面のものとして説明したが別の幾何学的寸法のものでも良い、イ ンサートをハフニウム以外の材料から形成可能であり、胴部を鋼重外の高熱伝達 性材料から形成出来る。電極を、トーチ及び用途に応じた広範な形態のものとす ることも可能である０本発明を酸素或は空気を使用して作動する電極に絞って説 明したが、本発明をその他ガス及びその他のアーク電流レベルを使用して作動さ せて良い、しかしながら、本発明は低い電流で、しかも高精細形トーチに於てト ラスチックな改善を提供する０本発明は、難しいがしかし重要な１５アンペアレ ベルでの作動時に特に有効である。前述の改変や変更は以下の請求の範囲の範囲 内に含まれるものである。

（Ｐ／？１０１？　Ｉ／？７／ フロントページの続き （７２）発明者　ルーオー、ライフェングアメリカ合衆国　０３７５５　ニュー ハンプシャー、レバノン、アパートメント　９．ボックス　８００．アールアー ル　４ （７２）発明者　ルー、ジペング アメリカ合衆国　０３７６６　ニューハンプシャー、レバノン、アパートメント 　３．エラ　ストリート　４ （７２）発明者　ベカンダー、パトリックアメリカ合衆国　０３７６６　ニュー ハンプシャー、レバノン、アパートメント　５．プロスペクト　ストリート２７ （７２）発明者　ツープル、ジョン アメリカ合衆国　０３７５５　ニューハンプシャー、エンフィールド、アールア ール２゜ボックス　４３１エフ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．プラズマアーク切断トーチのための電極であって、 （ｉ）高い熱伝導性を有する材料から形成されプラズマアーク切断トーチの中心 軸線に沿って該プラズマアーク切断トーチの底壁に向けて伸延する胴部と、（ｉ ｉ）高い熱電子放出率を特徴とする材料から成るインサートにして、面積Ａを有 する熱電子放出面がプラズマガスに対し露呈され熱電子放出スポットが切断作業 中に溶融してなるインサートとを含み、 該インサートの熱電子放出面の面積Ａが電極の担持する作動電流のレベルと比例 し、該熱電子放出面の面積Ａが、 （ｉ）所定の電流レベルでの切断作業により創出される熱電子放出スポットの面 積と少なくとも等しく、（ｉｉ）前記熱電子放出面の面積部分が沸騰しないよう 十分小さく、また前記熱電子放出スポットの寸法形状が、切断作業中の電流密度 が少なくとも１．２×１０５アンペア／ｉｎ２（約７，７４×１０５アンペア／ ｃｍ２）の値で実質的に一定となるよう、作業中の電流レベルと調和するよう選 択されるようになっていることを特徴とするプラズマアーク切断トーチのための 電極。
2. ２．インサートが全体的に円形の断面を有してなる請求項１のプラズマアーク切 断トーチのための電極。
3. ３．プラズマアーク切断トーチのための電極であって、 （ｉ）高い熱伝導性を有する材料から形成されプラズマアーク切断トーチの中心 軸線に沿って該プラズマアーク切断トーチの底壁に向けて伸延する胴部と、（ｉ ｉ）高い熱電子放出率を特徴とする材料から成るインサートにして、面積Ａを有 する熱電子放出面がプラズマガスに対し露呈され熱電子放出スポットが切断作業 中に溶融してなるインサートとを含み、 該インサートの熱電子放出面の面積Ａが電極の担持する作動電流のレベルと比例 し、該熱電子放出面の面積Ａが、 （ｉ）所定の電流レベルでの切断作業により創出される熱電子放出スポットの面 積と少なくとも等しく、（ｉｉ）前記熱電子放出面の面積部分が沸騰しないよう 十分小さく、 該インサートの直径が、電極の胴部をアークから確実に隔絶しそれにより、イン サートの熱電子放出面積での約６．０×１０４アンペア／ｉｎ２（約９．３×１ ０２アンペア／ｃｍ２）での一定の電流密度を創出するよう選択されてなるプラ ズマアーク切断トーチのための電極。
4. ４．インサートが電極の胴部に押し嵌めされてなる請求項１或は３のプラズマア ーク切断トーチのための電極。
5. ５．電極の胴部が、該胴部の、インサートを保持してなる底壁を除き中空とされ てなる請求項１或は３のプラズマアーク切断トーチのための電極。
6. ６．中空の電極内部に冷却流体を循環させ電極の胴部の対流による底壁の冷却を 促進るための冷却流体循環手段を含んでなる請求項５のプラズマアーク切断トー チのための電極。
7. ７．冷却流体循環手段が、端部開放式の冷却材入口を具備し、該冷却材入口が電 極内部で該電極と相互離間関係にて電極内部に取り付けられそれにより、前記冷 却流体が電極の底壁を横断して高速で流動するための流路を電極内部に画定して なる請求項６のプラズマアーク切断トーチのための電極。
8. ８．インサートは電極の底壁を貫いて伸延してなる請求項５のプラズマアーク切 断トーチのための電極。
9. ９．電極の中空の内部には環状凹所が含まれ、該環状凹所はインサートと電極の 胴部の中間部分とを包囲し、冷却材供給チューブが前記環状凹所内に伸延してな る請求項５のプラズマアーク切断トーチのための電極。
10. １０．冷却材供給チューブ及び環状凹所が、循環する冷却材の流れ速度を増大さ せるための狭幅の流路を画定してなる請求項８のプラズマアーク切断トーチのた めの電極。
11. １１．胴部が銅製でありインサートがハフニウム製である請求項１或は３のプラ ズマアーク切断トーチのための電極。
12. １２．プラズマアーク切断トーチ、特に高い電流密度及びインサートに於ける熱 電子放出スポットが小さいことを特徴とする高精細型トーチにして、前記インサ ートが該高精細型トーチの胴部の底端部に固着した高い熱電子放出性材料から成 る、高精細型トーチの電極寿命を伸ばすための方法であって、 インサートの、ノズルに対し露呈される面積を前記熱電子放出スポットの面積と 少なくとも同程度の大きさであるが、しかし切断作業中のインサート材料が沸騰 するには不十分な大きさに選択すること、 該選択により切断作業中に於ける前記ノズルに対し露呈された面積での電流密度 を約６．０×１０４アンペア／ｉｎ２（約９．３×１０２アンペア／ｃｍ２）と すること を含んでなる高精細型トーチの電極寿命を伸ばすための方法。
13. １３．高精細型トーチの胴部の底端部を、該底端部の内面に沿って冷却材を循環 させ対流により冷却することを含んでなる請求項１２の高精細型トーチの電極寿 命を伸ばすための方法。
14. １４．インサートを冷却材との直接接触状態に配置することを含んでなる請求項 １３の高精細型トーチの電極寿命を伸ばすための方法。
15. １５．冷却材を循環させ対流により冷却すること及びインサートを冷却材との直 接接触状態に配置することによりインサートの内面の温度を約１２℃に低下させ ることを含んでなる請求項１４の高精細型トーチの電極寿命を伸ばすための方法 。
16. １６．プラズマアーク切断トーチ、特に高い電流密度及びインサートに於ける熱 電子放出スポットが小さいことを特徴とする高精細型トーチにして、前記インサ ートが該高精細型トーチの胴部の底端部に固着した高い熱電子放出性材料から成 る、高精細型トーチの電極寿命を伸ばすための方法であって、 インサートの、ノズルに対し露呈される面積を前記熱電子放出スポットの面積と 少なくとも同程度の大きさであるが、しかし切断作業中のインサート材料が沸騰 するには不十分な大きさに選択しそれにより、電極内部でのインサートから胴部 ヘの熱伝達を助長させる一方、前記胴部ヘのアークの衝突を回避することを含み 、前記ノズルに対し露呈される面積を一般に円形としその直径を電流の範囲が約 １５アンペアから約７０アンペアの範囲で０．０１２インチ（約０．３ｍｍ）か ら０．０２６インチ（約０．６６ｍｍ）の範囲とすることを含み、 前記高精細型トーチの胴部が銅製でありインサートがハフニウム製である高精細 型トーチの電極寿命を伸ばすための方法。