[go: up one dir, main page]

WO1997002919A1 - Torche a plasma - Google Patents

Torche a plasma Download PDF

Info

Publication number
WO1997002919A1
WO1997002919A1 PCT/JP1996/001961 JP9601961W WO9702919A1 WO 1997002919 A1 WO1997002919 A1 WO 1997002919A1 JP 9601961 W JP9601961 W JP 9601961W WO 9702919 A1 WO9702919 A1 WO 9702919A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
torch
plasma
work
plasma torch
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP1996/001961
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masamitsu Kitahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to EP96923084A priority Critical patent/EP0845322A1/en
Priority to US08/973,753 priority patent/US5925267A/en
Publication of WO1997002919A1 publication Critical patent/WO1997002919A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478—Geometrical details
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/36—Circuit arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a plasma torch that performs welding or cutting while a part of the plasma torch is in contact with a workpiece.
  • a plasma torch is used, which is attached to a plasma torch and works while bringing the member surrounding the nozzle tip into contact with the workpiece.
  • the structure of such a plasma torch is disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-9902 and Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 7-16752.
  • a coil spring member made of a heat-resistant material is externally fitted to the torch body, and extends below the tip of the nozzle of the leg of the coil spring member. The tip is pressed against the workpiece to cut the workpiece.
  • the work is spot-welded while pressing the tip of the holding cap attached to the tip of the torch that extends below the tip of the nozzle against the workpiece.
  • a member provided on a plasma torch that presses against a work is exposed to a considerably high temperature by radiant heat of a plasma arc and conduction heat from the work. Even if a contact member for this work is made of a ceramic material that has been used as a material, the contact member often cracks or chipes, and as a result, reliability is increased. : It is disadvantageous in terms of running cost.
  • the contact member is made of a metal having a high thermal conductivity such as copper
  • the high-frequency current generated at the time of ignition of the plasma arc is transmitted to the work via the contact member because the contact member is a non-insulating material.
  • the contact member is a non-insulating material.
  • the end of the torch body of the plasma torch and the nozzle are connected to a shielded gas passage.
  • a work piece is inserted between the torch body and the insulating cap by inserting an insulating protective packing that surrounds both ends between the ends of the insulating cap that surrounds it in a concentric manner.
  • a plasma torch has been proposed that prevents high-frequency current from leaking to the side.
  • the end of the torch body of the plasma torch and the insulating cap that surrounds the nozzle concentrically with the shield gas passage therebetween are made of an insulating material that is electrically insulated and heat-resistant, which allows leakage of high-frequency current from the plasma torch to the workpiece, that is, To prevent abnormal discharge are doing.
  • the temperature of the plasma arc can reach tens of thousands of degrees.
  • the insulating cap is made of a material having high heat resistance such as ceramics, for example, there is a problem with heat resistance and the life is extremely shortened.
  • the plasma arc generates a small current arc, usually called a pilot arc, at the electrode of the plasma torch and at the torch nozzle, and the pilot arc reaches the base material to form a main arc between the electrode and the workpiece. Is to be generated.
  • This main arc is called a plasma arc because of its characteristics, and is characterized by a very high energy density and high arc directivity.
  • a pilot arc To ignite a plasma arc, a pilot arc must first be generated between electrode 1 and torch nozzle 2. At this time, the arc switching switch 3 is closed and the DC power supply 4 Switching switch 3 —High frequency coupling coil 5 —Torch nozzle 2 —Insulated space 6 —Electrode 1 A circuit consisting of one DC power supply 4 is provided.
  • a very high voltage high frequency generated by a high frequency power supply (not shown) is applied to the primary side of the high frequency coupling coil 5, and the high frequency coupling coil 5—capacitor 7a—electrode 1
  • One torch nozzle 2 A resonant circuit consisting of the cutting coil 5 is formed, and a high-frequency high-frequency current is applied between the electrode 1 and the torch nozzle 2, thereby destroying the insulating space 6 and causing a pilot arc. Circuit is formed.
  • the pilot arc reaches the work 8 and a main arc circuit consisting of the DC power supply 4-one ammeter 9-work 8-electrode 1-DC power supply 4 is formed. Since the completion of this circuit can be detected by detecting the current with the ammeter 9, the arc switching switch 3 is turned off after detecting the completion of the main arc circuit, and the pilot arc is detected. Open the circuit to extinguish the pilot arc and shift to the main arc.
  • 7 b is a capacitor for separating the high-frequency current from the DC power supply 4.
  • 10a is a nozzle cap.
  • Fig. 1 shows a case where the high-frequency coupling coil 5 is connected to the torch nozzle 2, while the high-frequency coupling coil 5 is connected to the torch nozzle 2.
  • the circuit configuration is as shown in Fig. 3, but the mechanism of arc generation is the same as that of the circuit configuration in Fig. 1.
  • Fig. 2 shows the mechanism of arc ignition when welding or cutting was performed while the contact type cap 10b for maintaining the stand-off of the plasma torch was in contact with the work 8. This will be described using an electric circuit.
  • the contact type cap 1 O b for maintaining the stand-off of the plasma torch is made of ceramic material due to the problem of heat resistance. Is disadvantageous. Especially, since the ceramic is very expensive, such a use method significantly increases the running cost.
  • the stand-off holding contact type cap 10b needs to be made of a metal material having high thermal conductivity.
  • the stand-off holding contact type cap 1 Ob has the same potential as the work 8. Therefore, at the time of starting the high-frequency power supply described above, the electrode 1 and the capacitor 7 a — the high-frequency cutting coil 5 — the torch nozzle 2 — Insulated space 6 — Electrode 1 circuit and contact-type cap for stand-off holding 1 O b — Work 8 — Capacitor 7 b — High-frequency cutting coil 5 — Torch nozzle 2 — Insulated The space 11 1 Stand-off holding contact-type cap 10 b becomes an equivalent circuit completely.
  • the high-frequency current for breaking the insulation of the insulating space 6 between the electrode 1 and the torch nozzle 2 is used, and the insulating space 1 between the torch nozzle 2 and the contact-type cap for holding the stand-off 10 b is provided. If the insulation of (1) is destroyed, no pilot arc will be generated, and ignition will not be possible. turn into.
  • a high-frequency coupling coil 5 was connected to the electrode 1 by a gun, and a contact type cap 10b for holding the plasma torch stand-off was brought into contact with the work 8.
  • the arc ignition mechanism when welding or cutting work is performed while referring to Fig. 4.
  • the circuits that may be generated when starting the high-frequency power supply described above are: electrode 1-high frequency coupling 5-first capacitor 7a-torch nozzle 2-first insulating space 6-electrode 1 Therefore, it seems that insulation breakdown occurs only in the first insulation space 6, and no malfunction such as abnormal discharge occurs.
  • the cause of this is that even if insulation breakdown has occurred in the first insulation space 6 normally, if the wiring length from the DC power supply 4 to the plasma torch is long, the resistance of the wiring (the self- , The passage of charges in the torch nozzle 2 is delayed, and a discharge is generated from the torch nozzle 2 to the contact type cap 1 Ob for holding the stand-off, and the torch nozzle 2—work 8 — It was found that the circuit of the high frequency coupling coil 5 was formed and abnormal discharge occurred.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and works by contacting a part of a plasma torch with a workpiece and ejecting a plasma arc from an electrode from a torch nozzle together with a working gas flowing from around the electrode.
  • the contact portion of the plasma torch with the workpiece can be made of a metal material having high thermal conductivity, and at the same time, high frequency current leaks from the plasma torch to the workpiece and abnormal discharge occurs. It is an object of the present invention to provide a plasma torch that can prevent ignition failure. Disclosure of the invention
  • an aspect of the plasma torch according to the present invention is as follows.
  • a plasma torch in which a plasma arc from an electrode is ejected from a torch nozzle together with working gas flowing from around the electrode while a part of the plasma torch is in contact with the work,
  • the contact portion of the plasma torch with the work is made of a non-insulating material, and high-frequency bypass means is provided between a portion having the same potential as the torch nozzle and a portion having the same potential as the work.
  • the high-frequency bypass means is interposed between the torch nozzle and the torch constituent member which comes into contact with the work and has the same potential as the work, and is provided to be attached to the torch main body.
  • the wiring length for connecting the high-frequency bypass means be less than 5 m.
  • Fig. 1 is an electrical circuit diagram of a conventional plasma torch that does not contact the tip with the workpiece.
  • FIG. 2 is an electric circuit diagram of a conventional plasma torch in which a tip is brought into contact with a work.
  • FIG. 3 is an electric circuit diagram of another conventional plasma torch in which the tip does not contact the work.
  • FIG. 4 is an electric circuit diagram of another conventional plasma torch in which a tip is brought into contact with a work.
  • FIG. 5 is an electric circuit diagram of one embodiment of the plasma torch according to the present invention, in which the tip is brought into contact with a work.
  • the present inventors have conducted intensive studies and experiments on measures for the above-mentioned abnormal discharge phenomenon, and as a result, in order to prevent the occurrence of this abnormal discharge,
  • the length of the torch cable must be less than about 3 m to prevent abnormal discharge caused by high-frequency currents.
  • the inventors have developed a high-pass filter 12 using a capacitor as shown in FIG. And a 1 lb. stand-off holding contact cap made of a metal material with high thermal conductivity that comes into contact with the work 8 and has the same potential.
  • the impedance of the high-pass filter 12 at the time of starting the high-frequency power supply can be considered to be substantially zero, so that after the first insulating space 6 is destroyed, it passes through the torch nozzle 2 with a delay.
  • the electric charge overflowing to the torch nozzle 2 passes through the high-pass filter 12 and contacts the work 8 to reach the work-off contact-type cap 10b for holding the stand-off, which has the same potential as this, to the work 8 escape.
  • the impedance of the high-pass filter 12 becomes infinite due to the arc being a direct current, so that abnormal discharge does not occur and normal operation does not occur. Only a small arc is generated.
  • the inventors conducted the following experiment to confirm this principle.
  • Plasma gas flow rate / min 0.5 m ⁇ f] ⁇ 7 ⁇ Plasma gas flow rate / min
  • the electric charge overflowing the torch nozzle 2 when the high-frequency power supply is started is released. Escape to work 8 or the same potential as work 8 via high pass filter 12 to prevent abnormal discharge.
  • the potential level between the horn 2 and the work 8 is about 1Z3 to 1/2 of the high frequency voltage, and the above potential is generated by adding the bypass filter 12. Time decreased from about 4 sec to 1.2 / sec.
  • the wiring length of the high-pass filter 12 is 5 m or more. The impedance of the wiring increases, and abnormal discharge may occur. Therefore, the wiring length of the high-pass filter 12 must be less than about 5 m. Filter 1 or 2 inside or to the plasma torch It is necessary to provide them in the vicinity and make the wiring length as short as possible.
  • one terminal of the high-pass filter 12 may be connected to the work 8 each time the work is performed.
  • the high-pass filter 12 is provided as high-frequency bypass means between the part having the same potential as the torch nozzle 2 and the part having the same potential as the work 8, so that the high-frequency power supply is activated and the high-frequency current is generated.
  • the charge overflowing to the torch nozzle 2 can be bypassed to the work 8 side, so that the work 8 has a plasma torch constituent member such as a stand-off holding member made of a metal material at the tip of the plasma torch. Even when welding and cutting operations were performed while contacting a part of the part, abnormal discharge caused by high-frequency current could be prevented.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

明細書 プラズマ トーチ 技術分野
本発明は、 プラズマ トーチの一部をワークに接触させながら溶 接または切断等の加工を行う ようにしたプラズマ トーチに関する ものである。 背景技術
プラズマ溶接加工及びプラズマ切断加工において、 溶接品質及 び切断品質が重視される ときには、 プラズマ トーチのノ ズル先端 とワーク （被溶接材） との距離 （スタ ン ドオフ） を一定に保ちな がら作業を行う必要があるので、 特にプラズマ トーチに取り付け られていてノズル先端を囲繞する部材をワークに接触させながら 作業を行う ようにしたプラズマ トーチが用いられている。 そ して- このようなプラズマ トーチの構造は、 特公平 3 — 9 9 0 2号公報 ゃ特開平 7 — 1 6 7 5 2号公報にて開示されている。
そして、 前者に記載の一従来のプラズマ トーチでは、 耐熱性を 有する材料で構成された巻きばね部材を トーチ本体に外嵌し、 該 巻きばね部材の脚部のノ ズル先端よ り も下方にのびる先端をヮー クに押し当てながらワークを切断するよう にしている。 後者に記 載の他の従来のプラズマ トーチにあっては、 トーチ先端に取り付 けられた保持キヤ ッ プのノ ズル先端よ り も下方に延びる先端を ワークに押し当てながらワークを点溶接するようにしている。 しかしながら、 この従来の技術では、 プラズマ トーチに設けた ワークに押し付ける部材は、 プラズマアークの輻射熱及びワーク からの伝導熱によってかな りの高温にさ らされるため、 従来のプ ラズマ トーチ等のキャ ップと して用いられてきたようなセラ ミ ッ ク材でこのワークへの接触部材を構成した場合でも、 該接触部材 が割れたり、 欠けたり して しま う こ とが多 く 、 そのため信頼性: ランニングコス 卜等の点で不利である。
一方、 接触部材を特に銅等の高熱伝導率を有する金属で構成し た場合、 該接触部材が非絶縁体であるためプラズマアークの着火 時に発生する高周波電流が接触部材を経由 してワークに リ ーク し てしまい、 これが原因で異常放電が発生したり、 着火不能になつ たりするという問題がある。
このような高周波電流のリーク問題を解決するために、 実公平 2 - 3 9 6 5 7号公報に示されているよう に、 プラズマ トーチの トーチ本体の端部と、 ノ ズルをシール ドガス通路を隔てて同心円 状に取り囲む絶縁性キヤ ップの端部との間に、 その両端部を囲う ようにした絶縁性の保護パッキングを介挿して、 トーチ本体と絶 縁性キャ ップの間からワーク側へ高周波電流がリ ークするのを防 止するようにしたプラズマ トーチが提案されている。
即ち、 上記実公平 2 — 3 9 6 5 7号公報で示されたプラズマ トーチでは、 プラズマ トーチの トーチ本体の端部と、 ノ ズルを シールドガス通路を隔てて同心円上に取り囲む絶縁性キャ ップの 端部との間に介挿したパッキングは、 電気的絶縁と耐熱性のある 絶縁部材で構成されており、 これによ りプラズマ トーチから被加 ェ物への高周波電流のリ ーク、 すなわち異常放電を防止しよう と している。
しかしながら、 この構成のプラズマ トーチを用いて トーチの一 部 （この場合絶縁性キャ ップ） をワークに接触させながら溶接や 切断などの作業を行なった場合、 プラズマアークの温度は数万度 にも達するために、 絶縁性キャ ップを例えばセラ ミ ッ クなどの耐 熱性の高い部材で構成したと しても、 耐熱性に問題があり、 寿命 が極端に短くなってしまう。
この耐熱性の問題をク リ アするためには、 キャ ップを熱伝導率 に優れた金属で構成し且つ該キャ ップを水冷しながら作業を行う しかないが、 この場合、 上述したようにこの金属製のキャ ップを 経由 して高周波電流がワークへリ ーク して異常放電が発生したり、 着火不能になってしまう といつた問題がある。
次に、 金属製のキャ ップを用いた従来の技術を説明する。
プラズマアークは、 通常パイ ロ ッ トアーク と呼ばれる小電流の アークをプラズマ トーチの電極と トーチノズルに発生させ、 その パイロ ッ トアークを母材に到達させてメ イ ンアーク と して電極と ワークとの間に発生させれられるようになっている。
このメ イ ンアークは、 その特性からプラズマアーク と呼ばれ、 非常に高いエネルギ密度と高いアーク指向性がその特徴となって いる。
上記プラズマアークの着火のメ カニズムを、 図 1 を用いて説明 する。
プラズマアークの着火にはまず、 電極 1 と トーチノ ズル 2 の間 にパイロ ッ トアークを発生させる必要がある。 このとき、 アーク 切換えスィ ッチ 3が閉路状態になっており、 直流電源 4 一アーク 切換えスィ ツチ 3 —高周波用カ ツプリ ングコイル 5 — トーチノズ ル 2 —絶縁空間 6 —電極 1 一直流電源 4からなる回路ができてい る。
ただし、 このとき、 パイ ロ ッ ト電流をこの回路に流すためには 電極 1 と トーチノズル 2 の間には絶縁空間 6 (ただし、 この絶縁 空間 6にはプラズマガスが充満している。 ） があるので、 この絶 縁空間 6を破壊する必要がある。
そのため、 パイロ ッ トアーク起動時には、 高周波電源 （図示せ ず） で発生させた非常に高い電圧の高周波を高周波用カ ップリ ン グコイル 5 の一次側にかけて、 高周波用カ ツプリ ングコイル 5 — コンデンサ 7 a —電極 1 一 トーチノズル 2 —カ ツプリ ングコイル 5からなる共振回路を形成して、 電極 1 と トーチノズル 2 との間 に高電圧の高周波電流をかけるこ とによ り上記絶縁空間 6 を破壊 して、 パイロッ トアークの回路を形成する。
その後、 パイ ロ ッ トアークがワーク 8 に到達して、 直流電源 4 一電流計 9 —ワーク 8 —電極 1 —直流電源 4 からなるメ イ ン アーク回路ができる。 こ こで、 この回路ができたこ とは電流計 9 で電流を検出することで検知できるので、 このメイ ンアーク回路 ができたのを検知してからアーク切換えスィ ッチ 3をオフさせて パイロッ トアーク回路を開路状態にしてパイロ ッ トアークを消弧 させ、 メ イ ンアークへ移行させる。 なお、 7 b は高周波電流を直 流電源 4から分離させるためのコンデンサである。 また、 1 0 a はノズルキヤ ップである。
図 1 は高周波用カ ツプリ ングコイル 5が トーチノズル 2 に接続 されている場合を示しており、 一方高周波用カ ップリ ングコイル 5が電極 1 に接続している場合は図 3 に示すような回路構成とな るが、 アーク発生のメ カニズムは図 1 の回路構成の場合と同様で ある。
次に、 ワーク 8にプラズマ トーチのスタ ン ドオフ保持用接触型 キャ ップ 1 0 bを接触させながら溶接または切断などの作業を実 施したときのアーク着火のメ カニズムを、 図 2 に示した電気回路 を用いて説明する。
プラズマ トーチのスタン ドオフ保持用接触型キャ ップ 1 O bは. 上述したように、 耐熱性の問題からセラ ミ ッ ク材等で構成した場 合、 これの信頼性やラ ンニングコス ト等の点で不利である。 特に. セラ ミ ッ クは大変高価であるので、 このような使用方法ではラ ン ニングコス トが著しく増大してしまう。
従って、 このスタ ン ドオフ保持用接触型キャ ップ 1 0 b は、 高 熱伝導性を有する金属材で構成する必要がある。 この場合、 スタ ン ドオフ保持用接触型キャ ップ 1 O bはワーク 8 と同電位になる ので、 上述した高周波電源起動時は、 電極 1 一コンデンサ 7 a — 高周波用カ ツプリ ングコイル 5 — トーチノ ズル 2 —絶縁空間 6 — 電極 1 の回路と、 ス タ ン ドオ フ保持用接触型キャ ッ プ 1 O b — ワーク 8 — コ ンデンサ 7 b —高周波用カ ツ プリ ングコィノレ 5 — ト ーチノ ズル 2 —絶縁空間 1 1 一 ス タ ン ドオ フ保持用接触型 キャップ 1 0 bの回路とは全く の等価回路になってしまう。
このため、 本来電極 1 と トーチノズル 2 との間の絶縁空間 6 の 絶縁を破壊するための高周波電流で、 トーチノ ズル 2 とスタ ン ド オフ保持用接触型キャ ップ 1 0 b間の絶縁空間 1 1 の絶縁を破壊 してしま った場合、 パイ ロ ッ トアークは発生できず、 着火不能に なってしまう。
また、 正常に前者の回路で電極 1 と トーチノ ズル 2 との間の絶 縁空間 6で絶縁破壊がおこ ったときでも、 直流電源 4 からプラズ マ トーチまでの配線長さが長い場合、 配線の持つ抵抗 （この場合 は電源が高周波電源なので、 配線が持つ自己イ ンダタタ ンス） が 大き く なるので、 トーチノ ズル 2での電荷の通過が遅延して しま い、 ト ーチノ ズル 2 か らスタ ン ドオフ保持用接触型キ ャ ッ プ 1 0 bへの放電が発生して後者の回路で電荷が移動する （電流が 発生する） ことがある。
この状態でメイ ンアークへ移行した場合、 正規の電極 1 ーヮー ク 8のアークのほかに、 電極 1 — トーチノ ズル 2 —スタ ン ドオフ 保持用接触型キャ ップ 1 O b —ワーク 8 という電流経路が発生し てしま う。 このよ う に、 正常なアークが発生する位置以外の部分 に電流が分流してしまう現象を異常放電と呼んでいるが、 この異 常放電が発生したとぎはアーク発生電流が不足してワーク 8 の加 ェ品質が劣化したり、 電極 1 や トーチノ ズル 2などの消耗品寿命 が極端に劣化してしまう。
次に、 図 3に示すような高周波用カ ッ プリ ングコイル 5 を電極 1 に接銃した回路構成で、 ワーク 8にプラズマ トーチのスタ ン ド オフ保持用接触型キャ ップ 1 0 bを接触させながら溶接または切 断などの作業を実施したときのアーク着火メ カニズムを、 図 4 に 基づいて説明する。
図 4 に示す回路構成において、 上述の高周波電源起動時に発生 する可能性のある回路は、 電極 1 一高周波用カ ップリ ング 5 —第 1 コンデンサ 7 a — トーチノズル 2 —第 1 の絶縁空間 6 —電極 1 のみであるから、 絶縁破壊は第 1 の絶縁空間 6 でのみ発生し、 異 常放電などの不具合は発生しないように思われる。
しかし、 現実には異常放電がたびたび発生し、 高周波用カ ップ リ ングコイル 5を トーチノズル 2 に接続したとき と同様に消耗品 寿命が極端に短かく なることがわかった。
この原因は上述のよう に、 正常に第 1 の絶縁空間 6で絶縁破壊 がおこったときでも、 直流電源 4からプラズマ トーチまでの配線 長さが長い場合、 配線の持つ抵抗 （配線が持つ自己イ ンダタ ン ス） が大き くなるので、 トーチノズル 2での電荷の通過が遅延し てしまい、 トーチノズル 2からスタ ン ドオフ保持用接触型キヤ ッ プ 1 O bへの放電が発生して トーチノズル 2 —ワーク 8 —高周波 用カップリ ングコイル 5 の回路が形成されて異常放電が発生して しまう ことがわかった。
本発明は、 上記問題点に鑑みなされたもので、 ワークにプラズ マ トーチの一部を接触させながら、 電極からのプラズマアークを 電極の周囲から流入する作動ガスと共に トーチノズルよ り噴出し て作業を行うプラズマ トーチにおいて、 プラズマ トーチのワーク との接触部位を熱伝導率が高い金属材で構成する こ とができると 共に、 高周波電流がプラズマ トーチからワークへリ ーク して異常 放電が発生したり、 着火不能になるのを防止できるよう にしたプ ラズマ トーチを提供することを目的とするものである。 発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明に係るプラズマ トーチの 態様は、 ワークにプラズマ トーチの一部を接触させながら電極からのプ ラズマアークを、 電極の周囲から流入する作動ガスと共に トーチ ノズルより噴出して作業を行なうプラズマ トーチにおいて、
プラズマ ト ーチのワー ク との接触部位を非絶縁体で構成 し、 トーチノズルと同電位となる部分とワー ク と同電位となる部分と の間に高周波バイパス手段を設けている。
上記構成によれば、
高周波電源起動時において、 電極と トーチノズルとの間の絶縁 空間が破壊された後、 トーチノズルでの電荷の通過が遅延してこ の トーチノズルにあふれた電荷は、 高周波バイパス手段を経由 し てワークへ逃げる。 そして、 パイ ロ ッ トアークの発生後の高周波 バイパス手段のイ ンピーダンダンスは無限大となるので、 異常放 電は発生せず、 正常なアークのみが発生する。
上記構成において、
高周波バイパス手段を、 トーチノ ズルと、 ワーク に接触して ワーク と同電位となる トーチ構成部材との間に介装し、 且つ トー チ本体側に付属して設けるのが望ま しい。
また、 高周波バイパス手段を接続するための配線長さを 5 m未 満とするのが望ま しい。
また、 本発明によるプラズマ トーチの他の態様と して、
ワークにプラズマ トーチの一部を接触させながら電極からのプ ラズマアークを、 電極の周囲から流入する作動ガスと共に トーチ ノズルより噴出して作業を行うプラズマ トーチにおいて、 直流電 源からプラズマ トーチまでの配線長さを 3 m未満と しても、 上記 と同様な効果が得られる。 図面の簡単な説明
本発明は、 以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図 面により、 より良く理解される ものとなろう。 なお、 添付図面に 示す実施例は、 発明を特定する こ とを意図する ものではな く 、 単 に説明及び理解を容易とするものである。
図中、
図 1 は、 先端部をワークに接触させない方式の従来のプラズマ トーチの電気回路図である。
図 2 は、 先端部をワーク に接触させる方式の従来のプラズマ ト一チの電気回路図である。
図 3 は、 先端部をワークに接触させない方式の他の従来のブラ ズマ トーチの電気回路図である。
図 4 は、 先端部をワークに接触させる方式の他の従来のプラズ マ トーチの電気回路図である。
図 5は、 先端部をワークに接触させるよう にした、 本発明によ るプラズマ トーチの一実施例の電気回路図である。 発明を実施するための好適な態様
本発明者らは、 上記異常放電現象の対策について鋭意研究、 実 験をした結果、 この異常放電の発生を防止するには、
( 1 ) 直流電源 （プラズマ電源） からプラズマ トーチまでの配 線長さを短く して、 配線の持つ自己イ ンダクタ ンスを異常放電が 発生しないレベルまで小さ くする。
( 2 ) 高周波電源起動時に トーチノズルにあふれた電荷を別回 路でワーク 8またはワーク 8 と同電位の部分へ逃がす。 といったことが有効であることを見い出した。
そこで次の実験を行った。
(実験 1 )
• 目的
まず、 対策案 （ 1 ) について、 トーチケーブルの配線長さを どれぐ らいまで短くすれば高周波電流が原因の異常放電が発生し なく なるかを調査した。
， 実験装置
この実験装置には、 下記表 1 に示す仕様のものを用いた。
Figure imgf000012_0001
• 実験水準及び実験結果
実験水準 1〜 5 に対する実験結果は、 下記表 2 に示すよう に なった。 トーチケーブル長さ 着火回数 被加工材 異常放電発生回数 水準 1 1 0 m 2 0 0 水冷銅 3 6 水準 2 5 m 2 0 0 水冷銅 2 5 水準 3 3 m 2 0 0 水冷銅 1 2 水準 4 2 m 2 0 0 水冷銅 0 水準 5 0 . 5 m 2 0 0 水冷銅 0
高周波電流が原因の異常放電を防止するためには、 トーチ ケーブルの長さを約 3 m未満にする必要がある こ とがわかっ た < 例えば、 図 2または図 4 に示された電気回路と同じ電気回路にお いて、 直流電源 4 と電極 1 との間の長さを約 3 m未満とする必要 があることがわかった。
次に、 対策案 （ 2 ) についての調査を行っ た。 こ の対策案 ( 2 ) を実現するためには、 付加する回路は、 高周波 （交流） 電 流による起動時のみ電荷を逃がし、 パイ ロ ッ トアーク及びメ イ ン アーク （直流） へ移行した後は絶縁状態 （または絶縁状態に近い 高い抵抗を持つ） となる特性が必要で、 いわゆる高周波バイパス 手段が有効である。
そこで、 発明者等は、 高周波バイパス手段と して、 図 5 に示す ようなコンデンサを用いたハイパスフ ィ ルタ 1 2を、 トーチノ ズ ル 2 と、 熱伝導率の高い金属材からなつていてワーク 8 に接触し てこれと同電位になるスタ ン ドオフ保持用接触型キャ ップ 1 l b との間に介装した。
このよ う に構成すれば、 高周波電源起動時のハイパスフ ィルタ 1 2のイ ンピーダンスは略ゼロと考えて良いから、 第 1 の絶縁空 間 6を破壊した後、 トーチノズル 2を遅れて通過してこの トーチ ノ ズル 2 にあふれた電荷は、 ハイパスフ ィルタ 1 2 を経由 して, ワーク 8に接触してこれと同電位となっているスタ ン ドオフ保持 用接触型キャ ップ 1 0 bからワーク 8へ逃げる。
その後、 パイ ロ ッ ト アー ク及びメ イ ンアー クへ移行する と、 アークが直流であることによ りハイパスフ ィルタ 1 2のイ ンピー ダンスは無限大となるので、 異常放電は発生せず、 正常なアーク のみが発生する。
発明者はこの原理を確認するために次の実験を行った。
(実験 2 )
• 目的
高周波電源起動時にノズルにあふれた電荷をハイパスフィルタ 1 2を経由してワーク 8、 またはこれと同電位の部分へ逃が して異常放電を防止できることを確認する。
• 実験装置
この実験装置には、 下記表 3に示す仕様のものを用いた。 項目 仕様
直流電源 定格電流 9 0 A、 定格電圧 1 5 0 V、
高周波電圧 1 5 K V
プラズマ トーチ 定格電流 9 0 A、 使用率 1 0 0 %
加工機 点溶接専用ハン ドガンタイプ
加工条件 電流 ： 9 0 A、 使用ガス ： A r
流量 ： プラズマガス 4 L / i n、
シールドガス 7 L /m i n
ハイノヽ0スフィノレ夕 コンデンサ仕様：容量 1 F、
耐圧 8 k V
配線長さ ： 5 m—水準 1
4 m→水準 2
3 m→水準 3.
2m→水準 4
1 m→水準 5
0. 5 m—水準 6…プラズマガス流量 /min 0. 5 m→フ] ^ 7 ···プラズマガス流量 /mi n
· 実験水準、 及び実験結果
実験水準 1〜 7に対する実験結果は、 下記表 4 に示すよう に なった。 着火回数 被加工材 異常放電発生回数
水準 1 2 0 0 水冷銅 2
水準 2 2 0 0 水冷銅 0
水準 3 2 0 0 水冷銅 0
水準 4 2 0 0 水冷銅 0
水準 5 2 0 0 水冷銅 0
水準 6 5 0 0 0 水冷銅 0
水準 7 5 0 0 0 水冷銅 0
• s is
プラズマ トーチの トーチノ ズル 2 と同電位の部分と、 ワーク 8 と同電位の部分との間に、 ハイパスフ ィルタ 1 2を追加するこ とによ り、 高周波電源起動時に トーチノ ズル 2 にあふれた電荷を ハイパスフ ィ ルタ 1 2を経由 してワーク 8 またはワーク 8 と同電 位の部分へ逃がして、 異常放電が防止される。 また、 ト一チノズ ノレ 2 と ワ ー ク 8 と の 間 の 電位 レ ベ ル は 高 周 波電圧 の 約 1 Z 3 〜 1 / 2であり、 バイパスフ ィルタ 1 2の追加によ り上記 電位の発生時間が約 4 s e cから 1 . 2 / s e cに減少した。 ただし、 ハイパスフ ィ ルタ 1 2 の配線長さが 5 m以上になると . 配線の持つイ ンピーダンスが大き く なるため、 異常放電が発生し てしま う ことがある。 従って、 ハイパスフィ ルタ 1 2の配線長さ は約 5 m未満にする必要があり、 その効果を最大限に生かすため にはハイノ、。スフ ィ ルタ 1 2をプラズマ トーチ内部に、 またはその 近傍に設けて、 これの配線長さをできる限り短く するこ とが必要 である。
なお上記配線長さが短か く できるな らば、 ハイパスフ ィ ルタ 1 2の一方の端子を作業の都度ワーク 8 に接続するよう に しても よい。
本発明によれば、 次のような作用効果を奏する。
( 1 ) トーチノズル 2 と同電位の部分と、 ワーク 8 と同電位の 部分との間に、 ハイパスフ ィルタ 1 2を高周波バイパス手段と し て設けたことにより、 高周波電源起動時で、 高周波電流発生時に トーチノズル 2にあふれた電荷をワーク 8側へバイパスさせるこ とができ、 これにより、 ワーク 8にプラズマ トーチの先端部であ る金属材料で構成されたスタ ン ドオフ保持部材等のプラズマ トー チ構成部材の一部を接触させながら溶接及び切断などの作業を 行っても、 高周波電流が原因で発生する異常放電を防止するこ と ができた。
( 2 ) ワーク 8に接触させる部分と して熱伝導率の高い銅等の 金属材料を水冷しながら使用するこ とが可能となり、 これによ り、 部品の寿命を大幅に向上させることができた。
( 3 ) 上記ハイパスフィ ルタ 1 2を高周波バイパス手段と して プラズマ トーチ内部及びその近傍に設けるこ とによ り、 プラズマ トーチにおける異常放電の防止効果を向上させることができた。 なお、 本発明は例示的な実施例について説明 したが、 開示した 実施例に関 して、 本発明の要旨及び範囲を逸脱する こ とな く 、 種々の変更、 省略、 追加が可能であるこ とは、 当業者において自 明である。 従って、 本発明は、 上記の実施例に限定される もので はな く 、 請求の範囲に記載された要素によって規定される範囲及 びその均等範囲を包含するものと して理解されなければならない。

Claims

請求の範囲
1 . ワークにプラズマ トーチの一部を接触させながら電極からの プラズマアークを、 電極の周囲から流入する作動ガスと共に ト一 チノズルより噴出して作業を行なうプラズマ トーチにおいて、 プラズマ ト ーチのワー ク との接触部位を非絶縁体で構成 し トーチノズルと同電位となる部分とワーク と同電位となる部分と の間に高周波バイパス手段を設けたプラズマ トーチ。
2 . 高周波バイパス手段を、 トーチノ ズルと、 ワークに接触して ワーク と同電位となる トーチ構成部材との間に介装し、 且つ トー チ本体側に付属して設けた、 請求項 1 に記載のプラズマ トーチ。
3 . 高周波バイパス手段を接続するための配線長さを 5 m未満と した、 請求項 1 に記載のプラズマ トーチ。
4 . ワークにプラズマ トーチの一部を接触させながら電極からの プラズマアークを、 電極の周囲から流入する作動ガスと共に トー チノズルより噴出して作業を行うプラズマ トーチにおいて、 直流 電源からプラズマ トーチまでの配線長さを 3 m未満と したプラズ マ トーチ。
PCT/JP1996/001961 1995-07-12 1996-07-12 Torche a plasma Ceased WO1997002919A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP96923084A EP0845322A1 (en) 1995-07-12 1996-07-12 Plasma torch
US08/973,753 US5925267A (en) 1995-07-12 1996-07-12 Plasma torch having a bypass unit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7/176042 1995-07-12
JP17604295A JP3417508B2 (ja) 1995-07-12 1995-07-12 プラズマトーチ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1997002919A1 true WO1997002919A1 (fr) 1997-01-30

Family

ID=16006709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1996/001961 Ceased WO1997002919A1 (fr) 1995-07-12 1996-07-12 Torche a plasma

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5925267A (ja)
EP (1) EP0845322A1 (ja)
JP (1) JP3417508B2 (ja)
KR (1) KR970005488A (ja)
CA (1) CA2226562A1 (ja)
WO (1) WO1997002919A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08215856A (ja) * 1995-02-13 1996-08-27 Komatsu Sanki Kk プラズマ切断方法
US6540586B2 (en) * 1999-08-25 2003-04-01 Flow International Corporation Apparatus and methods for collision detection and recovery for waterjet cutting systems
US6379214B1 (en) 1999-08-25 2002-04-30 Flow International Corporation Apparatus and methods for z-axis control and collision detection and recovery for waterjet cutting systems
KR101357123B1 (ko) * 2009-01-15 2014-02-04 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 플라즈마 처리장치
JP5410950B2 (ja) * 2009-01-15 2014-02-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
CN102126078B (zh) * 2011-01-31 2013-04-17 东莞市星毅焊接设备科技有限公司 引弧座
ES2683547T3 (es) * 2014-10-01 2018-09-26 Umicore Fuente de alimentación para calentador de gas por arco eléctrico
JP7280527B2 (ja) * 2021-10-07 2023-05-24 ダイキン工業株式会社 放電装置、冷媒評価装置、及び冷媒評価方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61216861A (ja) * 1985-03-20 1986-09-26 Osaka Denki Kk プラズマア−ク切断装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0239657A (ja) * 1988-07-29 1990-02-08 Nec Corp 液晶表示付電話機
JPH039902A (ja) * 1989-06-06 1991-01-17 Kanebo Ltd 耐熱性の優れたアクリロニトリル系重合体の製造方法
US5183990A (en) * 1991-04-12 1993-02-02 The Lincoln Electric Company Method and circuit for protecting plasma nozzle
US5416297A (en) * 1993-03-30 1995-05-16 Hypertherm, Inc. Plasma arc torch ignition circuit and method
JP3473709B2 (ja) * 1993-05-07 2003-12-08 株式会社小松製作所 プラズマ溶接装置
US5530220A (en) * 1994-04-11 1996-06-25 Thermal Dynamics Corporation Plasma torch arc transfer circuit
US5620617A (en) * 1995-10-30 1997-04-15 Hypertherm, Inc. Circuitry and method for maintaining a plasma arc during operation of a plasma arc torch system
US8659088B2 (en) 2008-03-28 2014-02-25 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology SRAM cell and SRAM device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61216861A (ja) * 1985-03-20 1986-09-26 Osaka Denki Kk プラズマア−ク切断装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR970005488A (ko) 1997-02-19
CA2226562A1 (en) 1997-01-30
JPH0924473A (ja) 1997-01-28
US5925267A (en) 1999-07-20
EP0845322A1 (en) 1998-06-03
JP3417508B2 (ja) 2003-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH03114678A (ja) プラズマアークトーチシステム
EP3244437A1 (en) High-voltage direct-current temperature fuse
US8384274B2 (en) High-intensity electromagnetic radiation apparatus and methods
KR20040015367A (ko) 과전압 억제기
WO1997002919A1 (fr) Torche a plasma
JP6935014B2 (ja) オゾン発生装置
WO2014167803A1 (ja) プラズマ切断用トーチ
JPS62130777A (ja) 放電を利用する加工用ト−チ
KR20110114479A (ko) 플라즈마 발생 장치
US2992320A (en) Gas shielded arc welding torch nozzle
JP4391869B2 (ja) プラズマトーチ
JP6783389B2 (ja) 電流遮断素子、およびオゾン発生装置
EP1194018A2 (en) Inter-torch plasma transfer device
JP7515750B1 (ja) 電流遮断素子及び放電装置
KR101572433B1 (ko) 특히 회로 차단기를 위한 과부하 릴리즈
KR20220101805A (ko) 고압 dc 전류용 온도퓨즈
RU2811984C1 (ru) Быстроизнашивающаяся деталь для дуговой горелки, плазменной горелки или плазменной резательной горелки, а также дуговая горелка, плазменная горелка или плазменная резательная горелка с указанной деталью и способ плазменной резки, а также способ изготовления электрода для дуговой горелки, плазменной горелки или плазменной резательной горелки
US20090145889A1 (en) System and Method for Improved TIG Arc Starting
JP2007287406A (ja) 大気圧プラズマ発生装置及び発生方法
JP3906590B2 (ja) Ｔｉｇ溶接装置
JP2000094126A (ja) 直流アーク溶接装置およびプラズマ加工装置のアーク点火装置
JPH04227472A (ja) 電気加熱真空炉の保護装置
SU143177A1 (ru) Способ сварки в вакууме
KR20250010945A (ko) 고전압 직류전류용 온도퓨즈
RU2035845C1 (ru) Плазмотрон

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA CN SG US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1996923084

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 08973753

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2226562

Country of ref document: CA

Kind code of ref document: A

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1996923084

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1996923084

Country of ref document: EP

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)