JP2914583B2 - Plasma arc generator - Google Patents
Plasma arc generatorInfo
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- JP2914583B2 JP2914583B2 JP2304701A JP30470190A JP2914583B2 JP 2914583 B2 JP2914583 B2 JP 2914583B2 JP 2304701 A JP2304701 A JP 2304701A JP 30470190 A JP30470190 A JP 30470190A JP 2914583 B2 JP2914583 B2 JP 2914583B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は多相多電極アークを用いたプラズマアーク
発生装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma arc generator using a multi-phase multi-electrode arc.
従来、プラズマアークによる溶接装置としては、シー
ルドキャップ内に同心状にインサートを設け、インサー
トの中心に電極棒を配設し、インサートと電極棒との間
に高周波電源を接続し、電極棒と母材との間に溶接アー
ク電源を接続した構成のものが知られている。Conventionally, as a welding device using a plasma arc, an insert is provided concentrically inside a shield cap, an electrode rod is disposed at the center of the insert, a high-frequency power source is connected between the insert and the electrode rod, There is known a configuration in which a welding arc power source is connected to a material.
この装置では、シールドガスをシールドキャップとイ
ンサートの間を通してシールドキャップのノズル口周辺
に放出し、パイロットガスを電極棒とインサートの間を
通してノズル口から集中噴射させ、電極棒とインサート
間に高周波電源の電圧を印加してアークを発生させ、パ
イロットガスを狭いノズル口からプラズマジェットとし
て集中噴射させる。さらに電極棒と上記ノズルとの間に
ノズルを＋極として溶接アーク電源の直流電圧を印加し
て、母材にプラズマアークを吹きつけて溶接する。In this device, the shield gas is discharged around the nozzle opening of the shield cap through the space between the shield cap and the insert, and the pilot gas is intensively injected from the nozzle opening through the space between the electrode rod and the insert. An arc is generated by applying a voltage, and the pilot gas is intensively injected as a plasma jet from a narrow nozzle opening. Further, a DC voltage of a welding arc power source is applied between the electrode rod and the nozzle with the nozzle as a positive electrode, and a plasma arc is sprayed on the base material to perform welding.
上記のプラズマ溶接機によると、高周波電源とアーク
電源の２つの電源が必要であり、構造が複雑であるとい
う問題があった。According to the plasma welding machine described above, two power supplies, a high-frequency power supply and an arc power supply, are required, and there is a problem that the structure is complicated.
この問題を解決するために本出願人は、特開昭57-177
879号公報に記載されたように、複数相の低電圧交流電
源と不活性ガスだけでプラズマを発生することのできる
プラズマアーク発生方法を提案した。In order to solve this problem, the present applicant has disclosed in
As described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 879, a plasma arc generation method capable of generating plasma only with a low-voltage AC power supply having a plurality of phases and an inert gas has been proposed.
この方法は、多数の非消耗性電極をガスカップの中心
部にそのノズル口に向けて互いに近接した間隔で設け、
多相交流電源の各相を多数の非消耗性電極に、該交流電
源の中性点を母材に接続し、上記各電極に交流電源電圧
を印加してアークを発生させ、これらのアークを前記ノ
ズル口と母材との間に集中重複させて高温アーク雰囲気
を形成し、その高温によりプラズマを発生させるように
したものである。In this method, a large number of non-consumable electrodes are provided in the center of the gas cup at intervals close to each other toward the nozzle port,
Each phase of the polyphase AC power supply is connected to a number of non-consumable electrodes, the neutral point of the AC power supply is connected to a base material, and an AC power supply voltage is applied to each of the electrodes to generate an arc. A high-temperature arc atmosphere is formed by concentrating and overlapping between the nozzle port and the base material, and plasma is generated by the high temperature.
この方法によると、電極相互間と電極，母材間との双
方に同時にアークが発生するため、トーチの中心先端部
分はアーク熱が重なり、電極，母材間の通常アークのみ
の場合に比較して極めて高温の状態となって、高温アー
ク雰囲気が形成されてプラスマが電極，母材間に発生す
る。このように１つの多相低圧交流電源を用いた簡単な
装置によりプラズマを発生させることができる。According to this method, since arcs are generated simultaneously between the electrodes and between the electrode and the base material, the arc heat is overlapped at the center tip of the torch, and compared with the case where only the normal arc between the electrode and the base material is used. As a result, the temperature becomes extremely high, a high-temperature arc atmosphere is formed, and plasma is generated between the electrode and the base material. As described above, plasma can be generated by a simple apparatus using one multi-phase low-voltage AC power supply.
しかしながら上述の従来の方法では、プラズマは複数
本の電極の端面全面と母材（被加工材）との間におい
て、電極に対してほぼ平行に発生するため、母材上での
プラズマ照射範囲や照射位置が限定されてしまい、被加
工材の種類やプラズマの用途に応じたプラズマの発生は
不可能であった。However, in the above-described conventional method, the plasma is generated substantially in parallel with the electrodes between the entire end faces of the plurality of electrodes and the base material (workpiece). The irradiation position was limited, and it was impossible to generate plasma according to the type of workpiece and the use of plasma.
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡
単な装置で超高温のプラズマを発生させることができる
だけでなく、プラズマアークを被加工材の広い範囲に渡
って照射したり、被加工材の特定の位置に誘導したりす
ることができる等、被加工材上でのプラズマの照射範囲
や照射位置を自由に調整することができるプラズマアー
ク発生装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and can not only generate an ultra-high temperature plasma with a simple device, but also irradiate a plasma arc over a wide range of a workpiece, An object of the present invention is to provide a plasma arc generator capable of freely adjusting an irradiation range and an irradiation position of a plasma on a workpiece, such as being able to be guided to a specific position of a material.
この発明に係るプラズマアーク発生装置は、ガスカッ
プの中心部に配置された複数の電極とガスカップのノズ
ル口に対向して配置された被加工材との間に交流電源に
より生成された各相電圧を印加し、これにより複数の電
極と被加工材との間にブラズマアークを発生させる装置
であって、前記ノズル口の先端側には逆円錐状に巻回し
た電磁コイルがノズル口の同軸上に配置されており、当
該電磁コイルによりブラズマアークをその進行方向に垂
直な面内で回転させるための磁場を発生させる磁場発生
手段を備えたことを特徴としている。The plasma arc generator according to the present invention is characterized in that each phase generated by an AC power supply is provided between a plurality of electrodes arranged at a central portion of a gas cup and a workpiece arranged opposite a nozzle opening of the gas cup. A device for applying a voltage and thereby generating a plasma arc between a plurality of electrodes and a workpiece, wherein an electromagnetic coil wound in an inverted conical shape is provided on the tip side of the nozzle port. And a magnetic field generating means for generating a magnetic field for rotating the plasma arc in a plane perpendicular to the traveling direction by the electromagnetic coil.
また、この発明に係るプラズマアーク発生装置は、ガ
スカップの中心部に配置された複数の電極とガスカップ
のノズル口に対向して配置された被加工材との間に交流
電源により生成された各相電圧を印加し、これにより複
数の電極と被加工材との間にブラズマアークを発生させ
るプラズマアーク発生装置において、前記ノズル口の近
傍には補助電極が配置されており、当該電極によりプラ
ズマアークの進行方向を変化させる、同アークを発散さ
せる、同アーク流の断面形状を変更させる又は同アーク
の長さを変化させるための電界を発生させるアーク調整
手段を備えたことを特徴としている。Further, the plasma arc generator according to the present invention is generated by an AC power supply between a plurality of electrodes arranged at the center of the gas cup and a workpiece arranged opposite to the nozzle port of the gas cup. In a plasma arc generator that applies each phase voltage and thereby generates a plasma arc between a plurality of electrodes and a workpiece, an auxiliary electrode is arranged near the nozzle port, and the electrodes generate plasma. An arc adjusting means for changing an advancing direction of the arc, diverging the arc, changing a sectional shape of the arc flow, or generating an electric field for changing a length of the arc is provided.
〔作用〕 この発明においては、プラズマにその進行方向に垂直
な面内での回転エネルギーを与えるよう磁場を発生する
磁場発生手段をガスカップのノズル口近傍に配設したか
ら、ガスカップのノズル口から発生されるプラズマは前
記磁場中で回転エネルギーを与えられ、これによってプ
ラズマはその進行方向に垂直な面内で回転することとな
る。このためプラズマは遠心力によりその断面積を増大
していき、母材表面ではその広い範囲に渡って照射する
こととなる。[Operation] In the present invention, the magnetic field generating means for generating a magnetic field so as to give rotational energy to the plasma in a plane perpendicular to the direction of its propagation is arranged near the nozzle opening of the gas cup. Generated from the magnetic field is given rotational energy in the magnetic field, whereby the plasma rotates in a plane perpendicular to the traveling direction. For this reason, the plasma increases its cross-sectional area due to centrifugal force, and the surface of the base material is irradiated over a wide area.
またこの発明においては、ガスカップのノズル口から
出射したプラズマアークに電界を印加して該プラズマア
ークを偏向あるいは発散，集束するようにしたから、被
加工材上でのプラズマの照射範囲や照射位置を自由に調
整することができ、プラズマアークの広範囲に渡る照射
や特定位置への誘導が可能となる。Further, in the present invention, since an electric field is applied to the plasma arc emitted from the nozzle opening of the gas cup to deflect, diverge, and converge the plasma arc, the irradiation range and the irradiation position of the plasma on the workpiece are set. Can be freely adjusted, and it is possible to irradiate the plasma arc over a wide range and to guide the plasma arc to a specific position.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図及び第２図はこの発明の一実施例によるプラズ
マアーク発生装置を示し、図において、４はガスカップ
で、該ガスカップ４内には３本のタングステン溶接棒な
どの非消耗性電極1,2,3が設けられている。該電極1,2,3
はそれぞれ平行に配設され、各電極の先端が正三角形の
頂点に位置するようになっており、相互間でアーク発生
が可能になるように極めて近接させてあり、また上記各
電極の先端はガスカップ４に形成されたノズル口５に向
かっている。そして電極1,2,3及びガスカップ４により
トーチ６を構成している。1 and 2 show a plasma arc generating apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figures, reference numeral 4 denotes a gas cup, in which a non-consumable electrode such as three tungsten welding rods is provided. 1,2,3 are provided. The electrodes 1, 2, 3
Are arranged in parallel, the tips of the electrodes are located at the vertices of an equilateral triangle, are very close to each other so that arcs can be generated between them, and the tips of the electrodes are It faces the nozzle port 5 formed in the gas cup 4. The torch 6 is constituted by the electrodes 1, 2, 3 and the gas cup 4.
また10は３相交流電源で、電極1,2,3はそれぞれ電線
7,8,9を介して３相交流電源10の各相に接続されてお
り、母材11は３相交流電流10の中性点に接続されてい
る。Reference numeral 10 denotes a three-phase AC power supply, and electrodes 1, 2, and 3 are wires.
The base material 11 is connected to each of the phases of the three-phase AC power supply 10 via 7, 8, and 9, and the base material 11 is connected to the neutral point of the three-phase AC current 10.
さらに12はガスカップ４のノズル口５側にこれと同軸
上に配設された円錐状の電磁コイルで、電磁コイル12は
円錐状の銅管13内面上に耐熱絶縁材14で被覆して配設さ
れており、銅管13の管壁内には螺旋状の水管15が設けら
れている。そして水管15の両端はそれぞれ給水管16及び
排水管17に接続されていて、水管15内に冷却水を通すこ
とにより銅管13を冷却するようになっている。Further, reference numeral 12 denotes a conical electromagnetic coil arranged coaxially with the nozzle port 5 of the gas cup 4, and the electromagnetic coil 12 is provided by coating the inner surface of a conical copper tube 13 with a heat-resistant insulating material 14. A spiral water pipe 15 is provided in the pipe wall of the copper pipe 13. Both ends of the water pipe 15 are connected to a water supply pipe 16 and a drain pipe 17, respectively, so that the copper pipe 13 is cooled by passing cooling water through the water pipe 15.
次に作用効果について説明する。 Next, the operation and effect will be described.
上記３相交流電源を上記各電極1,2,3に印加すると、
これらの電極間に３個の相間アーク18が発生するととも
に、電極1,2,3と母材11との間にも３個のアーク19がそ
れぞれ発生し、トーチ６の先端に合計６個のアークが同
時に発生する。この場合、トーチ６の中心先端部分はア
ーク熱が重なり、外側部の通常アーク19に比し極めて高
温となり、電流の電磁力と回転磁界により高温アークが
噴射されてプラズマが母材11との間に発生する。When the three-phase AC power is applied to the electrodes 1, 2, and 3,
Three interphase arcs 18 are generated between these electrodes, and three arcs 19 are also generated between the electrodes 1, 2, and 3 and the base material 11, and a total of six arcs are formed at the tip of the torch 6. Arcs occur simultaneously. In this case, the arc heat is superimposed on the center tip portion of the torch 6 and becomes extremely high compared to the normal arc 19 on the outer side. Occurs.
このプラズマは３相交流電源10により各電極間に35V
程度の電圧を印加し、ガスカップ４内にアルゴンガスを
送るだけで発生する。この時ノズル近傍では、第３図に
示すようにガスカップ４の中心軸ｃから遠ざかるにつれ
て中心軸ｃとなす角度が大きくなる磁界が形成されてお
り、またプラズマはガスカップの中心軸と平行に進行す
るため、該中心軸上を進むプラズマ流以外は上記磁界と
一定の角度を持って進行することとなる。このため大部
分のプラズマは第４図に示すように磁界Ｂに対して垂直
方向の速度成分V1（＝V cosα）を持ち、この成分V1と
磁界Ｂの作用により紙面垂直方向のローレンツ力を受
け、回転エネルギーを与えられることとなる。ここでＶ
はプラズマ流の速度、αはプラズマ流と磁界Ｂとのなす
角度である。This plasma is 35V between each electrode by three-phase AC power supply 10.
It is generated only by applying a voltage of the order and sending argon gas into the gas cup 4. At this time, in the vicinity of the nozzle, as shown in FIG. 3, a magnetic field whose angle with the central axis c increases as the distance from the central axis c of the gas cup 4 increases, and the plasma is parallel to the central axis of the gas cup 4 Since the plasma flow proceeds, the plasma flow other than the plasma flow traveling on the central axis travels at a certain angle with the magnetic field. Thus most of the plasma has a vertical velocity component V 1 (= V cosα) to the magnetic field B as shown in FIG. 4, the Lorentz force in the direction perpendicular to the sheet by the action of the component V 1 and the magnetic field B Receiving the rotation energy. Where V
Is the velocity of the plasma flow, and α is the angle between the plasma flow and the magnetic field B.
このようにプラズマが電磁コイル12によって形成され
た磁場中で回転エネルギーを与えられ、その遠心力によ
りその断面積を増大していき、母材表面にはその広い範
囲に渡って照射することとなる。In this way, the plasma is given rotational energy in the magnetic field formed by the electromagnetic coil 12, and its centrifugal force increases its cross-sectional area, irradiating the base material surface over a wide area. .
ここで、電磁コイル12の近傍部分は極めて高温となる
が、電磁コイル12は銅管13の耐熱絶縁材14内に収納さ
れ、銅管13は水管15内を通る冷却水によって冷却されて
いるので焼損されることはない。Here, the temperature in the vicinity of the electromagnetic coil 12 becomes extremely high, but the electromagnetic coil 12 is housed in the heat-resistant insulating material 14 of the copper tube 13, and the copper tube 13 is cooled by cooling water passing through the water tube 15. It will not be burned.
この実施例では、プラズマの進行方向に垂直な面内で
の回転エネルギーを該プラズマに与えるよう磁場を発生
する磁場発生手段をガスカップのノズル口近傍に配設し
たので、ガスカップのノズル口から発生されるプラズマ
は前記磁場中で回転エネルギーを与えられ、これによっ
てプラズマはその進行方向に垂直な面内で回転すること
となる。このためプラズマは遠心力によりその断面積を
増大していき、母材表面にはその広い範囲に渡って照射
することとなる。In this embodiment, the magnetic field generating means for generating a magnetic field so as to give the plasma rotational energy in a plane perpendicular to the direction in which the plasma travels is provided near the nozzle opening of the gas cup. The generated plasma is given rotational energy in the magnetic field, whereby the plasma rotates in a plane perpendicular to the traveling direction. Therefore, the cross-sectional area of the plasma increases due to the centrifugal force, and the base material surface is irradiated over a wide area.
これにより例えば造船等の大型の母材を扱う作業で
は、従来１つの溶接箇所を何度も溶接処理する必要があ
ったものを、１回の溶接処理で済ませることもでき、作
業性を大きく向上することができる。また水中での溶接
処理を空気中と同様に行うことができ、船体等の修理に
も適している。This makes it possible to perform a single welding process, which previously required one welding process many times, for work involving large base materials such as shipbuilding, greatly improving workability. can do. In addition, welding processing in water can be performed in the same manner as in air, and it is also suitable for repair of hulls and the like.
なお、上記実施例では、磁場のみによってプラズマに
回転力を与える場合を示したが、これはさらに上記不活
性ガスを磁場によるプラズマの回転方向に噴射するよう
にしてもよく、この場合プラズマの照射範囲をさらに増
大することができる。In the above-described embodiment, the case where the rotating force is applied to the plasma only by the magnetic field is described. However, the inert gas may be further injected in the rotating direction of the plasma by the magnetic field. The range can be further increased.
また、上記実施例では電極の数が３つの場合について
説明したが、電極の数は３本に限定されない。また電磁
コイル12を１層に限らず、同軸上に複数層設けてもよ
く、この場合はさらにプラズマの照射領域を広げること
ができ、電磁コイルの磁場の強さを変えることにより照
射領域の範囲を調整することもできる。In the above embodiment, the case where the number of electrodes is three has been described, but the number of electrodes is not limited to three. Further, the electromagnetic coil 12 is not limited to one layer, and a plurality of layers may be provided coaxially. In this case, the irradiation area of the plasma can be further expanded, and the range of the irradiation area can be changed by changing the strength of the magnetic field of the electromagnetic coil. Can also be adjusted.
上記説明では、プラズマアークの調整を磁界により行
う例を示したが、これは電界によって行ってもよく、以
下電界を用いてプラズマアークを調整する本発明の他の
実施例について説明する。In the above description, the example in which the adjustment of the plasma arc is performed by using a magnetic field has been described. However, this may be performed by using an electric field. Hereinafter, another embodiment of the present invention in which the plasma arc is adjusted using the electric field will be described.
第５図は本発明の第２の実施例によるプラズマアーク
発生装置を説明するための図である。この実施例装置
は、磁場を発生する構成以外は上記第１の実施例と同一
であるが、説明の都合上ガスカップ及び電源は図示して
おらず、電極については３つの電極をまとめて１つの電
極部として示している。FIG. 5 is a view for explaining a plasma arc generator according to a second embodiment of the present invention. The apparatus of this embodiment is the same as that of the first embodiment except for the configuration for generating a magnetic field. However, for convenience of explanation, the gas cup and the power supply are not shown. It is shown as one electrode part.
図において20はガスカップ（図示せず）内に配設され
た電極部、31a,31bは該電極部20下方にその両側に対向
して配設され、該電極部20から出射されたプラズマにガ
スカップの軸と垂直方向の電界を印加するための補助電
極である。In the figure, reference numeral 20 denotes an electrode portion provided in a gas cup (not shown), and 31a and 31b are provided below the electrode portion 20 so as to be opposed to both sides thereof. It is an auxiliary electrode for applying an electric field perpendicular to the axis of the gas cup.
次に作用効果について説明する。 Next, the operation and effect will be described.
まず、第５図（ａ）の側面図に示すように、上記補助
電極31a,31bにそれぞれ正電圧，負電圧を印加すると、
電極部20から出射されたプラズマアーク19は正電圧を印
加した電極31a側に引かれ偏向することとなる。この結
果プラズマアーク19の被加工材（図示せず）上での照射
領域Ｒは、第５図（ｂ）の平面図のように電極部20の真
下よりやや補助電極31aにずれる。First, as shown in the side view of FIG. 5A, when a positive voltage and a negative voltage are applied to the auxiliary electrodes 31a and 31b, respectively,
The plasma arc 19 emitted from the electrode section 20 is drawn toward the electrode 31a to which a positive voltage is applied and is deflected. As a result, the irradiation region R of the plasma arc 19 on the workpiece (not shown) is slightly shifted from directly below the electrode portion 20 to the auxiliary electrode 31a as shown in the plan view of FIG.
また上記補助電極31a,31bに交流電圧を印加すると、
プラズマアーク19は上記両補助電極間で往復振動し、プ
ラズマアークの照射領域Ｒは第５図（ｃ）に示すように
帯状の領域となる。When an AC voltage is applied to the auxiliary electrodes 31a and 31b,
The plasma arc 19 reciprocates between the two auxiliary electrodes, and the irradiation region R of the plasma arc becomes a band-like region as shown in FIG. 5 (c).
このように本実施例では、電界によりプラズマアーク
を直線的に偏向するようにしたので、被加工材の状態に
応じてプラズマアークの照射位置や照射範囲を変えるこ
とができる。As described above, in this embodiment, since the plasma arc is linearly deflected by the electric field, the irradiation position and irradiation range of the plasma arc can be changed according to the state of the workpiece.
また第６図及び第７図は本発明の第３の実施例を示
し、ここでは、電極部20の回りに均等に４つの補助電極
32a〜32dを配置し、プラズマアークに電界を印加して、
プラズマアーク流の断面形状や照射位置を変更可能な構
成としている。6 and 7 show a third embodiment of the present invention, in which four auxiliary electrodes are equally distributed around the electrode portion 20.
Arrange 32a to 32d, apply an electric field to the plasma arc,
The cross-sectional shape and irradiation position of the plasma arc flow can be changed.
すなわち第６図（ａ），（ｂ）に示すように対向する
補助電極31aと31c,あるいは31bと31dに同極性の電圧を
印加することにより、断面形状が縦あるいは横に長い楕
円形状のプラズマアーク19を形成することができる。That is, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), by applying voltages of the same polarity to the opposing auxiliary electrodes 31a and 31c or 31b and 31d, an elliptical plasma whose cross-sectional shape is long vertically or horizontally is obtained. An arc 19 can be formed.
また第７図に示すように、対向する補助電極31aと31
c,あるいは31bと31dに異なる極性の電圧を印加し、同図
（ａ）〜（ｄ）に示す順序で各補助電極の極性を変化さ
せることにより、プラズマアークの照射領域Ｒを被加工
材（図示せず）上で回転することができる。Also, as shown in FIG. 7, opposing auxiliary electrodes 31a and 31a
By applying voltages of different polarities to c, or 31b and 31d, and changing the polarity of each auxiliary electrode in the order shown in FIGS. (Not shown).
なおプラズマアークの照射領域を回転移動させる方法
は、上記のように電圧の極性を変化させる方法の他に、
例えば第８図に示すように補助電極25a,25bを支持する
支持部材21をモータ22により回転させるようにしてもよ
い。In addition, the method of rotating and moving the irradiation area of the plasma arc, besides the method of changing the polarity of the voltage as described above,
For example, as shown in FIG. 8, the support member 21 supporting the auxiliary electrodes 25a and 25b may be rotated by a motor 22.
第９図及び第10図は本発明の第４の実施例によるプラ
ズマアーク発生装置の説明図であり、ここでは、電極部
20の回りに均等に６つの補助電極33a〜33fを配置し、該
電極によりプラズマアークに電界を印加して、プラズマ
アーク流の発散，集束が可能となるよう構成している。9 and 10 are explanatory views of a plasma arc generator according to a fourth embodiment of the present invention.
Six auxiliary electrodes 33a to 33f are arranged evenly around 20, and an electric field is applied to the plasma arc by the electrodes to enable divergence and focusing of the plasma arc flow.
すなわち第９図（ａ）に示すように、補助電極33a〜3
3fに正電圧を印加すると、プラズマアーク19はこれらの
補助電極による電界により発散し、被加工材（図示せ
ず）上での照射領域Ｒは第９図（ｂ）に示すように広が
り、広範囲に渡るプラズマアークの照射が可能となる。That is, as shown in FIG. 9A, the auxiliary electrodes 33a to 33a
When a positive voltage is applied to 3f, the plasma arc 19 diverges due to the electric field generated by these auxiliary electrodes, and the irradiation region R on the workpiece (not shown) expands as shown in FIG. Irradiating the plasma arc.
またこれとは逆に第10図（ａ）に示すように、補助電
極33a〜33fに負電圧を印加すると、プラズマアーク19は
これらの補助電極による電界により集束し、被加工材
（図示せず）上での照射領域Ｒは第10図（ｂ）に示すよ
うに狭まり、狭い範囲に集中してプラズマアークを照射
することができる。Conversely, as shown in FIG. 10 (a), when a negative voltage is applied to the auxiliary electrodes 33a to 33f, the plasma arc 19 is focused by the electric field generated by these auxiliary electrodes, and the workpiece (not shown) is processed. The irradiation area R on the upper side is narrowed as shown in FIG. 10 (b), and the plasma arc can be irradiated in a narrow area.
また上記補助電極は第９図あるいは第10図に示すよう
に多段に配置してもよく、この場合発散，集束の効果を
上げることができる。The auxiliary electrodes may be arranged in multiple stages as shown in FIG. 9 or FIG. 10, and in this case, the effects of divergence and focusing can be improved.
第11図は本発明の第５の実施例によるプラズマアーク
発生装置を示し、この実施例では、電極部20の下側に、
コイル23を巻回したリング状の鉄芯24を配置し、該コイ
ル23に電流を流してプラズマアーク19と平行な電界を発
生し、これによってプラズマアーク19の長さを調整する
ようにしている。FIG. 11 shows a plasma arc generating apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
A ring-shaped iron core 24 around which the coil 23 is wound is arranged, an electric current is applied to the coil 23 to generate an electric field parallel to the plasma arc 19, and thereby the length of the plasma arc 19 is adjusted. .
第11図（ａ）に示すように矢印Ｘの方向に電流Ｉを流
すと、鉄芯24内には磁界が誘導され、さらに鉄芯24の内
側の空間にはプラズマアーク出射方向と逆向きの電界E1
が発生し、これによってプラズマアークは引っ張られる
こととなり、長いプラズマアーク19aを得ることができ
る。また第11図（ｂ）に示すように矢印Ｙの方向に電流
Ｉを流すと、上記とは逆方向の電界E2が発生し、これに
よりプラズマアーク19は押し戻されることとなり、その
長さが短いプラズマアーク19bを得ることができる。When a current I is applied in the direction of arrow X as shown in FIG. 11 (a), a magnetic field is induced in the iron core 24, and the space inside the iron core 24 has a direction opposite to the plasma arc emission direction. Electric field E 1
Is generated, whereby the plasma arc is pulled, and a long plasma arc 19a can be obtained. Also the flow direction to the current I of the arrow Y as shown in FIG. 11 (b), the electric field E 2 in the reverse direction is generated from, thereby becomes the plasma arc 19 is pushed back, its length A short plasma arc 19b can be obtained.
この場合電極部20から被加工材（図示せず）のアーク
照射部までの距離が変化した場合、電極部20を移動させ
なくても、プラズマアーク19の長さを調節することによ
り対応することができる。In this case, when the distance from the electrode section 20 to the arc irradiation section of the workpiece (not shown) changes, the length of the plasma arc 19 can be adjusted without moving the electrode section 20 to cope with the change. Can be.
第12図は、本発明の第６の実施例によるプラズマアー
ク発生装置を示し、この実施例では、電極部20の下側
に、プラズマアーク19を被加工材の所定の部位に誘導す
るよう、徐々に位置を変えて、対向する一対の補助電極
36a,36b、37a,37b、38a,38bを配置し、アーク誘導器を
構成している。FIG. 12 shows a plasma arc generator according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a plasma arc 19 is guided to a predetermined portion of a workpiece under an electrode portion 20. Change the position gradually, and a pair of auxiliary electrodes
36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b are arranged to constitute an arc inductor.
この場合、装置全体の姿勢を変えることなく、アーク
誘導器の回転移動のみでプラズマアークを所定方向に向
けることができ、特に水中や危険な場所での遠隔操作に
有利である。また、高融点でない被加工材を広い範囲に
渡ってプラズマ処理する場合や、有機物の燃焼，焼却処
理を広い範囲に渡ってしかも高速で行う場合にも有利で
ある。またトーチ，つまり電極部20を動かさずにプラズ
マアークの照射位置を変えることができ、例えば障害物
が近づいてきた時、直ちにその方向にあるいはその反対
方向にプラズマアークを向けることができるという効果
もある。In this case, the plasma arc can be directed in a predetermined direction only by rotating the arc guide without changing the attitude of the entire apparatus, which is particularly advantageous for remote operation in water or in a dangerous place. The present invention is also advantageous in the case where a workpiece having a high melting point is subjected to plasma processing over a wide range, or when the burning or incineration of organic substances is performed over a wide range at a high speed. In addition, the irradiation position of the plasma arc can be changed without moving the torch, that is, the electrode section 20, and, for example, when an obstacle approaches, the plasma arc can be directed in that direction or in the opposite direction immediately. is there.
以上、本発明に係るプラズマアーク発生装置による場
合、ガスカップのノズル口から出たブラズマアークに対
して回転エネルギーが与えられ、同アークがその進行方
向に垂直な面内で回転する構成となっているので、同ア
ークが被加工材に対して広い範囲にわたって照射され
る。As described above, in the case of the plasma arc generating device according to the present invention, rotational energy is given to the plasma arc coming out of the nozzle port of the gas cup, and the arc rotates in a plane perpendicular to the traveling direction. Therefore, the workpiece is irradiated with the arc over a wide range.
これにより例えば造船等の大型の母材を扱う作業で
は、従来１つの溶接箇所を何度も溶接処理する必要があ
ったものを、１回の溶接処理で済ませることもでき、作
業性を大きく向上することができる等の効果がある。This makes it possible to perform a single welding process, which previously required one welding process many times, for work involving large base materials such as shipbuilding, greatly improving workability. There are effects such as being able to do.
またこの発明に係るプラズマアーク発生装置による場
合、ガスカップのノズル口から出たブラズマアークにに
対して同アークの進行方向を変化させる、同アークを発
散させる、同アーク流の断面形状を変更させる又は同ア
ークの長さを変化させるための電界を与える構成となっ
ているので被加工材上でのプラズマの照射範囲や照射位
置を自由に調整することができ、プラズマアークの広範
囲に渡る照射や特定位置への誘導が可能となる。Further, in the case of the plasma arc generator according to the present invention, the traveling direction of the arc is changed, the arc is diverged, and the cross-sectional shape of the arc flow is changed with respect to the plasma arc emitted from the nozzle opening of the gas cup. Or, since it is configured to provide an electric field for changing the length of the arc, the irradiation range and the irradiation position of the plasma on the workpiece can be freely adjusted, and the irradiation of the plasma arc over a wide range can be performed. Guidance to a specific position becomes possible.
第１図はこの発明の一実施例によるプラズマアーク発生
装置を示す縦断面図、第２図は第１図のA-A線断面図、
第３図はノズル近傍での磁界の分布を示す図、第４図は
プラズマが磁界から受ける力を説明するための図、第５
図は本発明の第２の実施例によるプラズマアーク発生装
置を説明するための図、第６図及び第７図は本発明の第
３の実施例を示す図、第８図はその変形例を示す図、第
９図及び第10図は本発明の第４の実施例によるプラズマ
アーク発生装置を示す図、第11図及び第12図は本発明の
第５及び第６の実施例によるプラズマアーク発生装置の
説明図である。 図において、1,2,3は電極、４はガスカップ、５はノズ
ル口、10は交流電源、11は母材、12は電磁コイル、19は
プラズマアーク、20は電極部、31a,31b,32a〜32d,33a〜
33fは補助電極である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。1 is a longitudinal sectional view showing a plasma arc generator according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1,
FIG. 3 is a diagram showing the distribution of the magnetic field near the nozzle, FIG. 4 is a diagram for explaining the force that the plasma receives from the magnetic field, and FIG.
FIGS. 6A and 6B are views for explaining a plasma arc generator according to a second embodiment of the present invention, FIGS. 6 and 7 are views showing a third embodiment of the present invention, and FIGS. FIGS. 9 and 10 show a plasma arc generator according to a fourth embodiment of the present invention. FIGS. 11 and 12 show plasma arc generators according to the fifth and sixth embodiments of the present invention. It is explanatory drawing of a generator. In the figure, 1, 2 and 3 are electrodes, 4 is a gas cup, 5 is a nozzle port, 10 is an AC power supply, 11 is a base material, 12 is an electromagnetic coil, 19 is a plasma arc, 20 is an electrode section, 31a, 31b, 32a〜32d, 33a〜
33f is an auxiliary electrode. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (8)
極とガスカップのノズル口に対向して配置された被加工
材との間に交流電源により生成された各相電圧を印加
し、これにより複数の電極と被加工材との間にブラズマ
アークを発生させるプラズマアーク発生装置において、
前記ノズル口の先端側には逆円錐状に巻回した電磁コイ
ルがノズル口の同軸上に配置されており、当該電磁コイ
ルによりブラズマアークをその進行方向に垂直な面内で
回転させるための磁場を発生させる磁場発生手段を備え
たことを特徴としたプラズマアーク発生装置。1. A phase voltage generated by an AC power supply is applied between a plurality of electrodes disposed at a central portion of a gas cup and a workpiece disposed to face a nozzle port of the gas cup, Thus, in a plasma arc generator that generates a plasma arc between a plurality of electrodes and a workpiece,
An electromagnetic coil wound in an inverted conical shape is disposed coaxially with the nozzle port on the tip side of the nozzle port, and a magnetic field for rotating the plasma arc in a plane perpendicular to the traveling direction by the electromagnetic coil. A plasma arc generating apparatus comprising a magnetic field generating means for generating a magnetic field.
極とガスカップのノズル口に対向して配置された被加工
材との間に交流電源により生成された各相電圧を印加
し、これにより複数の電極と被加工材との間にブラズマ
アークを発生させるプラズマアーク発生装置において、
前記ノズル口の近傍には補助電極が配置されており、当
該電極によりプラズマアークの進行方向を変化させる、
同アークを発散させる、同アーク流の断面形状を変更さ
せる又は同アークの長さを変化させるための電界を発生
させるアーク調整手段を備えたことを特徴とするプラズ
マアーク発生装置。2. Applying each phase voltage generated by an AC power supply between a plurality of electrodes arranged at a central portion of the gas cup and a workpiece arranged opposite to a nozzle port of the gas cup, Thus, in a plasma arc generator that generates a plasma arc between a plurality of electrodes and a workpiece,
An auxiliary electrode is arranged in the vicinity of the nozzle port, and changes the traveling direction of the plasma arc by the electrode.
A plasma arc generator comprising an arc adjusting means for diverging the arc, changing the cross-sectional shape of the arc flow, or generating an electric field for changing the length of the arc.
これに対して垂直方向の直流電界を印加して同アークを
偏向させるようになっていることを特徴とする請求項２
記載のプラズマアーク発生装置。3. The arc adjusting means according to claim 2, wherein a DC electric field is applied to the plasma arc in a direction perpendicular to the plasma arc to deflect the plasma arc.
The plasma arc generator according to any one of the preceding claims.
これに対して垂直方向の交流電界を印加して同アークを
被加工材上で往復運動させるようになっていることを特
徴とする請求項２記載のプラズマアーク発生装置。4. The apparatus according to claim 1, wherein said arc adjusting means applies an AC electric field in a direction perpendicular to the plasma arc to reciprocate the arc on the workpiece. 3. The plasma arc generator according to 2.
ガスカップの中心軸の周りに均等に配置し、当該電極に
印加する電圧の極性を変化させてプラズマアーク流の断
面形状を変更させる又はブラズマアークを偏向させるよ
うになっていることを特徴とする請求項２記載のプラズ
マアーク発生装置。5. The arc adjusting means arranges a plurality of auxiliary electrodes evenly around a central axis of a gas cup, and changes a polarity of a voltage applied to the electrodes to change a sectional shape of a plasma arc flow. 3. The plasma arc generator according to claim 2, wherein the plasma arc is deflected.
ガスカップの中心軸の周りに且つ軸方向に多段に重ねて
均等に配置し、当該電極に印加する電圧の極性を変化さ
せてプラズマアーク流の断面形状を変更させる又はブラ
ズマアークを偏向させるようになっていることを特徴と
する請求項２記載のプラズマアーク発生装置。6. The arc adjusting means according to claim 1, wherein said plurality of auxiliary electrodes are uniformly arranged in multiple stages around the central axis of the gas cup and in the axial direction, and the polarity of the voltage applied to said electrodes is changed to change the polarity of the plasma. 3. The plasma arc generator according to claim 2, wherein a cross-sectional shape of the arc flow is changed or a plasma arc is deflected.
ラズマアークの出射方向と平行な電界を発生させて、該
アークの長さを調整させるようにしたことを特徴とする
請求項２記載のプラズマアーク発生装置。7. The plasma according to claim 2, wherein said arc adjusting means adjusts the length of the arc by generating an electric field parallel to the emission direction of the plasma arc by an auxiliary electrode. Arc generator.
ガスカップのノズル近傍から所定の経路に沿って順次位
置を変えて配置し、これらの補助電極への電圧印加によ
りプラズマアークを所定方向に誘導させるようにしたこ
とを特徴とする請求項２記載のプラズマアーク発生装
置。8. The arc adjusting means arranges a plurality of auxiliary electrodes at different positions sequentially from a vicinity of a nozzle of a gas cup along a predetermined path, and applies a voltage to these auxiliary electrodes to change a plasma arc in a predetermined direction. 3. The plasma arc generator according to claim 2, wherein the plasma arc generator is guided to the plasma arc generator.
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- 1990-11-09 JP JP2304701A patent/JP2914583B2/en not_active Expired - Fee Related
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