JPH0636890A - プラズマ溶射トーチ - Google Patents

プラズマ溶射トーチ

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JPH0636890A
JPH0636890A JP4210906A JP21090692A JPH0636890A JP H0636890 A JPH0636890 A JP H0636890A JP 4210906 A JP4210906 A JP 4210906A JP 21090692 A JP21090692 A JP 21090692A JP H0636890 A JPH0636890 A JP H0636890A
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JP
Japan
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plasma
cathode
tip
generation chamber
plasma generation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4210906A
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English (en)
Inventor
Yasuyuki Takeda
恭之 武田
Hiroshi Notomi
啓 納富
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶射粉体のプラズマジェットへの軸心供給及
びプラズマの安定性を損なうことなく、陰極への溶射粉
体の付着や陰極の溶損を防止する。 【構成】 先端にプラズマジェット噴口3を有するプラ
ズマ発生チャンバー2が設けられるとともに基部に絶縁
体4が接合されかつプラズマ発生チャンバー2に通ずる
作動ガス供給路5が設けられた陽極1と、絶縁体4の中
心部に貫設され先端がプラズマ発生チャンバー2内にあ
りかつ中心部に作動ガス及び溶射粉体供給路8が設けら
れた陰極9とを具えたプラズマ溶射トーチにおいて、陰
極9が冷却水通路10を設けた銅製陰極9とその先端の
HfC又はZrC12とから構成され、かつプラズマ発
生チャンバー2内の陰極内面にTiCコーティング膜1
3が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ溶射トーチに関
する。
【0002】
【従来の技術】陽極と陰極との間に電流を流して発生さ
せたプラズマをジェットとして噴出させるとともに同ジ
ェットの軸線に溶射粉体を供給して被加工物表面に溶射
皮膜を形成するプラズマ溶射トーチの縦断面図を図3に
示す。図3において、銅製の陽極1の軸線上にはプラズ
マ発生チャンバー2が設けられ、その先端にプラズマジ
ェット噴口3が開口されており、この陽極1の基部側に
は絶縁体4が固着されている。また陽極1には先端がプ
ラズマ発生チャンバー2内に通ずるように作動ガス供給
路5が設けられ、なお陽極1には冷却水通路6が設けら
れて、その冷却水入口部が陽極電流導入部7に形成され
ている。更に絶縁体4の中心部に、作動ガス及び溶射粉
体供給路8を備えたタングステン製の陰極9が貫設され
て、その先端がプラズマ発生チャンバー2内に挿入され
ており、なお陰極9には冷却水通路10が設けられ、そ
の冷却水入口部が陰極電流導入部11に形成されてい
る。
【0003】このようなプラズマ溶射トーチによりプラ
ズマ溶射を行うにあたっては、まず陽極1及び陰極9を
冷却するために冷却水通路6,10に冷却水を流すとと
もに、作動ガス供給路5からプラズマ発生チャンバー2
へAr,He,N2 ,H2 ガス又はこれらの混合ガス等
の作動ガスを流す。次に直流電源より陽極1に正、陰極
9に負の印加電圧を加え、続いて高周波電源より陽極1
と陰極9との間に高周波電圧を印加して両電極1,9間
に火花放電を発生させる。この火花放電により、先に印
加されている直流電源からの印加電圧によって陽極1と
陰極9との間にアーク14が点孤して作動ガスをプラズ
マ化し、プラズマ発生チャンバー2には高温のプラズマ
が充満し、プラズマジェット噴口3から高温高速のプラ
ズマジェットとして噴出する。このプラズマジェットに
作動ガス及び溶射粉体供給路8を経てプラズマジェット
軸心に溶射粉体を供給するので、供給された溶射粉体の
粒子が効率良く加熱,加速されて溶射皮膜を形成する。
【0004】しかしながら、このようなプラズマ溶射ト
ーチにおいては、アーク14が陽極1と陰極9との間隙
の小さく両電極1,9の形状が鋭い箇所、つまり陰極9
では作動ガス及び溶射粉体供給路8の先端で形成され、
その周辺を動き廻る。アーク形成点はプラズマ中で最も
温度が高く、周辺のプラズマジェットの流れを乱すの
で、陰極9の先端が時間とともに溶損したり、作動ガス
及び溶射粉体供給路8を経てプラズマジェット中に送り
込まれた溶射粉体が陰極9先端に付着又は陰極9と固溶
反応を起こしたりすることになり、プラズマが不安定と
なる。また陰極9と溶射粉体との固溶反応は陰極9の融
点を低下させてその溶損を促進し陰極寿命が低下する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、溶射粉体のプラズマジ
ェットへの軸心供給及びプラズマの安定性を損なうこと
なく、陰極への溶射粉体の付着や陰極の溶損が防止でき
るプラズマ溶射トーチを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、先
端にプラズマジェット噴口を有するプラズマ発生チャン
バーが設けられるとともに基部に絶縁体が接合されかつ
上記プラズマ発生チャンバーに通ずる作動ガス供給路が
設けられた陽極と、上記絶縁体の中心部に貫設され先端
が上記プラズマ発生チャンバー内にありかつ中心部に作
動ガス及び溶射粉体供給路が設けられた陰極とを具えた
プラズマ溶射トーチにおいて、上記陰極が冷却水通路を
設けた銅製陰極とその先端のHfC又はZrCとから構
成され、かつプラズマ発生チャンバー内の陰極内面にT
iCコーティング膜が形成されたことと、先端にプラズ
マジェット噴口を有するプラズマ発生チャンバーが設け
られるとともに基部に絶縁体が接合されかつ上記プラズ
マ発生チャンバーに通ずる作動ガス供給路が設けられた
陽極と、上記絶縁体の中心部に貫設され先端が上記プラ
ズマ発生チャンバー内にありかつ中心部に作動ガス及び
溶射粉体供給路が設けられた陰極とを具えたプラズマ溶
射トーチにおいて、上記陰極の先端より後方外周に陽極
との間隙がプラズマ発生チャンバー内で最も小さくなる
ように環状にHfC又はZrCを接合したこととを、そ
れぞれ特徴とする。
【0007】
【作用】本発明プラズマ溶射トーチにおいては、陰極の
先端がHfC又はZrCで構成され、又は陰極先端の後
方外周に陽極との間隙がプラズマ発生チャンバー内で最
も小さくなるように環状にHfC又はZrCが接合され
ているので、アークは陽極と陰極先端に取付けられ又は
外側に接合されたHfC又はZrC間で安定して形成さ
れ、陰極の溶射粉体供給路先端の温度が低下する。これ
によって、陰極の溶射粉体供給路近傍の溶損及び溶射粉
体の付着が防止でき、ひいては陰極の寿命が向上する。
更に溶射粉体と接する陰極内面にTiCコーティング膜
が設けられることによって、溶射粉体との固溶反応が防
止され、陰極の寿命が一層向上する。
【0008】
【実施例】本発明のプラズマ溶射トーチの実施例を図面
について説明すると、図1は第1番目の発明の実施例の
縦断面図、図2は第2番目の発明の実施例の縦断面図で
ある。まず図1において、銅製の陽極1の軸線上にはプ
ラズマ発生チャンバー2が設けられ、その先端にプラズ
マジェット噴口3が開口されており、この陽極1の基部
側には絶縁体4が固着されている。また陽極1には先端
がプラズマ発生チャンバー2内に通ずるように作動ガス
供給路5が設けられ、なお陽極1には冷却水通路6が設
けられて、その冷却水入口部が陽極電流導入部7に形成
されている。更に絶縁体4の中心部に、先端にHfC,
ZrC12を接合し、かつ冷却水通路10を設けた銅製
の陰極9が貫設されて、その先端がプラズマ発生チャン
バー2内にあるとともに、この陰極9の中心部に作動ガ
ス及び溶射粉体供給路8が設けられている。また陰極9
の内面にはTiCコーティング膜13が設けられてい
る。
【0009】このようなプラズマ溶射トーチにおいて、
プラズマ溶射を行うにあたり、まず陽極1及び陰極9を
冷却するために冷却水通路6,10に冷却水を流すとと
もに、作動ガス供給路5からプラズマ発生チャンバー2
へ例えば作動ガスとして25l/min流量のArガスを流
す。次に直流電源より陽極1に正、陰極9に負の印加電
圧を加え、続いて高周波電源より陽極1と陰極9との間
に高周波電圧を印加して両電極1,9間に火花放電を発
生させる。この火花放電により、先に印加されている直
流電源からの印加電圧によって陽極1と陰極9との間に
アーク14を点弧して作動ガスがプラズマ化し、プラズ
マ発生チャンバー2には高温のプラズマが充満し、プラ
ズマジェット噴口3から高温高速のプラズマジェットと
して噴出する。このとき電流を徐々に増して700Aと
し、次に作動ガス供給路5からArガスと同じようにH
2 ガス1.5 l/min を流すと、電流,電圧は700A,3
8Vとなりプラズマジェットが安定する。
【0010】プラズマジェットが安定した後、作動ガス
及び溶射粉体供給路8からプラズマ発生チャンバー2
へ、例えば溶射粉体の粒度10〜40μmのNiCr粉
体をArガス5 l/minをキャリアガスとして10g/min
で供給する。プラズマに供給された溶射粉体の粒子は急
速に昇温,加速されて高温高速のプラズマジェットと一
緒に噴出する。このときプラズマに供給される溶射粉体
はプラズマジェットの噴出方向と同一方向に供給される
ため、粒子の加熱,加速が均一となり、十分な緻密度,
強度を有する高品質の溶射皮膜が形成される。更に溶射
粉体はプラズマの中心部に供給されるので溶射粉体の加
熱効率があがり、溶射粉体の密着効率が向上する。また
このとき、アーク14は陽極1と陰極9の先端に接合さ
れたHfC,ZrC12との間に安定して形成され、陰
極9の先端のHfC,ZrC12が陰極9に設けられた
冷却水通路10を介して冷却されることにより、陰極9
の作動ガス及び溶射粉体供給路8先端の温度が低下す
る。更に陰極9の内面がTiCコーティング膜13で保
護されているため、陰極9と溶射粉体との固溶反応が防
止できる。つまり陰極9の溶損が防止できるために陰極
9の寿命が向上する。
【0011】次に図2において、符号1〜11は図1と
それぞれ同一部材を示している。但し陰極9はタングス
テン製である。しかして陰極9には、その先端より後方
外周に、陽極1との間隙がプラズマ発生チャンバー2内
で最も小さくなるように環状にHfC又はZrC12′
が接合されている。このようなプラズマ溶射トーチにお
けるプラズマ溶射作業は、図1と同様にして行われ、十
分な緻密度,強度及び密着性を有する高品質の溶射皮膜
が形成される。更にこのときアーク14は陰極9の先端
より後方外周に環状に取付けられたHfC又はZrC1
2′との間に安定して形成され、陰極9の作動ガス及び
溶射粉体供給路8先端の温度が低下するとともに、同供
給路8の先端周辺のプラズマジェットの流れが安定し、
これによって同供給路8先端の溶損及び陰極9への溶射
粉体の付着が防止できる。
【0012】かくして本発明プラズマ溶射トーチにおい
ては、陰極9の先端にHfC,ZrC12を取付け又は
陰極9の先端より後方外周にHfC,ZrC12′を接
合したことにより、アーク14が陽極1と高融点で熱電
子放出しやすいHfC,ZrC12,12′との間に安
定して形成され、また陰極9先端又は後方外周のHf
C,ZrC12,12′が陰極9に設けられた冷却水通
路10を介して冷却されて、陰極9先端の作動ガス及び
溶射粉体供給路8の先端の温度が低下する。更に陰極9
内面がTiCコーティング膜13で保護されているた
め、陰極9と溶射粉体との固溶反応が防止できる。従っ
て本発明プラズマ溶射トーチにおいては、陰極9の作動
ガス及び溶射粉体供給路8近傍の溶損及び溶射粉体の付
着が防止でき、ひいては高品質の溶射皮膜を得るととも
に、陰極9の寿命を向上させることができる。
【0013】
【発明の効果】要するに本発明によれば、先端にプラズ
マジェット噴口を有するプラズマ発生チャンバーが設け
られるとともに基部に絶縁体が接合されかつ上記プラズ
マ発生チャンバーに通ずる作動ガス供給路が設けられた
陽極と、上記絶縁体の中心部に貫設され先端が上記プラ
ズマ発生チャンバー内にありかつ中心部に作動ガス及び
溶射粉体供給路が設けられた陰極とを具えたプラズマ溶
射トーチにおいて、上記陰極が冷却水通路を設けた銅製
陰極とその先端のHfC又はZrCとから構成され、か
つプラズマ発生チャンバー内の陰極内面にTiCコーテ
ィング膜が形成されたことと、先端にプラズマジェット
噴口を有するプラズマ発生チャンバーが設けられるとと
もに基部に絶縁体が接合されかつ上記プラズマ発生チャ
ンバーに通ずる作動ガス供給路が設けられた陽極と、上
記絶縁体の中心部に貫設され先端が上記プラズマ発生チ
ャンバー内にありかつ中心部に作動ガス及び溶射粉体供
給路が設けられた陰極とを具えたプラズマ溶射トーチに
おいて、上記陰極の先端より後方外周に陽極との間隙が
プラズマ発生チャンバー内で最も小さくなるように環状
にHfC又はZrCを接合したこととにより、溶射粉体
のプラズマジェットへの軸心供給及びプラズマの安定性
を損なうことなく、陰極への溶射粉体の付着や陰極の溶
損が防止できるプラズマ溶射トーチを得るから、本発明
は産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明プラズマ溶射トーチの第1番目の発明の
実施例の縦断面図である。
【図2】第2番目の発明の実施例の縦断面図である。
【図3】従来のプラズマ溶射トーチの縦断面図である。
【符号の説明】
1 陽極 2 プラズマ発生チャンバー 3 プラズマジェット噴口 4 絶縁体 5 作動ガス供給路 6 冷却水通路 7 陽極電流導入部 8 作動ガス及び溶射粉体供給路 9 陰極 10 冷却水通路 11 陰極電流導入部 12 HfC, ZrC 12′ HfC, ZrC 13 TiCコーティング膜 14 アーク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端にプラズマジェット噴口を有するプ
    ラズマ発生チャンバーが設けられるとともに基部に絶縁
    体が接合されかつ上記プラズマ発生チャンバーに通ずる
    作動ガス供給路が設けられた陽極と、上記絶縁体の中心
    部に貫設され先端が上記プラズマ発生チャンバー内にあ
    りかつ中心部に作動ガス及び溶射粉体供給路が設けられ
    た陰極とを具えたプラズマ溶射トーチにおいて、上記陰
    極が冷却水通路を設けた銅製陰極とその先端のHfC又
    はZrCとから構成され、かつプラズマ発生チャンバー
    内の陰極内面にTiCコーティング膜が形成されたこと
    を特徴とするプラズマ溶射トーチ。
  2. 【請求項2】 先端にプラズマジェット噴口を有するプ
    ラズマ発生チャンバーが設けられるとともに基部に絶縁
    体が接合されかつ上記プラズマ発生チャンバーに通ずる
    作動ガス供給路が設けられた陽極と、上記絶縁体の中心
    部に貫設され先端が上記プラズマ発生チャンバー内にあ
    りかつ中心部に作動ガス及び溶射粉体供給路が設けられ
    た陰極とを具えたプラズマ溶射トーチにおいて、上記陰
    極の先端より後方外周に陽極との間隙がプラズマ発生チ
    ャンバー内で最も小さくなるように環状にHfC又はZ
    rCを接合したことを特徴とするプラズマ溶射トーチ。
JP4210906A 1992-07-15 1992-07-15 プラズマ溶射トーチ Withdrawn JPH0636890A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100586466B1 (ko) * 2004-05-13 2006-06-07 재단법인서울대학교산학협력재단 반응물 주입을 위한 모듈형 수랭식 주입기와 다단식 노즐구조를 갖는 고주파 유도결합 플라즈마 토치
EP2642831A1 (de) 2012-03-22 2013-09-25 Hollberg, Manfred Plasma-Elektrode für einen Plasma-Lichtbogenbrenner und Verfahren zur Herstellung
CN105376921A (zh) * 2015-12-11 2016-03-02 武汉科技大学 一种等离子加工用的内腔供粉钨针
CN106269332A (zh) * 2016-08-19 2017-01-04 四川中物红宇科技有限公司 等离子体喷枪
KR20200097988A (ko) * 2019-02-11 2020-08-20 (주)지니아텍 저온 플라즈마 장치

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Effective date: 19991005