KR100262800B1 - 아크플라즈마토치,아크플라즈마 토치용전극 및 이들의 작동방법 - Google Patents

Abstract

경사구멍 전극을 갖는 아크플라즈마 토치

경사구멍전극을 갖는 아크 플라즈마 토치는 긴 기둥 플라즈마 아크를 발생하며, 토치 하우징, 경사구멍전극, 가스압축노즐 및 와류 가스흐름 발생기를 포함하며, 전극은 하우징내에 장치되며 폐쇄된 내단부와 개방외부 입구를 가지며, 길이방향으로 연장되는 경사구멍을 가지며 또한 입구에서 최대칫수를 가지며, 노즐은 구멍을 가지며 또한 하우징내에도 장치되며 또한 경사구멍전극으로부터 전방에 격리 절연되어 일축상에 정렬되며, 토치는 토치 사용도중 전극과 가스압축노즐 중간지점에서 가스의 와류를 발생시켜 전극을 통과시키면, 동작시에, 전극으로부터 토출되는 전기아크가 그 가스흐름을 이온화시킨다.

Description

아크 플라즈마 토치, 아크 플라즈마 토치용 전극 및 이들의 작동방법

제1도는 본 발명에 의한 플라즈마 토치의 경사 구멍전극의 개략도,

제2도는 제1도와 대비되는 종래의 직선형 구멍전극,

제3도는 본 발명에 의해 구성된 경사 구멍전극을 갖는 플라즈마 토치의 개략도,

제4도 및 제5도는 본 발명의 경사 구멍전극을 갖는 플라즈마 토치와 종래의 직선형 구멍전극을 갖는 플라즈마 토치에 의한 플라즈마 토치 스탠드-오프 길이의 차를 나타내는 도면.

제6도는 본 발명의 경사구멍전극과 종래의 직선형 구멍전극에 대한 전압대 토치 스탠드-오프 거리에 대한 그래프.

본 발명은 노 용융(furnace melting), 용점(welding) 및 절단(cutting) 분야에 적합한 아크 플라즈마 발생장치(arc plasma generation apparatus)에 관한 것으로서, 특히 경사 구멍전극(tapered-bore electrode)을 구비하는 아크 플라즈마 토치(arc plasma torch)에 관한 것이다.

아크 플라즈마 토치가 구비된 아크 로(arc furnace)는 금속 및 합금 등의 용융 및 제련 분야에 일반적으로 사용되고 있다. 아크 플라즈마 토치를 사용하는 노는 반응성 금속(reactive metal)의 용융에 특히 유용하다. 왜냐하면, 이러한 금속은 어떤 환경하에서는 가열시에 매우 빨리 반응하거나 튀기기(splatter) 때문이다.

통상의 아크 플라즈마 토치는 원통 직선형의 구멍전극(cylindrical straight-bore electrode)과, 상기 전극으로부터 격리된 가스압축노즐(gas-constricting nozzle)과, 상기 전극과 상기 노즐간의 공간을 둘러싸는 체임버(chamber)와, 상기 체임버와 전극의 구멍속으로 되돌아와 노즐의 정면을 통해 회전 하강하는 가압 아크가스의 와류발생수단을 구비한다. 이러한 타입의 디자인을 와류 토치(swirl flow torch)라고도 한다. 노즐의 압축효과 때문에, 플라즈마 아크는 기둥(column) 모양과 유사하다.

아크의 존재하에서, 가압 아크가스는 이온화되어, 와류 과열 플라즈마 제트 기류로서 압축노즐을 통해 토출되어 아크 플라즈마를 형성한다. 와류 아크가스는 또한 전극이 부식 또는 오염되지 않도록 보호해 준다. 왜냐하면, 아크 발산점(아크 종단지점)은 한 곳에 유지되지 않고 아크가스와 함께 회전하는 경향이 있기 때문이다.

아크 플라즈마 토치는 아크 플라즈마 토치 전극과 가공물간에 유도된 플라즈마 아크에 의해 열을 발생(develop)시킨다(전달 모드(transferred mode)라고도 한다). 다른 방법으로는, 토치 전극과 제2의 외부 전극간에서 열을 발생시킬 수도 있다(비전달 모드(non-transferred mode)라고도 한다). 통상적으로 전달모드가 더욱 효율적이다. 왜냐하면, 에너지가 토치로부터 별개의 전극으로 부분적으로 분산되기보다는 가공물로 직접 전달되기 때문이다.

플라즈마 아크 용융에 의해 제공되는 최대 장점은 아크가 기둥 성질(columnar property)을 갖는다는 점이다. 플라즈마 아크를 기둥 모양으로 압축시키면 아크의 방향 안정성(directional stability)이 좋아진다. 따라서, 아크는 더욱 고정되어 지정된 방향으로 집속시키기가 더욱 쉬워진다. 압축된 아크는 좁은 구역에서 고밀한 흐름과 고열 에너지 농도를 갖는다. 아크가 기둥형상이기 때문에 아크 길이와 토치 스탠드-오프의 차에 있어서의 감도가 더 작아진다.

종래의 기술에는 아크 플라즈마 발생을 위한 디자인과 이러한 플라즈마 발생을 위한 디자인과 이러한 플라즈마에 의해 취급할 수 있는 재료 혼합을 위한 다지인이 있다. 여기서 참고로 예시하는 종래 기술인 베어드 특허(미국특허 제3,194,941호)와 카마초 특허(미국특허 제3,673,375호)는 아크 플라즈마 토치 디자인에 대한 접근의 2가지 예이다.

베어드 특허(미국특허 제3,194,941호)는 유니온 카바이드사(Union Carbide Corporation)에 의해 판매된 오리지란 와류 토치를 개발한 것으로 생각된다. 베어드 특허는 노즐 길이(nozzle length)(B)대 노즐 내구경(nozzle inside bore)(C)의 비가 임계적이라고 했다. B/C의 추천값은 1.2와 3.0 사이로서 최적비는 2.0이다. 베어드 특허에 의하면, 1.2이하의 B/C 값은 이중 아크발생의 원인이 된다. 또한 훨씬 더 큰 B/C값은 아크전달을 어렵게 하고 아크 유출의 열효율을 감소시킨다고 한다.

종래의 기술을 더 소개하면, 카마초에게 허여된 미국특허 제4,718,477호('477 특허) 등이 있다. 여기서는, 진공 중에서 플라즈마 토치 작업을 하면 대기 중에서의 작업에 비해 전압 기울기(voltage gradient)(아크 길이에 의해 배분되는 아크 전압)가 크게 감소하므로, 그에 따라 소정의 아크 길이마다 얻을 수 있는 토치의 출력파워가 크게 감소한다고 개시하고 있다.

'477 특허에서는 또한 파워레벨은 아크길이에 비례하지만, 진공상태에서는 전압 기울기가 낮으므로 아크 길이가 증가하면 파워가 거의 증가하지 않을 수도 있다고 한다. 또한, '477 특허는 원통 직선형의 구멍전극의 바로 앞쪽에 직경이 감소된 노즐을 위치시킴으로써 전극과 노즐간에 유도된 와류가스가 노즐의 상류 역압력을 발생시키도록 하여 아크의 낮은 파워레벨의 문제점을 극복한다고 개시하고 있다.

이러한 구성의 효과는 노즐의 아크 상류 부분이 상대적으로 더 높은 압력을 받게 되어 전압 기울기가 증가하게 된다는 것이다. 결과적으로, 아크의 총 길이를 증가시킬 수 있으므로 더 큰 파워 레벨을 얻을 수 있다.

그러나, 아크 길이가 노즐의 상류에서 증가되므로, 토치 외부 즉, 토치의 끝과 플라즈마에 의해 가열되고 있는 금속 풀(metal pool)간의 유효 아크길이는 변동함이 없이 비교적 짧은 길이로 유지된다는 점을 유의해야 한다. 결과적으로, 토치의 "스탠드-오프"길이 즉, 용융된 풀과 토치 끝간의 아크 부분의 길이가 비교적 짧게 유지된다. 따라서, 용융로에 공급되는 큰 금속편들이 토치의 끝에 접촉하게 되어 쇼트와 토치 손상을 유발시키게 된다.

토치와 가공물간의 아크길이는 길게 유지하는 것이 바람직스러운 것으로 알려져 있다. 왜냐하면, 더 큰 파워의 아크를 제공할 수 있기 때문이다. 아크길이를 길게 하는 것의 부수적인 이점은 토치와 가공물간의 스탠드-오프거리가 길어진다는 것이다. 스탠드-오프 길이가 길면, 토치를 손상시키는 일 없이 용융 풀과 토치 본체간에 원료를 쉽게 공급할 수 있다.

따라서, 토치의 소망하는 비교적 높은 파워출력을 유지하면서 토치를 손상시키는 일 없이 용융 풀과 토치 본체간에 원료를 쉽게 공급할 수 있을 정도로 충분히 긴 아크를 발생시킨다는 것은 플라즈마 용융에 있어서 중요한 특징이다. 본 발명은 이러한 특징을 갖는 플라즈마 토치를 제공한다.

본 출원인은 상술한 바와 같은, 종래의 플라즈마 토치와 달리 비교적 긴 아크길이를 발생시킬 수 있도록, 길이 방향으로 적어도 일부분이 경사져 있는 내부 구멍을 갖는 전극을 구비하는 플라즈마 토치를 개발했다. 전극구멍의 경사부는 전극의 개방단부 즉, 노내의 금속 용융풀쪽을 향하고 있는 단부로부터 연장되어 있으며, 예를 들어 상술한 '477 특허에서 의도한 바와 같이, 아크는 전극의 후단부 근처보다 구멍의 이러한 경사부에 고정된다. 결과적으로, 토치의 단부를 지나 돌출하는 아크의 길이는 실질적으로 더 길어지고, 이에 따라 토치의 스탠드-오프 길이도 증가하게 된다. 따라서, 상당히 큰 고체 금속편의 경우에도, 토치에 물리적 손상을 주거나 전기적인 쇼트를 발생시키는 일 없이 용융 금속풀과 토치간에 수용될 수 있다.

플라즈마 토치가 큰 직경의 전극구멍을 가지면 아크 종단 부위를 전극구멍 속으로 즉, 그 폐쇄 단부 부근으로 더 깊게 후퇴시키는 한편, 작은 직경의 내부 전극구멍은 아크 종단 부위를 전방으로 가게 한다고 연구 보고되고 있다. 이들 큰 직경 및 작은 직경의 극단적은 경우는 각각 이에 동반하는 문제점을 갖고 있다.

작은 직경의 전극구멍은 아크 종단 부위를 전방으로 가게 하므로, 토치로부터 돌출하는 아크의 길이와 스탠드-오프 길이를 길게 해주지만, 전극의 가장 냉각시키기 어려운 부위 즉, 전방단부를 부식 및 과열시킨다. 큰 직경의 전극구멍은 아크 종단 부위를 후퇴시키므로, 스탠드-오프 길이가 바람직하지 못하게 짧아지는 한편, 생각건대 가스흐름의 감소로 인해 전극구멍의 후방 단부에서 상당한 부식이 발생한다.

본 발명의 경사구멍은 전극 전방부의 경사구멍내에서 아크 종단 부위를 안정화시킨다. 이는 아크종단에 영향을 주는 이러한 전극구성에 의해 생성된 상대평형력의 결과로 나타난다. 전극 입구의 비교적 큰 직경은 아크종단부위를 전극구멍 속으로 후방으로 후퇴시킨다. 그러나, 경사부에 의한 구멍직경의 감소는 아크 종단 부위의 후퇴를 제한하므로, 작은 직경의 구멍전극의 단점을 극복할 수 있는 한편 토치의 스탠드-오프 길이를 보다 현저하게 크게 해준다.

따라서, 본 발명의 경사 구멍전극의 구성은, 상대 평형력을 이용하여 냉각이 쉽고 또한 가스유속이 높은 전극의 전방부내의 위치에 아크 종단 지점을 고정시킴으로써, 아크의 회전을 더욱 보장하고 전극의 부식을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 경사 구멍전극, 가스압축노즐 및 가스와류 발생기가 장치된 토치 하우징에 의해 구성되는 플라즈마 토치를 제공한다. 전극은 폐쇄된 내부(후단부)와 개방된 전단부(외부 입구)를 갖는다. 노즐은 경사 구멍전극과 절연되어 간격을 두고 앞쪽에 동축으로 정렬되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 이러한 플라즈마 토치를 작동시키는 방법을 제공한다. 이 방법은, 제1 단부는 개방되어 있고 제2 단부는 폐쇄되어 있는 전극에 상기 제1 단부의 직경의 적어도 2배인 길이를 갖는 길이방향 구멍을 형성하는 것을 필요로 한다. 전극의 제1 단부와 연속하는 구멍의 적어도 일부분은 전극의 제1 단부에서 제2 단부쪽을 향하여 수렴하는 거의 일정 경사의 내벽을 갖는다. 전극과 가공물간에 가스가 개시되어, 전극으로부터 노즐을 통해 가공물쪽으로 가스 흐름이 발생하고, 전기 아크에 의해 가스 흐름이 이온화되고 가스는 전극 구멍 축을 중심으로 소용돌이치게 된다. 마지막으로, 전기 아크의 종단점은 경사 전극구멍의 벽의 경사부에 제한된다. 따라서, 와류 가스 흐름은 경사 전극구멍의 벽부분을 중심으로 아크 종단점을 회전시켜서, 전극과 가공물간의 소정의 전압차에 대해 비교적 긴 아크가 발생되어 전극과 가공물간에 비교적 긴 길이를 유지할 수 있게 된다.

사용시에, 토치는 가압 아크가스를 전극을 통과시켜 전극과 가스압축 노즐의 중간위치에서 가스의 와류 흐름을 발생시킨다.

이유를 완전히 밝혀낸 것은 아니지만, 본 출원인은 본 발명의 경사 구멍 전극이 종래의 직선형 구멍전극의 구성보다 많은 장점을 제공한다는 것을 밝혀냈다.

전극의 전방부에 아크를 고정시킴으로써, 경사 구멍전극을 구비한 플라즈마 아크 토치는 종래의 직선형 구멍전극으로 얻을 수 있는 것보다 더 큰 아크 길이와 더 큰 토치 스탠드-오프를 제공한다. 이러한 개선을 위한 전제는, 경사 구멍전극은 플라즈마 기둥(plume)내에서 보다 낮은 전압 기울기를 생성한다는 것이다. 예를 들어, 직선형 구멍전극에 의해 제공된 기둥전압 강하(plume voltage drop)는 1기압의 헬륨 중에서 인치당 14볼트이고, 동일한 동작조건에서 경사 구멍전극에 의해 제공된 전압강하는 인치당 약 8볼트에 지나지 않는다. 플라즈마 기둥내에서의 더 적은 전압강하는 아크의 길이를 증가시키며, 소정 전압에 대해 가공물보다 토치가 더 높이 상승하도록 해 준다. 그 결과로 얻은 더 큰 토치 스탠드-오프 길이는 아크를 소멸시키거나 토치를 손상시키지 않고 더 큰 사이즈의 가공물을 수용할 수 있어 바람직스럽다.

이 밖에도, 본 발명의 경사 구멍전극은 아크 종단 지점에서의 아크의 회전을 개선시켜 주는 것으로 생각된다. 아크 종단 지점에서의 회전을 개선시키는 것은 전극부식을 감소시키는데 도움을 주며 또한 안정된 아크 작업을 향상시켜 준다. 이는, 명확한 것은 아니지만, 전극구멍 내부의 아크회전의 개선은 전극단부와 아크 종단 부위간의 거리가 비교적 짧다는 점과, 전극의 전단부의 구멍의 직경이 비교적 크다는 점에 기인하는 것으로 생각된다.

또한, 경사 구멍전극은 빈번한 교체를 요하지 않는다. 이는 아마도 아크회전의 개선 및 이로 인한 과열방지 때문인 것으로 생각된다.

또한 경사전극은 전체길이를 더욱 짧게 할 수 있도록 하므로 전극재료비를 절간할 수 있다. 지금까지 본 산업 분야에서는 전극은 길어야 하거나 또는 그래야 최소한 바람직한 것으로 믿고 있었다.

또한, 본 발명의 토치와 전극의 조합은 아크 플라즈마를 발생시키기 위한 가스 흐름이 적게 요구되므로 경제적이다.

본 발명의 상기의 실시예는 전달-아크 노(transferred-arc furnace)분야에 잘 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 비전달-아크(non-transferred arc) 분야에도 동일하게 적용될 수 있다. 본 발명은 플라즈마 아크 용접 및 플라즈마 아크 절단 분야에도 마찬가지로 유용하다.

본 발명의 기타 장점 및 특징은 도면을 참조하여 설명되는 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.

우선 제1도 및 제3도를 참조하면, 본 발명에 의한 플라즈마 토치(2)(제3도에만 도시됨)는, 노 내의 용융 금속풀(6)을 향하고 있는 전극의 전단부(5)가 개방된 내부의 전극구멍(체임버)(32)를 갖는 대략 원통형의 긴 전극(20)이 장치된 플라즈마 토치 하우징(4) (개략적으로 도시됨)에 의해 구성된다. 전극 후단의 폐쇄단부(7)는 폐쇄되어 있으므로 전극구멍(32)은 막힌 구멍(blind-bore)이다. 전극은 전극과 용융 금속풀간에 전위를 발생시키도록 전원(8)에 적절히 접속되어 있고 또한 용융 금속풀(6)과 접지되어 있다.

토치 하우징은 전극의 전단부(5)를 지나서 연장되어 있으며 전극구멍(32)과 동축으로 정렬되는 통공(49)을 갖는 개략적으로 도시된 노즐(48)에 장치되어 있다. 노즐은 전극의 전단부와 노즐의 후방 대향면(53)간에 원통형 와류체임버(52)를 확보하도록 구성된다. 적당한 가스를 와류체임버(52)로 주입시키도록, 가스공급원(57)과 유체소통 가능 상태의 하나 이상의 가스주입구(55)가 배치되므로, 제3도에서 타원형 화살표(59)로 나타낸 바와 같이 가스는 정렬된 전극구멍(32)과 노즐의 통공(49)의 축 주위에서 회전한다.

토치 전체, 특히 전극과 노즐은 통상적으로 물로 적절하게 냉각된다. 이러한 냉각 시스템들은 공지되어 있으며, 또한 상술한 바와 같은 종래의 특허들에 개시되어 있으므로 여기서는 플라즈마 토치의 냉각에 대해서는 더 이상의 설명을 생략한다.

동작에 있어서, 전원(8)이 가동되어, 용융 금속풀(6)과 전극(20)간에 전위를 발생시키면, 이들간에 아크가 개시되고 가스공급원(57)으로부터 가스가 가스주입구(55)를 통해 와류체임버(52)로 주입되므로 노즐의 통공(49)을 통해 용융 금속풀쪽으로 하향으로 와류가스가 흐른다. 전기아크(56)는 전극구멍(32) 내부에 고정되어 노즐의 통공(49)을 통해 흐르는 와류가스를 과열하여 이온화시켜서, 용융 금속풀(6)을 향해 돌출되는 고온 플라즈마 가스를 발생시킨다. 플라즈마 가스는 종래에 공지된 바와 같이 용융 금속풀 내에 들어 있는 고체 금속편을 용융시키고, 용융 금속풀을 소망 온도로 유지시킨다. 와류가스는 또한 아크를 회전시켜 전극구멍 내의 아크 고정지점을 회전시킨다.

제2도를 참조하면, 본 발명의 전극(20)은 균일한 외경을 가지며, 개방입구(24), 폐쇄단부(7) 및 내부 전극구멍(32)을 포함한다. 전극구멍은 길이방향의 일부분에 걸쳐 연장되는 내부경사벽(36)과 막힌 구멍단부(28)에서 끝나는 원통형의 일정한 직경부(40)로 되어 있다. 구멍직경은 개방 입구에서 최대이고, 이로부터 원통형 구멍부를 향하는 방향으로 감소된다.

비교를 위해, 제2도에 종래의 전극(21)을 나타낸다. 이것은 일정한 직경의 내부구멍(23)을 갖는다.

바람직하게는, 전극(20)은 일체의 동종의 재료로 되어있고 플라즈마 가스의 선택에 따라 선택되는 적절한 재료로 제조된다. 통상적으로 반응가스들과 함께 사용되는 재료들중에서 동, 알루미늄, 은, 몰리브덴 및 지르코늄이 좋다. 불활성가스용으로 추천되는 전극재료로는 텅스텐, 텅스텐 합금, 카본 및 동 등이 있다.

시험결과로부터, 본 출원인은 전극구멍(32)의 입구(24)의 구멍 칫수(D)의 10배 이하의 축상 구멍길이(L)를 갖는 경사구멍을 갖는 전극에 의해 최상의 결과를 성취하는 것을 알게 되었다. 노즐의 통공(49)의 직경은 최대 전극구멍 직경(D)과 거의 동일하거나 또는 약간 작아야 한다.

제6도는 경사 구멍을 갖는 전극(제2도)과 일정 직경 구멍을 갖는 전극(제1도)에 대한 전압 대 토치 스탠드-오프 거리의 그래프이다. 이들 2 전극들간의 비교시험은 1200 암페어의 전극전류에서 이루어졌으며, 이온화가스는 헬륨이었다. 시험에서 사용된 경사 구멍전극은 전극 입구가 0.95인치의 큰 직경과, 축에 대해 7.5도의 경사벽과 0.5인치 직경의 원통형 구멍 후단부를 갖고 있다. 경사부의 축상 돌출된 길이는 1.709인치였으며, 정확한 것은 아니지만 아크는 전극 입구로부터 약 1인치 떨어진 경사벽에 고정된 것으로 생각된다. 제6도는 경사 구멍전극이 인가전압 당 스탠드-오프길이에 있어서 현저히 개선시켜 주는 것을 나타낸다. 예를 들어, 220볼트의 인가전압에서, 경사구멍 전극은 13인치 스탠드-오프길이를 제공한다(제4도 참조). 동일전압에서, 0.813인치의 구멍직경을 갖는 종래의 직선형 구멍전극은 단지 8인치의 스탠드-오프길이를 제공할 뿐이다(제5도 참조). 160볼트의 인가 전압에서 스탠드-오프길이는 경사 구멍전극과 직선형 구멍전극에 대해 각각 7인치와 4인치이다.

제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 동일 전압과 전류 조건하에서 본 발명의 경사 구멍전극으로 얻은 스탠드-오프 길이는 종래보다 훨씬 길므로 공급원료를 용이하게 도입할 수 있게 된다. 종래의 직선형 구멍전극의 비교적 짧은 스탠드-오프길이는 공급원료의 도입이 어려워 토이와 공급원료간의 전기적인 쇼트 및/또는 물리적 접촉으로 인한 토치 손상을 초래할 수 있다.

상술한 발명은 특정 장치에 관한 것이지만, 당업자에 있어서는 여러가지 다른 응용과 변형예에도 실시 가능하다. 본 발명의 본질과 범위는 이러한 변형 실시예도 포함한다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위만에 의해 특정된다.

Claims (7)

1. 긴 플라즈마 아크를 발생시키기 위한 아크 플라즈마 토치에 있어서, 토치 하우징; 상기 하우징내에 장치되며, 길이방향으로 연장되어 그 한 단부는 폐쇄단부이고 다른 단부는 개방단부이며 상기 개방단부에 인접한 부분은 일정하게 경사져 있고 상기 개방단부의 구멍직경은 이로부터 떨어진 쪽에 위치한 구멍직경보다 크고 또한 상기 개방단부의 구멍직경의 적어도 두 배인 길이를 갖는 축상의 구멍을 갖는 전극; 상기 전극으로부터 전방쪽으로 격리되어 있는 하우징 내에 장치되며, 상기 경사 전극구멍과 축상으로 정렬된 구멍을 가지고, 토치 사용시 상기 구멍을 통해 와류가스 흐름을 발생시키도록 전극과의 사이에 가스를 와류식으로 주입하기 위한 수단을 갖는 노즐; 상기 경사 전극구멍의 내부와 상기 전극으로부터 떨어져 있는 노즐의 한단부상에 위치하는 가공물 사이에 전기아크를 발생시키는 수단을 포함하고, 상기 와류가스 흐름은 상기 경사 전극구멍 및 노즐의 구멍과 동축으로 전기아크를 회전시켜서 상기 경사 전극구멍 내부의 아크종단 지점을 상기 경사 전극구멍의 축 주위에서 회전시키는 것을 특징으로 하는 아크 플라즈마 토치.
2. 제1항에 있어서, 상기 경사 전극구멍은 구멍축에 대해 1도 이상의 일정한 경사각을 갖는 전극 내벽에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 아크 플라즈마 토치.
3. 제1항에 있어서, 상기 경사 전극구멍의 길이는 상기 전극의 상기 개방단부의 구멍직경의 10배 이하인 것을 특징으로 하는 아크 플라즈마 토치.
4. 제1항에 있어서, 상기 노즐의 구멍직경은 상기 전극의 상기 개방단부의 구멍직경과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 아크 플라즈마 토치.
5. 전극과 토치로부터 떨어져 있는 가공물간에 와류가스 흐름을 유도하는 아크 플라즈마 토치에 사용하는 전극에 있어서, 내부 전극 구멍을 형성하는 긴 몸체와, 상기 구멍을 상기 몸체의 외부와 소통시키는 상기 몸체 일단부에 있는 개방입구를 포함하며, 상기 몸체의 타단부는 폐쇄단부이며, 상기 구멍은 상기 개방입구로부터 상기 몸체의 폐쇄단부쪽을 향하여 길이방향의 적어도 일부분에 걸쳐 연장되는 길이방향의 거의 일정한 경사부를 가지며, 상기 경사부는 상기 몸체의 폐쇄단부 방향으로 수렴하는 내부경사벽에 의해 규정되며, 상기 구멍은 상기 개방입구로부터 상기 폐쇄단부까지의 길이가 상기 개방입구의 구멍직경의 적어도 두 배가 되는 길이를 가지며, 사용 시, 토치에 의해 발생되는 와류가스 흐름은 전극과 가공물간의 전기 아크의 아크 종단 지점을 상기 구멍의 경사부에서 회전시키는 것을 특징으로 하는 아크 플라즈마 토치용 전극.
6. 제5항에 있어서, 상기 길이방향의 경사부는 상기 개방입구로부터 제1 깊이까지 연장되며, 상기 제1 깊이와 상기 폐쇄단부간의 전극 체임버의 나머지 부분은 거의 일정한 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 아크 플라즈마 토치용 전극.
7. 긴 전극과, 상기 전극의 제 1단부와 가공물간에 배치된 노즐과, 상기 전극과 가공물에 접속된 전원을 포함하는 플라즈마 토치의 작동방법에 있어서, 상기 전극에 길이방향의 구멍을 형성하되, 제1단부는 개방하고 제2단부는 폐쇄하며, 그 길이를 제1단부의 구멍 직경의 적어도 두 배가 되도록 구멍을 형성하는 단계; 상기 전극의 제1단부와 연속하는 상기 구멍의 적어도 일부분에, 상기 전극의 제1단부로부터 제2단부쪽으로 수렴하는 거의 일정한 내부 경사벽을 제공하는 단계; 상기 전극과 가공물간에 전기 아크를 개시하는 단계; 상기 전극으로부터 노즐을 통해 가공물로 가스 흐름을 발생시켜 전기 아크에 의해 가스흐름을 이온화하는 단계; 상기 전극구멍의 축 주위에서 가스흐름을 와류시키는 단계; 및 상기 경사 전극구멍 벽의 경사부로 전기 아크의 종단점을 구속하는 단계를 포함하며, 상기 와류 가스흐름은 상기 경사 전극구멍 벽 주위에서 아크종단점을 회전시키고, 상기 전극과 가공물간의 소정의 전압차에 대해 비교적 긴 아크가 발생하여 상기 전극과 가공물간에 비교적 큰 거리가 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 작동방법.