JP4034396B2 - プラズマ切断方法及びプラズマ切断装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、切断開始時の性能を改善すると共に切断面に対する酸化を軽減させることが出来るプラズマ切断方法と、この方法を実施するプラズマ切断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
プラズマ切断法は、プラズマ切断トーチから被切断材に向けて高温のプラズマアークを噴射し、該プラズマアークによって被切断材の一部を溶融させると共に溶融物を排除しつつ、プラズマ切断トーチを連続的に移動させることで被切断材に連続した溝を形成して切断するものである。
【0003】
このため、プラズマ切断法ではガス切断法と比較して切断し得る被切断材の材質の種類が増大するという利点がある。また切断の効率や、切断面の品質等を考慮して被切断材の材質に最適なガス(例えば、鋼板の場合には酸素ガス、ステンレス鋼板等の非鉄系金属の場合には窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス)を用いてプラズマアークを形成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ切断法では、大気中に於ける高温下の反応を維持することから、切断面が酸化して変色或いは変質するという問題がある。このため、切断面の酸化を可及的に軽減し得る切断方法の開発が望まれている。
【0005】
本件出願人は上記問題を解決したプラズマ切断方法を開発して既に特許出願している(特願平8-116270号)。しかし、この発明であっても完全ではなく、切断開始時の電極の消耗や、ピアシング時に発生したノロが略未酸化状態となることから、被切断材の表面に再溶着して剥離処理が困難になる等、幾つかの解決すべき課題を残している。
【0006】
本発明は、被切断材に対する切断の開始時と切断時とに応じてプラズマガス又は二次気流の成分を変えることによって、切断開始時の性能を向上させると共に切断面の酸化を可及的に軽減させることが出来るプラズマ切断方法と、プラズマ切断装置を提供せんとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るプラズマ切断方法は、被切断材に向けてプラズマアークと該プラズマアークに沿わせた少なくとも1層の気流からなる二次気流を噴射して該被切断材を切断するプラズマ切断方法に於いて、被切断材に対する切断開始時と切断時とに応じて、プラズマアークを形成するプラズマガスの成分と二次気流を形成する二次気流ガスの成分の何れか一方又は両方を変化させる際に、前記プラズマガスの成分を、被切断材に対する切断の開始時には水素ガスを含む不活性ガスとし、切断が開始した後は不活性ガスとすることを特徴とするものである。
【0008】
上記プラズマ切断方法では、被切断材に対する切断の開始時と切断時とに応じてプラズマガスの成分又は二次気流ガスの成分の何れか一方又は両方を切り換えることによって、切断時と切断開始時とに応じた最適なガス構成を選択することが出来る。このため、被切断材に対する切断の開始時には切断に対する性能を発揮し得るガス構成とし、切断時には切断面の酸化を可及的に軽減し得るガス構成として被切断材の材質に関わらず最適な切断を実施することが出来る。
【0009】
上記プラズマ切断方法に於いて、被切断材に対し穴明けを行って切断を開始する場合であって、前記二次気流を形成する二次気流ガスの成分を、被切断材に対する切断の開始時には酸化性ガスとし、切断が開始した後は水素ガスを含む不活性ガスとすることが好ましい。
【0010】
プラズマガスの成分又は二次気流ガスの成分を上記の如くすることによって、切断面の酸化を可及的に軽減させて品質を向上させることが出来る。また切断開始時の性能を向上させることが出来る。
【0011】
また本発明に係るプラズマ切断装置は、被切断材に向けてプラズマアークと該プラズマアークに沿わせた少なくとも1層の気流からなる二次気流を噴射して該被切断材を切断するプラズマ切断装置であって、電極と該電極の周囲にプラズマガスを流通させるプラズマガス流通路と該プラズマガス流通路と独立して形成された二次気流流通路とを有するプラズマトーチと、前記プラズマトーチのプラズマガス流通路に接続された水素ガスを含む不活性ガスの供給源及び不活性ガスの供給源と、前記プラズマトーチのプラズマガス流通路に対し前記水素ガスを含む不活性ガスの供給源又は不活性ガスの供給源を選択的に切り換えるプラズマガス切換部材と、前記プラズマトーチの二次気流ガス流通路に接続された酸化性ガスの供給源及び水素ガスを含む不活性ガスの供給源と、前記プラズマトーチのプラズマガス流通路に対し前記酸化性ガスの供給源又は水素ガスを含む不活性ガスの供給源を選択的に切り換える二次気流ガス切換部材とを有して構成されるものである。
【0012】
上記プラズマ切断装置では、被切断材に対する切断開始時又は切断時に応じて、プラズマガス又は二次気流ガスを切り換えて切断開始時の性能を向上させると共に切断面の酸化を可及的に軽減させることが出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るプラズマ切断装置の好ましい実施形態について図を用いて説明し、合わせてプラズマ切断方法について説明する。図1はプラズマ切断装置の構成を説明する図、図2はプラズマ切断トーチの構成を説明する断面図である。
【0014】
先ず、図2によりプラズマ切断トーチAの構成について説明する。このプラズマ切断トーチAは、被切断材B(図1参照)に向けてプラズマアークと、該プラズマアークに沿って少なくとも1層の二次気流を噴射して被切断材Bを切断し得るように構成されている。
【0015】
プラズマ切断トーチAの軸心に一致して電極1が配置されており、該電極1の先端側にセンタリングストーン4を介してノズル2が嵌合されている。更に、ノズル2はキャップ3に嵌合され、該キャップ3がトーチ本体5に螺合することでノズル2は軸心が一致してトーチ本体5に取り付けられている。
【0016】
ノズル2は、インナーノズル2aとアウターノズル2bを嵌合して一体的に構成され、両ノズル2a、2bの間に二次気流の通路2cが形成されると共に各ノズル2a、2bの穴2d、2eが同一軸心上に配置されている。
【0017】
トーチ本体5には、プラズマガス流通路6と、二次気流ガス流通路7が互いに独立して形成されている。プラズマガス流通路6はセンタリングストーン4に形成された孔4aを通って電極1とインナーノズル2aとによって形成されるプラズマ室8に連通し、二次気流ガス流通路7はキャップ3とインナーキャップ10の間に形成された二次ガス室9を通ってノズル2の通路2cに連通している。
【0018】
尚、11はプラズマ切断トーチAを冷却するための冷却水を流通させる通路である。
【0019】
上記の如く構成されたプラズマ切断トーチAでは、プラズマ室8にプラズマガスを供給して、電極1とノズル2の間、電極1と被切断材Bの間に通電することで、供給されたプラズマガスをプラズマ化すると共にノズル2の穴2d、2eを通して噴射し、これにより被切断材Bを切断することが可能である。また二次ガス室9に二次気流ガスを供給することで、供給された二次気流ガスをプラズマアークに沿わせてノズル2の穴2eから噴射することが可能である。
【0020】
次に、図1により本実施例に係るプラズマ切断装置の構成について説明する。図に於いて、プラズマ切断トーチAのプラズマガス流通路6には、プラズマガス切換部材21を介して水素ガスを含む不活性ガスの供給源となる混合プラズマガス供給装置22、及び不活性ガスの供給源となる不活性プラズマガス供給装置23が接続されている。また二次気流ガス流通路7には、二次気流ガス切換部材24を介して酸化性ガスの供給源となる酸化性二次気流ガス供給装置25、及び水素ガスを含む不活性ガスの供給源となる混合二次気流ガス供給装置26が接続されている。
【0021】
上記した水素ガスを含む不活性ガスの供給源となる各混合ガス供給装置22、25は、水素ガスの供給源と、アルゴンガス或いは窒素ガス等の不活性ガスの供給源と、各ガスの流量を調整する調整部材と、を有しており、これらの供給源から供給される水素ガスと不活性ガスの流量を調整して供給し得るように構成されている。また不活性ガスの供給源となる不活性プラズマガス供給装置23は、アルゴンガス或いは窒素ガス等の不活性ガスの供給源と、このガスの流量を調整する調整部材と、を有して構成され、更に、酸化性ガスの供給源となる酸化性二次気流ガス供給装置25は、酸素ガスの供給源と、このガスの流量を調整する調整部材と、を有して構成されている。
【0022】
電源装置27は、プラズマ切断トーチAに配置した電極1、ノズル2及び被切断材Bに夫々接続されている。この電源装置27には、プラズマガス切換部材21と二次気流ガス切換部材24の作動を制御する制御装置が内蔵されており、被切断材Bに対する切断開始指令が発生した後は、プラズマガスの切り換え、及び二次気流ガスの切り換え、通電部位の切り換え等の一連の制御を行えるように構成されている。
【0023】
上記の如く構成されたプラズマ切断装置では、被切断材Bに対する切断開始時及び切断時に、プラズマガス切換部材21及び二次気流ガス切換部材24を選択的に作動させることで、プラズマガスを水素ガスを含む不活性ガス又は不活性ガスに切り換えることが可能であり、二次気流ガスを酸化性二次気流ガス又は水素ガスを含む不活性ガスに切り換えることが可能である。
【0024】
特に、プラズマ切断トーチAに於けるプラズマガス流通路6と二次気流ガス流通路7とが夫々独立して形成されるため、被切断材Bに対する切断開始時から切断時に至る間のプラズマガスの成分と二次気流ガスの成分を種々に組み合わせることが可能となる。
【0025】
従って、切断開始時のプラズマ切断トーチAの動作或いは位置(例えば、被切断材Bに対し、プラズマ切断トーチAを端面側から移動させて切り込むランニングスタートを行うか、プラズマ切断トーチAを表面上に停止させて切り込むピアシングスタートを行うか)に対応させて最適なプラズマガスと二次気流ガスの組み合わせを採用することが可能である。
【0026】
切断開始時に於ける切り込みがランニングスタートである場合、切断開始時に供給するプラズマガス及び二次気流ガスを共に水素ガスを含む不活性ガスとすることによって、被切断材Bの切断面に対する酸化の軽減と、電極の消耗を軽減させることが可能である。即ち、被切断材Bに対する切断を開始する以前はプラズマ室8には大気が入り込んだ状態であり、多少の酸化性を有する。従って、プラズマガスとして水素を含む不活性ガスを供給することによってプラズマ室8の雰囲気を還元性とし、これにより、電極に対する酸化を軽減、或いは防止することが可能となる。このとき、二次気流ガスが水素ガスを含む不活性ガスであるため、被切断材Bに於ける切断面は還元性を持った二次気流ガスによってシールドされ、酸化を可及的に軽減させることが可能となる。
【0027】
また切断開始時に於ける切り込みがピアシングである場合、切断開始時に供給するプラズマガスを水素を含む不活性ガスとし、二次気流ガスを酸化性ガスとすることによって、電極の消耗を軽減させると共にピアシングに伴って被切断材Bの表面側に吹き上げたノロを剥離し易くすることが可能である。即ち、前述と同様の理由で電極の消耗を軽減、或いは防止することが可能であり、またピアシングの実施に伴って溶融した母材が被切断材Bの表面に吹き上げたとき、吹き上げた溶融物が酸化性を持った二次気流ガスによって酸化が促進し、該表面に再溶着することがない。このため、切断終了後に於けるノロ除去等の処理を容易に行うことが可能である。
【0028】
上記何れかの方法で被切断材Bに対する切り込みを行い、引き続いて切断を開始する際に、プラズマガスとして不活性ガスを供給すると共に二次気流ガスとして水素ガスを含む不活性ガスを供給することで、被切断材Bに形成される切断面に触れる二次気流ガスによって還元性雰囲気とし、これにより、該切断面の酸化を可及的に軽減させることが可能である。
【0029】
尚、本実施例に於いて、被切断材Bの材質は特に限定するものではない。しかし、本件発明者等の実験では、軟鋼板よりもステンレス鋼板の切断に適用したときに、切断面の酸化による変色を軽減、或いは防止することが可能であった。
【0030】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るプラズマ切断方法では、切断の開始時と切断時とに対応させてプラズマガスの成分又は二次気流ガスの成分の何れか一方又は両方を切り換えることで、電極の消耗を軽減させると共に切断面の酸化を可及的に軽減させることが可能である。
【0031】
特に、切断開始時のプラズマガスとして水素ガスを含む不活性ガスとし、切断が開始した後、不活性ガスとすることで、電極の消耗を軽減させることが出来る。また被切断材に対しピアシングして切断を開始する場合、二次気流ガスを酸化性ガスとすることで、ピアシングの進行に伴って被切断材の表面に吹き上げたノロを酸化することが出来る。このため、ノロの被切断材に対する再溶着を防止して容易に剥離させることが出来る。
【0032】
また本発明に係るプラズマ切断装置では、上記プラズマ切断方法を容易に実施することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマ切断装置の構成を説明する図である。
【図2】プラズマ切断トーチの構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
A プラズマ切断トーチ
B 被切断材
1 電極
2 ノズル
2a インナーノズル
2b アウターノズル
2c 通路
2d、2e 穴
3 キャップ
4 センタリングストーン
5 トーチ本体
6 プラズマガス流通路
7 二次気流ガス流通路
8 プラズマ室
9 二次ガス室
10 インナーキャップ
11 通路
21 プラズマガス切換部材
22 混合プラズマガス供給装置
23 不活性プラズマガス供給装置
24 二次気流ガス切換部材
25 酸化性二次気流ガス供給装置
26 混合二次気流ガス供給装置
27 電源装置
Claims (3)
- 被切断材に向けてプラズマアークと該プラズマアークに沿わせた少なくとも1層の気流からなる二次気流を噴射して該被切断材を切断するプラズマ切断方法に於いて、被切断材に対する切断開始時と切断時とに応じて、プラズマアークを形成するプラズマガスの成分と二次気流を形成する二次気流ガスの成分の何れか一方又は両方を変化させる際に、前記プラズマガスの成分を、被切断材に対する切断の開始時には水素ガスを含む不活性ガスとし、切断が開始した後は不活性ガスとすることを特徴とするプラズマ切断方法。
- 被切断材に対し穴明けを行って切断を開始する場合であって、前記二次気流を形成する二次気流ガスの成分を、被切断材に対する切断の開始時には酸化性ガスとし、切断が開始した後は水素ガスを含む不活性ガスとすることを特徴とする請求項1に記載したプラズマ切断方法。
- 被切断材に向けてプラズマアークと該プラズマアークに沿わせた少なくとも1層の気流からなる二次気流を噴射して該被切断材を切断するプラズマ切断装置であって、電極と該電極の周囲にプラズマガスを流通させるプラズマガス流通路と該プラズマガス流通路と独立して形成された二次気流流通路とを有するプラズマトーチと、前記プラズマトーチのプラズマガス流通路に接続された水素ガスを含む不活性ガスの供給源及び不活性ガスの供給源と、前記プラズマトーチのプラズマガス流通路に対し前記水素ガスを含む不活性ガスの供給源又は不活性ガスの供給源を選択的に切り換えるプラズマガス切換部材と、前記プラズマトーチの二次気流ガス流通路に接続された酸化性ガスの供給源及び水素ガスを含む不活性ガスの供給源と、前記プラズマトーチのプラズマガス流通路に対し前記酸化性ガスの供給源又は水素ガスを含む不活性ガスの供給源を選択的に切り換える二次気流ガス切換部材と、を有することを特徴とするプラズマ切断装置。
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JP00005098A JP4034396B2 (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | プラズマ切断方法及びプラズマ切断装置 |
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JPH11192558A JPH11192558A (ja) | 1999-07-21 |
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JP00005098A Expired - Lifetime JP4034396B2 (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | プラズマ切断方法及びプラズマ切断装置 |
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-
1998
- 1998-01-05 JP JP00005098A patent/JP4034396B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH11192558A (ja) | 1999-07-21 |
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