(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0004034396.tif 000002
【図２】
0004034396.tif 000003