JP2000312973A - Plasma cutting method, device and plasma torch - Google Patents

Plasma cutting method, device and plasma torch

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JP2000312973A
JP2000312973A JP11121526A JP12152699A JP2000312973A JP 2000312973 A JP2000312973 A JP 2000312973A JP 11121526 A JP11121526 A JP 11121526A JP 12152699 A JP12152699 A JP 12152699A JP 2000312973 A JP2000312973 A JP 2000312973A
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plasma
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively reduce dross adhesion while preventing burning of cutting portions. SOLUTION: This plasma torch 1 jets a plasma arc 43 of orifice gas containing richer oxygen than air against a work 41, jets a secondary gas curtain 45 including poorer oxygen than air to the surrounding of the plasma arc 43, and jets a third gas curtain 47 including richer oxygen than air to the surrounding of the secondary gas curtain 45. Thereby, the secondary gas curtain 45 including poor oxygen makes heat source distribution of the plasma arc 43 sharp so as to prevent burning. The third gas curtain 47 including rich oxygen promotes oxidation of dross immediately after cutting so as to reduce adhesion of dross.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、プラズマアークに
よる切断技術に関し、特に、良好な切断品質を得るため
にプラズマアークの周囲にガスカーテンを供給しながら
切断を行う技術の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutting technique using a plasma arc, and more particularly to an improvement in a technique for cutting while supplying a gas curtain around the plasma arc in order to obtain good cutting quality.

【0002】[0002]

【従来の技術】作動ガス(プラズマガス)として酸素ガ
ス又は酸素を多量に含んだガスを使用したプラズマアー
クを用いて切断を行う酸素プラズマ切断法は、低合金鋼
や低炭素鋼(軟鋼)の切断に好適である。この酸素プラ
ズマ切断法において、プラズマアークの周囲に、空気よ
りも酸素リッチな成分をもった二次ガスのカーテンを形
成することにより、切断品質を向上させる(特にドロス
付着を低減させる)技術が知られている。プラズマ切断
法における切断最前面は、プラズマアークから少し外れ
た場所(すなわち、プラズマアークが周囲の雰囲気を巻
き込んでいる場所)であるため、プラズマアークの周囲
を酸素リッチな雰囲気で覆うことにより、切断箇所の酸
素濃度が高くなって溶融金属の酸化が促進し、溶融金属
の流動性が増してドロスが排除され易くなるからであ
る。
2. Description of the Related Art An oxygen plasma cutting method for cutting using a plasma arc using an oxygen gas or a gas containing a large amount of oxygen as a working gas (plasma gas) is a method for cutting a low alloy steel or a low carbon steel (mild steel). Suitable for cutting. In this oxygen plasma cutting method, a technique for improving cutting quality (particularly reducing dross adhesion) by forming a curtain of a secondary gas having a component more oxygen-rich than air around the plasma arc is known. Have been. Since the forefront of the cutting in the plasma cutting method is a place slightly deviated from the plasma arc (that is, a place where the plasma arc involves the surrounding atmosphere), the cutting is performed by covering the periphery of the plasma arc with an oxygen-rich atmosphere. This is because the oxygen concentration at the location is increased and the oxidation of the molten metal is promoted, and the fluidity of the molten metal is increased and dross is easily removed.

【0003】この種の従来技術として、特開昭59−2
2928号に、作動ガスとして純酸素を使用したプラズ
マアークの周囲に純酸素ガスのカーテンを形成するよう
にした酸素プラズマ切断法が開示されている。しかし、
この純酸素カーテンを使用する方法では、ワークの燃焼
反応が活発になりすぎて切断溝が広くなり過ぎたり切断
面が荒れるなどの問題が生じる(バーニングの発生)、
そのため、この方法は、切断面の荒れが余り問題になら
ない厚させいぜい1mm程度の薄板にしか適用できず、
よって実用化されていない。
A prior art of this kind is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 2928 discloses an oxygen plasma cutting method in which a curtain of pure oxygen gas is formed around a plasma arc using pure oxygen as a working gas. But,
In the method using this pure oxygen curtain, the combustion reaction of the work becomes too active, and there arises a problem that a cutting groove becomes too wide or a cut surface becomes rough (burning occurs).
Therefore, this method can be applied only to a thin plate having a thickness of at most about 1 mm where the roughness of the cut surface does not cause much problem,
Therefore, it has not been put to practical use.

【0004】この問題を解決するため、特表平6−50
8793号や特開平7−51861号に開示されたプラ
ズマ切断方法は、アーク周囲に送給される二次ガスに、
酸素と窒素(又は酸素と空気)の混合ガスを用いる。こ
こで、二次ガス中の酸素の比率(流量比率つまり体積比
率)は、特表平6−508793号のもので40%〜9
0%(好ましくは2/3)、特開平7−51861号の
もので60%であり、いずれも純酸素よりは酸素濃度が
低いが、空気(酸素比率約20%)よりは酸素リッチで
ある。
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open Publication No.
No. 8793 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-51861 disclose a plasma cutting method in which a secondary gas supplied around an arc is used.
A mixed gas of oxygen and nitrogen (or oxygen and air) is used. Here, the ratio of oxygen in the secondary gas (flow rate ratio, that is, volume ratio) is 40% to 9 according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-508793.
0% (preferably 2/3) and 60% in JP-A-7-51861, all of which have a lower oxygen concentration than pure oxygen but are more oxygen-rich than air (oxygen ratio about 20%). .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述の混合ガスを二次
ガスに用いた酸素プラズマ切断法では、混合ガスの酸素
比率を、バーニングが起きない範囲内でできるだけ大き
く設定して、可能な限り切断品質の改善(特にドロス付
着の低減)を図ることになる。しかし、バーニングが起
きないようにするためには、板厚や切断速度などの切断
条件に合わせて、混合ガス組成を微妙に調整しなけらば
ならず、その調整が煩雑である。
In the oxygen plasma cutting method using the above-mentioned mixed gas as a secondary gas, the oxygen ratio of the mixed gas is set as large as possible within a range where burning does not occur, and cutting is performed as much as possible. This will improve the quality (especially the reduction of dross adhesion). However, in order to prevent burning, the composition of the mixed gas must be finely adjusted in accordance with cutting conditions such as the plate thickness and the cutting speed, and the adjustment is complicated.

【0006】また、ドロス付着を低減するには、酸素に
よる燃焼反応を促進させることが望ましいが、切断溝に
供給する酸素量がバーニングが生じない範囲内に制限さ
れるため、酸素による燃焼反応を最良の条件で活用する
ことができず、ドロス付着を完全に無くすことができな
い。
In order to reduce the dross adhesion, it is desirable to promote the combustion reaction by oxygen. However, since the amount of oxygen supplied to the cut groove is limited to a range where burning does not occur, the combustion reaction by oxygen is suppressed. It cannot be used under the best conditions and dross adhesion cannot be completely eliminated.

【0007】従って、本発明の目的は、バーニングを防
止しつつドロス付着を効果的に低減することができるプ
ラズマ切断技術を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma cutting technique capable of effectively reducing dross adhesion while preventing burning.

【0008】本発明の別の目的は、板厚や切断速度など
の切断条件が変化しても、ガス組成の微妙な調整が必要
ではないプラズマ切断技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a plasma cutting technique which does not require fine adjustment of the gas composition even when cutting conditions such as a plate thickness and a cutting speed change.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点に従
うプラズマ切断方法は、酸素を含有した作動ガスを使用
してプラズマアークを形成するステップと、プラズマア
ークの周囲に作動ガスより低い酸素濃度をもつ二次ガス
流を供給して二次ガスカーテンを形成するステップと、
二次ガスカーテンの周囲に二次ガスより高い酸素濃度を
もつ三次ガス流を供給して三次ガスカーテンを形成する
ステップとを有する。
SUMMARY OF THE INVENTION According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma cutting method comprising: forming a plasma arc using a working gas containing oxygen; Providing a secondary gas stream having a concentration to form a secondary gas curtain;
Providing a tertiary gas stream having a higher oxygen concentration than the secondary gas around the secondary gas curtain to form a tertiary gas curtain.

【0010】このプラズマ切断方法によれば、バーニン
グを防止しつつドロス付着を低減することができる。そ
の理由は、(確証があるわけではないが)次の通りと推
測される。すなわち、プラズマアークの周囲に形成され
る酸素濃度の低い二次ガスカーテンが、プラズマアーク
による熱源(ワークを溶かし切断し得る高温で酸素濃度
の高い領域)がプラズマアークより外側へ大きく拡大す
ることを抑制して熱源分布をシャープにするため、バー
ニングが防止され、シャープな切れ味が得られる。それ
に加え、二次ガスカーテン外周の酸素濃度の高い三次ガ
スカーテンが、切断直後の切断面に存在するドロスの酸
化を促進して、ドロスの流動性や剥離性を高めるため、
ドロス付着が低減される。結果として、良好な切断品質
が得られる。更には、二次ガスカーテンがバーニングを
防止するため、板厚や切断速度などの切断条件が変わっ
ても、バーニングとの兼ね合いでガス組成を微調整する
必要はもはや無く、三次ガスの酸素濃度或いは酸素流量
をドロス付着を無くす目的にとって最適値にまで高める
ことができる。
According to this plasma cutting method, it is possible to reduce dross adhesion while preventing burning. The reason is presumed to be (although not necessarily confirmed) as follows. In other words, the secondary gas curtain with low oxygen concentration formed around the plasma arc indicates that the heat source (the high temperature and high oxygen concentration region where the work can be melted and cut) by the plasma arc greatly expands outside the plasma arc. Since the distribution of the heat source is suppressed to be sharp, the burning is prevented and a sharp sharpness is obtained. In addition, the tertiary gas curtain with high oxygen concentration around the secondary gas curtain promotes the oxidation of dross existing on the cut surface immediately after cutting, and enhances the fluidity and peelability of dross,
Dross adhesion is reduced. As a result, good cutting quality is obtained. Furthermore, because the secondary gas curtain prevents burning, even if cutting conditions such as plate thickness and cutting speed change, there is no longer any need to fine-tune the gas composition in view of burning, and the oxygen concentration of the tertiary gas or The oxygen flow rate can be increased to an optimum value for the purpose of eliminating dross adhesion.

【0011】好適な実施形態では、作動ガスとして、空
気、体積比率20%以上の酸素を含有する混合ガス(例
えば、酸素と非酸化ガス(例えば窒素)の混合ガス、酸
素と空気の混合ガスなど)、又は酸素ガスを用いる。二
次ガスとして、空気、体積比率20%以下の酸素を含有
する混合ガス、又は酸素を含有しない非酸化ガス(例え
ば窒素)を用いる。三次ガスとして、体積比率20%以
上の酸素を含有する混合ガス(例えば、酸素と非酸化ガ
ス(例えば窒素)の混合ガス、酸素と空気の混合ガスな
ど)、又は酸素ガスを用いる。このような酸素濃度のガ
スを用いることで、上述したバーニングを防止し且つド
ロス付着を低減するという目的を特に効果的に達成する
ことができる。
In a preferred embodiment, the working gas is air, a mixed gas containing at least 20% by volume of oxygen (eg, a mixed gas of oxygen and a non-oxidizing gas (eg, nitrogen), a mixed gas of oxygen and air, etc.). ) Or oxygen gas. As the secondary gas, air, a mixed gas containing 20% or less by volume of oxygen, or a non-oxidizing gas containing no oxygen (for example, nitrogen) is used. As the tertiary gas, a mixed gas containing oxygen in a volume ratio of 20% or more (for example, a mixed gas of oxygen and a non-oxidizing gas (for example, nitrogen), a mixed gas of oxygen and air, or the like) is used. By using a gas having such an oxygen concentration, the object of preventing the burning described above and reducing the dross adhesion can be particularly effectively achieved.

【0012】好適な別の実施形態では、三次ガスカーテ
ンを、二次ガスカーテンの全周囲ではなく、二次ガスカ
ーテンの切断方向後方に形成する。このようにしても、
切断直後の切断溝に酸素リッチな三次ガスが供給される
ので、ドロス付着を低減することができる。
In another preferred embodiment, the tertiary gas curtain is formed not in the entire periphery of the secondary gas curtain but behind the cutting direction of the secondary gas curtain. Even if you do this,
Since the oxygen-rich tertiary gas is supplied to the cutting groove immediately after cutting, dross adhesion can be reduced.

【0013】本発明の第2の観点に従うプラズマ切断装
置は、プラズマトーチと、このプラズマトーチに作動ガ
ス、二次ガス及び三次ガスを供給するガス供給系統とを
備える。プラズマトーチは、作動ガスのプラズマアーク
を噴射するノズルと、ノズルから噴射されるプラズマア
ークの周囲に二次ガス流を供給して二次ガスカーテンを
形成する二次ガスカーテン形成機構と、二次ガスカーテ
ン形成機構によって形成される二次ガスカーテンの周囲
又は切断方向後方に三次ガス流を供給して三次ガスカー
テンを形成する三次ガスカーテン形成機構と備える。
A plasma cutting apparatus according to a second aspect of the present invention includes a plasma torch and a gas supply system for supplying a working gas, a secondary gas, and a tertiary gas to the plasma torch. The plasma torch has a nozzle for injecting a plasma arc of a working gas, a secondary gas curtain forming mechanism for forming a secondary gas curtain by supplying a secondary gas flow around the plasma arc injected from the nozzle, and a secondary gas curtain. A tertiary gas curtain forming mechanism is provided to supply a tertiary gas flow around or behind the secondary gas curtain formed by the gas curtain forming mechanism to form a tertiary gas curtain.

【0014】本発明の第3の観点に従うプラズマ切断ト
ーチは、作動ガス通路と、この作動ガス通路に連通し作
動ガスのプラズマアークを噴射するノズルオリフィスと
を有するノズルと、二次ガス通路と、この二次ガス通路
と連通しプラズマアークの周囲に二次ガス流を噴出して
二次ガスカーテンを形成する二次ガス噴出口とを有する
二次ガスカーテン形成機構と、三次ガス通路と、この三
次ガス通路と連通し前記二次ガスカーテンの周囲又は切
断方向後方に三次ガス流を供給して三次ガスカーテンを
形成する三次ガスカーテン形成機構とを備える。
A plasma cutting torch according to a third aspect of the present invention includes a nozzle having a working gas passage, a nozzle orifice communicating with the working gas passage and injecting a plasma arc of the working gas, a secondary gas passage, A secondary gas curtain forming mechanism having a secondary gas ejection port that communicates with the secondary gas passage and ejects a secondary gas flow around the plasma arc to form a secondary gas curtain; and a tertiary gas passage. A tertiary gas curtain forming mechanism that forms a tertiary gas curtain by supplying a tertiary gas flow around the secondary gas curtain or behind the cutting direction in communication with the tertiary gas passage.

【0015】本発明のプラズマ切断装置又はプラズマ切
断トーチによれば、作動ガスのプラズマアークの周囲に
二次ガスカーテンと三次ガスカーテンの2重のガスカー
テンをもった3層構造のガス流を形成することができ
る。このプラズマ切断装置又はプラズマ切断トーチに供
給される作動ガス、二次ガス、三次ガスの組成の組み合
わせには様々なバリエーションが考え得るが、一例とし
て、作動ガスとして酸素濃度の比較的に高いガスを用
い、二次ガスとして酸素濃度の低いガスを用い、三次ガ
スとして酸素濃度の比較的高いガスを用いることができ
る。そうすると、上述したようにバーニングを防止し且
つドロス付着を低減するという効果を得ることができ
る。また、プラズマアークを旋回流とし且つ二次ガスカ
ーテンも同方向に旋回する旋回流とすることにより、二
次ガスの旋回強度の調節で切断面のベベル角を所望値に
調整できるという効果が得られる。その際、三次ガスカ
ーテンも旋回させるか旋回させないかの選択もできる。
三次ガスを旋回させることにより、二次ガス旋回による
ベベル角調整の作用を更に補助することができるだけで
なく、三次ガスカーテンの均一性を高めることができ
る。
According to the plasma cutting apparatus or the plasma cutting torch of the present invention, a three-layer gas flow having a double gas curtain of a secondary gas curtain and a tertiary gas curtain is formed around the plasma arc of the working gas. can do. Various variations can be considered for the combination of the working gas, the secondary gas, and the composition of the tertiary gas supplied to the plasma cutting device or the plasma cutting torch.As an example, a gas having a relatively high oxygen concentration is used as the working gas. A gas having a low oxygen concentration can be used as the secondary gas, and a gas having a relatively high oxygen concentration can be used as the tertiary gas. Then, as described above, the effect of preventing burning and reducing dross adhesion can be obtained. Further, by using the plasma arc as a swirl flow and the secondary gas curtain as a swirl flow also swirling in the same direction, the effect that the bevel angle of the cut surface can be adjusted to a desired value by adjusting the swirl intensity of the secondary gas is obtained. Can be At this time, it is possible to select whether the tertiary gas curtain is also turned or not.
By swirling the tertiary gas, it is possible not only to further assist the operation of bevel angle adjustment by swirling the secondary gas, but also to improve the uniformity of the tertiary gas curtain.

【0016】また、本発明のプラズマ切断装置又はプラ
ズマ切断トーチは、酸素プラズマ切断法だけでなく、ス
テンレス鋼のように酸化によって切断品質が劣化する材
料の切断に使用される、非酸化性の作動ガスに使用した
プラズマ切断法にも適用することができる。ステンレス
鋼のプラズマ切断では、窒素やアルゴンなどの非酸化性
の作動ガスを用いたプラズマアークを、やはり窒素など
の非酸化性の二次ガスカーテンで覆い、この二次ガスカ
ーテンにより切断箇所を外の空気からシールドして切断
面の酸化を防いでいる。しかし、二次ガスカーテンに巻
き込まれる外気が多少はあるため(特に、上記のように
ベベル角を調整するために二次ガスを旋回流とする場合
は尚更である)、極めて大量の二次ガスを流さない限
り、外気から切断面を十分にシールドすることが難し
い。これに対し、本発明のプラズマ切断装置又はプラズ
マ切断トーチは、二次ガスカーテンの外側に更に三次ガ
スカーテンがあるため、二次ガスと三次ガスのカーテン
を共に窒素などの非酸化性ガスカーテンとすることによ
り、この2重の非酸化性ガスカーテンによって、従来よ
り少ないシールドガス量で十分なシールド効果を得るこ
とができる。特に、上記のようにベベル角を調整するた
めに二次ガスカーテンを旋回流とした場合には、この旋
回する二次ガスカーテンの外側に三次ガスカーテンが存
在して外気を二次ガスカーテンに直接触れさせないよう
にすることで、従来技術と比較したときのシールド効果
は特に大きい。
Further, the plasma cutting apparatus or the plasma cutting torch of the present invention can be used not only for the oxygen plasma cutting method but also for the cutting of a material such as stainless steel whose cutting quality is deteriorated by oxidation. The present invention can also be applied to a plasma cutting method used for gas. In plasma cutting stainless steel, a plasma arc using a non-oxidizing working gas such as nitrogen or argon is covered with a non-oxidizing secondary gas curtain such as nitrogen, and the secondary gas curtain cuts out the cut location. Shield from the air to prevent oxidation of the cut surface. However, since there is some outside air entrained in the secondary gas curtain (especially when the secondary gas is swirled to adjust the bevel angle as described above), an extremely large amount of secondary gas is used. It is difficult to sufficiently shield the cut surface from the outside air unless the air flows. In contrast, the plasma cutting device or plasma cutting torch of the present invention further includes a tertiary gas curtain outside the secondary gas curtain, so that both the secondary gas and the tertiary gas curtain are non-oxidizing gas curtains such as nitrogen. By doing so, a sufficient shielding effect can be obtained with the double non-oxidizing gas curtain with a smaller shielding gas amount than before. In particular, when the secondary gas curtain is swirled to adjust the bevel angle as described above, a tertiary gas curtain exists outside the swirling secondary gas curtain, and outside air is supplied to the secondary gas curtain. By avoiding direct contact, the shielding effect is particularly large when compared with the prior art.

【0017】このように、プラズマアークの外側に二次
ガスカーテン及び三次ガスカーテンの2重のガスカーテ
ンを形成することの効果は、従来技術からは期待できな
い格別のものである。
Thus, the effect of forming the double gas curtain of the secondary gas curtain and the tertiary gas curtain outside the plasma arc is a special one that cannot be expected from the prior art.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態にか
かるプラズマ切断法で使用するプラズマトーチの概略的
な断面構造を示す。
FIG. 1 shows a schematic sectional structure of a plasma torch used in a plasma cutting method according to an embodiment of the present invention.

【0019】プラズマトーチ1は、全体として概略的に
多重円筒形であり、その中心位置に概略円柱形の電極3
を有し、この電極3の外側に概略円筒形のノズル5が被
さり、ノズル5の外側に概略円筒形の第1のノズルキャ
ップ7が被さり、更に、第1のノズルキャップ7の外側
に概略円筒形の第2のノズルキャップ9が被さってい
る。2つのノズルキャップ7、9は、ノズル5から電気
的に絶縁されている。
The plasma torch 1 has a generally multi-cylindrical shape as a whole, and has a substantially cylindrical electrode 3 at the center thereof.
A substantially cylindrical nozzle 5 covers the outside of the electrode 3, a substantially cylindrical first nozzle cap 7 covers the outside of the nozzle 5, and a substantially cylindrical nozzle 5 covers the outside of the first nozzle cap 7. A second nozzle cap 9 of shape is covered. The two nozzle caps 7, 9 are electrically insulated from the nozzle 5.

【0020】電極3はその内部に、冷却水が通る冷却水
路11を有し、そのプラズマアークの点火点となる先端
部には、プラズマアークの高熱に耐え得る高融点材料
製、例えばハフニウムやジルコニウム製の耐熱インサー
ト19を有している。
The electrode 3 has a cooling water passage 11 through which cooling water passes, and a tip portion of the electrode 3 serving as an ignition point of the plasma arc is made of a material having a high melting point capable of withstanding the high heat of the plasma arc, such as hafnium or zirconium. It has a heat-resistant insert 19 made of.

【0021】電極3とノズル5との間には作動ガス通路
13が形成されており、作動ガスは図示しない作動ガス
供給系統によってトーチ基端側から作動ガス通路13内
に供給されてトーチ先端へ向かって流れる。作動ガス通
路13の途中に環状の作動ガススワラ21がはめ込まれ
ており、この作動ガススワラ21を通るときに作動ガス
流は旋回流となる。ノズル5の先端部には、プラズマア
ークを十分に細く絞ってジェット流にして先方へ噴出す
るための、十分に細い口径をもったノズルオリフィス3
1が開けられている。ノズル5はこれを冷却するための
冷却水路も有するが、図1では図示省略してある。
A working gas passage 13 is formed between the electrode 3 and the nozzle 5, and the working gas is supplied from a base end side of the torch into the working gas passage 13 by a working gas supply system (not shown) and is directed to a tip of the torch. Flowing towards. An annular working gas swirler 21 is fitted in the middle of the working gas passage 13. When passing through the working gas swirler 21, the working gas flow becomes a swirling flow. A nozzle orifice 3 having a sufficiently small diameter is provided at the tip of the nozzle 5 for narrowing the plasma arc sufficiently narrow and jetting the jet into a jet stream.
One is open. The nozzle 5 also has a cooling water passage for cooling it, but is not shown in FIG.

【0022】ノズル5と第1ノズルキャップ7との間に
二次ガス通路15が形成されており、二次ガスは図示し
ない二次ガス供給系統によってトーチ基端側から二次ガ
ス通路15内に供給されてトーチ先端へ向かって流れ
る。二次ガス通路15の途中に環状の二次ガススワラ2
3がはめ込まれており、この二次ガススワラ23を通る
ときに二次ガス流は旋回流となる。二次ガス旋回流の旋
回方向は作動ガス旋回流の旋回方向と同一である。第1
ノズルキャップ7の先端部には、二次ガスが噴出する二
次ガス噴出口33が開けられている。この二次ガス噴出
口33の口径はノズルオリフィス31の口径よりも大き
い。つまり、この二次ガス噴出口33はノズルオリフィ
ス31を包囲した環状の開口である。
A secondary gas passage 15 is formed between the nozzle 5 and the first nozzle cap 7, and the secondary gas is introduced into the secondary gas passage 15 from the base end of the torch by a secondary gas supply system (not shown). It is supplied and flows toward the torch tip. An annular secondary gas swirler 2 is provided in the middle of the secondary gas passage 15.
The secondary gas flow is swirling when passing through the secondary gas swirler 23. The swirling direction of the secondary gas swirling flow is the same as the swirling direction of the working gas swirling flow. First
At the tip of the nozzle cap 7, a secondary gas ejection port 33 from which a secondary gas is ejected is opened. The diameter of the secondary gas outlet 33 is larger than the diameter of the nozzle orifice 31. That is, the secondary gas outlet 33 is an annular opening surrounding the nozzle orifice 31.

【0023】第1ノズルキャップ7と第2ノズルキャッ
プ9との間に三次ガス通路17が形成されており、三次
ガスは図示しない三次ガス供給系統によってトーチ基端
側から三次ガス通路17内に供給されてトーチ先端へ向
かって流れる。三次ガス通路17の途中に環状の三次ガ
ススワラ25がはめ込まれており、この三次ガススワラ
25を通るときに三次ガス流は旋回流となる。三次ガス
旋回流の旋回方向は作動ガス旋回流の旋回方向と同一で
ある。第2ノズルキャップ9の先端部には、三次ガスが
噴出する三次ガス噴出口35が開けられている。この三
次ガス噴出口35の口径は二次ガス噴出口31の口径よ
りも大きい。つまり、三次ガス噴出口35は二次ガス噴
出口33を包囲した環状の開口である。
A tertiary gas passage 17 is formed between the first nozzle cap 7 and the second nozzle cap 9, and tertiary gas is supplied into the tertiary gas passage 17 from the torch base end by a tertiary gas supply system (not shown). It flows toward the tip of the torch. An annular tertiary gas swirler 25 is fitted in the middle of the tertiary gas passage 17, and the tertiary gas flow becomes a swirling flow when passing through the tertiary gas swirler 25. The swirling direction of the tertiary gas swirling flow is the same as the swirling direction of the working gas swirling flow. A tertiary gas ejection port 35 from which a tertiary gas is ejected is opened at the tip of the second nozzle cap 9. The diameter of the tertiary gas jet 35 is larger than the diameter of the secondary gas jet 31. That is, the tertiary gas outlet 35 is an annular opening surrounding the secondary gas outlet 33.

【0024】ここで、ノズル5、第1ノズルキャップ7
及び第2ノズルキャップ9という、いずれも電極3を囲
み且つガスの噴出口を有した筒状の3種類の部品が存在
するが、本明細書で「ノズル」という用語と「ノズルキ
ャップ」という用語は、全く異なる役割をもつ部品を指
す意味で用いることに注意されたい。すなわち、「ノズ
ル」とは、プラズマアークを拘束し絞るための最も細い
ガス噴出口を有した部品であり、「ノズル」の上流側
(内側)から供給されるガスは、(それが複数あって
も)全てプラズマ化され、その意味で作動ガス又はプラ
ズマガスと呼ばれる。一方、「ノズルキャップ」は、
「ノズル」より下流側(外側)に存在し、ノズルのガス
噴出口(ノズルオリフィス)より口径の大きいガス噴出
口を有し、ノズルキャップとノズルとの間のガス通路か
らそのガス噴出口へ供給されるガスはプラズマ化される
ことはなく、シールドガスとしてプラズマアークに沿っ
て流れプラズマアークを包囲する。本実施形態における
二次ガス及び三次ガスはシールドガスとして機能する。
このことは、例えば特開平9−239545号や特開平
10−314951号に開示された多重構造の「ノズ
ル」をもった従来のプラズマトーチと混同することな
く、本発明の実施形態を理解する上で重要である。
Here, the nozzle 5, the first nozzle cap 7
There are three types of cylindrical components, each of which surrounds the electrode 3 and has a gas outlet, namely, a second nozzle cap 9 and a second nozzle cap 9. In this specification, the terms “nozzle” and “nozzle cap” are used. Note that is used to refer to components that have completely different roles. That is, the “nozzle” is a component having the narrowest gas ejection port for restraining and narrowing the plasma arc, and the gas supplied from the upstream side (inside) of the “nozzle” ) Are all turned into plasma and are called working gas or plasma gas in that sense. On the other hand, the “nozzle cap”
It has a gas outlet located downstream (outside) of the "nozzle" and larger in diameter than the gas outlet (nozzle orifice) of the nozzle, and supplies the gas to the gas outlet from the gas passage between the nozzle cap and the nozzle The generated gas does not become plasma, but flows along the plasma arc as a shielding gas and surrounds the plasma arc. The secondary gas and the tertiary gas in the present embodiment function as a shielding gas.
This is not to be confused with, for example, a conventional plasma torch having a “nozzle” having a multiplex structure disclosed in JP-A-9-239545 and JP-A-10-314951, and it is important to understand the embodiments of the present invention. Is important.

【0025】さて、上記構造のプラズマトーチ1におい
て、電極3の先端部近傍へ流れて来た作動ガス旋回流は
ここでプラズマ化され、ノズルオリフィス31を通って
十分に細く絞られた高温高速ジェット流のプラズマアー
クとなってトーチ先方へ向かって噴出する。二次ガス噴
出口33からは、二次ガス旋回流がトーチ先方へ向かっ
てプラズマアークの外周に噴出して、プラズマアークの
外周に二次ガスカーテンを形成する。三次ガス噴出口3
5からは、三次ガス旋回流がトーチ先方へ向かって二次
ガスカーテンの外周に噴出して、二次ガスカーテンの外
周に三次ガスカーテンを形成する。このように、作動ガ
スのプラズマアークを中心に、その外周を二次ガスカー
テンが囲み、その外周を三次ガスカーテンが囲んだ3層
構造のガス流が形成される。
Now, in the plasma torch 1 having the above structure, the swirling flow of the working gas flowing near the tip of the electrode 3 is turned into plasma here, and is passed through the nozzle orifice 31 so as to be sufficiently narrowed down. It becomes a plasma arc of the current and gushes toward the torch. From the secondary gas outlet 33, the secondary gas swirl flow is ejected toward the torch toward the outer periphery of the plasma arc to form a secondary gas curtain on the outer periphery of the plasma arc. Tertiary gas outlet 3
From 5, the tertiary gas swirling flow is jetted toward the torch ahead on the outer periphery of the secondary gas curtain, forming a tertiary gas curtain on the outer periphery of the secondary gas curtain. In this manner, a gas flow having a three-layer structure is formed in which the outer periphery is surrounded by the secondary gas curtain and the outer periphery is surrounded by the tertiary gas curtain around the plasma arc of the working gas.

【0026】ここで、作動ガスの酸素濃度をN1,二次
ガスの酸素濃度をN2、三次ガスの酸素濃度をN3とす
ると、N1>N2及びN2<N3という条件を満たす。
好ましくは、作動ガスには、酸素濃度が空気以上のガ
ス、例えば、空気、純酸素ガス、酸素と窒素の混合ガス
であって酸素比率が空気(酸素比率約20%)より高い
もの、又は酸素と空気の混合ガス等が使用される。三次
ガスにも、酸素濃度が空気以上のガス、例えば、純酸素
ガス、酸素と窒素の混合ガスであって酸素比率が空気
(酸素比率約20%)より高いもの、又は酸素と空気の
混合ガス等が使用される。なお、作動ガスと三次ガスは
同じ組成であってもよいが、異なる組成であってもよ
い。他方、二次ガスには、酸素濃度が空気以下のガス、
例えば、純窒素のような非酸化性のガス、空気、又は酸
素と窒素の混合ガスであって酸素比率が空気(酸素比率
約20%)より低いもの等が使用される。ここで、「比
率」という用語は、ガスの流量比率つまり体積比率を指
す意味で使用する。
Here, when the oxygen concentration of the working gas is N1, the oxygen concentration of the secondary gas is N2, and the oxygen concentration of the tertiary gas is N3, the conditions of N1> N2 and N2 <N3 are satisfied.
Preferably, the working gas is a gas having an oxygen concentration equal to or higher than air, such as air, pure oxygen gas, a mixed gas of oxygen and nitrogen, wherein the oxygen ratio is higher than air (oxygen ratio about 20%), or oxygen. A mixed gas of air and air is used. The tertiary gas is also a gas having an oxygen concentration higher than air, for example, pure oxygen gas, a mixed gas of oxygen and nitrogen having an oxygen ratio higher than air (oxygen ratio of about 20%), or a mixed gas of oxygen and air Etc. are used. The working gas and the tertiary gas may have the same composition, or may have different compositions. On the other hand, in the secondary gas, a gas whose oxygen concentration is lower than air,
For example, a non-oxidizing gas such as pure nitrogen, air, or a mixed gas of oxygen and nitrogen having an oxygen ratio lower than air (oxygen ratio about 20%) is used. Here, the term “ratio” is used to mean a gas flow ratio, that is, a volume ratio.

【0027】図2は、作動ガス及び三次ガスとして純酸
素ガス、二次ガスとして純窒素ガスを用いた場合の、上
記の3層ガス流の酸素比率の変化をプラズマアーク中心
からの半径方向の距離を横軸にとり模式的に示してい
る。図示のように、プラズマアークは高い酸素濃度を有
するが、その外側は酸素濃度が空気以下に一旦低下し
(二次ガスカーテン)、更にその外側は酸素濃度が再び
空気より濃くなる(三次ガスカーテン)。なお、上述の
説明から分るように、作動ガス及び三次ガスに純酸素ガ
スを用い二次ガスに純窒素ガスを用いることは単なる一
例に過ぎず、他の組成のガスの組み合わせも可能であ
る。作動ガス及び三次ガスは、図2に点線で示す空気の
酸素比率(20%)以上に酸素を含有することが望まし
く、二次ガスは空気の酸素比率以下で酸素を含有するか
又は全く含有しないことが望ましい。他のガス組成の組
み合わせの中の一つの好適例としては、作動ガスが酸素
比率70〜95%程度の酸素と窒素(又は酸素と空気)
の混合ガス、二次ガスが純窒素ガス、三次ガスが純酸素
ガスという組み合わせがある。この組み合わせでは、作
動ガスが酸素比率70〜95%程度の混合ガスであるた
め、純酸素ガスを用いた場合に比較して、遜色のない切
断能力を維持しつつ電極の消耗が少ないという利点が得
られる。また、切断中は上記の条件を満たすガスを用い
るが、切断を開始する前のパイロットアーク形成時や、
切断を終了してアークを消すときには、特に作動ガスに
は、上記条件より酸素濃度の低いガス又は全く酸素を含
まないガス、例えば窒素ガスなどを用いることが、電極
消耗を抑える上で望ましい。
FIG. 2 shows the change in the oxygen ratio of the three-layer gas flow in the case where pure oxygen gas is used as the working gas and the tertiary gas and pure nitrogen gas is used as the secondary gas in the radial direction from the center of the plasma arc. The distance is schematically shown on the horizontal axis. As shown, although the plasma arc has a high oxygen concentration, the oxygen concentration temporarily drops below the air outside the air (secondary gas curtain), and the oxygen concentration again becomes higher outside the air (the tertiary gas curtain). ). As can be seen from the above description, using pure oxygen gas as the working gas and tertiary gas and using pure nitrogen gas as the secondary gas is merely an example, and a combination of gases having other compositions is also possible. . It is desirable that the working gas and the tertiary gas contain oxygen at or above the oxygen ratio of air (20%) indicated by the dotted line in FIG. 2, and the secondary gas contains oxygen at no more than the oxygen ratio of air or contains no oxygen at all. It is desirable. One preferable example of other gas composition combinations is that the working gas is oxygen and nitrogen (or oxygen and air) having an oxygen ratio of about 70 to 95%.
, The secondary gas is pure nitrogen gas, and the tertiary gas is pure oxygen gas. In this combination, since the working gas is a mixed gas having an oxygen ratio of about 70 to 95%, there is an advantage that compared with the case of using pure oxygen gas, the cutting power is maintained and the consumption of the electrode is reduced. can get. In addition, during cutting, a gas that satisfies the above conditions is used, but when forming a pilot arc before starting cutting,
When the arc is extinguished after the cutting is completed, it is particularly desirable to use a gas having a lower oxygen concentration than the above conditions or a gas containing no oxygen, for example, a nitrogen gas, in order to suppress electrode consumption.

【0028】図3及び図4は、このプラズマトーチ1を
用いて鋼板41を切断するときの切断箇所の状態を示す
断面図及び平面図である。
FIGS. 3 and 4 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, showing the state of the cut portion when cutting the steel plate 41 using the plasma torch 1. As shown in FIGS.

【0029】上述したように、プラズマトーチ1から噴
出した酸素リッチなプラズマアーク43の外周を酸素濃
度の低い二次ガスカーテン45が覆い、その外周を酸素
リッチな三次ガスカーテン47が覆っている。図示の例
では、プラズマトーチ1が鋼板41に対して図中左から
右へと移動しながら鋼板41を切断しており、プラズマ
アーク43の後に切断溝51が形成されている。ここ
で、鋼板41の切断最前面53は、プラズマアーク43
の内部あるいは外縁ではなく、プラズマアーク43の外
縁の外側極く近傍に存在する。その理由は、プラズマア
ーク43からの輻射と鋼板41の熱伝導によって、切断
最前面53はプラズマアーク43よりも先行するためで
ある。本実施形態では、プラズマアーク43を酸素濃度
の低い二次ガスカーテン45が囲んでおり、そして、こ
の低温で酸素濃度の低い二次ガスカーテン45の領域で
は、燃焼反応が抑えられ切断現象が進行しなくなるた
め、プラズマアーク43による熱源(鋼板41の金属を
溶かし切断することができる高温かつ酸素濃度の高い領
域)の分布が、二次ガスカーテン45で囲まれたプラズ
マアーク43の領域とその近傍だけに限定されたシャー
プな形状になる。因みに、従来技術のようにプラズマア
ークを空気より酸素リッチな雰囲気で囲んだ場合には、
酸素リッチな雰囲気が金属の酸化を促進することによ
り、プラズマアークからある程度離れた領域にも金属を
溶かすに足るエネルギーを供給することになり、熱源分
布が不必要に大きく広がってしまい、バーニングの原因
となる。本実施形態では、酸素濃度の低い二次ガスカー
テン45の存在によって、熱源分布がプラズマアーク4
5の形に沿ったシャープなものとなるため切断溝51が
不必要に大きく広がることがなく(つまり、バーニング
が抑制され)、シャープな切れ味が得られる。
As described above, the outer periphery of the oxygen-rich plasma arc 43 ejected from the plasma torch 1 is covered by the secondary gas curtain 45 having a low oxygen concentration, and the outer periphery is covered by the oxygen-rich tertiary gas curtain 47. In the illustrated example, the plasma torch 1 cuts the steel plate 41 while moving from left to right with respect to the steel plate 41 in the figure, and a cutting groove 51 is formed after the plasma arc 43. Here, the cutting front 53 of the steel plate 41 is
But not outside or near the outer edge of the plasma arc 43. The reason is that the frontmost cutting surface 53 precedes the plasma arc 43 due to radiation from the plasma arc 43 and heat conduction of the steel plate 41. In the present embodiment, the plasma arc 43 is surrounded by the secondary gas curtain 45 having a low oxygen concentration, and in the region of the secondary gas curtain 45 having a low oxygen concentration at a low temperature, the combustion reaction is suppressed and the cutting phenomenon proceeds. The distribution of the heat source (the high-temperature and high-oxygen-concentration region where the metal of the steel plate 41 can be melted and cut) by the plasma arc 43 is reduced by the distribution of the plasma arc 43 region surrounded by the secondary gas curtain 45 and its vicinity. It becomes a sharp shape limited to only. By the way, when the plasma arc is surrounded by an oxygen-rich atmosphere than air as in the prior art,
The oxygen-rich atmosphere promotes the oxidation of the metal, which supplies enough energy to melt the metal to a certain distance from the plasma arc, unnecessarily widening the heat source distribution and causing the burning. Becomes In the present embodiment, the heat source distribution is reduced by the presence of the secondary gas curtain 45 having a low oxygen concentration.
Since the cutting groove 51 becomes sharp along the shape of 5, the cutting groove 51 does not unnecessarily widen greatly (that is, burning is suppressed), and a sharp sharpness is obtained.

【0030】更に、本実施形態では、二次ガスカーテン
45の外周を、空気より酸素リッチな三次ガスカーテン
47が覆っているため、切断直後の切断面55は三次ガ
スカーテン55内に入り、ここで切断面55やその近傍
に残っているドロスの酸化が促進される。ドロスは、酸
化が促進すると表面張力が低下し流動性が高まるので、
三次ガス噴流の力で容易に吹き飛ばされ、よってドロス
の付着が低減する。また、切断面に多少のドロスが付着
したまま凝固し残ったとしても、酸化が進んでいるため
に容易に剥離することができる。特に、酸素濃度の低い
二次ガスカーテン45によってバーニングが防止される
ため、バーニングの制限を受けることなく、三次ガスの
酸素濃度を高めて大量の酸素を切断溝51に供給するこ
とができる。従って、バーニングの制限下で酸素濃度を
抑えていた従来技術に比較して、より効果的にドロス付
着を低減することができる。以上の結果、高い切断品
質、つまり、バーニングも無く且つドロスの付着も少な
い好ましい切断面が得られる。
Furthermore, in this embodiment, since the tertiary gas curtain 47, which is richer in oxygen than air, covers the outer periphery of the secondary gas curtain 45, the cut surface 55 immediately after cutting enters the tertiary gas curtain 55. This promotes oxidation of dross remaining on the cut surface 55 and its vicinity. Dross promotes oxidation, lowering surface tension and increasing fluidity,
It is easily blown off by the power of the tertiary gas jet, thereby reducing dross adhesion. Further, even if some dross adheres to the cut surface and remains, it can be easily peeled off due to the progress of oxidation. In particular, since the burning is prevented by the secondary gas curtain 45 having a low oxygen concentration, the oxygen concentration of the tertiary gas can be increased and a large amount of oxygen can be supplied to the cutting groove 51 without being restricted by the burning. Accordingly, dross adhesion can be more effectively reduced as compared with the related art in which the oxygen concentration is suppressed under the limitation of burning. As a result, it is possible to obtain a high cut quality, that is, a preferable cut surface with no burning and little dross adhesion.

【0031】また、板厚や切断速度などの切断条件が変
化しても、ドロスの付着を防止するために単純に三次ガ
スの酸素濃度(酸素流量)を増やすだけでよく、従来技
術のようにバーニングとの兼ね合いで微妙な調整が必要
になることはない。
Even if the cutting conditions such as the plate thickness and the cutting speed change, it is sufficient to simply increase the oxygen concentration (oxygen flow rate) of the tertiary gas in order to prevent dross from adhering. There is no need for subtle adjustments in relation to burning.

【0032】更に、本実施形態では、プラズマアーク4
3を旋回流にすると共に、その外周の二次ガスカーテン
45及び三次ガスカーテン47をプラズマアーク43の
旋回流と同一方向に旋回する旋回流としている。こうす
ると、二次ガスカーテン45及び三次ガスカーテン47
の旋回強度(流量)を調節することで、切断面のベベル
角を大きい可変範囲にわたって調節することが可能であ
る。すなわち、図4に示すようにトーチから切断箇所を
見たときに旋回方向を右回りにすると、二次ガスカーテ
ン45及び三次ガスカーテン47の旋回強度を高めるに
従って、プラズマアーク43が切断方向に向かって右側
へ傾いていくため、切断方向に向かって右側の切断面5
7Rのベベル角がプラス値(鋼板41の上面と切断面が
なす角度が鈍角)からゼロ(同角度が直角)さらにはマ
イナス値(同角度が鋭角)へと変化していく。逆に、ト
ーチから切断箇所を見たときに旋回方向を左回りにする
と、二次ガスカーテン45及び三次ガスカーテン47の
旋回強度を高めるに従って、プラズマアーク43が切断
方向に向かって左側へ傾いていくため、切断方向に向か
って左側の切断面57Lのベベル角がプラス値からゼロ
さらにはマイナス値へと変化していく。このベベル角調
節機能があることによって、バーニングやドロスの点で
の切断品質向上だけでなく、所望のベベル角(典型的に
は0度)が得られることになり、一層の切断品質向上効
果が得られる。なお、このベベル角調節機能を得るため
に本実施形態では、二次ガスカーテン45及び三次ガス
カーテン47の双方を旋回流としているが、その一方だ
けを旋回流としてもよい。すなわち、例えば、二次ガス
だけをプラズマアーク43と同方向に旋回させ、三次ガ
スは旋回しない噴流としてもよい。ただ、三次ガスを旋
回させると、二次ガスによるベベル角調整の作用を更に
保持できるとともに、三次ガスカーテン47の均一性を
高めることができる。
Further, in this embodiment, the plasma arc 4
3 is a swirling flow, and the secondary gas curtain 45 and the tertiary gas curtain 47 on the outer circumference thereof are swirling flows that swirl in the same direction as the swirling flow of the plasma arc 43. In this case, the secondary gas curtain 45 and the tertiary gas curtain 47
The bevel angle of the cut surface can be adjusted over a large variable range by adjusting the swirl strength (flow rate). That is, as shown in FIG. 4, when the turning direction is clockwise when the cutting position is viewed from the torch, as the turning strength of the secondary gas curtain 45 and the tertiary gas curtain 47 increases, the plasma arc 43 moves in the cutting direction. Cut surface 5 on the right side in the cutting direction
The bevel angle of 7R changes from a plus value (an angle between the upper surface of the steel plate 41 and the cut surface) to an obtuse angle, to zero (the same angle is a right angle), and further to a minus value (the same angle is an acute angle). Conversely, when the turning direction is counterclockwise when the cutting portion is viewed from the torch, as the turning strength of the secondary gas curtain 45 and the tertiary gas curtain 47 increases, the plasma arc 43 tilts leftward in the cutting direction. Therefore, the bevel angle of the left cut surface 57L in the cutting direction changes from a positive value to zero and further to a negative value. By having this bevel angle adjusting function, not only the cutting quality in terms of burning and dross can be improved, but also a desired bevel angle (typically 0 degrees) can be obtained, and the effect of further improving the cutting quality can be obtained. can get. In this embodiment, in order to obtain the bevel angle adjusting function, both the secondary gas curtain 45 and the tertiary gas curtain 47 are swirled, but only one of them may be swirled. That is, for example, only the secondary gas may be swirled in the same direction as the plasma arc 43, and the tertiary gas may be a non-swirl jet. However, when the tertiary gas is swirled, the operation of adjusting the bevel angle by the secondary gas can be further maintained, and the uniformity of the tertiary gas curtain 47 can be improved.

【0033】図5及び図6は、上述した実施形態の変形
例を示している。
FIGS. 5 and 6 show a modification of the above-described embodiment.

【0034】図5に示すように、この変形例にかかるプ
ラズマトーチ1は、三次ガスカーテン47を形成するた
めの構造において前述の実施形態と相違している。すな
わち、第1ノズルキャップ7の切断方向後方の外側面
に、三次ガスパイプカバー61が取りつけられて、パイ
プ状の三次ガス通路63が形成されている。この三次ガ
ス通路63のガス噴出口65から三次ガス噴流が、二次
ガスカーテン45の切断方向後方の切断溝51へ供給さ
れる。従って、二次ガスカーテン45の切断方向後方側
にだけ三次ガスカーテン47が形成される。既に図3、
4を参照して説明したと同様の原理に従い、酸素濃度の
低い二次ガスカーテン45によってバーニングが防止さ
れると共に、酸素濃度の濃い三次ガスカーテン47によ
ってドロス付着が低減される。
As shown in FIG. 5, the plasma torch 1 according to this modification is different from the above-described embodiment in the structure for forming the tertiary gas curtain 47. That is, the tertiary gas pipe cover 61 is attached to the outer surface of the first nozzle cap 7 on the rear side in the cutting direction, so that a pipe-shaped tertiary gas passage 63 is formed. The tertiary gas jet is supplied from the gas jet port 65 of the tertiary gas passage 63 to the cutting groove 51 behind the secondary gas curtain 45 in the cutting direction. Therefore, the tertiary gas curtain 47 is formed only on the rear side of the secondary gas curtain 45 in the cutting direction. Figure 3, already
According to the same principle as described with reference to FIG. 4, burning is prevented by the secondary gas curtain 45 having a low oxygen concentration, and dross adhesion is reduced by the tertiary gas curtain 47 having a high oxygen concentration.

【0035】図1に示した構造のプラズマトーチ1の別
の適用として、ステンレス鋼の切断への適用がある。
As another application of the plasma torch 1 having the structure shown in FIG. 1, there is an application for cutting stainless steel.

【0036】軟鋼の切断では、これまで説明したよう
に、鉄と酸素の燃焼反応の最適化を目的として、酸素濃
度の高い作動ガス、酸素濃度の低い二次ガス及び酸素濃
度の高い三次ガスというガスの組み合わせを用いてい
る。これに対し、ステンレス鋼の切断では、酸素による
燃焼反応の抑制が必要である。すなわち、ステンレス鋼
の合金元素の一つであるクロムが酸化すると、溶融金属
の流動性を阻害するクロム酸化物が生成され、切断品質
の劣化を招く。そのため、ステンレス鋼のプラズマ切断
では、通常、酸化を防止するため、作動ガスとして、酸
素を含まない窒素を主体として、それにアルゴンや水素
を添加した混合ガスを使う。ここで、水素を添加する理
由は、空気中の酸素の影響を排除するためである。この
ステンレス鋼の切断では、図1に示した構造のトーチ1
を用いて、作動ガス、二次ガス及び三次ガスを全て窒素
やアルゴンなどの非酸化性のガスとすることが好まし
い。従来、非酸化性の二次ガスカーテンを用いて空気中
の酸素の悪影響を防止しようとしているが、更にその外
側に非酸化性の三次ガスカーテンを設けることにより、
二次ガスカーテンが外の空気に直接触れることが少なく
なり、より効果的に切断雰囲気を空気からシールドでき
るので、より確実に空気中の酸素の悪影響を低減するこ
とができる。従来の二次ガスカーテンだけでシールドす
る方法に比較して、二次ガスと三次ガスの2重のカーテ
ンでシールドする方法の方が、同等のシールド効果を得
るために必要となるシールドガス流量がより少なくて済
む。更に、特に空気に直接触れる三次ガスとして、水素
を含むガスを用いると、より良好に酸化を阻止すること
ができる。この方法によれば、三次ガスを全周にわたっ
て供給するよりも、少ないガス量で同等の効果をえるこ
とができる。
In the cutting of mild steel, as described above, for the purpose of optimizing the combustion reaction between iron and oxygen, a working gas having a high oxygen concentration, a secondary gas having a low oxygen concentration, and a tertiary gas having a high oxygen concentration are used. A combination of gases is used. On the other hand, in cutting stainless steel, it is necessary to suppress the combustion reaction due to oxygen. That is, when chromium, which is one of the alloy elements of stainless steel, is oxidized, chromium oxide that inhibits the fluidity of the molten metal is generated, resulting in deterioration of cutting quality. Therefore, in the plasma cutting of stainless steel, in order to prevent oxidation, a mixed gas mainly composed of nitrogen containing no oxygen and added with argon or hydrogen is usually used as a working gas. Here, the reason for adding hydrogen is to eliminate the influence of oxygen in the air. In cutting this stainless steel, the torch 1 having the structure shown in FIG.
It is preferable that the working gas, the secondary gas, and the tertiary gas are all non-oxidizing gases such as nitrogen and argon. Conventionally, a non-oxidizing secondary gas curtain has been used to prevent the adverse effects of oxygen in the air, but by further providing a non-oxidizing tertiary gas curtain on the outside,
Since the secondary gas curtain is less likely to come into direct contact with the outside air, and the cutting atmosphere can be more effectively shielded from the air, the adverse effect of oxygen in the air can be reduced more reliably. Compared to the conventional method of shielding only with a secondary gas curtain, the method of shielding with a double curtain of secondary gas and tertiary gas requires a shielding gas flow rate necessary to obtain the same shielding effect. Less is needed. Furthermore, when a gas containing hydrogen is used as the tertiary gas that directly contacts air, oxidation can be more effectively prevented. According to this method, the same effect can be obtained with a smaller gas amount than when the tertiary gas is supplied over the entire circumference.

【0037】以上、本発明の一実施形態を説明したが、
これらの実施形態はあくまで本発明の説明のための例示
であり、本発明をこれら実施形態にのみ限定する趣旨で
はない。従って、本発明は、上記実施形態以外の様々な
形態でも実施することができる。
The embodiment of the present invention has been described above.
These embodiments are merely examples for describing the present invention, and are not intended to limit the present invention only to these embodiments. Therefore, the present invention can be implemented in various modes other than the above-described embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態にかかるプラズマ切断法で
使用するプラズマトーチの概略的な断面構造を示す断面
図。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic sectional structure of a plasma torch used in a plasma cutting method according to an embodiment of the present invention.

【図2】作動ガス(プラズマアーク)、二次ガス及び三
次ガスの3層ガス流のガス組成の一例を、プラズマアー
クの中心からの半径方向の距離を横軸にとって模式的に
示した説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an example of a gas composition of a three-layer gas flow of a working gas (plasma arc), a secondary gas, and a tertiary gas, with a horizontal axis representing a radial distance from the center of the plasma arc. .

【図3】図1のプラズマトーチ1を用いて鋼板41を切
断するときの様子を示す鋼板の切断箇所の断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a cut portion of the steel sheet, showing a state where the steel sheet 41 is cut using the plasma torch 1 of FIG. 1;

【図4】このプラズマトーチ1を用いて鋼板41を切断
するときの様子を示す鋼板の切断箇所の平面図。
FIG. 4 is a plan view of a cut portion of the steel sheet showing a state when the steel sheet 41 is cut using the plasma torch 1.

【図5】図1のプラズマトーチ1の変形例を用いて鋼板
41を切断するときの様子を示すトーチと鋼板の切断箇
所の断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a torch and a cut portion of a steel plate showing a state when cutting a steel plate 41 using a modification of the plasma torch 1 of FIG. 1;

【図6】図5の変形例にかかるプラズマトーチ1を用い
て鋼板41を切断するときの様子を示す鋼板の切断箇所
の平面図。
FIG. 6 is a plan view of a cut portion of the steel sheet, showing a state when cutting the steel sheet 41 using the plasma torch 1 according to the modification of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマトーチ 3 電極 5 ノズル 7 第1ノズルキャップ 9 第2ノズルキャップ 13 作動ガス通路 15 二次ガス通路 17 三次ガス通路 21 作動ガススワラ 23 二次ガススワラ 25 三次ガススワラ 31 ノズルオリフィス 33 二次ガス噴出口 35 三次ガス噴出口 41 鋼板(ワーク) 43 プラズマアーク 45 二次ガスカーテン 47 三次ガスカーテン 53 切断最前面 55 ドロスの酸化が促進されている箇所 57R 切断方向に向かって右側の切断面 57L 切断方向に向かって左側の切断面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma torch 3 Electrode 5 Nozzle 7 1st nozzle cap 9 2nd nozzle cap 13 Working gas passage 15 Secondary gas passage 17 Tertiary gas passage 21 Working gas swirler 23 Secondary gas swirler 25 Tertiary gas swirler 31 Nozzle orifice 33 Secondary gas outlet 35 Tertiary gas outlet 41 Steel plate (work) 43 Plasma arc 45 Secondary gas curtain 47 Tertiary gas curtain 53 Forefront of cutting 55 Location where dross oxidation is promoted 57R Cutting surface on the right side in cutting direction 57L Facing in cutting direction Cut left side

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマアークによりワークを切断する
方法において、 酸素を含有した作動ガスを使用して前記プラズマアーク
を形成するステップと、 前記プラズマアークの周囲に前記作動ガスより低い酸素
濃度をもつ二次ガス流を供給して二次ガスカーテンを形
成するステップと、 前記二次ガスカーテンの周囲に前記二次ガスより高い酸
素濃度をもつ三次ガス流を供給して三次ガスカーテンを
形成するステップとを有するプラズマ切断方法。
1. A method for cutting a workpiece by a plasma arc, comprising: forming the plasma arc using a working gas containing oxygen; and providing a second gas having a lower oxygen concentration than the working gas around the plasma arc. Supplying a secondary gas flow to form a secondary gas curtain; and supplying a tertiary gas flow having a higher oxygen concentration than the secondary gas around the secondary gas curtain to form a tertiary gas curtain. A plasma cutting method comprising:
【請求項2】 前記作動ガスが、空気、体積比率20%
以上の酸素を含有する混合ガス、又は酸素ガスである請
求項1記載のプラズマ切断方法。
2. The working gas is air, a volume ratio of 20%.
The plasma cutting method according to claim 1, wherein the mixed gas contains oxygen or oxygen gas.
【請求項3】 前記二次ガスが、空気、体積比率20%
以下の酸素を含有する混合ガス、又は酸素を含有しない
非酸化ガスである請求項1又は2記載のプラズマ切断方
法。
3. The secondary gas is air, a volume ratio of 20%.
The plasma cutting method according to claim 1 or 2, wherein the mixed gas contains the following oxygen or a non-oxidizing gas containing no oxygen.
【請求項4】 前記三次ガスが、体積比率20%以上の
酸素を含有する混合ガス、又は酸素ガスである請求項
1、2又は3記載のプラズマ切断方法。
4. The plasma cutting method according to claim 1, wherein the tertiary gas is a mixed gas containing oxygen at a volume ratio of 20% or more, or an oxygen gas.
【請求項5】 前記二次ガスカーテンの周囲に前記三次
ガスカーテンを形成するステップに代えて、前記二次ガ
スカーテンの切断方向後方の切断溝に前記三次ガス流を
供給するステップを有する請求項1記載のプラズマ切断
方法。
5. A step of supplying the tertiary gas flow to a cutting groove behind the secondary gas curtain in a cutting direction, instead of forming the tertiary gas curtain around the secondary gas curtain. 2. The plasma cutting method according to 1.
【請求項6】 プラズマトーチと、前記プラズマトーチ
に作動ガス、二次ガス及び三次ガスを供給するガス供給
系統とを備え、 前記プラズマトーチは、 前記作動ガスのプラズマアークを噴射するノズルと、 前記ノズルから噴射されるプラズマアークの周囲に二次
ガス流を供給して二次ガスカーテンを形成する二次ガス
カーテン形成機構と、 前記二次ガスカーテン形成機構によって形成される前記
二次ガスカーテンの周囲又は切断方向後方に三次ガス流
を供給して三次ガスカーテンを形成する三次ガスカーテ
ン形成機構とを備えたプラズマ切断装置。
6. A plasma torch, a gas supply system for supplying a working gas, a secondary gas, and a tertiary gas to the plasma torch, wherein the plasma torch is configured to spray a plasma arc of the working gas; A secondary gas curtain forming mechanism for supplying a secondary gas flow around a plasma arc injected from a nozzle to form a secondary gas curtain, and a secondary gas curtain formed by the secondary gas curtain forming mechanism. And a tertiary gas curtain forming mechanism for forming a tertiary gas curtain by supplying a tertiary gas flow around or behind the cutting direction.
【請求項7】 前記作動ガスが酸素を含有し、 前記二次ガスが前記作動ガスより低い酸素濃度をもち、 前記三次ガスが前記二次ガスより高い酸素濃度をもつ、 請求項6記載のプラズマ切断装置。7. The plasma of claim 6, wherein the working gas contains oxygen, the secondary gas has a lower oxygen concentration than the working gas, and the tertiary gas has a higher oxygen concentration than the secondary gas. Cutting device. 【請求項8】 前記作動ガスが、空気、体積比率20%
以上の酸素を含有する混合ガス、又は酸素ガスであり、 前記二次ガスが、空気、体積比率20%以下の酸素を含
有する、又は酸素を含有しない非酸化ガスであり、 前記三次ガスが、体積比率20%以上の酸素を含有する
混合ガス又は酸素ガスである、請求項6記載のプラズマ
切断装置。
8. The working gas is air, a volume ratio of 20%.
The above-mentioned mixed gas containing oxygen, or oxygen gas, The secondary gas is air, a non-oxidizing gas containing no more than 20% oxygen by volume or oxygen, and the tertiary gas is 7. The plasma cutting device according to claim 6, wherein the plasma cutting device is a mixed gas or oxygen gas containing oxygen at a volume ratio of 20% or more.
【請求項9】 作動ガス通路と、この作動ガス通路に連
通し作動ガスのプラズマアークを噴射するノズルオリフ
ィスとを有するノズルと、 二次ガス通路と、この二次ガス通路と連通し前記プラズ
マアークの周囲に二次ガス流を噴出して二次ガスカーテ
ンを形成する二次ガス噴出口とを有する二次ガスカーテ
ン形成機構と、 三次ガス通路と、この三次ガス通路と連通し前記二次ガ
スカーテンの周囲又は切断方向後方に三次ガス流を供給
して三次ガスカーテンを形成する三次ガスカーテン形成
機構とを備えたプラズマ切断トーチ。
9. A nozzle having a working gas passage, a nozzle orifice communicating with the working gas passage and injecting a plasma arc of the working gas, a secondary gas passage, and the plasma arc communicating with the secondary gas passage. A secondary gas curtain forming mechanism having a secondary gas ejection port for ejecting a secondary gas flow around the periphery to form a secondary gas curtain, a tertiary gas passage, and the secondary gas communicating with the tertiary gas passage. A tertiary gas curtain forming mechanism for forming a tertiary gas curtain by supplying a tertiary gas flow around the curtain or behind the cutting direction.
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