JP2603837B2 - Plasma cutting method - Google Patents

Plasma cutting method

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JP2603837B2
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忠 星野
哲夫 宮嶋
昭雄 稲村
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日鐵溶接工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼板などの被切断材を、プラズマトーチか
ら吹出すプラズマアークにより切断する方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for cutting a workpiece such as a steel plate by a plasma arc blown from a plasma torch.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プラズマ切断は第3図に示すように、プラズマトーチ
10からプラズマアーク12を吹出して鋼板などの被切断材
14を切断する。第3図(a)は側面から見た図、(b)
は進行方向後方から見た図であるが、一部は省略または
破断して、切断部が明示されるようにしている。矢印F
は切断方向(トーチ進行方向)を示す。破切断材14の板
厚が厚く、切断速度が速いと、プラズマアーク12は図示
のように最初は垂直に入るが、やがて傾き、最後は下向
き傾斜を強めてという経過を辿って被切断材を抜けるの
が一般的である。最初の垂直部分は、プラズマアーク焔
が垂直下方に噴出するからということと、この部分はア
ーク電流が流れて被切断材は電流加熱も受けるというこ
とに起因する。続く傾斜部分は、高温フレームによる加
熱のみで電流加熱はないということに起因する。板厚が
薄いまたは切断速度が遅いとプラズマアークは垂直のま
ゝ被切断材を貫通する。
Plasma cutting is performed using a plasma torch as shown in Fig. 3.
Material to be cut such as steel plate by blowing out plasma arc 12 from 10
Cut 14 Fig. 3 (a) is a view from the side, (b)
Is a view seen from the rear in the traveling direction, but a part is omitted or broken so that a cut portion is clearly shown. Arrow F
Indicates a cutting direction (a torch advancing direction). If the thickness of the fractured material 14 is large and the cutting speed is high, the plasma arc 12 first enters vertically as shown in the figure, but eventually tilts, and finally, the downward inclination is strengthened. It is common to get out. The first vertical part is due to the plasma arc flame erupting vertically downward, and this part is due to the fact that the arc current flows and the workpiece is also subjected to current heating. The subsequent sloped portion is due to the fact that only the heating by the high-temperature frame is performed and there is no current heating. If the plate thickness is small or the cutting speed is low, the plasma arc penetrates the material to be cut vertically.

被切断材を抜け出るプラズマアーク焔は切断速度が遅
いと第4図(a)のようにほゞ垂直下方になり、垂線か
らの傾斜角±θは大きくない。切断速度が非常に遅いと
傾斜角+θ、即ち切断方向で前に傾くようになる。切断
速度が速いと第4図(b)に示すように大きく後へ傾く
(−θが大)ようになる。
When the cutting speed is low, the plasma arc flame that escapes from the material to be cut is almost vertically downward as shown in FIG. 4 (a), and the inclination angle ± θ from the perpendicular is not large. If the cutting speed is very slow, the cutting head will tilt forward in the inclination angle + θ, that is, the cutting direction. When the cutting speed is high, the inclination is largely inclined backward (-θ is large) as shown in FIG. 4 (b).

プラズマアーク焔で被切断材は溶かされ、溶融金属は
吹き飛ばされ、かゝる状態がトーチの進行につれて前進
して切断が進行して行くが、溶融金属の一部が被切断材
の切断部下面に溜まり、やがて凝固する傾向がある。こ
の下面に溜り、やがて凝固する溶融金属をドロス(滓)
という。このドロス16は、被切断材を抜け出るプラズマ
アーク焔が第4図(b)のように大きく後方へ傾くとき
に発生し、第4図(a)のようにほゞ垂直の時は発生し
ない。第3図(c)は被切断材14の切断部を下面から見
た図であり、18はプラズマアーク焔12が被切断材を貫通
することにより開いた孔、20はプラズマアーク焔の被切
断部への入射位置を示す。
The material to be cut is melted by the plasma arc flame, the molten metal is blown away, and the cutting progresses as the torch advances, but a part of the molten metal is cut below the cut portion of the material to be cut. And tend to solidify over time. The molten metal that accumulates on this lower surface and solidifies over time is dross
That. The dross 16 is generated when the plasma arc flame which escapes from the material to be cut is greatly inclined backward as shown in FIG. 4 (b), and is not generated when it is almost vertical as shown in FIG. 4 (a). FIG. 3 (c) is a view of the cut portion of the workpiece 14 viewed from below, wherein 18 is a hole opened by the plasma arc flame 12 penetrating the workpiece, and 20 is the plasma arc flame cut. Indicates the position of incidence on the part.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

溶融金属が切断部下面に溜まり、凝固するとき、切断
部両側の溶融金属が互いに結び付いて一体化する傾向が
あり、このようになると切断部下面はドロスで再結合す
ることになる。つまり切断したはずが、切断できず、再
結合を生じることになる。第3図(c)は切断部下面が
ドロスで再結合した状態を示す。
When the molten metal accumulates on the lower surface of the cut portion and solidifies, the molten metal on both sides of the cut portion tends to be connected and integrated, and in this case, the lower surface of the cut portion is recombined with dross. In other words, it should have been cut, but it cannot be cut and recombination will occur. FIG. 3 (c) shows a state in which the lower surface of the cut portion is rejoined by dross.

切断部下面がドロスで再結合しないようにするには板
厚を薄くすること及び切断速度を下げることであるが、
いずれもプラズマトーチの切断能力の低下につながる。
つまりドロスによる再結合がなければもっと厚い被切断
材をもっと高速に切断できるのに、これがあれば薄いも
のを低速で切断するしかない。
In order to prevent the lower surface of the cutting part from rejoining with dross, it is necessary to reduce the thickness of the plate and reduce the cutting speed,
In any case, the cutting ability of the plasma torch is reduced.
In other words, thicker materials can be cut faster without dross recombination, but thinner materials must be cut at lower speeds.

酸素又は空気を動作ガスとしとプラズマ切断機では、
ドロスフリーであるのは板厚20〜25mm以下で、それ以上
ではドロスの付着が非常に多くなって殆ど実施されてい
ないのが現状である。
With oxygen or air as working gas and plasma cutting machine,
It is dross-free with a plate thickness of 20 to 25 mm or less. Above that, the adhesion of dross is so large that it is hardly practiced.

250A出力の酸素プラズマで切断機では、常温鋼板の切
断では最大切断板厚は40mmであり、高温(約700℃)鋼
板の最大切断板厚は55mmである。いずれの鋼板の切断の
場合でも30mm以上の板厚ではドロスの付着が非常に多
く、一旦切断してもドロスによる再結合で分離不可とな
る。
With a cutting machine using an oxygen plasma with a 250A output, the maximum thickness of a normal temperature steel sheet is 40 mm, and the maximum thickness of a high temperature (about 700 ° C) steel sheet is 55 mm. Regardless of the cutting of any steel plate, if the plate thickness is 30 mm or more, dross adheres very much, and once cut, it cannot be separated due to recombination by dross.

酸素系及びアルゴン系各プラズマ切断機で、板厚15mm
以上の鋼板切断におけるドロス付着現象で共通に言える
ことは、ドロスフリー切断速度は最大切断速度の約70%
以下であり、これなら第4図(a)の如くなり、プラズ
マアーク焔の傾斜角θは±15゜範囲内、ドロスフリー、
である。θが−15゜を越えると、傾斜角にほゞ比例して
ドロス量が多くなり、第4図(b)のようにθが−30゜
以上になるとドロス量が非常に多くなって切断部再結
合、分離切断不能になる。よって従来は、第4図(a)
の状態で切断を行なうのが一般的である。
Oxygen-based and argon-based plasma cutting machines, plate thickness 15 mm
What can be said in common for the dross adhesion phenomenon in steel sheet cutting described above is that the dross-free cutting speed is approximately 70% of the maximum cutting speed.
In this case, as shown in FIG. 4 (a), the inclination angle θ of the plasma arc flame is within ± 15 °, dross-free,
It is. When θ exceeds −15 °, the dross amount increases almost in proportion to the inclination angle, and as shown in FIG. It becomes impossible to rejoin and separate. Therefore, conventionally, FIG.
In general, cutting is performed in the state described above.

本発明はかゝる点を改善し、ドロスを除去することに
より切断能力の向上を図ることを目的とするものであ
る。
An object of the present invention is to improve such a point and to improve the cutting ability by removing dross.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明ではプラズマトーチの進行方向後方の切断線上
にアフターガスノズルを設け、該ノズルより高速ガス流
を噴出して、切断部下面に溜る溶融金属を吹き飛ばし、
ひいてはドロス付着、該ドロスによる切断部再結合を阻
止する。
In the present invention, an after gas nozzle is provided on a cutting line behind the traveling direction of the plasma torch, a high-speed gas flow is jetted from the nozzle, and the molten metal accumulated on the lower surface of the cutting portion is blown off,
Consequently, dross adhesion and reconnection of the cut portion by the dross are prevented.

第1図は本発明の切断に用いるプラズマトーチの概要
を示す。28がアフターガスノズルであり、取付台24によ
りプラズマトーチ10に取付けられ、トーチ進行方向後方
にプラズマアーク12よりやゝ下って位置するようにされ
る。切断が円弧などの曲線に沿って行なわれる場合、ト
ーチ進行方向後方は該曲線に従って変るが、これに対応
すべく、アフターガスノズル28は取付台24によりトーチ
10に固定して該トーチ10をその中心軸を中心に回転可能
にする、またはトーチ10は回転せず、取付台24がトーチ
10の周囲に回転可能にする。22はアフターガスホース、
26はアフターガスノズル28の設定調整つまみである。ま
た30はアフターガス流を示す。
FIG. 1 shows an outline of a plasma torch used for cutting according to the present invention. Reference numeral 28 denotes an after gas nozzle, which is attached to the plasma torch 10 by an attachment base 24, and is located slightly below the plasma arc 12 at the rear of the torch in the traveling direction. When the cutting is performed along a curved line such as an arc, the rear of the torch in the traveling direction changes according to the curved line.
10 to allow the torch 10 to rotate about its central axis, or the torch 10 does not rotate, and the mounting base 24 is
Make it rotatable around 10. 22 is an after gas hose,
Reference numeral 26 denotes a setting adjustment knob for the after gas nozzle 28. Numeral 30 indicates an after gas flow.

アフターガスの種類としては原理的には何ガスでもよ
いが、実験によると被切断材の材質又は切断面品質によ
りガスの種類を変えた方がよい結果が得られる。例えば
軟鋼材には酸素ガスまたは空気を使用し、これを溶融金
属(この場合は溶融軟鋼)に吹付けて酸化反応を生じさ
せ、その反応熱を利用すると効率がよい(ドロスをよく
除去できる)。非鉄系材にはArガス、N2ガス、又は空気
を使用するが、Arガスが最も面品質がよい。
Any kind of after gas can be used in principle, but according to experiments, better results can be obtained by changing the kind of gas depending on the material of the material to be cut or the quality of the cut surface. For example, oxygen gas or air is used for mild steel, and this is sprayed onto a molten metal (in this case, molten mild steel) to cause an oxidation reaction, and the use of the reaction heat is efficient (dross can be removed well). . Ar gas, N 2 gas, or air is used as the non-ferrous material, but Ar gas has the best surface quality.

アフターガス吹付けの狙い位置は第2図に示すよう
に、プラズマアーク焔12が被切断材14の下面より抜けた
点より後方lの点とし、噴射角αは−10゜〜−15゜とし
て垂直ではなく後方へ傾くようにする。寸法lは切断速
度により多少異なり、速度が遅い場合は約8〜10mm、最
高切断速度付近では約12〜20mmとするのがよい。要は切
断部下面をブリッジするドロスを吹き飛ばすということ
であり、狙い位置は第3図(c)のA点である。この位
置をプラズマアーク焔が被切断材を抜ける位置へ接近さ
せると、アフターガスでプラズマアーク焔及び又は加熱
部を冷却することになり好ましくない。アフターガス流
30は被切断材中ではプラズマアーク12から離しておく。
噴出角度αは実験によると−10゜〜−15゜程度が、最も
ドロス残存量が少ない。アフターガス流30を後方へ傾け
るのはプラズマアーク12を出来るだけ乱さないようにす
るためである。
As shown in FIG. 2, the target position of the after gas spraying is a point l behind the point where the plasma arc flame 12 has come off from the lower surface of the workpiece 14, and the injection angle α is −10 ° to −15 °. Try to lean backwards instead of vertically. The dimension l is slightly different depending on the cutting speed, and it is preferable that the size 1 is about 8 to 10 mm when the cutting speed is low and about 12 to 20 mm near the maximum cutting speed. The point is to blow off the dross that bridges the lower surface of the cut portion, and the target position is point A in FIG. 3 (c). If this position is brought close to the position where the plasma arc flame passes through the material to be cut, it is not preferable because the plasma arc flame and / or the heating section are cooled by the after gas. After gas flow
Reference numeral 30 is set apart from the plasma arc 12 in the material to be cut.
According to experiments, the ejection angle α is about −10 ° to −15 °, and the remaining amount of dross is the smallest. The after gas stream 30 is tilted backward in order to disturb the plasma arc 12 as little as possible.

アフターガスノズル28は第2図に矢印F1,F2で示すよ
うに切断方向で前方又は後方へも移動可能にして、板厚
対切断速度の関係により変るドラグイン遅れDに応じて
距離lを最適に設定できるようにしておく。
The after gas nozzle 28 can be moved forward or backward in the cutting direction as shown by arrows F 1 and F 2 in FIG. 2 , and the distance l is optimized according to the drag-in delay D that changes depending on the relationship between the thickness and the cutting speed. To be able to set.

〔作用〕[Action]

プラズマトーチの後方切断線上にガス噴出ノズルを設
け、被切断材の切断部下面に付着するドロスを該ノズル
からのガスで吹き飛ばすようにすると、切断速度を上げ
る及び又は被切断材の板厚を大にすることができ、プラ
ズマトーチの切断能力を高めることができる。
By providing a gas ejection nozzle on the cutting line behind the plasma torch and blowing off dross adhering to the lower surface of the cut portion of the material to be cut with the gas from the nozzle, the cutting speed is increased and / or the thickness of the material to be cut is increased. And the cutting ability of the plasma torch can be increased.

〔実施例〕〔Example〕

O2ガスによる、約700℃の高温材の、板厚50mmの鋼板
の、径50mmの円形切り抜き切断において、アフターガス
無しの従来のプラズマ切断では、切断速度が600mm/min
で切断はできたが、ドロスの付着が多く、約5回に1回
はドロスによる切断部再結合があり、切断材が抜け落ち
なかった。しかし、アフターガスを使用することによ
り、切断速度を900mm/minにしても切断可能になり、切
断材の抜け落ちミスは無くなった。
By O 2 gas, high-temperature material of approximately 700 ° C., the steel sheet having a thickness of 50 mm, the circular cut-out cutting diameter 50 mm, in the conventional plasma cutting without the after-gas, the cutting speed is 600 mm / min
However, there was much adhesion of dross, and the cut portion was recombined by dross about once every five times, and the cut material did not fall off. However, by using the after gas, it became possible to cut even at a cutting speed of 900 mm / min, and there was no mistake in dropping the cut material.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、切断部に生じる
ドロスをアフターガスで吹き飛ばすのでドロスによる切
断部再結合がなく、プラズマトーチの切断能力を高める
ことができる。
As described above, according to the present invention, dross generated in the cut portion is blown off by the after gas, so that there is no recombination of the cut portion due to the dross, and the cutting capability of the plasma torch can be enhanced.

またアフターガスをプラズマアーク焔が被切断材下面
から抜ける点より後方の点を狙ってかつ後方へ傾けて吹
付けるので、アフターガスがプラズマアークを乱す、ま
たプラズマアーク及び又は加熱部を冷却する、ことがな
くなる、という利点が得られる。
In addition, since the after gas is blown at a point behind the point where the plasma arc flame escapes from the lower surface of the workpiece, the after gas disturbs the plasma arc, and also cools the plasma arc and / or the heating unit, The advantage is that there is no problem.

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

第1図および第2図は本発明で用いるトーチの説明図、 第3図および第4図は従来のプラズマ切断の説明図であ
る。 第1図で14は被切断材、10はプラズマトーチ、12はプラ
ズマアーク、28はアフターガスノズルである。
1 and 2 are explanatory views of a torch used in the present invention, and FIGS. 3 and 4 are explanatory views of a conventional plasma cutting. In FIG. 1, reference numeral 14 denotes a workpiece, 10 denotes a plasma torch, 12 denotes a plasma arc, and 28 denotes an after gas nozzle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−35155(JP,A) 特開 昭59−64165(JP,A) 実開 昭63−111268(JP,U) 特公 平4−74114(JP,B2) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-54-35155 (JP, A) JP-A-59-64165 (JP, A) JP-A-63-111268 (JP, U) 74114 (JP, B2)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被切断材をプラズマトーチから吹出すプラ
ズマアークにより切断する方法において、 プラズマトーチの進行方向後方の切断線上にアフターガ
スノズルを設けて、アフターガスを、プラズマアーク焔
が被切断材下面から抜ける点より後方の点を狙ってかつ
噴射角を−10゜〜−15゜として後方へ傾けて吹付けて、 プラズマ切断時に被切断材の切断部下面に付着するドロ
スを前記アフターガスノズルからの高速ガス流により吹
き飛ばしながらプラズマトーチを進めて被切断材を切断
することを特徴とするプラズマ切断方法。
1. A method for cutting a material to be cut by a plasma arc blown from a plasma torch, wherein an after gas nozzle is provided on a cutting line behind the plasma torch in a traveling direction, and after gas is supplied by a plasma arc flame. Aiming at a point behind the exit point and spraying at an injection angle of -10 ° to -15 ° with an inclination backward, the dross adhering to the lower surface of the cut portion of the material to be cut at the time of plasma cutting from the after gas nozzle. A plasma cutting method characterized by cutting a material to be cut by advancing a plasma torch while blowing off with a high-speed gas flow.
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