JP3031562B2 - プラズマピアシング方法及びその装置 - Google Patents

プラズマピアシング方法及びその装置

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JP3031562B2 JP2230638A JP23063890A JP3031562B2 JP 3031562 B2 JP3031562 B2 JP 3031562B2 JP 2230638 A JP2230638 A JP 2230638A JP 23063890 A JP23063890 A JP 23063890A JP 3031562 B2 JP3031562 B2 JP 3031562B2
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はプラズマトーチを用いて鋼板,ステンレス鋼
板等の被加工材にピアシングを実施するための方法と装
置とに関するものである。
<従来の技術> プラズマトーチを用いて鋼板或いはステンレス鋼板等
の被加工材に対して精密な型切断を実施する場合、該被
加工材の歪みを防止するために被加工材上にピアシング
(穴明け)を実施して、この穴を基点として切断を開始
することが行なわれる。
前記ピアシングを実施する場合、プラズマアークを噴
射された位置に於ける被加工材は表面から溶融して溶融
生成物(ノロ)が発生する。このノロは被加工材に穴が
貫通するまで逃げ道が無いため上方に吹き上げてプラズ
マトーチに対する損傷原因となる。
上記問題を解決するために、プラズマトーチを上方に
退避させてピアシングを実施したり、或いはプラズマト
ーチから噴射される動作ガスの圧力を上昇させてピアシ
ングを実施することが行なわれている。そして被加工材
に穴が形成された後、プラズマトーチを上方に退避させ
た場合にはプラズマトーチを下降させ、或いは動作ガス
の圧力を上昇させた場合にはガス圧を通常の圧力に降下
させて切断を実施することが行なわれている。
またピアシングを実施する場合、プラズマトーチに付
与される電流値は被加工材の切断時に付与される電流値
と等しいのが一般である。
<発明が解決しようとする課題> 上記従来の技術に於いて、ピアシング実施時に被加工
材に対するプラズマトーチの高さを変化させる場合、該
トーチを上下させるための駆動装置が必要となり、且つ
この駆動装置を制御するための制御装置が必要となる。
このため、装置全体が複雑となる。またピアシング実施
時にプラズマトーチから噴射される動作ガスの圧力を変
化させる場合、動作ガスの圧力を制御するための制御装
置が必要である。一般にガス圧力を制御することは比較
的困難な技術に属し、動作ガスに対する圧力調整装置及
び制御装置の構造が複雑となる。
またピアシング実施時にプラズマトーチに付与される
電流値は切断時に於ける電流値と等しい値であるため、
ピアシング可能板厚は切断可能板厚と等しい厚さに設定
されている。従って、ピアシング実施時にプラズマトー
チを上昇させることによって、ピアシング能力は切断能
力よりも劣ることとなり、ピアシング時間が長く掛かる
という問題がある。
本発明の目的は、ノロの吹き上げを防止し或いはピア
シング能力を向上させることが出来るプラズマピアシン
グ方法を提供すると共に前記方法を実施するためのプラ
ズマピアシング装置を提供するものである。
<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ピア
シング方法は、プラズマトーチを用いて被加工材にピア
シングを実施するための方法であって、ピアシング実施
時にプラズマトーチに付与する電流値を切断実施時にプ
ラズマトーチに付与する電流値よりも大きい値に設定し
て経時的に増減させたパルス状にし、ピアシングを実施
した後、プラズマトーチに付与する電流値を被加工材を
切断するために必要な値として被加工材を切断すること
を特徴とするものである。
またプラズマピアシング装置は、プラズマトーチを用
いて被加工材にピアシングを実施するための装置であっ
て、プラズマトーチと、前記プラズマトーチに電流を付
与するための電源装置と、ピアシング実施時に於ける電
流値を切断実施時にプラズマトーチに付与する電流値よ
りも大きい値に設定して経時的に増減させたパルス状に
すると共にピアシングを実施した後プラズマトーチに付
与する電流値を被加工材を切断するために必要な値とす
るように前記電源装置を制御するための電源制御装置と
を有して構成されるものである。
<作用> 上記プラズマピアシング方法(以下『ピアシング方
法』という)によれば、ピアシング実施時にプラズマト
ーチに付与する電流値を切断実地時にプラズマトーチに
付与する電流値よりも大きい値に設定して経時的に増減
させたパルス状にすることによって、ノロの吹き上げを
防止することが出来る。
即ち、ピアシング実施時にプラズマトーチに付与する
電流値を切断時に於ける電流値よりも大きい値に設定し
且つこの電流を経時的に増減させたパルス状に付与した
場合には、ノロの吹き上げを防止し或いは減少させるこ
とが出来る。
そして被加工材に対してピアシングを実施した後、プ
ラズマトーチに付与する電流値を被加工材を切断するた
めに必要な値とすることで、ピアシングに引き続き該被
加工材を切断することが出来る。
また上記プラズマピアシング装置(以下『ピアシング
装置』という)によれば、上記ピアシング方法を容易に
実施することが出来る。
即ち、電源制御装置によって、電源装置をピアシング
実施時に於ける電流値を切断実施時にプラズマトーチに
付与する電流値よりも大きい値に設定して経時的に増減
させたパルス状にするように制御すると共に、ピアシン
グ実施後プラズマトーチに付与する電流値を被加工材を
切断するために必要な値とするように制御することが出
来る。
<実施例> 以下上記手段を適用したピアシング方法及びピアシン
グ装置について図を用いて説明する。
第1図はピアシング装置のブロック説明図、第2図は
本実施例に於けるピアシング実施時及び切断時に於ける
電流値の説明図、第3図は参考例に於けるピアシング実
施時及び切断時に於ける電流値の説明図、第4図(a)
〜(c)は被加工材にピアシングを実施する際の説明図
である。
先ず、第4図(a)〜(c)によりピアシングについ
て説明する。
ピアシングは被加工材Aに対し厚さ方向に貫通穴を形
成するものであって、この穴を基点として被加工材Aに
対し所定の形状の切断を実施することで、歪みの少ない
製品を得ることが可能となるものである。
プラズマトーチ1を用いてピアシングを実施する場
合、被加工材Aにプラズマアーク2を噴射すると、同図
(a),(b)に示すように該アーム2の噴射部分に於
いて被加工材Aの表面が溶融しノロBが生成する。この
ノロBはプラズマアーク2の有する運動エネルギによっ
て被加工材Aの表面から上方に吹き上げられて排除され
る。そして前記被加工材Aの溶融及びノロBの排除が進
行して被加工材Aに穴Cが形成されると、ノロBは穴C
を通って下方に排除される。
上記ピアシング実施過程に於いて被加工材Aに穴Cが
貫通する間、ノロBは該被加工材Aの表面から上方に排
除され、該ノロBがプラズマトーチ1に付着したり、或
いはプラズマトーチ1の先端に形成されたプラズマアー
ク2の通孔に付着して該通孔を閉塞することがある。
従って、本発明に係るピアシング方法の目的の一つは
ピアシング実施過程に於けるノロBの吹き上げを防止
し、或いは減少させて、該ノロBのプラズマトーチ1に
対する付着を防止することにある。
次に、本発明に係るピアシング装置を第1図を用いて
説明する。
図に於いて、プラズマトーチ1には電極3及びノズル
4が設けられている。前記電極4は電源装置5の負極と
接続されており、またノズル4はガス供給部6a,圧力調
整部6b,電磁弁6cからなる動作ガス供給装置6と接続さ
れている。前記電源装置5の正極は被加工材A及びノズ
ル4と接続されている。尚、被加工材Aは接地されてい
る。前記構成は公知のプラズマ切断装置と同一である。
本発明に係るピアシング装置では電源装置5に電源制
御装置7が接続されており、この電源制御装置7によっ
て、プラズマトーチ1に付与する電流値をピアシング実
施時の値と切断実施時の値とが異なる電流値となるよう
に電源装置5を制御している。
次に被加工材Aに対しピアシングを実施する場合に於
けるプラズマトーチ1に付与する電流値について説明す
る。尚、第2図,第3図に於いて、領域pはピアシング
領域を示し、領域cは切断領域を示している。また縦軸
は電流Iを示し、横軸は時間tを示している。
第2図は本発明に係るピアシング方法の実施例に関す
る説明図であり、ピアシング領域pに於ける電流値とし
て、切断領域cに於ける電流値よりも大きい値と小さい
値とを設定すると共に、これらの電流をパルス状に付与
するように電源制御装置7によって電源装置5を制御す
るピアシング方法である。
本実施例では、プラズマトーチ1に付与する電流をパ
ルス状に作用させることによって、該トーチ1から噴射
されるプラズマアーク2のエネルギもパルス状に変化す
る。このため、被加工材Aに於けるプラズマアーク2の
噴射位置では、プラズマアーク2による母材の溶融と、
動作ガスによるノロの排除とが短時間で交互に行なわれ
るため、大量のノロが一挙に発生することが無く、従っ
て、ノロの吹き上げを防止し、或いは減少させることが
可能である。
本実施例に係るピアシング方法を実施するには、電源
制御装置7にピアシング実施時に於ける電流と切断時に
於ける電流を付与し得る各電流値設定切換回路を設ける
と共に、予め電源制御装置7にピアシング実施時に於け
る電流の断続ピッチデータ及び被加工材の板厚に応じた
ピアシング時間等を記憶させ、ピアシング開始信号に応
じて前記電源制御装置7を作動させてプラズマトーチ1
に対し電流をパルス状に付与するように電源装置5を制
御することで可能である。
本実施例に係るピアシング方法では、板厚12mmの鋼板
(切断実施時の電流150A)に対し、最大電流(第2図の
a点に於ける電流値)を200Aとし、最小電流(第2図の
b点に於ける電流値)を100Aとし、且つ領域pに於ける
電流の断続ピッチを200msec.とし、領域pに於ける時間
を1.5sec.とすることで、良好なピアシング作業を実施
することが出来た。
第3図はピアシング方法の参考例に関する説明図であ
り、ピアシング領域pに於ける電流値を切断領域cに於
ける電流値よりも大きく設定するように電源制御装置7
によって電源装置5を制御するピアシング方法である。
本参考例に係るピアシング方法は前述の実施例とは異
なり、ピアシング作業時に於けるプラズマアーク2の切
断能力を上昇させることによって短時間でピアシング作
業を終了させるようにしたものである。このピアシング
方法はピアシング作業時にプラズマトーチ1を被加工材
Aから退避させた場合に効果を発揮するものであり、例
えば数値制御切断装置等の自動型切断装置に用いた場合
に有利である。
即ち、ピアシング領域pに於ける電流値を切断領域c
に於ける電流値よりも充分大きな値に設定することによ
って、被加工材Aを一挙に溶融させることが可能であ
る。このとき、発生したノロは上方に吹き上げられる
が、プラズマトーチ1を被加工材Aから上方に退避させ
ることで、吹き上げられたノロの付着を防止している。
本参考例に係るピアシング方法を実施するには、電源
制御装置7にピアシング実施時に於ける電流と切断時に
於ける電流を付与し得る各電流設定切換回路を設け、予
め電源制御装置7に被加工材の板厚に応じたピアシング
時間を記憶させ、ピアシング開始信号に応じて前記電源
制御装置7を作動させてプラズマトーチ1に対し電流を
付与するように電源装置5を制御することで可能であ
る。
本参考例に係るピアシング方法では、板厚12mmの鋼板
(切断実施時の電流150A)に対し、最大電流(第3図の
a点に於ける電流値)を200Aとし、且つプラズマトーチ
1と被加工材Aとの距離を10mmとし、領域pに於ける時
間を0.5sec.とすることで、良好なピアシング作業を実
施することが出来た。このピアシング時間は従来のピア
シング方法による時間と比較して約0.7sec.短縮されて
いる。
尚、前述の実施例及び参考例に於いて、ピアシング作
業時に動作ガス供給装置6からノズル4に対し動作ガス
が供給されることは切断実施時の場合と同様である。
上記の如く、ピアシング領域pに於ける電流値を切断
領域cに於ける電流値よりも大きい値に設定して経時的
に増減させたパルス状にすることで、ピアシング実施時
に発生するノロの吹き上げを防止し、又は減少させるこ
とが可能である。
尚、本発明では、プラズマトーチ1によって被加工材
Aにピアシングを実施した後、電源装置5から電極3に
付与される電流値を被加工材Aを切断するために必要な
電流とし、被加工材Aとプラズマトーチ1とを相対的に
移動させることによって、この被加工材Aを所望の形状
に切断する。
<発明の効果> 以上詳細に説明したように本発明に係るピアシング方
法によれば、ピアシング実施時にプラズマトーチに付与
する電流値を切断実施時に付与する電流値よりも大きい
値に設定して経時的に増減させたパルス状にすること
で、ノロの吹き上げを防止し又は減少させてプラズマト
ーチの損傷を防止することが出来る。そして被加工材に
対するピアシングが終了した後、プラズマトーチに付与
する電流を切断時にプラズマトーチに付与する電流値と
することで、ピアシングに引き続き切断を実施すること
が出来る。
また本発明に係るピアシング装置によれば、電源装置
を電源制御装置によって制御することで、上記ピアシン
グ方法を合理的に実施することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はピアシング装置のブロック説明図、第2図は本
実施例に於けるピアシング実施時及び切断時に於ける電
流値の説明図、第3図は参考例に於けるピアシング実施
時及び切断時に於ける電流値の説明図、第4図(a)〜
(c)は被加工材にピアシングを実施する際の説明図で
ある。 Aは被加工材、Bはノロ、Cは穴、1はプラズマトー
チ、2はプラズマアーク、3は電極、4はノズル、5は
電源装置、6は動作ガス供給装置、7は電源制御装置で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯塚 哲也 東京都江戸川区西小岩3―35―16 小池 酸素工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−8141(JP,A) 特開 平1−210169(JP,A) 特開 昭61−262464(JP,A) 特開 平2−217173(JP,A) 特開 昭59−45079(JP,A) 特公 昭44−29967(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 10/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマトーチを用いて被加工材にピアシ
    ングを実施するための方法であって、ピアシング実施時
    にプラズマトーチに付与する電流値を切断実施時にプラ
    ズマトーチに付与する電流値よりも大きい値に設定して
    経時的に増減させたパルス状にし、ピアシングを実施し
    た後、プラズマトーチに付与する電流値を被加工材を切
    断するために必要な値として被加工材を切断することを
    特徴としたプラズマピアシング方法。
  2. 【請求項2】プラズマトーチを用いて被加工材にピアシ
    ングを実施するための装置であって、プラズマトーチ
    と、前記プラズマトーチに電流を付与するための電源装
    置と、ピアシング実施時に於ける電流値を切断実施時に
    プラズマトーチに付与する電流値よりも大きい値に設定
    して経時的に増減させたパルス状にすると共にピアシン
    グを実施した後プラズマトーチに付与する電流値を被加
    工材を切断するために必要な値とするように前記電源装
    置を制御するための電源制御装置とを有することを特徴
    としたプラズマピアシング装置。
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