JP6168734B2 - 金属のプラズマ切断方法及び金属のプラズマ切断装置 - Google Patents
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Description
以下では、本発明の実施形態に係る金属のプラズマ切断方法及びプラズマ切断装置について説明するに先立ち、本発明者らが得たプラズマ切断処理に関する知見について、まず説明する。本発明者らは、以下で説明するような知見に基づいて更なる検討を行った結果、以下で詳述する本発明の実施形態に係る金属のプラズマ切断方法及びプラズマ切断装置に想到したのである。
以下では、まず、金属の酸化発熱のプラズマ切断への寄与について述べる。
本発明者は、金属の酸化発熱のプラズマ切断への寄与について調査するために、図1A及び図1Bに示したような実証実験を実施した。図1Aは、本発明に係るプラズマ切断メカニズムについて検証する装置の説明図であり、図1Bは、本発明に係る金属の酸化発熱への影響について説明するためのグラフ図である。
続いて、酸素による酸化反応促進メカニズムについて述べる。
本発明の実施形態に係る金属のプラズマ切断方法及び金属のプラズマ切断装置について説明するに先立ち、本発明者が見出し、本発明の実施形態において着目する酸化反応促進メカニズムについて、図2〜図4Bを参照しながら具体的に説明する。
(1/2)O2 + 2e− → O2− ・・・(反応式2)
Fe2+ + O2− → FeO ・・・(反応式3)
<金属のプラズマ切断方法について>
以下では、図5を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る金属のプラズマ切断方法について、詳細に説明する。
3Fe+2O2→Fe3O4+266.9kcal ・・・(反応式5)
2Fe+(3/2)O2→Fe2O3+190.7kcal ・・・(反応式6)
続いて、図6A〜図7Cを参照しながら、本実施形態に係る金属のプラズマ切断装置について詳細に説明する。図6A〜図7Cは、本実施形態に係る金属のプラズマ切断装置の一例について示した説明図である。
以下では、図6A〜図6Cを参照しながら、本実施形態に係る金属のプラズマ切断装置の第1の構成例について説明する。
第1の構成例に係るガス切断装置では、図6A及び図6Bに示したように、ノズルの設けられたプラズマトーチに対して作動ガスを供給する作動ガス供給ラインと、プラズマトーチとは別に設けられた供給ノズルに対して酸素負イオン類を含む酸素ガスを供給する酸素負イオン類供給ラインと、が設けられており、酸素負イオン類供給ラインを介して、プラズマ化したガス(場合によっては更に切断部位)に酸素負イオン類を含む酸素ガスが供給される。
図6Cに示したように、ノズルの内部には、所定の電圧が印加される電極が設けられており、電極の周囲を覆うように作動ガスの流路が設けられている。かかるプラズマトーチでは、作動ガス供給ラインから供給された非酸素ガスがプラズマ化する。プラズマ化した非酸素ガスは、先端が細められたノズルによって絞り込まれてプラズマジェットとなり、母材に向けて噴射されることとなる。
続いて、図7A〜図7Cを参照しながら、本実施形態に係る金属のプラズマ切断装置の第2の構成例について説明する。
本構成例に係るプラズマ切断装置は、図7A及び図7Bに示したように、ノズルの設けられたプラズマトーチに対して作動ガスを供給する作動ガス供給ラインと、プラズマトーチに対してカーテンガスを供給するカーテンガス供給ラインと、が設けられている。本構成例では、プラズマ化したガス(場合によっては更に切断部位)に対し、酸素負イオン類を含む酸素ガスがカーテンガスとして供給される。
図7Cに示したように、ノズルの内部には、所定の電圧が印加される電極が設けられており、電極の周囲を覆うように作動ガスの流路が設けられている。また、本構成例に係るプラズマトーチでは、作動ガスの流路を更に覆うようにカーテンガスの流路が設けられている。
以下では、板厚12mmのIF鋼を利用して、かかる鋼板に対してプラズマ切断処理により貫通孔を形成する処理を実施した。この際、鋼板の裏面(プラズマジェットが噴射される面とは逆側の面)に放射温度計を設置し、鋼板裏面温度の上昇度合いを測定した。
Claims (7)
- プラズマを利用して金属を切断する金属のプラズマ切断方法において、
プラズマ化したガスに対して、酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンを供給する
ことを特徴とする、金属のプラズマ切断方法。 - 前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンは、前記プラズマ化したガスを前記金属に噴射するノズルの外部から供給される
ことを特徴とする、請求項1に記載の金属のプラズマ切断方法。 - 前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンは、前記プラズマ化したガスを前記金属に噴射するノズルのカーテンガスとして供給される
ことを特徴とする、請求項1に記載の金属のプラズマ切断方法。 - プラズマを利用して金属を切断する金属のプラズマ切断装置において、
電子、又は、酸素負イオンを発生させる発生装置を備え、
プラズマ化したガスに対して、前記発生装置で発生した前記電子及び酸素分子、又は、前記酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給する
ことを特徴とする、金属のプラズマ切断装置。 - 前記発生装置は、酸素ガスを供給する酸素ガス供給ライン上に設置される
ことを特徴とする、請求項4に記載の金属のプラズマ切断装置。 - 前記プラズマ化したガスを前記金属に噴射するノズルを更に備え、
前記電子及び酸素分子、又は、酸素負イオンは、前記ノズルの外部から供給される
ことを特徴とする、請求項4又は5に記載の金属のプラズマ切断装置。 - 前記プラズマ化したガスを前記金属に噴射するノズルを更に備え、
前記電子及び酸素分子、又は、酸素負イオンは、前記ノズルのカーテンガスとして供給される
ことを特徴とする、請求項4又は5に記載の金属のプラズマ切断装置。
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