JPH01143766A - 酸素を主成分とするプラズマ切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸素を主成分とする拘束ガスを使用するプラ
ズマ切断方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来のプラズマ切断方法において、プラズマ拘束ガスと
しては、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガス、酸素ガス
などの各種ガス、これらの混合ガス、圧縮空気などが用
いられている。また第１図に示すように、切断のためプ
ラズマを形成するオリフィス部材３には、プラズマ切断
電源５及びパイロットアーク電源補助回路６を通じて、
プラズマアーク発生用のパイロットアークを、電極支持
部材１に支持された電極２とオリフィス部材３との間に
発生させるために、電気伝導度の良好な銅又は銅合金が
使用されている。

一方、従来の方法で鉄鋼材を切断する場合、アルゴンと
水素との混合ガスでは、切断面にドロスが多く付着して
後処理に時間を要し、また窒素又は圧縮空気では切断面
に形成される薄い窒化層が、溶接中にブローホールを発
生させる欠点がある。

そこで、プラズマ拘束ガスとして、酸素又は酸素を５０
％以上含む酸素と窒素との混合ガスを用いたプラズマ切
断方法が提案され、この方法においては、第２図（Ａ）
及び（Ｂ）のように、酸素の混合比率の増加とともに、
ドロスの付着量及びブローホール数が減少している。す
なわち、横軸に酸素と窒素と混合ガスにおける酸素の混
合比率［％］を示し、縦軸に、同図（Ａ）においてはド
ロスの付着量［ｇｒ／ｍｌを示し、同図（Ｂ）において
はブローホール数を示している。同図（Ａ）のドロス付
着量の測定条件は、板厚１８ｍｍの軟鋼材を切断電流７
０［Ａコ、切断速度８０　［ｔｓ　／　ｗｉｎコでプラ
ズマ切断をしたときである。

また、同図（Ｂ）のブローホール数の測定条件は、板厚
６　ａｒｍの軟鋼材を、同図（Ａ）のごとく酸素と窒素
との混合ガスの比率をかえて切断した鋼片を、Ｔ形水平
隅肉姿勢で、溶接電流２５０［Ａ］、溶接電圧２７［Ｖ
コ、溶接速度５０　［ｃｍ／ｍ１ｎ　］で炭酸ガスアー
ク溶接したときの溶接長４０［ＣａＩ２内の鋼片表面に
存在したブローホール数を示している。同図（Ａ）及び
（Ｂ）から、鋼材のプラズマ切断には、酸素５０％以上
の酸素と窒素との混合ガスが、ドロス付着が少なく溶接
時にブローホールの発生もほとんどないので、鋼材のプ
ラズマ切断条件として注目されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述したように、鋼材のプラズマ切断の拘束ガスとして
酸素５０％以上の酸素と窒素との混合ガスが、ドロス付
着が少なく溶接時にブローホールの発生もほとんどなく
、鋼材のプラズマ切断条件として適正であるにもかかわ
らず、今日までに、広く実用化されていない。

その理由は、第３図の点線ＣＵＰに示すように、酸素と
窒素との混合ガス中の酸素の混合比率の増大とともにオ
リフィス部材の耐久時間が著しく低下するためである。

すなわち、第３図において、横軸は、酸素と窒素との混
合ガスにおける酸素の混合比率［％］を示し、縦軸に、
オリフィス部材の耐久時間ｃ分］を示している。オリフ
ィス部材の耐久時間の測定条件は、板厚１Ｂ［ｍｍ］の
軟鋼材を切断電流７Ｑ［Ａ］、切断速度４０　［ａｍ　
／　＋ｍｉｎコ。

切断長８０［ｃｏ＋／回］、休止時間的１　［分コでプ
ラズマ切断をくりかえしたとき、切断結果がＪＩＳ規格
（Ｊ　Ｉ　Ｓ　　ｚ３１０４）の切断品質等級の２級未
満になる直前までのオリフィス部材の使用時間をオリフ
ィス部材の耐久時間［分］としている。この第３図に示
すように、窒素ガスだけでプラズマ切断したとき、オリ
フィス部材の耐久時間が６０［分］であったのに対して
、酸素ガス８０％混合された酸素と窒素との混合ガスで
は、オリフィス部材の耐久時間が２０［分］程度の約１
７３に減少してしまい、１時間に３回も中断してオリフ
ィス部材の交換をしなければならなくなり、作業能率を
著しく低下させる欠点があった。

なお、オリフィス部材の耐久時間は、連続してアークを
発生する場合にくらべて、断続してアークを発生する場
合、すなわちアークの発生時間の総和が同一であっても
アークスタート回数が大になるほどオリフィス部材の耐
久時間は短くなる。

［問題点を解決するための手段］ 酸素プラズマ切断において、オリフィス部材が、電気伝
導度のよい銅又は銅合金を使用すると、オリフィス部材
の耐久時間が短くなる理由について検討した結果、銅又
は銅合金では、酸素の混合比率が増大すると、第１図に
示すジルコニウム又はハフニウム電極２から直接に被切
断材４にアークが発生しないで、電極２からオリフィス
部材３にアークが飛び、さらにオリフィス部材３から被
切断材４に再度アークが飛ぶ、いわゆるダブルアーク又
はシリーズアークと呼ばれる異常アーク減少が発生しや
すい。

このダブルアークを発生させるための電流は、パイロッ
トアークを発生させるための電流にくらべて相当に大で
あるために、オリフィス部材にパイロットアークが飛ん
でもオリフィス部材が焼損することがないのに対して、
ダブルアークが飛ぶとオリフィス部材が焼損する。そこ
で、小電流のパイロットアークは飛ぶが、大電流のダブ
ルアークが飛びにくいように、オリフィス部材に導電性
の低い材質を使用することを検討した。導電性の低い材
質として、炭素材、タングステン、焼結材。

導電性セラミックス等があり、そのうち、オリフィス部
材として加工容易な機械的炭素材が最適である。機械的
炭素材としては、微品質炭素や天然黒煙などを原料とし
、樹脂又はタールピッチなどを添加して、成形と焼成ま
たは焼結とを行ったものである。

本発明は、鉄鋼の被切断材のプラズマ切断方法において
、酸素又は酸素５０％以上を含む混合ガスをプラズマ拘
束ガスとし、オリフィス部材に導電性の低い材質を使用
した酸素を特徴とする特許ズマ切断方法について提案し
たものである。

［作用及び実施例］ 本発明の酸素を主成分とするプラズマ切断方法に使用す
るオリフィス部材として、機械加工が容易な機械的炭素
材を使用して、オリフィス部材の耐久時間を実験により
確認した。

第３図は、前述した従来の銅又は銅合金のオリフィス部
材の耐久時間について点線ＣＵＰについて示した図であ
り、横軸、縦軸及び測定条件は前述したとおりである。

比較を容易にするために、同図に、オリフィス部材に機
械的炭素材を使用して測定したときの酸素混合比率に対
するオリフィス部材の耐久時間を実線ＣＡＢとして重ね
て示している。実線ＣＡＢは、酸素の混合比率が小さく
窒素ガスが主成分である範囲では、オリフィスの耐久時
間が短いのに対して、酸素の混合比率が５０％をこえる
と従来の銅又は銅合金製オリフィス部材よりも、オリフ
ィスの耐久時間が大となる。酸素の混合比率が８０％に
達すると、炭素製オリフィス部材は、従来の銅製オリフ
ィス部材の２倍をこえる耐久時間を有し、酸素の混合比
率が１００％近くなると、３倍近くの耐久時間を持続す
る。なお、窒素ガスの混合比率が高いときに、オリフィ
ス部材の耐久時間が短いのは、窒素では、オリフィス部
材におけるアークの拘束力が弱いためにアークが広がり
、オリフィス部材の内面にアークが接近してオリフィス
部材を焼損するためであると考えられる。

したがって、従来の銅製オリフィス部材を使用して酸素
プラズマ切断加工を１時間行うには、２度の中断を要し
たのに対して、本発明に使用する機械的炭素材等の導電
性の低い材質をオリフィス部材に使用すると、中断なく
１時間継続して酸素プラズマ切断加工が可能となる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に使用する酸素を主成分とするプ
ラズマ切断方法においては、酸素が主成分であるために
、ドロスの付着量が少なく、切断材の切断面を被溶接物
の継手線として溶接したときのブローホール数が少ない
という効果に加えて、オリフィス部材が導電性が低い材
質であるために、酸素主成分ガス中で発生しやすいダブ
ルアークを防止することができるために、オリフィス部
材の耐久時間が従来の銅製オリフィス部材にくらべて２
乃至３倍となり、酸素主成分のプラズマ切断を実用的に
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プラズマ切断方法を説明するための図であり
、第２図は（Ａ）は酸素・窒素の混合比率とドロス付着
量との関係を示す図、第２図（Ｂ）は酸素・窒素ガスの
混合比率とブローホール数との関係を示す図、第３図は
、酸素・窒素の混合比率と従来の銅製オリフィス部材及
び本発明の方法に使用する炭素製オリフィス部材の耐久
時間との関係を示す図である。 １・・・電極支持部材、２・・・電極、３・・・オリフ
ィス部材、４・・・被切断材、５・・・プラズマ切断電
源。 ６・・・パイロットアーク電源補助回路。 代理人　　弁理士　　中　井　　宏 第１図 酸素１窒素の混合比率　〔％］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　鉄鋼のプラズマ切断方法において、酸素又は酸素５０
   ％以上を含む混合ガスをプラズマ拘束ガスとし、オリフ
   ィス部材に導電性の低い材質を使用した酸素を主成分と
   するプラズマ切断方法。