JPH1029068A - プラズマ切断方法 - Google Patents

プラズマ切断方法

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JPH1029068A JP8189076A JP18907696A JPH1029068A JP H1029068 A JPH1029068 A JP H1029068A JP 8189076 A JP8189076 A JP 8189076A JP 18907696 A JP18907696 A JP 18907696A JP H1029068 A JPH1029068 A JP H1029068A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常プラズマ切断においては定電流制御を行
っているため、屈曲部や微細加工等において切断速度が
低下した場合には入熱過多となって熱歪みや硬化、広範
囲の組織変化を起こしやすい。 【解決手段】 本発明に係るプラズマ切断方法は、通常
切断における切断アーク電流の連続出力電流を上限とし
て直接前記切断アーク電流をパルス制御することにより
切断材への入熱量を減少させ、且つ該パルス制御は切断
速度があらかじめ設定された基準速度よりも低下した場
合あるいはあらかじめ設定された切断位置においてを開
始又は終了し、切断速度或いは切断状況に依存してパル
ス波形を変化させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はノズル先端よりプラ
ズマアークを噴射して切断を行うプラズマ切断方法に関
するものであり、入熱量を抑えることにより自己燃焼を
減少させ、切断品質を向上させる切断方法を提供するも
のである。
【0002】
【従来の技術】現在プラズマ切断では定電流制御を行う
ことにより、プラズマアークの電流値を一定に保ちなが
ら切断を行っている。一方、切断装置の機械的な精度を
考えると切断速度を落とした方が軌跡精度が向上するた
め、最近のNC切断機では切断経路が屈曲している場合
には減速を行うことが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
にアーク電流が一定出力であることから、切断速度の上
がらないスタート部およびエンド部、コーナー部などに
おいては入熱過多に陥ってしまい、熱歪みや硬化、広範
囲の組織変化を起こしやすい。また同様の理由から鋭角
切断、小円切断等の微細加工を行おうと思った場合、加
工部が自己燃焼してしまう為加工が困難であるという欠
点を有していた。
【0004】また、大きな切断材から多数の小製品を切
り出す場合のように切断部分が近接している場合には、
先に行った切断の熱が残留し、後の切断の際において入
熱過多になってしまう場合があった。
【0005】上述のような不都合を解決するために、微
細加工部においてアーク電流を低くし、入熱量を減らす
方法が考えられる。しかしこれでは被切断材の溶融に必
要十分な入熱量を投与できずにスラグを大量付着させた
り、切断自体ができなくなるという問題があった。
【0006】
【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切断方法は、通常切断における
アーク電流の連続出力電流を上限として前記アーク電流
を直接パルス制御することにより切断材への入熱量を減
少させるプラズマ切断方法において、前記パルス制御は
切断速度があらかじめ設定された基準速度よりも低下し
た場合に開始し、また切断速度が基準速度に回復した場
合に終了することを特徴とする。
【0007】また、通常切断におけるアーク電流の連続
出力電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御
することにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ
切断方法において、前記パルス制御は、前記パルス制御
を開始又は終了する時刻を切断速度が基準速度より低下
する時刻よりもあらかじめ設定された時間早めるか又は
遅めることを特徴とする。
【0008】また、前記アーク電流のパルス制御は、切
断速度に依存してパルス波形を変化させることを特徴と
する。
【0009】また本発明に係るプラズマ切断方法の他の
構成は、通常切断におけるアーク電流の連続出力電流を
上限として前記アーク電流を直接パルス制御することに
より切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断方法に
おいて、前記パルス制御は、あらかじめ設定された切断
位置において開始又は終了させることを特徴とする。
【0010】また、前記アーク電流のパルス制御は、あ
らかじめ設定された切断位置に対応してパルス波形を変
化させることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマ切断方法の
一実施例を、図を用いて説明する。図1は(a)が切断速
度、(b)がアーク電流の平均電流値、(c)がアーク電流の
パルス波形の例である。また図2はアーク電流のパルス
波形の名称を説明する図である。
【0012】直線や緩やかな曲線など通常の切断を行う
場合においては、切断材の材質、厚さ及びプラズマ切断
機の連続出力電流が決定すれば、切断速度も決定する。
ところがさらに屈曲した形状を切断する場合に、プラズ
マ切断装置は軌跡精度を向上させるために図1(a) に模
式的に示すように切断速度Aを低下させる場合がある。
このとき通常切断を行う場合と同様に連続出力電流にて
切断を行ったのでは入熱過多になってしまうために入熱
量を減らす必要がある。
【0013】しかし、単純にアーク電流値を下げたので
は被切断材の溶融に必要十分な入熱量を投与できず、不
完全な切断によりスラグを大量付着させたり、また電流
値を下げすぎることにより切断自体ができなくなったり
してしまう。そこでアーク電流をパルス制御することに
より、最大出力電流を維持しながら平均電流値を下げ入
熱量を抑えることができる。
【0014】図2を用いてパルス電流の名称を説明す
る。図2は縦軸に切断電流値、横軸に時刻を表す図であ
り、通常切断における連続出力電流が最大出力電流1、
またプラズマアークを維持できる最小の電流値を最低保
持電流2とする。またアーク電流をパルス制御した際の
最大電流値を最大パルス電流4、最小電流値を最小パル
ス電流5とし、一つのパルス周期6はON時間6aとO
FF時間6bとから構成されている。
【0015】最大出力電流1及び最低保持電流2は切断
装置(電源)及び切断条件により決定される定数である
が、最大パルス電流4および最小パルス電流5は最大出
力電流1と最低保持電流2の間に於いて任意の値に設定
することが可能である。また、パルス周期6とパルス波
のON時間6a、及びOFF時間6bを任意の値で変化
させることが可能である。
【0016】図1(a)は、切断に際してコーナー部等の切
断により切断速度Aが基準速度3から低下し、再び基準
速度3に回復する場合を想定している。縦軸には切断速
度、横軸には時刻を表しており、切断速度Aが基準速度
3より低下しはじめる時刻を減速開始時刻T1、速度低
下が終了する時刻を減速終了時刻T2、再び加速を始め
る時刻を増速開始時刻T3、切断速度Aが基準速度3に
回復する時刻を増速終了時刻T4とする。このような切
断速度の変化に対応してアーク電流をパルス制御し、図
1(b)の平均電流値Bに示すように平均電流値を下げるこ
とにより入熱量を減少させる。
【0017】図1(c)にパルス制御されたアーク電流の波
形の例を示す。波形Cに示すのは最小パルス電流5の値
を変化させる方法、波形Dはパルス周期6を変えずにO
N時間6aとOFF時間6bの割合を変化させる方法、
波形EはON時間6aを一定にしてOFF時間6bを変
化させる方法、波形FはOFF時間6bを一定にしてO
N時間6aを変化させる方法、波形Gはパルス周期6を
一定にして最大パルス電流4を変化させる方法である。
切断材の材質、板厚、加工形状に応じてこれら波形C乃
至波形Gを単独又は適宜重ね合わせて使用することによ
り、任意のパルス波形を形成することができる。
【0018】また切断材の熱伝導性によっては、前述の
ように切断速度Aが基準速度3よりも遅くなる時刻T1
にパルス制御を開始したのでは早すぎたり、また遅すぎ
たりする場合がある。例えば切断材の熱伝導性が高い場
合には減速開始時刻T1以前の最大出力電流1の熱が減
速開始時刻T1以後の切断位置にも伝導して入熱過多に
陥ったり、また切断材の熱伝導性が低い場合には逆に入
熱不足となってしまう虞がある。
【0019】そこで熱伝導性が高い切断材の場合には、
切断材によってあらかじめ所定の時間を設定して、パル
ス制御を開始する時刻を図1(b)に示す時刻T5のよう
に早め、破線B1に示すように入熱量の平均電流値を下
げることにより、入熱過多となることを抑えることがで
きる。また逆に切断材の熱伝導性が低い切断材の場合に
は、パルス制御を遅らせて時刻T6より開始することに
より、平均電流値を上げることができる。
【0020】また切断速度が回復する場合にも同様に、
熱伝導性が高い場合には時刻T8に示すようにパルス制
御の減縮を遅らせて破線B4に示すように入熱量の平均
電流値を下げ、熱伝導性が低い場合にはパルス制御の減
縮を早めて時刻T7より開始して破線B3に示すように
入熱量の平均電流値を上げることできる。
【0021】これらのようにパルス制御を開始又は終了
させる時刻を早めたり遅くすることにより、切断材質の
熱伝導性の違いによる切断性能の違いに対応する事がで
きる。従ってさらに切断性能を向上させ、良好な切断面
を得ることができる。
【0022】次に、本発明に係る第二実施例を説明す
る。図3は大きな切断材から多数の小製品を切り出す場
合を説明する図であり、図3(a)は切断経路の例、図3
(b)はパルス波形の例を示す図である。
【0023】図3に示す切断経路は、一つの切断材から
連続して三角形7および三角形8を切り出す場合を示し
ている。このように先に行われる切断経路と後に行われ
る切断経路が近接している場合には、先の三角形7の切
断における熱が残留しており、三角形8の切断位置8b
から8cは既にある程度加熱された状態となっている。
【0024】三角形8を切断する際には、ピアシング位
置8aより最大出力電流1にて切断を開始するが、切断
位置8bより8cまでの間においては図3(b)に示すよ
うに最大アーク電流をパルス制御して入熱量を落とし、
先の切断における残留熱とあわせて適切な入熱量となる
ように調節する。このことにより、近接した切断経路を
切断する場合にも入熱過多を防止し、切断面の品質を向
上させることができる。
【0025】なお、上記実施例において最大出力電流1
は切断装置(電源)及び切断条件により決定される定数
であると説明したが、図4(a)に示すように板厚の異な
る切断材10、11にまたがって切断を行うような場合
には、即ち切断条件が変化して適正な連続出力電流の値
が変化する。
【0026】従来このような場合には、切断材10と切
断材11の境界12より切断速度を上げることにより入
熱量と切断速度の釣り合いを保っていた。しかし切断装
置は慣性を有しているために急激な速度変化を行うこと
ができず、切断面の品質を改善することは困難であっ
た。
【0027】ここで切断装置に境界12の位置をあらか
じめ記憶させておき、図4(b)に示すように境界12よ
り最大出力電流1を下げることにより、速度を変えるこ
となく連続して切断を行うことができる。またこれは電
気的な操作であるために突然の板厚の変化にも対応させ
ることができ、切断面の品質を向上させることができ
る。
【0028】また図5(a)に示すように接続された厚板
13と薄板14の継ぎ目を切断する場合において、応力
集中を避けて機械的強度を向上させるためにサーピン処
理16が施されている場合がある。このような場所にお
いては、切断装置にあらかじめ境界15およびサーピン
処理の開始する位置16aを記憶させておき、図5(b)
に示すように位置16aより境界15までの間に徐々に
最大アーク電流の値を減少させる。これにより、切断材
の板厚が徐々に変化する場合にも適切な最大出力電流を
以って且つ切断速度を変化させることなく切断を行うこ
とができる。
【0029】また、図6(a)は切断材の表面に二種以上
の表面塗装が施されている例を説明する図であり、エッ
チングプライマー17とジンクリッチプライマー18の
二種類の塗装が施されている。ジンクリッチプライマー
18は亜鉛を含んでおり、切断材の酸化を妨げるために
切断速度が上がらない。従って特にエッチングプライマ
ー17塗装部分はジンクリッチプライマー18塗装部分
よりも入熱量を減らして切断する必要がある。
【0030】そこであらかじめ切断経路上の表面塗装の
境界19を切断装置に記憶させておき、図6(b)に示す
ようにエッチングプライマー17塗装部に於いては最大
出力電流を下げて切断を行い、ジンクリッチプライマー
18塗装部おいては最大出力電流を増加させて入熱量を
増加させる。このようにして、表面塗装の変化した場合
にも一定の速度を以って安定した高品質な切断を行うこ
とができる。
【0031】また、小円加工のように切断の開始から終
わりまで基準速度に到達しないような切断においては、
アーク電流を切断の開始から終わりまでパルス制御する
ことにより、入熱量を抑えて良好な切断面を得ることが
できる。
【0032】
【発明の効果】上述の如く、本発明に係るプラズマ切断
方法においては、通常切断に於いては連続出力にて効率
よく切断を行い、且つ切断速度が低下した場合にはアー
ク電流を直接パルス制御することにより、瞬時的には被
加工材の板厚方向全域に渡って燃焼、溶融若しくは蒸発
が発生する温度に上昇させるのに必要な量を入熱し、次
の瞬間には、入熱量を減らして被加工材を冷却させると
いう動作を繰り返すことになる。従ってより少ない入熱
量にて切断を行うことができ、切断速度が低下した場合
においても入熱過多に陥ることがない。
【0033】また、アーク電流のパルス制御を開始又は
終了させる時刻をあらかじめ設定された時間早めるか又
は遅めることにより、切断材の熱伝導率の違いに対応す
ることができ、切断性能を向上させることができる。
【0034】また先の切断によりすでに加熱された部位
を切断する場合においてアーク電流をパルス制御するこ
とにより、入熱過多による熱歪み、硬化、広範囲の組織
変化を抑えられる。また切断速度の上がらない微細加工
等においても、パルス制御により入熱過多とならないこ
とから切断部が自己燃焼せず良好な切断面を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)が切断速度、(b)がアーク電流の平均電流
値、(c)がアーク電流のパルス波形の例である。
【図2】アーク電流のパルス波形の名称を説明する図で
ある。
【図3】大きな切断材から多数の小製品を切り出す場合
を説明する図である。
【図4】異なる板厚の切断材を連続して切断する場合を
説明する図である。
【図5】切断材の板厚が徐々に変化する場合を説明する
図である。
【図6】切断材の表面に2種以上の表面塗装が施されて
いる場合を説明する図である。
【符号の説明】
A …切断速度 B …平均電流値 C〜G…波形 T1 …減速開始時刻 T2 …減速終了時刻 T3 …増速開始時刻 T4 …増速終了時刻 1 …最大出力電流 2 …最低保持電流 3 …基準速度 4 …最大パルス電流 5 …最小パルス電流 6 …パルス周期 6a …ON時間 6b …OFF時間 7 …三角形 8 …三角形 8a …ピアシング位置 8b …切断位置 8c …切断位置 10 …切断材 11 …切断材 12 …境界 13 …厚板 14 …薄板 15 …境界 16 …サーピン処理 16a…位置 17 …エッチングプライマー 18 …ジンクリッチプライマー 19 …境界

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通常切断におけるアーク電流の連続出力
    電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御する
    ことにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断
    方法において、前記パルス制御は切断速度があらかじめ
    設定された基準速度よりも低下した場合に開始し、また
    切断速度が基準速度に回復した場合に終了することを特
    徴とするプラズマ切断方法。
  2. 【請求項2】 通常切断におけるアーク電流の連続出力
    電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御する
    ことにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断
    方法において、前記パルス制御は、前記パルス制御を開
    始又は終了する時刻を切断速度が基準速度より低下する
    時刻よりもあらかじめ設定された時間早めるか又は遅め
    ることを特徴とするプラズマ切断方法。
  3. 【請求項3】 前記アーク電流のパルス制御は、切断速
    度に依存してパルス波形を変化させることを特徴とする
    請求項1または請求項2に記載のプラズマ切断方法。
  4. 【請求項4】 通常切断におけるアーク電流の連続出力
    電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御する
    ことにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断
    方法において、前記パルス制御は、あらかじめ設定され
    た切断位置において開始又は終了させることを特徴とす
    るプラズマ切断方法。
  5. 【請求項5】 前記アーク電流のパルス制御は、あらか
    じめ設定された切断位置に対応してパルス波形を変化さ
    せることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ切断方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6274841B1 (en) 1997-09-08 2001-08-14 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Controlled plasma arc cutting
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