JPS6116226B2

JPS6116226B2 -

Info

Publication number: JPS6116226B2
Application number: JP14433780A
Authority: JP
Inventors: Akyoshi Imanaga; Hironari Taguchi; Mitsuaki Haneda; Masatoshi Kanamaru; Kotaro Yamamoto; Minoru Shimada; Kyoichi Ozaki
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Via Mechanics Ltd
Priority date: 1980-10-17
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1986-04-28
Also published as: JPS5768270A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はプラズマアークを用いて材料を切断す
るプラズマ切断の制御法に関するものである。

従来、切断装置の制御法に関するものとして第
１図に示す方法があり、プラズマ電流とパイロツ
トアークの点滅、作動ガスおよび水の供給が、起
動から停止して終了するまで時間とともに変る動
作を示したものである。図中、起動時において、
まず所定流量の作動ガスＧ（例えば窒素ガス）を
流し、そのガス雰囲気内でタイマT₁（例えば時
間0.5〜3sec）を経て、電極とノズルとの間にパ
イロツトアークを印加する。印加によつてプラズ
マアークが母材側に発生し、所定のプラズマ電流
値が流れる。そのアークの移行と同時に水をトー
チに供給して、プラズマアークの周囲より被切断
材の切り口に噴出しながら切断を行なう。切断の
停止時においてはプラズマアークの停止と同時に
水の供給を停止させ、その後タイマT₂（例えば
時間１〜5sec）の時間経過後に作動ガスを停止し
て終了するようになつていた。このような構成の
制御動作では、作動ガスに電位傾度の高い窒素ガ
スを使用し、しかもその流量が多いために、高負
荷電圧の電源を必要とし、かつパイロツトアーク
の印加およびプラズマアークの発生がしづらい。
そして発生したプラズマアークが瞬時にして高速
流のガスで吹き消される恐れもある。また水の供
給がプラズマアークの移行と同時になつているた
め、その水がケーブルを経てトーチの先端から噴
出するには若干の時間遅れが生じ、切断開始時に
被切断材の切り口への水の作用、反応が低下す
る。さらにプラズマアークが移行してからそのプ
ラズマ電流値が瞬時にして０から設定値に急上昇
しているために、電極先端やノズル孔に急激な負
荷が加わり電極やノズルの消耗量を増大する恐れ
がある。またこのような急上昇の電流波形におい
ては、スタート時に設定値よりもはるかに高いラ
ツシユ電流の発生が伴ない易く、ノズルの寿命を
縮めかねないなどの問題点があつた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなしたもので、
最適な作動ガス雰囲気内でプラズマアークの移行
を円滑に行なうと共に、電極やノズル等に加わる
起動時の急激な負荷を緩和して消耗量の増大を防
ぎ、また、的確な水の供給で被切断材の切り口へ
の水の作用・反応を促進してアーク起動の安定
化、切断能力の低下防止、切断面の高品質化など
がはかれる簡便な制御法を提供することを目的と
する。

本発明は、プラズマアークの周囲より被切断材
の切り口に水を供給し、水の蒸発潜熱を利用して
切り口上部を冷却しながら切断を行なうプラズマ
切断法において、起動の際にArからなる第１作
動ガスと、同時もしくは一定時間経過後にあらか
じめ設定した適正量の水の供給を開始して、トー
チ本体の先端に装着されたノズルの外周部に形成
した冷却水流出路に送り、前記第１作動ガス雰囲
気内でトーチからプラズマアークを発生させて切
断を開始すると同時に、Ar＋H₂，N₂，Ar＋N₂の
いずれかのガスからなる第２作動ガスを第１作動
ガスを流れているトーチ本体内に供給し、切断完
了の際にはプラズマアークの停止と同時に水およ
び第２作動ガスの供給を停止させ、その後に第１
作動ガスを停止するようにしたものである。

以下本発明の実施例を図面にて説明する。第２
図はプラズマ切断機の構成図で、図において、１
はプラズマアーク２を発生させるプラズマトー
チ、３は制御装置４とプラズマトーチ１に接続さ
れたトーチケーブルで、通電や水、ガス等が送ら
れる。６は被切断材５と制御装置４を経てプラズ
マトーチ１との間に接続された直流電源、７ａお
よび７ｂは第１作動ガスおよび第２作動ガスで、
主として第１作動ガスにAr（アルゴン）ガスを
用い、第２作動ガスにはAr＋H₂ガス（水素）、N₂
（窒素）ガス、Ar＋N₂ガスなどを使用する。直流
電源６と作動ガス７ａ，７ｂの他に制御装置４に
はプラズマトーチ１を水冷するための冷却水およ
びプラズマアーク２の周囲から被切断材５の切り
口へ水を噴出するための水源８が接続されてい
る。この制御装置４によつてプラズマアークの発
生から切断終了まで、必要に応じて任意にプラズ
マ電流、作動ガス流量、水量などの値を設定およ
び供給の開始、停止の制御ができるように構成さ
れている。

第３図は第２図に示したプラズマトーチ１の先
端部を拡大した縦断面図である。図において、１
０はプラズマトーチ本体１ａの中央に絶縁体１１
を介して挿入された電極棒、１２はプラズマトー
チ本体１ａの先端部に装着されたノズル、１３は
ノズル１２に電極１０と対向するように設けられ
たノズル孔で、このノズル孔１３内から作動ガス
７およびプラズマアーク２が被切断材５に向けて
噴射される。１４はノズル１２の外周部を包囲す
るようにプラズマトーチ本体１ａに取り付けられ
たノズルキヤツプで、このノズルキヤツプ１４と
ノズル１２との間に流水管１８および冷却水通路
１６ａに連通する冷却水流出路１６ｂがプラズマ
アーク２に向けて形成されている。流水管１８よ
り供給された冷却水１７が冷却水流出路１６ｂか
らノズル孔１３の周囲に放出される際に、その冷
却水１７は作動ガス７とプラズマアーク２の超高
温の気流によつて噴霧化、蒸気化し、噴霧水と水
蒸気の混合流体がプラズマアーク２の周囲を包み
込むように作用し、サーマルピンチ効果によつて
プラズマアーク２のエネルギー密度を高めると共
に、高温化された噴霧、蒸気流体が被切断材５の
切り口５ａへ有効に作用・反応する。この結果、
切り口５ａの肩だれ防止、熱影響の縮小および酸
化防止など高品質の切断面が得られる。また、水
シールドによつて溶融金属が飛散するのを低滅す
ると共に、ガスおよびヒユームの発生を減少させ
ることができる。２１はプラズマトーチ本体１ａ
自身を水冷するための冷却水循環路で、別系統の
冷却水２２が給水管１９より供給されている。

図示の本トーチでは、この冷却水循環路２１と
前記した冷却水通路１６ａがそれぞれ独立して別
系統の冷却水が送られているが、両者を連絡して
冷却水を分流する方式の構造に変えることも可能
で、給水口や冷却水ケーブル等の統合によつてト
ーチ構造の簡易化がはかれる。また、両者の冷却
水路を合流してプラズマトーチ本体内に供給した
冷却水をノズル孔周辺に噴出され、トーチおよび
被切断材の切り口を同時に冷却するようにしたト
ーチ（例えば電流容量100Aクラス）も可能であ
る。

７はプラズマトーチ本体１ａおよびノズル１２
内へ供給される作動ガスで、第２図に示した第１
作動ガス７ａと第２作動ガス７ｂが合流してい
る。図中には矢印のように作動ガス７を電極１０
に対して平行に流しているが旋回させて流すこと
もできる。１５ａ，１５ｂは冷却水１７および作
動ガス７の漏れを防止するためのＯリングであ
る。２６および２７は電極１０と被切断材５にそ
れぞれ配線された陰極ケーブルおよび陽極ケーブ
ルで、制御装置ならびに切断電源（第２図に示
す）に接続され、電極と被切断材と間にパイロツ
アークを発生させてプラズマ電流を流す。また同
様に、切断電源ならびに制御装置からパイロツア
ークを印加する通電ケーブル２５がノズル１２に
接続されている。

第４図は本発明に基づくプラズマ切断の制御動
作図で、プラズマ電流とパイロツトアークの点
滅、作動ガスおよび水の供給が、起動から停止し
て終了するまで時間とともに変わる動作を示すも
のである。起動時において、まず、アルゴンガス
からなる第１作動ガスG₁（例えば３〜10／
min）を流し、この第１作動ガス雰囲気内で、タ
イマT₁（例えば時間0.5〜3sec）を経て電極とノ
ズルとの間にパイロツトアークを印加する。そし
てこのパイロツトアークにより被切断材に電極か
らプラズマアークを発生させ、そのプラズマ電流
Ｉは実線で示した様にスロープ状に上昇させて設
定した値まで増加する。この場合、スロープ時間
は１秒以下のごく短時間でよいが、点線のように
動作させることもできる。プラズマアークの周囲
より噴出させるための水の供給は、０から任意な
時間設定ができるタイマT₃を経て開始され、プ
ラズマトーチ本体の先端に装着されたノズルの外
周部に形成した冷却水流出路から放出する。この
場合、供給する水量は０から任意な水量が設定で
きる流量計（例えばQw＝０〜200c.c.／min）によ
つて被切断材の板厚やプラズマ電流値など切断条
件に合わせて最適水量を決めることができる。次
にAr＋H₂ガスやAr＋N₂ガスあるいはN₂ガスから
なる第２作動ガスG₁（例えば10〜30／min）
を、プラズマアーク発生の電流検出から切断が開
始されるのと同期させて供給し始め、図のように
第１作動ガスと合流させ切断が続けられる。

起動の際に、第１作動ガスとして電位傾度の低
いアルゴンガスを使用しているので、プラズマア
ークの印加およびプラズマアークの発生が容易に
行なえ、しかもこれらのアークはガス流速（第２
作動ガスをプラズマアークが発生する以前には流
していないので、ノズル孔より噴射するガス流速
は比較的ゆるやかである。）で吹き消されること
もなく安定に保持でき、プラズマ電流はスロープ
状に増加させているので、スタート時の電極やノ
ズルへの急激な負荷が緩和され、またラツシユ電
流の発生もないので、これらの電極やノズルは傷
めにくく、また消耗量の増大を防ぐことができ、
切断能力の低下防止につながる。水の供給開始に
当つてはタイマT₃によつて任意の時間設定が行
なえるので、たとえトーチケーブルが長くても、
プラズマアークを発生させる以前に水を供給する
ことによつて、トーチ先端から噴出する水の時間
遅れが解消され、切断開始時においても的確に被
切断材の切り口へ水を作用・反応させることがで
きる。

切断完了の際には前記第４図のように、プラズ
マアークの停止と同時に第２作動ガスおよび水の
供給を停止させ、タイプT₂（例えば時間２〜
5sec）の設定時間経過後に第１作動ガスを停止し
て動作を終了する。第１作動ガスの停止を第２作
動ガスよりもT₂時間遅らせることによつて、ガ
スが通るケーブルおよびトーチの中は、電位傾度
の高い第２作動ガスが押し出されてアルゴンガス
（第１作動ガス）のみになり、ノズル孔内への水
の流入防止はもちろんのこと、次の切断を行なう
起動のときにプラズマアークやプラズマアークの
発生が容易になるなどよい結果をもたらす。

以上説明したように、プラズマ切断の起動時お
よび停止時にプラズマ電流や作動ガスおよび水の
供給の制御を行なう簡便な制御法によつてプラズ
マアークの移行などが円滑に行なえ、かつ電極や
ノズルの消耗量の増大を防ぐとともに切断能力の
低下防止がはかれ、また的確なタイミングの水の
供給および停止により、切断の開始から完了まで
適量の水を被切断材の切り口へ作用・反応させる
ことができ、切り口の肩だれ防止、熱影響の縮
小、酸化防止など高品質の切断面が得られるばか
りでなく、ガスやヒユームなどの発生を減少させ
て作業現場の環境改善にも寄与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラズマ切断の制御動作図、第
２図は本発明の一実施例を示すプラズマ切断機の
構成図、第３図は同実施例のプラズマトーチ先端
を拡大した縦断図、第４図は本発明のプラズマ切
断の制御動作図を示す。１…プラズマトーチ、２…プラズマアーク、３
…制御装置、５…被切断材、５ａ…切り口、６…
直流電源、７ａ…第１作動ガス、７ｂ…第２作動
ガス、１０…電極、１２…ノズル、１３…ノズル
孔、１６ａ…冷却水通路、１６ｂ…冷却水流出
路、１７…冷却水、２３…作動ガス通路。

Claims

【特許請求の範囲】１プラズマアークの周囲より被切断材の切り口
に水を供給し、水の蒸発潜熱を利用して切り口上
部を冷却しながら切断を行うプラズマ切断におい
て、起動の際にArガスからなる第１作動ガス
と、同時もしくはプラズマアークが発生する以前
にあらかじめ設定した適正量の水の供給を開始し
てトーチ本体の先端に装着されたノズルの外周部
に形成した冷却水流出路に送り、トーチ内の電極
からプラズマアークを発生させて切断を開始する
と同時に、Ar＋H₂，N₂，Ar＋N₂のいずれかのガ
スからなる第２作動ガスを供給し、切断完了の際
にはプラズマアークの停止と同時に水および前記
第２作動ガスの供給を停止させ、その後に、前記
第１作動ガスを停止するようにしたことを特徴と
するプラズマ切断の制御法。２水の供給の開始に当つて、時間設定ができる
タイマを設置して、第１作動ガスと同時に前記タ
イマを作動させて、時間設定経過後に水の供給を
開始するようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のプラズマ切断の制御法。３冷却水流出路を、ノズルとこのノズルの外周
に配置したノズルキヤツプとの間に形成して、こ
の冷却水流出路の先端から水あるいは水と水蒸気
との混合流体を噴出させるようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
プラズマ切断の制御法。