KR20150055066A

KR20150055066A - 플라즈마 절단기 및 절단 방법

Info

Publication number: KR20150055066A
Application number: KR1020157009998A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 야마구치; 요시히코 우에스기; 야스노리 다나카; 다쓰오 이시지마
Original assignee: 고마쓰 산기 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-05-20
Also published as: DE112013006252B4; KR101683663B1; JP6082967B2; DE112013006252T5; WO2014104092A1; JP2014124674A; US20150296605A1; US9516737B2

Abstract

플라즈마 절단기는, 플라즈마 아크를 발생시키기 위한 전극과, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 노즐과, 커버 부재를 포함한다. 커버 부재는, 노즐로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐을 덮도록 배치된다. 커버 부재는, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가진다. 커버 부재는, 자성체제이다.

Description

플라즈마 절단기 및 절단 방법{PLASMA CUTTING MACHINE AND CUTTING METHOD}

본 발명은, 플라즈마 절단기 및 절단 방법에 관한 것이다.

플라즈마 절단에서는, 플라즈마 토치에 형성된 전극의 주위에 플라즈마 가스를 공급하면서 피절단재와 전극에 통전함으로써, 플라즈마 아크를 발생시킨다. 그리고, 플라즈마 아크를 피절단재의 절단 부위를 향해 분사하면서 플라즈마 토치를 이동시킴으로써, 플라즈마 아크의 열에 의해 피절단재를 절단한다.

플라즈마 절단에서는 피절단재를 한쪽의 전극으로 하기 위해, 통전성을 가지는 재료가 피절단재로서 사용된다. 일반적으로는 연강(軟鋼)이나 고장력강(高張力鋼) 등의 저탄소강이나, 스테인레스강 등의 고합금강 및 알루미늄 합금 등의 비철금속이 플라즈마 절단의 대상이 된다. 예를 들면, 교량 부재 등에 사용되는 니켈이나 코발트를 포함하는 고장력강은 자화되기 쉬운 성질을 가지고 있으므로, 압연(壓延), 열처리, 숏 블라스트(shot blast)에 의한 표면 경화 등의 처리에 의해 용이하게 자화된다. 또는, 반송(搬送) 시에 리프팅 마그넷에 의해 매달아 올리는 경우에는, 리프팅 마그넷의 자력(磁力)에 의해 용이하게 자화된다.

자화(磁化)된 피절단재를 플라즈마 절단에 의해 절단하는 경우, 피절단재의 자기(磁氣)에 의해, 플라즈마 아크에 전자력이 작용하여, 플라즈마 아크가 절곡되거나 집중성이 저하되거나 하는 현상이 발생하는 경우가 알려져 있다. 이와 같은 현상은, 「자기 아크 블로우(magnetic arc blow)」라고 하고 있다. 이하, 자기 아크 블로우의 발생 원인에 대한 추측을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7에 있어서 화살표는, 자화된 피절단재(W)의 자력선(磁力線)을 나타내고 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 절단에 의해 피절단재(W)를 절단하는 경우, 절단홈이 길어질수록, 미절단 부분의 단면적(斷面績)이 작아진다. 그러므로, 절단의 진행에 따라 자속(磁束) 밀도가 증대함으로써, 절단홈으로부터 공간으로 빠져 나오는 자속(이하, 「누설 자속」이라고 함. 화살표 A1 참조)이 증대한다. 그 결과, 플라즈마 아크가 받는 전자력이 강해짐으로써, 플라즈마 아크가 굽혀지는 현상이 발생한다. 이와 같은 현상은, 절단 불량의 원인으로 된다. 또는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 누설 자속에 의해, 플라즈마 아크의 집중성이 저하되어, 플라즈마 아크가 분리되는 더블 아크(부호 "DA" 참조)가 발생한다. 더블 아크가 발생하면, 노즐의 오리피스(orifice)부의 직경이 확대되거나, 변형되거나 하는 등, 노즐이 손상될 가능성이 있다. 이와 같이 노즐이 손상되면, 플라즈마 아크의 기류의 지향성 또는 집중성이 저하된다. 이 경우, 누설 자속이 없는 곳에서도 절단 품질이 저하된다.

상기와 같은 자기 아크 블로우에 의한 절단 품질의 저하 등의 문제점을 해결하기 위한 플라즈마 절단 방법 및 플라즈마 절단 장치가 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 특허 문헌 1의 플라즈마 절단 방법에서는, 플라즈마 토치에 의해 피절단재(W)가 절단되고 있는 동안, 작업원이, 자성체를 절단홈을 따르도록 배치하여 간다. 이로써, 절삭홈의 대향하는 부위가 자성체를 통하여 단락됨으로써, 절단홈으로부터의 누설 자속이 저감된다.

또한, 특허 문헌 1의 플라즈마 절단 장치에서는, 플라즈마 토치에 장착된 유지체로부터 자성체로 이루어지는 체인이 현수(懸垂)되어 있다. 플라즈마 토치에 의해 피절단재가 절단되고 있는 동안, 체인은 절삭홈의 대향하는 부위에 접촉되고 있다. 이와 같이, 절삭홈의 대향하는 부위가 체인을 통하여 단락됨으로써, 절단홈으로부터의 누설 자속이 저감된다.

일본 공개특허 제2009―214165호 공보

특허 문헌 1의 플라즈마 절단 방법에서는, 작업원이, 자성체를 절단홈을 따르도록 배치하여 간다. 따라서, 작업자는, 이동하는 토치의 뒤에 대하여 자성체의 부재를 두고 갈 필요가 있다. 또한, 발명자들의 연구에 의하면, 자성체가 토치로부터 이격된 위치에 놓여지면, 자기 아크 블로우의 억제 효과가 감소하는 것을 알고 있다. 토치는, 소정의 속도로 이동하고 있고, 토치의 이동 방향은, 상황에 따라 변화한다. 따라서, 토치를 뒤쫓도록 토치의 근방에 자성체를 배치하여 가는 것은, 작업자에게 있어서 부담이 크다. 또한, 절단하고 있는 강판(鋼板) 상을 작업자가 걷는 것는 것에 의해 강판이 진동하여, 강판의 절단면에 악영향을 주는 경우도 있을 수 있다. 또한, 많은 자성체를 준비할 필요가 있으므로, 특허 문헌 1의 플라즈마 절단 방법은, 현실적으로는 곤란하다.

특허 문헌 1의 플라즈마 절단 장치에서는, 체인이 피절단재의 표면 상을 슬라이딩 이동하여 가게 된다. 그러므로, 피절단재에 진동을 발생시킴으로써, 절단면에 악영향을 준다. 또한, 절단 후에 상승하고 있는 공작물(workpiece), 또는 강판 표면에 부착되어 있는 드로스(dross)(용융 금속이 응고된 것)의 돌기에 체인이 걸릴 가능성이 있다. 또는, 절단홈이나 강판의 구멍에 체인이 떨어져 들어가 걸릴 가능성도 있다. 이와 같은 경우, 토치의 운행에 장해가 생겨, 절단이 중단되는 경우가 있다.

또한, 자기 아크 블로우의 억제를 위해서는, 가능한 한 토치에 가까운 위치에서 절단홈을 자성체로 접속할 필요가 있다. 또한, 자성체에 의한 접속 면적은 가능한 한 넓은 것이 바람직하다. 그러나, 특허 문헌 1의 플라즈마 절단 장치에서 사용되고 있는 체인에서는, 충분한 접속 면적을 확보하는 것이 곤란하다. 그러므로, 자기 아크 블로우 억제 효과는 제한된다.

본 발명의 과제는, 작업자의 부담 및 피절단재에 대한 영향을 작게 억제하면서, 유효하게 자기 아크 블로우를 억제할 수 있는 플라즈마 절단기 및 절단 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 태양(態樣)에 관한 플라즈마 절단기는, 테이블과, 플라즈마 토치와, 이동 장치와, 커버 부재를 구비한다. 테이블에는, 피절단재가 탑재된다. 플라즈마 토치는, 플라즈마 아크를 발생시키기 위한 전극과, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 노즐을 가진다. 이동 장치는, 플라즈마 토치를 테이블 상에서 이동시킨다. 커버 부재는, 노즐로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐을 덮도록 배치된다. 커버 부재는, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가진다. 커버 부재는, 자성체제(磁性體製)이다.

본 발명의 제2 태양에 관한 플라즈마 절단기는, 테이블과, 플라즈마 토치와, 이동 장치를 구비한다. 테이블에는, 피절단재가 탑재된다. 이동 장치는, 플라즈마 토치를 테이블 상에서 이동시킨다. 플라즈마 토치는, 플라즈마 아크를 발생시키기 위한 전극과, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 노즐과, 커버 부재를 가진다. 커버 부재는, 노즐로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐을 덮도록 배치된다. 커버 부재는, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가진다. 커버 부재는, 자성체제이다.

본 발명의 제3 태양에 관한 절단 방법은, 다음의 공정을 포함한다. 제1 공정은, 플라즈마 토치에 커버 부재를 장착하는 공정이다. 제2 공정은, 플라즈마 토치를 사용하여 피절단재를 절단하는 공정이다. 여기서, 플라즈마 토치는, 플라즈마 아크를 발생시키기 위한 전극과, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 노즐을 가진다. 커버 부재는, 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가진다. 커버 부재는, 자성체제이다. 제1 공정에서는, 커버 부재는, 노즐로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐을 덮도록, 플라즈마 토치에 장착된다.

종래 기술에 관한 플라즈마 절단 방법 및 플라즈마 절단 장치는, 절단홈으로부터의 누설 자속을 감소시킴으로써, 자기 아크 블로우를 억제하도록 하는 것이다. 이에 대하여, 본 발명의 발명자들은, 절단홈으로부터의 누설 자속이 높아도, 노즐 내부의 플라즈마 아크 및 노즐로부터 분출된 직후의 플라즈마 아크에 대한 자기의 영향을 억제할 수 있어, 자기 아크 블로우를 효과적으로 억제할 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명의 제1 태양 및 제2 태양에 관한 플라즈마 절단기에서는, 자성체제의 커버 부재가, 노즐로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐을 덮도록 배치된다. 따라서, 절단홈으로부터의 누설 자속이 노즐 근방의 플라즈마 아크에 도달하는 것이, 커버 부재에 의해 억제된다. 이로써, 작업자의 부담 및 피절단재에 대한 영향을 작게 억제하면서, 자기 아크 블로우를 억제할 수 있다.

본 발명의 제3 태양에 관한 절단 방법에서는, 자성체제의 커버 부재가, 노즐로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐을 덮도록, 플라즈마 토치에 장착된다. 따라서, 절단홈으로부터의 누설 자속이 노즐 근방의 플라즈마 아크에 도달하는 것이, 커버 부재에 의해 억제된다. 이로써, 작업자의 부담 및 피절단재에 대한 영향을 작게 억제하면서, 자기 아크 블로우를 억제할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 전체 구성을 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 2는 플라즈마 절단기의 플라즈마 토치의 단면도(斷面圖)이다.
도 3은 플라즈마 토치를 아래쪽으로부터 본 도면이다.
도 4는 플라즈마 토치의 차폐 캡에 의한 자기 아크 블로우 방지의 효과를 설명하는 도면이다.
도 5는 제2 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 금속판에 의한 자기 아크 블로우 방지의 효과를 설명하는 도면이다.
도 6은 제3 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 캡에 의한 자기 아크 블로우 방지의 효과를 설명하는 도면이다.
도 7은 종래 기술에 관한 자기 아크 블로우의 발생 원인을 설명하는 도면이다.
도 8은 종래 기술에 관한 자기 아크 블로우의 발생 원인을 설명하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 일 실시 형태의 전체 구성을 간단하게 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 절단기(1)는, 테이블(2)과, 플라즈마 토치(3)와, 이동 장치(4)를 구비한다. 테이블(2)에는, 피절단재(W)가 탑재된다. 플라즈마 토치(3)는, 플라즈마 아크를 분출하여, 피절단재(W)를 절단한다.

이동 장치(4)는, 플라즈마 토치(3)를 테이블(2) 상에서 이동시킨다. 상세하게는, 이동 장치(4)는, 플라즈마 토치(3)를 피절단재(W)에 대하여 X(세로), Y(가로) 및 Z(높이) 방향으로 이동시킨다. 이동 장치(4)는, 이동 캐리지(41)와, 암(arm)(42)과, 캐리지(43)를 가진다. 이동 캐리지(41)는, 테이블(2)의 측방에 있어서 X방향으로 왕복 이동한다. 암(42)은, 이동 캐리지(41)로부터 Y방향으로 테이블(2)의 위쪽으로 연장되도록 배치되어 있다. 캐리지(43)는, 플라즈마 토치(3)를 Z방향으로 왕복 이동 가능하게 지지한다. 캐리지(43)는, 암(42) 상을 Y방향으로 왕복 이동시킨다.

이동 캐리지(41) 또는 테이블(2) 내에는, 도시하지 않은 전원 회로 및 제어 장치가 배치되어 있다. 전원 회로 및 제어 장치는, 플라즈마 토치(3)에 있어서 파일럿 아크나 플라즈마 아크를 발생시켜, 이들 아크를 제어하기 위한 장치이다. 도시하지 않지만, 플라즈마 토치(3)에 플라즈마 가스나 어시스트 가스 등의 가스를 공급하는 가스 시스템, 및 플라즈마 토치(3)에 냉각액을 공급하는 냉각 시스템 등 도 설치된다.

도 2는, 플라즈마 토치(3)의 중심축을 따른 단면도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 토치(3)는, 토치 본체(11)와, 토치 본체(11)에 착탈(着脫) 가능하게 설치되는 복수의 부품을 가진다. 복수의 부품은, 전극(12), 절연 스월러(swirler)(13), 노즐(14), 이너 캡(inner cap)(15), 차폐 캡(16), 및 리테이너(retainer) 캡(17) 등이다.

토치 본체(11)는, 베이스부(21), 전극 시트(22), 노즐 시트(23), 절연 슬리브(24), 전극 냉각 파이프(25), 냉각액 공급 파이프(26), 냉각액 배출 파이프(27)를 가진다.

베이스부(21)는 대략 원기둥형의 형상을 가진다. 베이스부(21)의 선단부에는, 전극 시트(22)가 장착된다. 전극 시트(22)는, 대략 원통형의 형상을 가진다. 전극 시트(22)의 외측에는, 노즐 시트(23)가 배치된다. 노즐 시트(23)는, 대략 원통형의 형상을 가진다. 전극 시트(22)와 노즐 시트(23) 사이에는, 전극 시트(22)와 노즐 시트(23)를 전기적으로 절연하기 위한 절연 슬리브(24)가 끼워넣어진다. 전극 시트(22)의 내측에는, 전극 냉각 파이프(25)가 배치된다. 베이스부(21), 전극 시트(22), 노즐 시트(23), 절연 슬리브(24), 및 전극 냉각 파이프(25)는 동축(同軸)에 배치된다.

전극 시트(22)는, 베이스부(21) 내의 전기 배선(도시하지 않음)을 통하여, 전술한 아크 전원 회로의 전극(12)으로의 통전용의 단자에 접속된다. 전극 시트(22)는, 금속제이다. 전극 시트(22)의 선단부 내에, 전극(12)의 기단부(基端部)가, 착탈 가능하게 삽입된다.

전극(12)은, 예를 들면, 구리 등의 높은 열전도도를 가지는 금속제이다. 전극(12)은, 비자성체(非磁性體)로 형성된다. 전극(12)은, 선단이 폐쇄된 대략 원통 형상을 가진다. 전극(12)의 선단부에는, 열전자를 방출하기 위한 고융점 금속제의 인서트(120)가 매립되어 있다. 전극 시트(22)와 전극(12)는 서로 접촉되어 있다. 전극 시트(22)와 전극(12)는, 전극 시트(22)와 전극(12)과의 접촉면을 통하여, 전기적으로 접속된다. 전극(12)이 전극 시트(22)에 장착되면, 전극 냉각 파이프(25)가, 전극(12)의 내측 공간에 삽입된다.

노즐 시트(23)는 금속제이며, 베이스부(21) 내의 전기 배선(도시하지 않음)을 통하여, 전술한 아크 전원 회로의 노즐(14) 통전용의 단자에 접속된다. 노즐 시트(23)의 선단부에, 노즐(14)의 기단부가, 착탈 가능하게 삽입된다. 노즐(14)이 노즐 시트(23)에 장착되면, 노즐(14)의 중심축과 전극(12)의 중심축이 동축에 배치된다.

노즐(14)은, 예를 들면, 구리 등의 높은 열전도도를 가지는 금속제이다. 노즐(14)은, 비자성체로 형성된다. 노즐(14)의 선단부는, 오리피스(31)를 가진다. 오리피스(31)는, 플라즈마 아크가 지나는 개구이다. 노즐 시트(23) 선단부의 내면과 노즐(14)의 기단부의 외면과의 사이에는, O링(32)이 끼워넣어져 있다. O링(32)은, 노즐 시트(23) 선단부의 내측 공간[플라즈마 가스 통로(33)]와 노즐(14)의 외측 공간[냉각액 통로(34)]와의 사이를 실링한다.

절연 스월러(13)는, 대략 원통형의 형상을 가진다. 절연 스월러(13)는, 전극(12)과 노즐(14)과의 사이에 삽입된다. 절연 스월러(13)는, 전극(12)과 노즐(14)과의 사이의 전기적 절연을 확보한다. 또한, 절연 스월러(13)는, 도시하지 않은 가스 구멍을 가지고 있다. 플라즈마 가스류는, 노즐 시트(23) 선단부의 도시하지 않은 통로와 연통되는 플라즈마 가스 통로(33)로부터, 절연 스월러(13)의 가스 구멍을 통해 노즐(14)의 내측의 플라즈마 가스 통로(35)에 유입(流入)된다. 플라즈마 가스류가 가스 구멍을 통과할 때, 절연 스월러(13)는, 플라즈마 아크를 전극(12)의 선단의 인서트(120)에 고정시키기 위해, 플라즈마 가스류에 선회(旋回) 운동을 부여한다.

이너 캡(inner cap)(15)는, 베이스부(21)의 외면에 장착된다. 이너 캡(15)은, 노즐 시트(23)로 노즐(14)을 덮도록 배치된다. 이너 캡(15)은 개구(36)를 가지고 있다. 노즐(14)의 선단부는, 이너 캡(15)의 개구(36)를 통하여 아래쪽으로 돌출되어 있다. 이너 캡(15)의 내면과, 노즐(14)의 외면과의 사이에는, 냉각액 통로(34)가 설치된다. 이너 캡(15)은, 예를 들면, 구리나 놋쇠 등의 높은 열전도도를 가지는 금속제이다. 이너 캡(15)은, 비자성체제이다.

리테이너 캡(17)은, 베이스부(21)의 외주(外周)에 착탈 가능하게 장착된다. 리테이너 캡(17)의 선단부는, 차폐 캡(16)을 유지한다. 리테이너 캡(17)의 기단부는, 베이스부(21)에 착탈 가능하게 장착된다. 리테이너 캡(17)은, 이너 캡(15)을 덮도록 배치된다. 리테이너 캡(17)은, 예를 들면, 구리나 놋쇠 등의 높은 열전도도를 가지는 금속제이다. 리테이너 캡(17)은, 비자성체제이다.

리테이너 캡(17)의 내면과 이너 캡(15)의 외면 사이에는, 어시스트 가스 통로(37)가 설치된다. 어시스트 가스 통로(37)는, 어시스트 가스류에 베벨각(bevel angle) 제어용의 선회를 부여하는 동시에, 어시스트 가스류를 노즐(14)의 오리피스(31)의 출구의 주위로 안내한다.

차폐 캡(16)은, 리테이너 캡(17)에 착탈 가능하게 장착된다. 따라서, 차폐 캡(16)은, 교환 가능하게 설치된다. 차폐 캡(16)은, 노즐(14) 선단부의 아래쪽에서, 노즐(14)의 선단부를 덮도록 배치된다. 즉, 차폐 캡(16)은, 노즐(14)로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐(14)을 덮도록 배치된다.

도 3은, 플라즈마 토치(3)를 아래쪽으로부터 본 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 차폐 캡(16)은, 노즐(14)의 축선 방향에서 볼 때 노즐(14)에 중첩되도록 배치된다. 즉, 차폐 캡(16)은, 플라즈마 아크의 분출 방향에서 볼 때 노즐(14)에 중첩되도록 배치된다. 또한, 차폐 캡(16)의 외형은, 노즐(14)의 외형보다 크다. 차폐 캡(16)은, 자성체제이다. 예를 들면, 차폐 캡(16)은 탄소강으로 형성된다. 차폐 캡(16)은, 플라즈마 아크가 지나는 개구(38)를 가진다. 차폐 캡(16)의 개구(38)의 직경은, 노즐(14)의 오리피스(31)의 직경보다 크고, 노즐(14)의 외경보다 작다.

냉각액 공급 파이프(26) 및 냉각액 배출 파이프(27)는, 베이스부(21)의 기단면(基端面)으로부터 베이스부(21)의 내부에 삽입되어 있다. 냉각액 공급 파이프(26)는, 전극 냉각 파이프(25)에 접속되어 있다. 전극 시트(22)의 내측 공간은, 베이스부(21) 내의 연통로(51)를 통하여 노즐 시트(23) 내의 냉각액 공급 통로(52)와 연통되어 있다. 냉각액 공급 통로(52)는, 노즐(14)의 외측의 냉각액 통로(34)와 연통되어 있다. 냉각액 통로(34)는, 노즐 시트(23) 내의 냉각액 배출 통로(53)와 연통되어 있다. 냉각액 배출 통로(53)는, 냉각액 배출 파이프(27)에 접속되어 있다.

전술한 냉각 시스템으로부터, 냉각액이 냉각액 공급 파이프(26)에 공급된다. 냉각액은, 냉각액 공급 파이프(26)로부터, 전극 냉각 파이프(25)를 통하여 전극(12) 선단부의 내측에 공급된다. 이로써, 전극(12)이 냉각된다. 냉각액은, 전극(12)의 내면을 따라 흐름으로써 전극(12)을 다시 냉각한다. 그리고, 냉각액은, 전극 시트(22)의 내측 공간과, 연통로(51)와, 냉각액 공급 통로(52)를 통하여, 냉각액 통로(34)에 공급된다. 이로써, 냉각액이, 노즐(14)의 외면과 이너 캡(15)의 내면을 따라 흐름으로써, 노즐(14) 및 이너 캡(15)이 냉각된다. 그리고, 냉각액은, 노즐 시트(23) 내의 냉각액 배출 통로(53)와 냉각액 배출 파이프(27)를 통하여 전술한 냉각 시스템으로 돌아온다.

전술한 플라즈마 절단기(1)를 사용하여 피절단재(W)의 절단을 행할 때, 사용자는, 플라즈마 토치(3)에, 자성체제의 차폐 캡(16)을 장착한다. 이로써, 차폐 캡(16)이, 노즐(14)로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐(14)을 덮도록 장착된다. 여기서, 사용자는, 플라즈마 토치(3)의 기존의 비자성체제의 차폐 캡(16)을, 자성체제의 차폐 캡(16)으로 교환해도 된다. 그리고, 사용자는, 플라즈마 토치(3)를 사용하여 피절단재(W)를 절단한다.

본 실시형태에 관한 플라즈마 절단기(1)에서는, 자성체제의 차폐 캡(16)이, 노즐(14)로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐(14)을 덮도록 배치된다. 또한, 차폐 캡(16)은, 플라즈마 토치(3)가 이동함으로써, 상기한 배치를 유지하면서 노즐(14)과 함께 이동한다. 따라서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 절단홈으로부터의 누설 자속(화살표 A1 참조)이 노즐(14) 근방의 플라즈마 아크에 도달하는 것이, 차폐 캡(16)에 의해 억제된다. 이로써, 작업자의 부담 및 피절단재(W)에 대한 영향을 작게 억제하면서, 자기 아크 블로우를 억제할 수 있다. 특히, 노즐에 큰 손상을 주는 더블 아크를 유효하게 억제할 수 있다.

또한, 차폐 캡(16)이 자성체제인 경우, 차폐 캡(16)의 계속 사용에 의해, 차폐 캡(16)이 자화된다는 문제가 생긴다. 즉, 차폐 캡(16)이 자성체제인 경우, 차폐 캡(16)이 플라즈마 아크에 의해 여기되는 자기(磁氣)에, 장시간, 노출되는 것에 의해, 차폐 캡(16)이 자화되어 영구 자석으로 된다. 차폐 캡(16)이 자화되면, 피절단재(W)의 자화에 의한 자기 아크 블로우와 동일한 절단 불량이나 더블 아크의 문제가 생긴다. 이 차폐 캡(16)의 자화라는 문제가 있으므로, 종래, 차폐 캡(16)은 비자성체로 형성되는 것이 통상이다. 그러나, 본 실시형태에 관한 플라즈마 절단기(1)에서는, 자기 아크 블로우를 억제하는 관점에서, 자성체제의 차폐 캡(16)을 사용한다. 그리고, 차폐 캡(16)은 착탈 가능하다. 그러므로, 차폐 캡(16)이 자화했을 때는, 차폐 캡(16)을 플라즈마 토치(3)로부터 분리하여, 소자기(消滋氣) 장치에 의해 자기를 제거함으로써, 차폐 캡(16)의 자화의 문제를 용이하게 해결할 수 있다.

또한, 자성체제의 차폐 캡(16)은, 피절단재(W)와 비접촉이다. 그러므로, 진동에 의한 절단면에 대한 악영향을 방지할 수 있다.

다음에, 제2 실시형태에 관한 플라즈마 절단기에 대하여 설명한다. 도 5는, 제2 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 절단기는, 금속판(61)을 구비한다. 금속판(61)은, 예를 들면, 탄소강 등의 자성체제이다. 금속판(61)은, 플라즈마 토치(3)에 장착된다. 또는, 금속판(61)은, 전술한 이동 장치(4)에 장착되어도 된다. 금속판(61)은, 플라즈마 토치(3)나 이동 캐리지(41) 등에 착탈 가능하게 장착된다. 즉, 금속판(61)은, 교환 가능하게 설치된다.

금속판(61)은, 플라즈마 아크의 분출 방향으로 플라즈마 토치(3)의 선단부에 대향하여 배치된다. 즉, 금속판(61)은, 노즐(14)로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐(14)을 덮도록 배치된다. 금속판(61)은, 노즐(14)의 축선 방향에서 볼 때 노즐(14)에 중첩되도록 배치된다. 즉, 금속판(61)은, 플라즈마 아크의 분출 방향에서 볼 때 노즐(14)에 중첩되도록 배치된다. 금속판(61)은, 플라즈마 아크가 지나는 개구(62)를 가진다. 금속판(61)의 개구(62)의 직경은, 노즐(14)의 외경보다 작다.

전술한 플라즈마 절단기를 사용하여 피절단재(W)의 절단을 행할 때, 사용자는, 플라즈마 절단기에, 자성체제의 금속판(61)을 장착한다. 이로써, 금속판(61)이, 노즐(14)로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐(14)을 덮도록 장착된다. 여기서, 사용자는, 기존의 플라즈마 토치(3)를 사용한 플라즈마 절단기에 자성체제의 금속판(61)을 장착해도 된다. 따라서, 차폐 캡(16)은, 비자성체제라도 된다. 그리고, 사용자는, 플라즈마 토치(3)를 사용하여 피절단재(W)를 절단한다.

제2 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 다른 구성은, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 절단기(1)와 같다. 제2 실시형태에 관한 플라즈마 절단기는, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 절단기(1)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 제3 실시형태에 관한 플라즈마 절단기에 대하여 설명한다. 도 6은, 제3 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 절단기는, 캡(71)을 구비한다. 캡(71)은, 예를 들면, 탄소강 등의 자성체제이다. 캡(71)은, 플라즈마 토치(3)의 선단부에 착탈 가능하게 장착된다. 즉, 캡(71)은, 교환 가능하게 설치된다. 예를 들면, 캡(71)은, 리테이너 캡(17) 또는 토치 본체(11) 등에 장착된다. 캡(71)은, 차폐 캡(16)을 외측으로부터 덮는다. 캡(71)은, 리테이너 캡(17)을 외측으로부터 덮는다.

캡(71)은, 플라즈마 아크의 분출 방향으로 플라즈마 토치(3)의 선단부에 대향하여 배치된다. 즉, 캡(71)은, 노즐(14)로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐(14)을 덮도록 배치된다. 캡(71)은, 노즐(14)의 축선 방향에서 볼 때 노즐(14)에 중첩되도록 배치된다. 즉, 캡(71)은, 플라즈마 아크의 분출 방향에서 볼 때 노즐(14)에 중첩되도록 배치된다. 캡(71)은, 플라즈마 아크가 지나는 개구(72)를 가진다. 캡(71)의 개구(72)의 직경은, 노즐(14)의 외경보다 작다.

전술한 플라즈마 절단기를 사용하여 피절단재(W)의 절단을 행할 때, 사용자는, 플라즈마 토치(3)에, 자성체제의 캡(71)을 장착한다. 이로써, 캡(71)이, 노즐(14)로부터의 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 노즐(14)을 덮도록 장착된다. 여기서, 사용자는, 기존의 플라즈마 토치(3)에 자성체제의 캡(71)을 장착해도 된다. 따라서, 차폐 캡(16)은, 비자성체제라도 된다. 그리고, 사용자는, 플라즈마 토치(3)를 사용하여 피절단재(W)를 절단한다.

제3 실시형태에 관한 플라즈마 절단기의 다른 구성은, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 절단기(1)와 같다. 제3 실시형태에 관한 플라즈마 절단기는, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 절단기(1)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다.

플라즈마 토치(3)의 구조는 전술한 구조에 한정되지 않고, 변경되어도 된다. 예를 들면, 토치 본체(11), 전극(12), 노즐(14), 이너 캡(15), 차폐 캡(16), 또는 리테이너 캡(17)의 형상이 변경되어도 된다. 또는, 냉각액의 공급 경로 및 배출 경로가 변경되어도 된다.

전극(12) 및 노즐(14)의 재료는, 구리에 한정되지 않고 다른 재료라도 된다. 전극(12) 및 노즐(14)의 재료는, 높은 열전도성 및 통전성을 가지는 것이 바람직하다. 이너 캡(15) 및 리테이너 캡(17)의 재료는, 구리 또는 놋쇠에 한정되지 않고 다른 재료라도 된다. 이너 캡(15) 및 리테이너 캡(17)의 재료는, 높은 열전도성을 가지는 것이 바람직하다. 차폐 캡(16)의 재료는, 탄소강에 한정되지 않고, 다른 자성체라도 된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명에 의하면, 작업자의 부담 및 피절단재에 대한 영향을 작게 억제하면서, 자기 아크 블로우를 억제할 수 있는 플라즈마 절단기 및 절단 방법을 제공할 수 있다.

12; 전극
14; 노즐
3; 플라즈마 토치
71; 캡
61; 금속판
16; 차폐 캡
2; 테이블
4; 이동 장치

Claims

피(被)절단재를 탑재하기 위한 테이블;
플라즈마 아크를 발생시키기 위한 전극과, 상기 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 노즐을 구비하는 플라즈마 토치;
상기 플라즈마 토치를 상기 테이블 상에서 이동시키기 위한 이동 장치; 및
상기 노즐로부터의 상기 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 상기 노즐을 덮도록 배치되고, 상기 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 자성체제(磁性體製)의 커버 부재;
를 포함하는 플라즈마 절단기.
제1항에 있어서,
상기 커버 부재는, 상기 플라즈마 아크의 분출 방향에서 볼 때 상기 노즐에 중첩되도록 배치되는, 플라즈마 절단기.
제2항에 있어서,
상기 커버 부재의 외형은, 상기 노즐의 외형보다 큰, 플라즈마 절단기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버 부재의 개구의 직경은, 상기 노즐의 개구의 직경보다 크고, 또한 상기 노즐의 외경보다 작은, 플라즈마 절단기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버 부재는, 상기 플라즈마 토치의 선단부에 장착되는 캡인, 플라즈마 절단기.
제5항에 있어서,
상기 캡은, 교환 가능하게 장착되는, 플라즈마 절단기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버 부재는, 상기 플라즈마 아크의 분출 방향으로 상기 플라즈마 토치의 선단부에 대향하여 배치되는 금속판인, 플라즈마 절단기.
제7항에 있어서,
상기 금속판은, 교환 가능하게 설치되는, 플라즈마 절단기.
피절단재를 탑재하기 위한 테이블;
플라즈마 토치; 및
상기 플라즈마 토치를 상기 테이블 상에서 이동시키기 위한 이동 장치;
를 포함하고,
상기 플라즈마 토치는,
플라즈마 아크를 발생시키기 위한 전극;
상기 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 노즐; 및
상기 노즐로부터의 상기 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 상기 노즐을 덮도록 배치되고, 상기 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 자성체제의 커버 부재;를 구비하는,
플라즈마 절단기.
제9항에 있어서,
상기 커버 부재는, 상기 플라즈마 아크의 분출 방향에서 볼 때 상기 노즐에 중첩되도록 배치되는, 플라즈마 절단기.
제10항에 있어서,
상기 커버 부재의 외형은, 상기 노즐의 외형보다 큰, 플라즈마 절단기.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버 부재의 개구의 직경은, 상기 노즐의 개구의 직경보다 크고, 또한 상기 노즐의 외경보다 작은, 플라즈마 절단기.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버 부재는, 상기 노즐의 선단부를 덮도록 배치되는 차폐 캡인, 플라즈마 절단기.
제13항에 있어서,
상기 차폐 캡은, 교환 가능하게 설치되는, 플라즈마 절단기.
플라즈마 아크를 발생시키기 위한 전극과, 상기 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 노즐을 구비하는 플라즈마 토치에, 상기 플라즈마 아크가 지나는 개구를 가지는 자성체제의 커버 부재를, 상기 노즐로부터의 상기 플라즈마 아크의 분출 방향에 있어서 상기 노즐을 덮도록 장착하는 단계; 및
상기 플라즈마 토치를 사용하여 피절단재를 절단하는 단계;
를 포함하는 절단 방법.
제15항에 있어서,
상기 커버 부재를 상기 플라즈마 토치로부터 분리하고, 상기 커버 부재로부터 자기(磁氣)를 제거하는 단계를 더 포함하는, 절단 방법.