TWI418432B - Plasma cutting method - Google Patents

Description

電漿切斷方法

本發明是關於從電漿炬的噴嘴朝被切斷材噴射電漿弧來切斷該被切斷材的電漿切斷方法，特別是關於可減輕伴隨切斷所產生之煙氣的電漿切斷方法。

在切斷以鋼板為代表的被切斷材時，一般是採用切斷速度較氣體切斷法快的電漿切斷法。在電漿切斷炬方面，有非移行式電漿炬和移行式電漿炬；但在切斷較厚的被切斷材時，一般是利用移行式電漿炬。

移行式電漿炬是，將由氧氣或空氣構成之電漿氣體供給至由電極和噴嘴所構成的空間，使其在電極和噴嘴之間放電形成將電漿氣體電漿化的引弧(pilot arc)而從噴嘴噴射，引弧接觸到被切斷材之後，藉由使其在電極和被切斷材之間放電，同時停止電極和噴嘴之放電而形成主弧(電漿弧)，以該電漿弧熔融被切斷材的一部份，同時自母材去除熔融物並使其移動而切斷。

在電漿切斷中，一部份的母材是由電漿弧具有之熱能所熔融而生成熔融物，且母材的一部份是由含於電漿氣體之氧氣的作用急劇氧化，而生成氧化熔融物或氧化物之微粒子。如此一來，可由電漿弧具有之機械性能量，自母材去除生成之熔融物或微粒子。

母材之熔融物或氧化熔融物會掉落至被切斷材的下方 ，而被收容於用來承受熔渣之槽。又，比較大的粒子會掉落至被切斷材的下方，或於切斷部位的附近飛舞之後，掉落至被切斷材的上面。但是，氧化物的微粒子會向上飛舞至被切斷材的周邊，而有對工廠之作業環境造成不良影響之虞這樣的問題產生。

因此，在電漿切斷裝置一般係具備排煙裝置、集塵裝置(例如參照專利文獻1)。該技術是在電漿切斷機本體的下方空間，於和軌道正交之方向，並列設置分隔板而形成橫方向之煙道，在對應於該煙道的位置配置吸引罩和噴出罩，經由導管連接這些罩，同時在該導管設置集塵機。因此，可經由吸引罩、導管，將在切斷被切斷材時飛散的微粒子(煙氣)收集至集塵機，而可謀求工廠之作業環境的改善。

[專利文獻1]特許第1315469號公報

在前述專利文獻1之技術，藉由以集塵機收集伴隨電漿切斷所產生的微粒子(煙氣)，雖可使該微粒子之飛散減少而使工廠的作業環境改善，但卻未使伴隨電漿切斷所產生之微粒子的量減輕，而無法稱為根本性的解決方案。因此，實際情形係需要開發可減低煙氣之量來使作業環境改善的電漿切斷法。

本發明之目的在於提供：於切斷被切斷材之際，可使 煙氣之產生減輕的電漿切斷方法。

本案發明人等為了解決上述問題而進行了種種的研發。該結果是發現，藉由令形成電漿弧之氣體(電漿氣體)為特殊之成份，或是對習知由氧或空氣構成之電漿氣體所形成的電漿弧添加特殊成份之氣體，可使煙氣之產生減輕。

亦即，在使用從到週期表第二週期為止的鹵素氣體、稀有氣體、及氫氣之中所選擇的一種或複數種氣體、和含氧或氬或是氮之氣體、其兩者間的混合氣體，當作電漿氣體來切斷被切斷材，並將從切斷部位飛散之粒子的粒度分佈做比較後，確認了粒度大的粒子之比率變大，而易飛散之微粒子的比率變小。該結果，確認了：飛散之微粒子的量減少，而得以減輕煙氣之產生。

又，以和習知相同的氧或氬或是氮，或進而以它們的混合氣體來形成電漿弧，將從到週期表第二週期為止的鹵素氣體、稀有氣體、及氫氣之中所選擇的一種或複數種氣體添加至該電漿弧而加以噴射來切斷被切斷材，並將從切斷部位飛散之粒子的粒度分佈做比較後，確認了粒度大的粒子之比率變大，而易飛散之微粒子的比率變小。該結果，確認了：飛散之微粒子的量減少，而得以減輕煙氣之產生。

因此，與本發明有關的電漿切斷方法，是從電漿炬的 噴嘴朝被切斷材噴射電漿弧來切斷該被切斷材的電漿切斷方法，其特徵為：將從到週期表第二週期為止的鹵素氣體及稀有氣體以及氫氣之中所選擇的一種氣體或複數種氣體、和含氧或氬或氮之氣體的混合氣體，供給至電極的周圍來當作電漿氣體，並將在電極和噴嘴或電極和被切斷材之間通電而形成的電漿弧，朝被切斷材噴射，來切斷該被切斷材；或是，將從到週期表第二週期為止的鹵素氣體及稀有氣體以及氫氣之中所選擇的一種氣體或複數種氣體，添加至以氧或氬或氮為主成份的電漿弧，而朝被切斷材噴射來切斷該被切斷材。

在本發明的電漿切斷方法，藉由將從到週期表第二週期為止的鹵素氣體及稀有氣體以及氫氣之中所選擇的一種氣體或複數種氣體、和含氧或氬或是氮之氣體的混合氣體，供給至電極的周圍來形成電漿弧，而以該電漿弧切斷被切斷材，可使煙氣的產生減輕。

又，藉由形成以氧或氬或是氮為主成份的電漿氣體所成之電漿弧，將從到週期表第二週期為止的鹵素氣體及稀有氣體以及氫氣之中所選擇的一種氣體或複數種氣體添加至該電漿弧，而加以噴射來切斷被切斷材，可使煙氣的產生減輕。

利用與本發明有關的電漿切斷方法來切斷被切斷材時，伴隨切斷所產生之生成物的總量不會變化。但是，生成 之粒子整體上粒度增大，該結果是易飛散於空中的微粒子之量減少，而可使煙氣的產生減輕。

以下將說明與本發明有關的電漿切斷方法。本發明的電漿切斷方法是，藉由使用從到週期表第二週期為止的鹵素氣體及稀有氣體以及氫氣之中所選擇的一種氣體或複數種氣體(以下總稱為「添加氣體」)、和氧或氬或是氮、或是使它們混合之混合氣體(以下代表性地稱為「氧氣」)來形成電漿弧，或是藉由將添加氣體添加至由前述氧氣形成之電漿弧而加以噴射，在切斷以鋼板為代表之被切斷材時，使伴隨切斷之進行而產生的母材之粒子或氧化物之粒子的粒度變大，藉此，縮小從切斷部位飛散之微粒子的比例而減輕煙氣。

作為電漿氣體或作為添加至電漿弧之氣體的添加氣體，是從到週期表第二週期為止的鹵素氣體及稀有氣體以及氫氣(H₂ )之中所選擇的一種氣體或複數種氣體。作為前述範圍之鹵素氣體，係有氟(F)，作為稀有氣體的，係有氮(He)及氖(Ne)。因此，單獨利用氫氣、氟、氦、氖，或是利用使兩種類以上之氣體混合的氣體來當作添加氣體。

當以添加氣體和氧氣之混合氣體來構成電漿氣體時，並未特別限定添加氣體和氧氣的混合比，藉由於氧氣稍微混合添加氣體便能夠使煙氣減輕。又，即使在對氧氣混合 大量之添加氣體的情況，亦能夠充分地使煙氣減輕。

但是，若對於氧氣之添加氣體的混合比很小，則雖能夠使煙氣減輕，卻難以對改善作業環境實現充分之煙氣減輕。又，若增大對於氧氣之添加氣體的混合比，則雖能夠充分地使煙氣減輕，卻會產生造成切斷速度下降一般的問題。

因此，當以添加氣體和氧氣之混合氣體來構成電漿氣體時，較佳係考慮作業環境的改善程度、較高價之添加氣體的成本及伴隨切斷速度下降之作業成本的增加，來設定添加氣體和氧氣之混合比。

藉由本案發明人等之實驗，可得知在使用以1容量%~50容量%之範圍對氧氣混合添加氣體之電漿氣體的情況，得以維持切斷面之品質的切斷速度大致相同。又，雖然添加氣體的比率越高，煙氣的減輕程度越提升，但當使用對氧氣混合50容量%以上之電漿氣體時，則為了維持切斷面的品質，係不得不使切斷速度下降。

於是，考慮減輕煙氣所致之作業環境的改善和切斷速度的維持時，可得到的結果是：對氧氣混合之添加氣體的比率以5容量%~40容量%之範圍為佳，特別是以15容量%~25容量%之範圍為佳。

[實施例1]

選擇氦來當作添加氣體，以混合20容量%之氦和80容量%之高純度的氧氣之混合氣體來構成電漿氣體。使用 厚度20 mm的軟鋼板來當作被切斷材。將前述電漿氣體供給至位於電漿炬之電極的周圍，形成引弧之後，在其和被切斷材之間施加電流400 A來形成電漿弧，以令切斷速度為每分1200 mm之條件進行切斷。在該切斷之過程，目視判斷煙氣的產生狀況，同時採集煙氣來觀察微粒子的狀態。

圖1顯示構成煙氣之微粒子的狀態，其為將微粒子放大為300倍的照片。圖2是進一步將微粒子放大為1000倍的照片。圖3是進一步將圖2之微粒子放大為20000倍的照片，其顯示微粒子之周圍的雲絲狀部(超微粒子)。

又，作為比較例，採用高純度之氧氣當作電漿氣體，其他條件為上述條件來加以切斷，在該過程目視判斷煙氣的產生狀況，同時採集煙氣來觀察微粒子的狀態。然後將採集之煙氣的狀態和實施例做比較。

圖4顯示構成煙氣之微粒子的狀態，其為將微粒子放大為300倍的照片。圖5是進一步將微粒子放大為1000倍的照片。圖6是進一步將圖5之微粒子放大為20000倍的照片，其顯示微粒子之周圍的雲絲狀部(超微粒子)。

因此，圖1和圖4、圖2和圖5、圖3和圖6成為由本實施例所生成的微粒子和由比較例所生成的微粒子之對，而能夠加以比較。

在本實施例，如圖1所示，微粒子多數存在具有約0.04 mm～約0.06 mm之範圍的直徑之物，而很少存在具有0.01 mm程度的直徑之物。又，如圖3所示，形成於微 粒子之周圍的雲絲狀部(超微粒子)之密度較小。

又，在比較例，如圖4所示，微粒子大致為具有約0.01 mm～約0.03 mm之範圍的直徑之物。又，如圖6所示，形成於微粒子之周圍的雲絲狀部(超微粒子)之密度較大。

如比較圖1和圖4及圖2和圖5來判斷，藉由與本實施例有關之切斷所生成的粒子之粒度，係比藉由與比較例有關之切斷所生成的粒子之粒度還大。因此，飛散於大氣成為煙氣的微粒子之比例變小，而能夠減輕煙氣。

[產業利用性]

本發明的電漿切斷方法，能夠減輕伴隨切斷所生成的煙氣，而有助於利用來提升作業環境。

圖1顯示構成煙氣之微粒子的狀態，其為將微粒子放大為300倍的照片。

圖2是進一步將微粒子放大為1000倍的照片。

圖3是進一步將圖2之微粒子放大為20000倍的照片，其顯示微粒子之周圍的雲絲狀部(超微粒子)。

圖4顯示構成煙氣之微粒子的狀態，其為將微粒子放大為300倍的照片。

圖5是進一步將微粒子放大為1000倍的照片。

圖6是進一步將圖5之微粒子放大為20000倍的照片 ，其顯示微粒子之周圍的雲絲狀部(超微粒子)。

Claims (2)

1. 一種電漿切斷方法，是將在從電漿炬的噴嘴朝向碳鋼鋼板噴射電漿弧來切斷該碳鋼鋼板的電漿切斷方法中所伴隨於切斷而產生的煙氣減輕之電漿切斷方法，其特徵為：將作為電漿氣體而把氦氣或氫氣或者是氦氣以及氫氣相對於氧來以5容量%~40容量%而作了混合的混合氣體，供給至電極的周圍，並將在電極和噴嘴之間或電極和碳鋼鋼板之間通電而形成的電漿弧，朝向碳鋼鋼板噴射，來切斷該碳鋼鋼板，藉由此，來將伴隨於切斷所產生的煙氣，相較於當實施由氧單體所成之電漿弧所進行的電漿切斷之情況時所產生的煙氣、或者是相較於當實施沿著由氧單體所成之電漿弧而噴射氧單體的電漿切斷之情況時所產生的煙氣，而進一步作減輕。
2. 一種電漿切斷方法，是將在從電漿炬的噴嘴朝向碳鋼鋼板噴射電漿弧來切斷該碳鋼鋼板的電漿切斷方法中所伴隨於切斷而產生的煙氣減輕之電漿切斷方法，其特徵為：將作為電漿氣體而把氧供給至電極的周圍，並將在電極和噴嘴之間或電極和碳鋼鋼板之間通電而形成的電漿弧，朝向碳鋼鋼板噴射，且沿著該電漿弧而噴射氦氣，來切斷該碳鋼鋼板，藉由此，來將伴隨著切斷所產生的煙氣，相較於當實施由氧單體所成之電漿弧所進行的電漿切斷之情況時所產生的煙氣、或者是相較於當實施沿著由氧單 體所成之電漿弧而噴射氧單體的電漿切斷之情況時所產生的煙氣，而進一步作減輕。