WO1994016857A1 - Plasma cutting method and cutting apparatus - Google Patents

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WO1994016857A1
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cutting
piercing
gas
plasma
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PCT/JP1994/000091
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Inventor
Toshiya Shintani
Masahiko Hasegawa
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B23K10/006—Control circuits therefor

Definitions

  • the present invention relates to a plasma cutting method and a cutting device, and more particularly to a plasma cutting method and a cutting device used for cutting. Background technology
  • an electrode Conventionally, an electrode, a nozzle arranged so as to cover the plasma gas passage with a gap therebetween, and an electrically isolated protective cap having an opening facing the nozzle orifice on the outer tip side of the nozzle are provided.
  • a plasma cutting device provided, the material to be cut is cut while flowing a protective gas through the opening of the protective cap, and the nozzle is protected.
  • the torch 60 has an electrode 61 in the center thereof, and a nozzle 65 is disposed outside the torch 60 so as to cover the electrode 61 with a plasma gas passage 63 therebetween.
  • a high-temperature plasma gas flow 72 generated by generating a plasma arc between the electrode 61 and the cutting material 71 while flowing the plasma gas is applied to the orifice portion 65 a of the nozzle 65. It is performed by narrowing down and injecting the material to be cut 71.
  • the dross 73 blown up from the workpiece 71 adheres to the nozzle 65, or the nozzle 6 due to thermal distortion during cutting.
  • the orifice portion 65a is deformed, and the cutting quality is greatly deteriorated, which is a serious problem in practical use. To solve this problem, as shown in Fig.
  • a protective cap 69 with an opening is provided facing the orifice 65a of the nozzle 65.
  • the protective cap 69 is electrically insulated from the electrode 61 and the nozzle 65 to prevent erroneous discharge (double arc), and a protective gas is flowed through the opening from the start of cutting to the end of cutting to cut.
  • the nozzle 65 is protected from the dross 73 that is blown up from the material 71 (see, for example, Japanese Patent Application No. 4-721209).
  • the second problem is that the use of protective gas is large and the cost of Ranjung is high. It may be acceptable when using very inexpensive gas such as air as a protective gas, but running costs increase when using expensive gas.
  • Cutting Shielding the outside of the plasma gas stream for the purpose of improving the quality can be achieved by shielding the oxygen plasma with oxygen (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-229282).
  • a method of shielding with an inert gas to prevent entrapment for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-98652
  • a method of shielding an oxygen plasma with a hydrogen gas to a stainless steel pan There is known a method of cutting metal into a high-quality metal oxide without oxidizing it (for example, see Japanese Patent Application No.
  • the protective gas for protecting the nozzle flows around the plasma gas flow and can also serve as a shielding gas.
  • argon, hydrogen, or a mixture of these gases to protect the nozzle and at the same time obtain a shielding effect, a small amount is required for shielding purposes in order to isolate the plasma gas flow from the atmosphere.
  • Nozzle protection eyes It consumes a large amount of gas, which is problematic in terms of running costs.
  • the following prior arts are known for solving the problem of consuming a large amount of protective gas.
  • the protective cap has an opening facing the nozzle orifice (the opening through which the plasma gas flows) and has a number of holes on the outside.
  • the shielding gas consumption is reduced by flowing oxygen gas as a shielding gas only at the time of piercing and stopping it during cutting (for example, in Japan). No. 6 3 — 68 88 79).
  • this method is intended to prevent burning during cutting, and is different from nozzle protection from dross by shield gas, so a small amount of gas is flowed when piercing. Therefore, the shielding gas cost in the running cost is small, but the shielding gas is stopped during cutting, so the effect as a protective gas cannot be obtained.
  • various kinds of active and inert gases are switched and used for a passage between nozzles of a plasma cutting torch having a multilayer nozzle structure, and an electrode used in an inert gas atmosphere is activated. It is known to protect against gas (for example, see Japanese Patent Publication No. 51-16379). According to this technology, when there are two or more types of gas to be used as plasma gas, it is possible to optimize the use amount. Power ⁇ , the torch does not have a protective cap for the nozzle and uses a protective gas I can't do that.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, and provides a good protection of a nozzle from a dross blow-up of a workpiece when piercing and cutting.
  • An object of the present invention is to provide a plasma cutting method and a cutting apparatus. Disclosure of the invention
  • a first invention according to the present invention is a plasma cutting method in which a flow rate of a protective gas is changed between piercing at the start of cutting and cutting.
  • a plasma cutting method is used in which a large flow of protective gas is blown to blow off the dross that blows up at the time of piercing at the start of cutting, and a small flow of protective gas is blown below the material to be cut at the time of cutting.
  • the nozzle is protected from dross and the like, and the cooling / disturbing action of the protective gas on the plasma gas flow is reduced, thereby enabling good cutting. That is, when piercing the material to be cut and drilled, the dross and plasma gas flow all blow up (such as in the direction of the torch) until the hole penetrates the material to be cut. It scatters in a large amount and large particle size and has a large momentum. On the other hand, during cutting, most of the plasma gas flow and dross escape to the back side of the material to be cut, and only a small amount of spark-like dross blows up.
  • the second invention is a plasma cutting method in which the composition of the protective gas is changed between the time of cutting and the time of cutting.
  • a piercing completion detecting device that detects a current at the time of piercing between an electrode and a workpiece and outputs a signal at the time of piercing, and a piercing completion signal, And a flow controller for switching the flow rate from the protective gas flow rate during piercing to the protective gas flow rate during cutting.
  • a piercing completion detecting device that detects a current at the time of piercing between an electrode and a workpiece and outputs a signal at the time of piercing, and a piercing completion signal, And a switching valve for switching the composition from the protective gas composition at the time of piercing to the protective gas composition at the time of cutting.
  • a gas supply circuit with at least two on-off valves will be installed in the protective gas circuit.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a plasma cutting apparatus according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a time chart of the first embodiment
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory view of a plasma cutting apparatus according to a second embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory view of a plasma cutting apparatus according to a third embodiment
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the plasma cutting apparatus according to the prior art.
  • the plasma cutting apparatus has an electrode 1 at the center of a torch 10 and covers the outside thereof with a plasma gas passage 3 for a plasma gas 2 therebetween.
  • Nozzle 5 is arranged.
  • a protection cap 7 is provided outside the nozzle 5, and a protection gas passage 9 is provided between the nozzle 5 and the protection cap 7.
  • the protective gas passage 9 is connected to a protective gas circuit that includes a flow rate regulator 15 and supplies the protective gas 11 from a supply source 13.
  • the pole 1 is connected to the cathode 21 a of the power supply 21, and the anode 21 b of the power supply 21 is connected to the nozzle 5 via the resistor 23 and the switch 25.
  • the anode 21 b of the power source 21 is connected to the workpiece 31 via the current detector 27. Further, the current detector 27 is connected to the control device 40, and the control device 40 including a controller or the like is connected to the flow regulator 15. The control device 40 is provided with an input device 41 for inputting a time for switching the protection gas and the like. High-temperature plasma gas flow 33 created by arc discharge generated between electrode 1 and cut material 31 is narrowed finely by nozzle 5 and sprayed onto the cut material.
  • FIG. 1 and FIG. 2 which shows one of the time charts, the plasma cutting with such a configuration will be described.
  • a switch (not shown) of the input device 41 attached to the control device 40 is input to start the operation of the plasma cutting device.
  • the plasma gas 2 and the protective gas 11 begin to flow.
  • the flow controller fi 15 is set to a position where the protection gas 11 flows at a large flow rate according to a command from the control device 40.
  • the switch 25 is actuated to generate a pilot arc between the electrode 1 and the nozzle 5, and subsequently, an arc is formed between the electrode 1, the nozzle 5 and the workpiece 31 and a transition arc is generated. birth.
  • the piercing completion signal is set to be output 0 to 2 seconds after detecting the piercing start signal by the timer of the controller 40, etc., depending on the thickness and material of the material 31 to be cut. Alternatively, a time as needed may be input from the input device 41. Also, the current detector 27 for detecting the start of the piercing is further provided with a timer or the like for starting after the start of the piercing is detected, and a piercing completion detecting device for transmitting a piercing completion signal to the control device 40 after a predetermined time has elapsed. It is good.
  • a piercing completion signal is output from the piercing completion detection device to the control device 40, and is output from the control device 40 to the flow regulator 15, and the flow regulator 15 is switched to the position of the small flow rate.
  • the protection gas 11 may be switched to a small flow rate.
  • a plurality of flow controllers 15 may be arranged in parallel, and various protective gases may be used.
  • the protective gas flow rate is set to a large flow rate. Therefore, before piercing, especially before a through hole is formed, a large amount, large grain, and large momentum dross blown up from the workpiece 31. Is blown off, and the nozzle 5 is reliably protected from dross.
  • the nozzle 5 is protected from the dross, and the plasma gas flow 33 is not affected by cooling and disturbance because the flow rate of the protective gas is small, so that high-quality cutting can be performed.
  • FIG. 3 A small flow opening / closing valve 51 for small flow and a large flow opening / closing valve 53 for large flow for piercing are arranged in parallel. Is connected to a supply source 13 that supplies the protective gas 11 to form a protective gas circuit, and is connected to the protective gas passage 9 and the control device 40.
  • the protection gas flow rate is switched as follows. First, the small flow opening / closing valve 51 is set in advance to a predetermined small flow when cutting, and the large flow opening / closing valve 53 is set in advance to a predetermined large flow when piercing.
  • the large flow opening / closing valve 53 is opened to flow a large flow of the protective gas 11, and after the piercing is completed, the piercing completion signal As a result, the large flow opening / closing valve 53 is closed, the small flow opening / closing valve 51 is opened, and the flow is switched by flowing the small flow of the protective gas 11 at the time of cutting.
  • the small flow opening / closing valve 51 is set to a predetermined small flow
  • the large flow opening / closing valve 53 is set to a predetermined large flow by adding it to the small flow opening / closing valve 51.
  • Both the open / close valve 51 and the large flow open / close valve 53 may be opened, and when disconnected, the large flow open / close valve 53 may be closed while the small flow open / close valve 51 remains open.
  • FIG. 4 shows a plasma cutting apparatus according to this embodiment.
  • the same components and functional units as those in FIG. 1 or FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the protective gas circuit is composed of a small flow opening / closing valve 51 for a small flow for cutting, a large flow opening / closing valve 53 for a large flow for piercing, and a predetermined composition of expensive hydrogen and nitrogen.
  • the protective gas passage 9 is provided with a small flow opening / closing valve 51 and a large flow opening / closing valve 53 in parallel with each other.
  • the flow opening / closing valve 51 is connected to a supply source 56, and the large flow opening / closing valve 53 is connected to a supply source 57.
  • Switching of the protective gas flow rate and the gas composition in such a configuration is performed as follows. First, at the time of piercing, both the small flow opening / closing valve 51 and the large flow opening / closing valve 53 are opened, and a large flow of the protective gas 11 mainly composed of nitrogen gas flows. Next, at the time of disconnection, the large flow on / off valve 53 is closed and the small flow on / off valve 51 is opened by the piercing completion signal to open the small flow rate hydrogen and nitrogen. Cutting by flowing a mixed gas of element. This effectively protects the nozzle 5 from the blow-up dross, and makes it possible to cut the cut surface of the material to be cut 31 with metallic luster by the effect of hydrogen gas.
  • the protective gas is not limited to hydrogen and nitrogen, but various gases such as inert gas such as argon and helium, and air can be used.
  • air may be used as a large flow protective gas during piercing, and nitrogen or an inert gas may be used as a protective gas during cutting. The use of air further reduces running costs.
  • the number of on-off valves (small flow rate on-off valve 51 and large flow rate on-off valve 53) of the protective gas circuit is not limited to two. By doing so, a similar effect can be obtained. Further, the same effect can be obtained even if the protective gas circuit is provided with a flow controller and an on-off valve. Industrial applicability
  • the present invention by switching the flow rate of the protective gas at the time of piercing and cutting, appropriately protects the nozzle from dross and the like at the time of piercing and cutting, and provides a high-quality cut surface. It is useful as a plasma cutting method and a cutting apparatus that can reduce the running cost by setting an appropriate protective gas composition at the time of cutting.

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Description

明 細 書 プラズマ切断方法および切断装置
• 技 術 分 野
本発明は、 プラズマ切断方法および切断装置に係り、 特には切断加工に用いら れるプラズマ切断方法および切断装置に関する。 背 景 技 術
従来、 電極と、 プラズマガス通路を隔てて被覆するように配置されたノズルと 、 ノズルの外側の先端側にノズルォリフィスに対向して開口部をもつ電気的に絶 縁された保護キヤップとを備えるプラズマ切断装置を用い、 保護キヤップの開口 部から保護ガスを流しながら被切断材を切断するとともに、 ノズルが保護される ようにしている。
このような従来技術に関し、 第 5図で説明する。 トーチ 6 0の中心部に電極 6 1を有し、 その外側にはプラズマガス通路 6 3を隔てて被覆するように、 ノズル 6 5が配置されている。 切断加工は、 プラズマガスを流しながら電極 6 1 と披切 断材 7 1 との間でプラズマアークを発生させてできる高温のプラズマガス流 7 2 を、 ノズル 6 5のオリフィ ス部 6 5 aで細く絞り込み、 被切断材 7 1 に噴射する ことにより行われる。 この時、 プラズマガス流 7 2を細く絞り込むノズル 6 5の オリフィ ス部 6 5 aの形状は、 切断品質 （切断面の傾き、 切断面のあらさ、 溶融 金属である ドロスの付着など） に大きな影響を及ぼす。 すなわち、 切断開始時の 穴明け作業時 （以下、 ピアス時という。 ） に被切断材 7 1から吹き上げてく る ド ロス 7 3がノズル 6 5に付着したり、 切断時の熱歪み等によりノズル 6 5 と被切 断材 7 1が接触したりすると、 オリフィ ス部 6 5 aが変形し、 切断品質は大幅に 劣化し、 実用上大きな問題になる。 この問題に対して、 第 5図に示すように、 ノ ズル 6 5のオリフィ ス部 6 5 aに対向して開口部を持つ保護キヤップ 6 9を設け 、 この保護キヤップ 6 9を電極 6 1 · ノズル 6 5から電気的に絶縁して不正放電 (タブルアーク） を防止するとともに、 切断開始時から切断終了時までその開口 部より保護ガスを流し、 被切断材 7 1 より吹き上げる ドロス 7 3からノズル 6 5 を保護している （例えば日本特願平 4 - 7 2 1 0 9号参照） 。
しかしながら、 この保護キャップによるノズル保護作用において、 ピアス時お よび切断時に大流量の保護ガスを流しており、 次の 2点の問題がある。 第 1 は、 保護ガスの流速 ·流童が大であるため、 ノズルから出た高温のプラズマガス流を 冷却し、 切断能力を低下させるとともに、 ドロス付着量も増加させ、 切断品質に 悪影響を及ぼすことである。 また、 ノズルのオリ フィ スと保護キャ ップの開口部 の軸芯とが僅かでもズレた場合、 プラズマガス流は保護ガスの強い流れににより 傾斜 ·擐乱され、 切断面が傾く等の悪影響がでる。 したがって、 保護キヤ ップの 高い組付け精度を確保するために、 特別な組付け装置、 あるいはより多くの組付 け時間を必要とする。
問題の第 2は、 保護ガスの使用量が多大でランユングコス 卜が高くなる点であ る。 保護ガスとして空気等の非常に安価なガスを使用しているときは許容できる 場合もあるが、 高価なガスを使用する時にはランニングコス トが高くなる。 切断 品質向上の目的でブラズマガス流の外側をシールドすることは、 酸素プラズマを 酸素でシールドする方法 （例えば日本特開昭 5 9 — 2 2 9 2 8 2号公報参照） 、 プラズマガス流に大気を巻き込まないようにするために不活性ガスでシールドす る方法 （例えば日本特開昭 5 1 — 9 8 6 5 2号公報参照） 、 さらには、 酸素ブラ ズマを水素ガスでシールドすることでステンレス鍋を酸化させることなく金属光 沢を持たせて高品質に切断する方法 （例えば日本特願平 0 1 — 3 3 3 5 4 8号参 照） 等が知られている。 なお、 ノズルを保護するための保護ガスは、 プラズマガ ス流を取り巻くように流すものであり、 シールドガスとしての役割も併せ持つこ とが可能になる。 しかし、 高価なアルゴン、 水素あるいはそれらの混合ガス等を 使用し、 ノズル保護と同時にシールド効果も得ようとすると、 シールド目的では プラズマガス流を大気から隔絶するために少量で良いのに対して、 ノズル保護目 的で多量のガスを消費することになり、 ランニングコス 卜の上で問題がある。 これら多量の保護ガス消費の問題に対し、 以下の従来技術が知られている。 ま ず、 保護キヤップが、 ノズルォリ フィ スに対向する開口部 （プラズマガス流が通 過していく開口部） を備えるとともに、 外側に多数の穴を有している。 かかる構 成により、 保護ガスの流量が大であっても開口部から流出する保護ガス流量は制 限され、 プラズマガス流に対する影饗を少なく し、 切断能力の低下を防止してい る （例えば米国特許第 4 8 6 1 9 6 2号公報参照） 。 しかし、 この方法は高温に さらされるノズルを保護ガスで冷却することを目的に保護ガス流量を増加させる 時のものであり、 ピアス時と同様に切断時も保護ガスが流される。 したがって、 切断中にプラズマガス流が受ける保護ガスによる冷却作用は小さくなるものでは なく、 切断品質の低下は避けられない。
次に、 別の従来技術として、 シールドガスである酸素ガスをピアス時のみに流 し、 切断中は止めることにより、 シールドガスの消費量を少なく していることが 知られている （例えば日本実願昭 6 3 — 6 8 8 7 9号参照） 。 しかし、 この方法 は切断中に発生するバーニングの防止を目的としており、 シールドガスによる ド ロスからのノズル保護とは異なるので、 ピアス時に少量のガスを流している。 従 つて、 ランニングコストに占めるシールドガス費は小さいが、 切断中はシールド ガスを止めてしまうため、 保護ガスとしての効果は得られない。
さらに、 別の従来技術として、 多層のノズル構造を持つプラズマ切断トーチの ノズル間通路に対して、 活性 ·不活性の種々のガスを切り換えて使用し、 不活性 ガス雰囲気で使用する電極を、 活性ガスから保護することが知られている （例え ば日本特公昭 5 1 - 1 6 3 7 9号公報参照） 。 この技術によるとプラズマガスと して使用するガスが 2種類以上あるときはその使用量を最適化することができる 力 <、 トーチにはノズルの保護キャップは備えておらず、 保護ガスを使用すること は出来ない。
本発明は、 かかる従来技術の欠点を解消するためになされたもので、 ピアス時 および切断時における被切断材ょりの吹き上がり ドロスからノズルを良好に保護 するとともに、 切断時にプラズマガス流が保護ガスから受ける冷却 ·攪乱作用を 小さく し、 ノズル保護と良質な切断とを可能とし、 さらには、 保護ガスのラ ン二 ングコス トを低くすることが可能なプラズマ切断方法および切断装置を提供する ことを目的としている。 発 明 の 開 示
本発明に係る第 1の発明は、 切断開始のピアス時と切断時とで保護ガスの流量 を変えるプラズマ切断方法である。 また、 切断開始のピアス時には吹き上がる ド ロスを吹き飛ばすための大流量の保護ガスを流し、 切断時には被切断材の下方に ドロスを吹き飛ばすための小流量の保護ガスを流すプラズマ切断方法である。
かかる構成により、 ドロス等からノズルを保護するとともに、 プラズマガス流 に対する保護ガスの冷却 ·攪乱作用を小さく し、 良好な切断を可能とする。 すな わち、 被切断材を溶融して穴明けを行うピアス時には、 穴が披切断材を貫通する まではドロスとプラズマガス流が全て上方 （トーチ方向など） に吹き上がるが、 この ドロスは多量、 大粒径で飛散し運動量も大である。 一方、 切断時はプラズマ ガス流およびドロスの大部分は被切断材の裏側に抜け、 少量で火の粉状の ドロス が吹き上がってく るにすぎない。 したがって、 ピアス時と切断時とで保護ガス流 量を変え、 ピアス時には大流量、 切断時には小流量とすることで、 効率よく ノズ ルの保護が可能となる。 また、 切断時において、 ノズルから噴出される高温のプ ラズマガス流は、 保護ガスにより冷却あるいは流れが攪乱されやすいが、 切断時 の保護ガスを小流量としているので、 これらの悪影響を最小限にすることが可能 であり、 良質な切断面が得られる。
第 2の発明は、 切断開始のピアス時と切断時とで保護ガスの組成を変えるブラ ズマ切断方法である。
かかる構成において、 ピアス時と切断時とで必要に応じた組成の保護ガスを流 すので、 高価なガスの使用量を減少させることが可能であり、 ランニングコス 卜 が低弒できる。 すなわち、 良好な切断面品質を得る目的で、 水素、 アルゴン等の 高価なガスを保護ガスとして使用することがあるが、 ピアス加工は被切断材料に 貫通孔を形成すれば良いので、 切断面品質への影響はほとんど無い。 したがって 、 ピアス時には安価な保護ガスを多量使用し、 切断時には高価な保護ガスを少量 使用することが可能となり、 低いラ ンニングコス トとなる。
第 3の発明は、 電極と被切断材との間のピアス時の電流を検出するとともにピ ァス完了時の信号を出力するピアス完了検出装置と、 保護ガス回路に配設され、 ピアス完了信号によりピアス時の保護ガス流量から切断時の保護ガス流量に流量 を切り換える流量調整器とを備えるプラズマ切断装置である。
かかる構成により、 ピアス時に適した保護ガス流量から切断時に適した保護ガ ス流量への切り換えが、 的確にしかも迅速に行われるので、 上述のように、 ノズ ルの保護と良好な切断が可能となる。
第 4の発明は、 電極と被切断材との間のピアス時の電流を検出するとともにピ ァス完了時の信号を出力するピアス完了検出装置と、 保護ガス回路に配設され、 ピアス完了信号によりピアス時の保護ガス組成から切断時の保護ガス組成に組成 を切り換える開閉弁とを備えるプラズマ切断装置である。 さらには、 保護ガス回 路に少なく とも 2個以上の開閉弁を有するガス供給の回路を配設する。
かかる構成により、 ピアス時使用される保護ガス組成から切断時に適した保護 ガス組成への切り換えが、 的確にしかも迅速に行われるので、 上述のように、 高 価な保護ガス使用量を少なくすることが可能であり、 低いランニングコス 卜とな る。 図面の簡単な説明
第 1図〜第 4図は本発明に係り、 第 1図は第 1実施例に係るプラズマ切断装置 の説明図、 第 2図は第 1実施例のタイムチヤ一卜の一例を示す図、 第 3図は第 2 実施例に係るブラズマ切断装置の説明図、 第 4図は第 3実施例に係るプラズマ切 断装置の説明図、 第 5図は従来技術に係るプラズマ切断装置の主要部の断面図で め O 発明を実施するための最良の形態
本発明に係るプラズマ切断方法および切断装置について、 好ましい実施例を添 付図面に従って以下に詳述する。
(第 1実施例）
本実施例に係るプラズマ切断装置は、 第 1図に示すように、 トーチ 1 0の中心 部に電極 1を有し、 その外側にプラズマガス 2のプラズマガス通路 3を隔てて被 覆するようにノズル 5が配置されている。 ノズル 5の外側には保護キヤップ 7が 配設されるとともに、 ノズル 5と保護キャップ 7との間に保護ガス通路 9が設け られている。 この保護ガス通路 9には、 流量調整器 1 5を備え供給源 1 3から保 護ガス 1 1を供給する保護ガス回路が、 接続されている。 亀極 1 は電源 2 1の陰 極 2 1 aに接続され、 また電源 2 1の陽極 2 1 bは抵抗 2 3、 スィッチ 2 5を介 してノズル 5に接続されている。 また、 電源 2 1の陽極 2 1 bは電流検出器 2 7 を介して被切断材 3 1 に接続されている。 さらに、 電流検出器 2 7は制御装置 4 0に接続されるとともに、 コントローラ等からなる制御装置 4 0は流量調整器 1 5に接続されている。 この制御装置 4 0には、 保護ガスを切り替える時間等を入 力する入力装置 4 1が付設されている。 電極 1 と被切断材 3 1の間に発生するァ ーク放電により作られる高温のプラズマガス流 3 3をノズル 5で細く絞り、 被切 断材に噴射することにより行われる。
かかる構成によるプラズマ切断に関し、 第 1図およびタイムチヤ一卜の一 を 示す第 2図で説明する。 まず、 制御装置 4 0に付設される入力装置 4 1 のスィ ッ チ （図示せず） を入力し、 プラズマ切断装置を作動開始にする。 これにより、 プ ラズマガス 2と保護ガス 1 1が流れ始める。 このとき、 流; fi調整器 1 5は制御装 置 4 0からの指令により保護ガス 1 1が大流量流れる位置に設定される。 次に、 スィッチ 2 5が作動し電極 1 とノズル 5との間にパイ口ッ 卜アークが発生し、 続 いて、 電極 1 とノズル 5と被切断材 3 1の間にアークがつながり移行アークが生 ずる。 この時、 電極 1 と披切断材 3 1の間に流れる電流を電流検出器 2 7で検出 し、 検出後スィッチ 2 5を切断するとともに、 ピアス加工の開始を検出する。 ピ ァス加工の開始後、 所定時間の経過を制御装置 4 0で検出し、 制御装置 4 0より ピアス完了信号を流量調整器 1 5に出力し、 流量調整器 1 5を小流量の位置に切 り換える。 流量調整器 1 5が小流量に切り換わるとともに、 トーチ 1 0を移動さ せて被切断材 3 1 に対して切断加工を開始する。 本実施例では、 電流検出器 2 7 と制御装置 4 0 (入力装置 4 1を含む） とから、 ピアス開始時の電流検出とピア ス完了時の信号を出力するピアス完了検出装置が構成される。
ピアス完了信号は、 ピアス開始信号を検出後、 制御装置 4 0のタイマー等によ り 0〜 2秒後に出力するように設定してあるが、 被切断材 3 1 の板厚、 材質等に より、 必要に応じた時間を入力装置 4 1から入力してもよい。， また、 ピアス開始 を検出する電流検出器 2 7に、 ピアス開始検出後にスター 卜するタイマー等をさ らに備え、 所定時間経過後にピアス完了信号を制御装置 4 0に伝達するピアス完 了検出装置としても良い。 この場合は、 ピアス完了信号をピアス完了検出装置か ら制御装置 4 0に出力し、 制御装置 4 0から流量調整器 1 5に出力し、 流量調整 器 1 5を小流量の位置に切り換える。 また、 切断に移行してから、 保護ガス 1 1 を小流量に切り換えても良い。 さらに、 流量調整器 1 5を複数並列して配設し、 種々の保護ガスを使用してもよい。
以上のように、 ピアス時には、 保護ガス流量が大流量に設定されているので、 ピアス加工、 特に貫通穴が形成される前に、 被切断材 3 1から吹き上がる多量、 大粒かつ運動量大のドロスが吹き飛ばされ、 ドロスからノズル 5は確実に保護さ れる。 一方、 切断時には、 ドロスの大部分は被切断材 3 1の裏側に飛散し、 トー チ 1 0方向へのドロスは少量で微粉状であるので、 小流量の保護ガス 1 1でノズ ル 5の保護が可能となる。 従って、 ドロスからノズル 5が保護されるとともに、 プラズマガス流 3 3は保護ガス流量が少ないため冷却 ·攪乱の悪影響を受けるこ とが無いので良質な切断が可能となる。
(第 2実施例）
本実施例に関し、 第 3図で説明する。 なお、 第 1実施例の第 1図と同一部品 · 機能部には同一符号を付して説明は省略する。 第 3図に示すように、 切断時用の 小流量用の小流量開閉弁 5 1 と、 ピアス時用の大流量用の大流量開閉弁 5 3 とが 並列して配設され、 さらに、 小流量開閉弁 5 1 と大流量開閉弁 5 3とは保護ガス 1 1を供袷する供給源 1 3に接続されて保護ガス回路を構成し、 保護ガス通路 9 と、 制御装置 4 0とに接続されている。
かかる構成において、 保護ガス流量の切り換えは次の如く行われる。 まず、 小 流量開閉弁 5 1 は切断時の所定の小流量に、 大流量開閉弁 5 3はピアス時の所定 の大流量に予め設定しておく。 プラズマ切断装置のスィツチ入力後の作動時には 、 制御装置 4 0の指令に対応し、 ピアス時は大流量開閉弁 5 3を開いて大流量の 保護ガス 1 1を流し、 ピアス完了後はピアス完了信号により大流量開閉弁 5 3を 閉じて小流量開閉弁 5 1を開き、 切断時の小流量の保護ガス 1 1を流すことで流 量の切り換えが行われる。 なお、 小流量開閉弁 5 1は所定の小流量に、 大流量開 閉弁 5 3は小流量開閉弁 5 1 と合計して所定の大流量になるように設定し、 ピア ス時は小流量開閉弁 5 1 と大流量開閉弁 5 3の両方を開とし、 切断時は小流量開 閉弁 5 1は開のままで大流量開閉弁 5 3を閉にしても良い。 以上のような開閉弁 の制御により、 迅速な切り換えが可能となる。
(第 3実施例）
本実施例に係わるプラズマ切断装置を第 4図に示す。 なお、 第 1図あるいは第 3図と同一部品 ·機能部には同一符号を付して説明は省略する。 保護ガス回路は 、 切断時用の小流量用の小流量開閉弁 5 1 と、 ピアス時用の大流量用の大流量開 閉弁 5 3と、 高価な水素と窒素の所定の組成で混合される供給源 5 6と、 安価な 窒素ガスの供給源 5 7とをそなえ、 保護ガス通路 9は、 小流量開閉弁 5 1 と大流 量開閉弁 5 3とが並列に接続され、 さらに、 小流量開閉弁 5 1 は供給源 5 6に、 大流量開閉弁 5 3は供給源 5 7に接続されている。
かかる構成における保護ガス流量及びガス組成の切り換えは次のように行われ る。 まず、 ピアス時に小流量開閉弁 5 1 と大流量開閉弁 5 3の両方を開にして、 窒素ガス主体の大流量の保護ガス 1 1を流す。 次に、 切断時はピアス完了信号に より、 大流量開閉弁 5 3を閉じ、 小流量開閉弁 5 1を開として小流量の水素 · 窒 素の混合ガスを流して切断する。 これにより、 吹き上がり ドロスからノズル 5を 効果的に保護するとともに、 水素ガスの効果で被切断材 3 1の切断面は金属光沢 を持つ良質な切断が可能となる。 また、 ピアス時と切断時で保護ガスの流量と組 成を調整することで高価な水素ガスの使用量を最小限に抑え、 低いランニングコ ス トで切断が可能になる。 なお、 保護ガスは水素、 窒素に限定されるものではな く、 アルゴン、 ヘリウム等不活性ガス、 空気等の種々のガスが使用可能である。 例えば、 ピアス時の大流量保護ガスとして空気を使用し、 切断中の保護ガスとし て窒素あるいは不活性ガスを用いてよい。 空気の使用により、 さらにラ ンニング コス 卜が低くなる。 また、 保護ガス回路の開閉弁 （小流量開閉弁 5 1、 大流量開 閉弁 5 3 ) は 2個に限定するものではなく、 3個以上になっても同様の考え方で 開閉弁の操作を行うことで同様の効果が得られる。 さらに、 保護ガス回路に、 流 量調節器と開閉弁とを備えても同様の効果が得られる。 産業上の利用可能性
本発明は、 ピアス時と切断時とで適切な保護ガスの流量に切り換えることで、 ピアス時および切断時においてドロス等からノズルを良好に保護するとともに、 高品質な切断面となり、 またピアス時と切断時とで適切な保護ガス組成にするこ とでランニングコス トを低くすることが可能なプラズマ切断方法および切断装置 として有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 電極とノズルとの間に形成されるブラズマガス通路にプラズマガスを流し、 このプラズマガスをノズルォリフィスから被切断材に向けてプラズマガス流と し て噴射するとともに、 ノズルの外側に備えられる保護キヤップのノズルォリフィ スに対向する開口部から保護ガスを流し、 被切断材を切断するプラズマ切断方法 において、 切断開始のピアス時と切断時とで前記保護ガスの流量を変えることを 特徴とするプラズマ切断方法。
2 . 切断開始の前記ピアス時には吹き上がる ドロスを吹き飛ばすための大流量の 保護ガスを流し、 前記切断時には被切断材の下方にドロスを吹き飛ばすための小 流量の保護ガスを流すことを特徵とする請求の範囲 1記載のプラズマ切断方法。
3 . 電極とノズルとの間に形成されるプラズマガス通路にプラズマガスを流し、 このプラズマガスをノズルオリフィスから被切断材に向けてプラズマガス流とし て噴射するとともに、 ノズルの外側に備えられる保護キヤップのノズルォリフィ スに対向する開口部から保護ガスを流し、 被切断材を切断するプラズマ切断方法 において、 切断開始のピアス時と切断時とで前記保護ガスの組成を変えることを 特徴とするプラズマ切断方法。
4 . 電極と、 プラズマガス通路を隔てて被覆するように配置されたノズルと、 ノ ズルの外側の先端側にノズルォリ フィ スに対向して開口部をもつ電気的に絶縁さ れた保護キヤップとを備え、 保護キヤップの開口部から保護ガスを流しながら被 切断材を切断するプラズマ切断装置において、 前記電極と前記被切断材との間の ピアス時の電流を検出するとともにピアス完了時の信号を出力するピアス完了検 出装置と、 保護ガス回路に配設され、 前記ピアス完了信号によりピアス時の保護 ガス流量から切断時の保護ガス流量に流量を切り換える流量調整器とを備えるこ とを特徴とするプラズマ切断装置。
5 . 電極と、 プラズマガス通路を隔てて被覆するように配置されたノズルと、 ノ ズルの外側の先端側にノズルォリ フィ スに対向して開口部をもつ電気的に絶縁さ れた保護キヤップとを備え、 保護キヤップの開口部から保護ガスを流しながら被 切断材を切断するプラズマ切断装置において、 前記電極と前記被切断材との間の ピアス時の電流を検出するとともにピアス完了時の信号を出力するピアス完了検 出装置と、 保護ガス回路に配設され、 前記ピアス完了信号によりピアス時の保護 ガス組成から切断時の保護ガス組成に組成を切り換える開閉弁とを備えることを 特徴とするプラズマ切断装置。
6 . 前記保護ガス回路に少なく とも 2個以上の前記開閉弁を有するガス供給の回 路を配設することを特徴とする請求の範囲 5記載のプラズマ切断装置。
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