WO2006126339A1 - プラズマ切断装置及び方法 - Google Patents

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WO2006126339A1
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gas
assist gas
oxygen
cutting
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PCT/JP2006/307732
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Yoshihiro Yamaguchi
Kazuhiro Kuraoka
Satoshi Ohnishi
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Komatsu Industries Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma cutting apparatus and method, and more particularly to an improvement in the composition of a gas supplied to a plasma torch.
  • Plasma cutting that cuts mild steel, low alloy steel, or low carbon steel using oxygen, air, or a mixed gas of oxygen and nitrogen as plasma gas (also called working gas, main gas, or primary gas)
  • a mixed gas of oxygen and nitrogen as plasma gas
  • an assist gas also called secondary gas
  • dross the molten metal that adheres to the workpiece and hardens without being blown off
  • Patent Document 1 a gas having a relatively high oxygen concentration is sprayed as a secondary gas around a plasma arc, the oxygen purity of the secondary gas is 40% or more, and the oxygen-rich secondary It has been disclosed that the nitride layer that hinders welding formed on the cut surface can be reduced by the gas.
  • Patent Document 2 discloses an oxygen curtain around a plasma arc using oxygen as a plasma gas.
  • Patent Document 3 a mixed gas of a non-acidic gas and an acidic gas is used as a secondary gas, at least the specific force of the acidic gas is 0% or more, and It is disclosed that the non-acidic gas is nitrogen or argon, and the acidic gas is oxygen or air.
  • Patent Document 4 discloses that a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas is used as a secondary gas, and at least the nitrogen ratio of oxygen gas is 25%.
  • a plasma gas (primary gas), a secondary gas, and a tertiary gas are each used a gas containing oxygen, the oxygen concentration of the plasma gas is Np, the oxygen concentration of the secondary gas is N2, It is disclosed that when the oxygen concentration of the tertiary gas is N3, Np> N2 and N2 ⁇ N3.
  • Plasma cutting is started from a step of making a hole in a steel plate (also called a piercing step).
  • the steel plate is melted by the plasma arc, and the liquid metal is blown up by the plasma jet to the plasma torch above the steel plate until the hole penetrates (such molten metal).
  • sputtering the plasma jet to the plasma torch above the steel plate until the hole penetrates (such molten metal).
  • Sputtering from the hole may damage the nozzle at the tip of the torch or the shield cap that covers the nozzle.
  • a part of the molten metal that has blown up the hole force adheres as a dross around the hole and solidifies and accumulates.
  • the tip of the torch When the torch returns to the cutting start position when the product has been cut, the tip of the torch may come into contact with the dross accumulated around the hole at the cutting start position, and the cutting operation may be interrupted. To avoid this, the position of piercing should be far away from the product, but this will extend the cutting path. For example, the following techniques are known in relation to this problem.
  • Patent Document 6 the secondary gas flow rate during the piercing process is made larger than the secondary gas flow rate during the cutting process, and the sputtering toe is blown up from the hole by the large flow rate secondary gas. H. is disclosed.
  • Patent Document 7 discloses that dross that adheres to the periphery of a hole is reduced by spraying and applying a dross-preventing agent to the piercing-scheduled portion before the start of the piercing process. Has been.
  • a plasma arc (also called a main arc) is formed by arc discharge between the electrode (minus pole) and the steel plate (plus pole) in the plasma torch. Is done.
  • the plasma arc is narrowed down by a nozzle to become a high-temperature and high-speed plasma jet, which is blown onto the steel sheet to melt the steel sheet.
  • a process for igniting an arc (also referred to as a pilot arc process) is first performed.
  • the electrode is set to the negative pole
  • the nozzle is set to the positive pole
  • a key called a pilot arc is formed between the electrode and the nozzle.
  • Discharge is formed.
  • the norot arc moves to the steel plate. After the no-rot arc reaches the steel plate and shifts to the main arc, the electrical circuit connected to the nozzle is cut off, and only the steel plate becomes the positive pole, and the piercing process starts.
  • the orifice exit of the nozzle is melted by the pilot arc. Since the pilot arc duration is as short as several milliseconds to several tens of milliseconds, the nozzle damage per ignition process is small. However, as the number of ignitions increases, the nozzle orifice outlet melts. After ignition several hundred times, damage to the nozzle orifice outlet becomes quite large, the plasma arc changes and the cutting quality deteriorates. This ends the life of the nozzle.
  • Patent Document 8 discloses that when a pilot arc is ignited, a non-oxidizing gas is allowed to flow in the plasma gas and a non-oxidizing gas is allowed to flow in the secondary gas.
  • a non-acidic gas atmosphere is set near the orifice outlet, and at the same time as the pilot arc moves to the main arc, the plasma gas is switched to a gas containing oxygen or oxygen from the non-acidic gas column and cutting is performed. It is disclosed to enter the process.
  • Non-oxidizing gas atmosphere in the ignition process reduces damage to the nozzle orifice due to pilot arc
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 53-123349
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 59-229282
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 6-508793
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 7051861
  • Patent Document 5 JP 2000-31293 A
  • Patent Document 6 Japanese National Patent Publication No. 2-504603
  • Patent Document 7 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-188485
  • Patent Document 8 JP-A-8-215856
  • a pilot arc process, a piercing process, and a cutting process are sequentially performed while ejecting a plasma gas stream from a plasma torch and ejecting an assist gas stream around the plasma gas stream.
  • the plasma cutting apparatus that has been implemented supplies gas containing oxygen as an assist gas to the plasma torch in the piercing process and the cutting process, and the assist gas oxygen concentration is cut during all or part of the piercing process.
  • Assist gas supply control means for controlling to a higher value than in the process is provided.
  • an inert gas such as nitrogen that does not contain oxygen or a gas containing oxygen is used as an assist gas in the pilot arc process, and the assist gas oxygen concentration at the time of the pilot arc process is determined by piercing. The value is controlled to be lower than that in the process. This reduces nozzle damage due to the no-rotation arc.
  • the assist gas oxygen concentration when the Piatsushingu step is controlled within a range of 20 mole 0/0 Power 100 mole 0/0, when the cutting process is 20 mole 0/0 forces 80 moles 0 Controlled within the range of / 0 .
  • adhesion of dross around the hole is reduced in the piercing process, and adhesion of dross to the back surface of the workpiece is reduced in the cutting process while preventing the workpiece from being burned.
  • a pilot arc is generated while ejecting a plasma gas flow from a plasma torch and ejecting an assist gas flow around the plasma gas flow.
  • the plasma cutting device that shifts the pilot arc to the main arc supplies oxygen-containing gas to the plasma torch as the assist gas while the main arc is maintained.
  • an assist gas supply control means for controlling the gas to a higher value than after the elapse of the time interval is provided.
  • the oxygen concentration of the assist gas in the time interval immediately after the establishment of the main arc is set higher than after the time interval, so that it is normally executed immediately after the establishment of the main arc. Dross adhesion around the hole in the piercing process is reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of a plasma cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a piping diagram showing a configuration example of the assist gas supply system 104.
  • FIG. 4 is a time chart showing the operation of the assist gas supply system 104 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a piping diagram showing another configuration example of the assist gas supply system 104.
  • FIG. 6 is a time chart showing the operation of the assist gas supply system 104 shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of a plasma cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • this plasma cutting device 100 includes a plasma torch 102, a plasma gas supply system that supplies plasma gas 112, assist gas 114, arc current, and cooling water 110 to the plasma torch 102, respectively. 103, an assist gas supply system 104, a power circuit 106, a cooling water circulation system 108, and a control device 109 for controlling the operation thereof.
  • the plasma torch 102 has a substantially cylindrical shape as a whole, faces downward, and has an electrode 120, a nozzle 122, and a shield cap 124 arranged coaxially in this order from the center to the outside.
  • the electrode 120 is surrounded by a nozzle 122 on the outer periphery.
  • the nozzle 122 has an orifice for ejecting a jet of plasma gas at its tip.
  • the nozzle 122 is surrounded by a shield cap 124 on the outer periphery.
  • the shield cap 124 has an opening at its tip for allowing a plasma gas jet ejected from the nozzle 122 to pass therethrough.
  • the electrode 120 has an insert 126 made of a heat-resistant material, such as, for example, nofnium, zirconium, or an alloy thereof, and a cooling water passage 128 therein.
  • a plasma gas passage 130 exists between the electrode 120 and the nozzle 122.
  • a plasma gas spooler 132 for forming a swirling flow of plasma gas is provided in the plasma gas passage 130.
  • An assist gas passage 134 exists between the nozzle 122 and the shield cap 124. The outlet of the assist gas passage 134 is annular and surrounds the front of the nozzle 122 orifice.
  • an assist gas spooler 136 for forming a swirling flow of the assist gas is provided.
  • the plasma gas 112 passes through the plasma gas passage 130 and becomes a swirling flow swirling in one direction. Thus, it is supplied to the front surface of the tip of the electrode 120 and is ejected downward as a swirling flow from the orifice at the tip of the nozzle 122.
  • the assist gas 114 passes through the assist gas passage 134 and becomes a swirling flow swirling in the same direction as the swirling of the plasma gas 112, and is ejected around the swirling plasma flow of the nozzle 122 force.
  • the plasma torch 102 is arranged with respect to the work piece 140 so that the work piece 140 is positioned in the vicinity below the plasma torch 102. Immediately before the start of heating, a preflow process is performed, and the plasma gas 112 and the assist gas 114 are ejected for a predetermined time until the flow rates are stabilized.
  • a pilot arc process is performed, in which the power supply circuit 106 applies a high voltage between the electrode 120 and the nozzle 122 so that the tip of the electrode 120 and the inner surface of the nozzle 122 in the vicinity thereof A pilot arc is generated during Due to the action of the pilot arc, the plasma gas 112 in the vicinity of the tip of the electrode 120 is turned into plasma, and is ejected downward from the orifice of the nozzle 122 as a high-speed jet stream. Guided by the plasma jet flow, the pilot arc moves down through the orifice of nozzle 122 and reaches the upper surface of workpiece 140. This establishes a main arc (plasma arc) 138 integrated with the plasma jet flow between the electrode 120 and the workpiece 140.
  • plasma arc plasma arc
  • the power circuit 106 disconnects the circuit to the nozzle 122 and instead connects the circuit to the workpiece 140. Thereby, an arc current path is formed between the electrode 120 and the workpiece 140, and thereafter the main arc 138 is maintained until the arc current path is cut.
  • a piercing process is first performed, where the main arc 138 opens a hole 142 in the workpiece 140. Until the hole 142 penetrates, the molten metal is ejected from the mouth above the hole 142 and solidifies around the hole 142 to form a stacked dross 144. After the hole 142 has penetrated, the cutting process begins. In the cutting process, the workpiece 140 is cut while the plasma torch 102 moves. When the cutting process is finished, the power supply circuit 106 cuts the current path of the main arc 138 and the main arc 138 disappears. Subsequently, an afterflow process is performed, and the plasma gas 112 and the assist gas 114 are allowed to flow for a predetermined time.
  • control device 109 performs control so that the magnitude of the arc current and the composition, pressure, and flow rate of the plasma gas 112 and the assist gas 114 are optimized.
  • this control will be described in more detail. In particular, control in the case of cutting a workpiece 140 made of a material such as mild steel, low alloy steel, or low carbon steel will be described.
  • FIG. 2 shows how arc current, plasma gas 112 and assist gas are controlled when cutting a workpiece 140 made of mild steel, low alloy steel or low carbon steel.
  • Figure 2 (A) shows the change in the magnitude of the arc current, (B) shows the change in the pressure and composition of the plasma gas 112, and (C) shows the change in the flow rate and composition of the assist gas 114. D) shows the change in the concentration of oxygen contained in the assist gas 114, respectively.
  • the arc current flows until the pilot arc process force cutting process.
  • the arc current flows at a predetermined small pilot current value in the pilot arc process, gradually increases in the piercing process to reach a predetermined cutting current value, and is controlled to be constant at the cutting current value in the subsequent cutting process, and Stop at the end of the cutting process.
  • the plasma gas 112 is continuously supplied from the preflow process to the afterflow process.
  • the pressure of the plasma gas 112 is controlled to a predetermined low preflow pressure until the pilot arc process and the preflow process force is rapidly increased to a predetermined high cutting pressure when entering the piercing process.
  • the pressure is controlled to be constant by the cutting pressure, and when the after-flow process is started, it is rapidly reduced to a predetermined low after-flow pressure.
  • the plasma gas 112 nitrogen (inert gas), oxygen, air, or a mixed gas thereof can be used while changing the composition depending on the process.
  • the composition of the plasma gas 11 2 preflow step force even pilot arc process is 100 mole 0/0 nitrogen
  • mixed gas of oxygen and nitrogen enters the Piatsushingu step, for example at a volume concentration of oxygen of 80
  • the mol-% transition to an oxygen-rich composition in which nitrogen is 20 mol%, and the piercing process power is controlled to be constant at that oxygen-rich composition until the cutting process, and again after entering the after-flow process, 100 mol. % Of nitrogen.
  • the composition of gas 112 may be air (ie, containing about 20 mole percent oxygen and about 80 mole percent nitrogen by volume) until the pre-flow process pilot arc process and after-flow process, respectively.
  • the piercing process power may be 100 mol% oxygen until the cutting process.
  • the assist gas 114 is continuously flowed from the preflow process to the initial stage of the afterflow process, during which the flow rate is controlled to be constant at a predetermined cutting flow rate, and the afterflow process When entering, the assist gas 114 is stopped.
  • Nitrogen (inert gas), oxygen, air, or a mixed gas thereof can be used as the assist gas 114 while changing the composition depending on the process.
  • the composition of the assist gas 114 is 100 mole percent nitrogen until the preflow force and the pilot arc process, and upon entering the piercing process, it transitions to 100 mole% oxygen and is maintained during the piercing process.
  • the composition When entering the cutting process, the composition is changed to a composition having a lower oxygen concentration than the piercing process, such as a mixed gas containing oxygen and nitrogen, for example, a mixed gas of air and oxygen, and is maintained during the piercing process.
  • a mixed gas containing oxygen and nitrogen for example, a mixed gas of air and oxygen
  • the assist gas 114 composition is pre-flow process power up to the pilot arc process and after-flow process, respectively air (ie, containing about 20 mol% oxygen and about 80 mol% nitrogen by volume).
  • the piercing process may be 100 mol% oxygen until the cutting process, and air may be used in the afterflow process.
  • assisting gas oxygen concentration the change in the volume concentration of oxygen in the assist gas 114 (hereinafter referred to as “assisting gas oxygen concentration”). That is, as shown in FIG. 2 (D), if the assist gas oxygen concentration in the preflow process and the pilot arc process is D1, the assist gas oxygen concentration in the piercing process is D2, and the assist gas oxygen concentration in the cutting process is D3.
  • the assist gas oxygen concentrations Dl, D2, and D3 for each process have a relationship of D1 ⁇ D3 and D2.
  • the assist gas oxygen concentration for each process will be specifically described as follows.
  • the assist gas oxygen concentration D1 in the preflow process and the pilot arc process is a low value of 20 mol% or less (that is, the oxygen concentration of air or less).
  • the assist gas oxygen concentration D1 in the pilot arc process is closer to 0 mol%, and the more There is an effect that damage of Zulu 122 is reduced.
  • the assist gas oxygen concentration D2 in the piercing process is a high value of 20 mol% or more (that is, air oxygen concentration or more).
  • the bunching (on the cut surface of the work piece 140 is 80 mol% or more).
  • excess Sani spoon reaction may be Yogu 100 molar 0/0 a concentration as occurs is.
  • the assist gas oxygen concentration D2 the more improved peer ashing capacity is closer to 100 mole 0/0, and there is an effect that it reduces the amount of dross 144 adhering to the periphery of the hole. This effect can be expected to reduce the damage to the nozzle 122 and the shield cap 124, extend their life, improve production efficiency, and increase the maximum plate pressure that can be cut.
  • the assist gas oxygen concentration D2 in this piercing process is higher than the assist gas oxygen concentration D3 in the next cutting process.
  • the assist gas oxygen concentration D3 in the cutting step is a medium value that is 20 mol% or more and less than the oxygen concentration (for example, 80 mol%) at which burning occurs.
  • the assist gas with 100 mol% oxygen is not adopted because it causes versioning.
  • the assist gas oxygen concentration D3 in the cutting process should be in the range of 40 to 80 mol%, for example, around 50 mol%, for the purpose of reducing dross that does not cause versioning and adheres to the back surface of the workpiece 140. It is.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the assist gas supply system 104 for supplying the assist gas 114 whose oxygen concentration changes as described above.
  • the assist gas supply system 104 includes a nitrogen supply pipe 160 for flowing nitrogen gas from a nitrogen source, an air supply pipe 162 for flowing air from an air source, and an oxygen source.
  • Two oxygen supply pipes 164 and 166 for flowing oxygen gas from the The two oxygen supply pipes 164 and 166 have different flow rates of oxygen gas flowing through them.
  • the larger flow rate 164 is referred to as the “large oxygen supply pipe”
  • the smaller flow rate 166 is referred to as the “small oxygen flow rate”. This is called the “supply pipe”.
  • These four gas supply pipes 160, 162, 164, 166 merge to connect to one assist gas supply pipe 188, and the assist gas supply pipe 188 connects to the assist gas passage of the plasma torch 102 to 134.
  • the four gas supply pipes 160, 162, 164, and 166 described above are provided with electromagnetic valves 172, 176, 184, and 186 for opening and closing the respective gas supply pipes.
  • the electromagnetic valve 172 of the nitrogen supply pipe 160 is referred to as a “nitrogen valve”
  • air valve air
  • the solenoid valve 184 of the large oxygen supply pipe 164 is called “large oxygen valve”
  • the solenoid valve 186 of the small oxygen supply pipe 166 is called “small oxygen valve”.
  • a flow rate adjustment valve 170 is provided upstream of the nitrogen valve 172 to control the nitrogen gas flow rate at a predetermined assist gas flow value.
  • a flow rate adjustment valve 180 is provided upstream of the large oxygen valve 182 to control the flow rate of oxygen gas at a predetermined first oxygen flow rate value.
  • a flow rate control valve 184 that controls the oxygen gas flow rate to be smaller than the first oxygen flow rate value! .
  • the first oxygen flow rate value and the second oxygen flow rate value have an added value slightly smaller than the assist gas flow value (or may be equal to the assist gas flow value as a modification).
  • the assist gas pressure is set upstream of the air valve 176 so that the flow rate of the assist gas 114 when the air valve 176 is open is constant at the assist gas flow value.
  • a pressure reducing valve 174 is provided, and a check valve 178 is provided downstream of the air valve 176.
  • FIG. 4 shows the operation of the assist gas supply system 104 shown in FIG. 3 in the series of processing steps described above.
  • Fig. 4 (A) shows the change in arc current during a series of processing steps, (B) shows the opening / closing operation of the nitrogen valve 172, (C) shows the opening / closing operation of the air valve 176, and (D) shows the oxygen operation. (E) shows the opening / closing operation of the small oxygen valve 186, and (F) shows changes in the flow rates of nitrogen gas, oxygen gas and air contained in the assist gas 114.
  • the air valve 176 and the oxygen small valve 186 are opened, and the nitrogen valve 172 and the oxygen large valve 182 are closed, so that the oxygen concentration of the assist gas 114 is higher than that in the piercing process as shown in FIG. A low oxygen / air mixture (or, alternatively, just air) flows.
  • FIG. 5 shows another configuration example of the assist gas supply system 104.
  • the configuration example force shown in FIG. 5 is shown in FIG. 5
  • FIG. 6 shows the operation of the assist gas supply system 104 shown in FIG. 5 in the series of processing steps described above.
  • Fig. 6 (A) shows the change in arc current during a series of machining steps, (B) shows the opening / closing operation of the air valve 176, (C) shows the opening / closing operation of the large oxygen valve 182, and (D) shows the oxygen operation.
  • the small valve 186 opens and closes, and (E) shows changes in the flow rates of air and oxygen gas contained in the assist gas 114.
  • the air valve 176 is opened, and the large oxygen valve 182 and the small oxygen valve 186 are closed. Therefore, as shown in FIG. Air flows as stogus 114. In the piercing process, all of the air valve 176, the oxygen large valve 182 and the oxygen small valve 186 are opened, and therefore, as shown in FIG. As a modification, only oxygen gas may flow). In the cutting process, the air valve 176 and the oxygen small valve 186 are opened, and the oxygen large valve 182 is closed.Therefore, as shown in FIG. 6 (E), the oxygen concentration is lower than that in the piercing process as the assist gas 114. And a mixed gas of air (or, as a variant, just air! /) Flows.
  • the composition of the assist gas 114 is optimized to different compositions in the no-rotor arc process, the piercing process, and the cutting process.
  • the capability of piercing is improved, and the adhesion of dross around the hole in the piercing process is reduced.
  • the life of the shield cap and nozzle, which are consumable parts of the plasma torch is improved.
  • the positional force of the holes formed in the piercing process is The length can be shortened and the production efficiency is improved.
  • the maximum cutting plate pressure which is one of the basic performances of the cutting device, is increased by improving the piercing capability.
  • the assist gas oxygen concentration is set to the low concentration value D1 during the pilot arc process, and is set to the high concentration value D2 suitable for the piercing process when the pilot arc is transferred to the main arc and the main arc is established.
  • the high concentration value D2 may be maintained for a predetermined length of time immediately after that, and the medium concentration value D3 suitable for the cutting process may be switched to after the time interval.
  • the time when the assist gas oxygen concentration is switched from the high concentration value D2 to the medium concentration value D3 does not necessarily have to be the same as the time when the machining process is actually switched to the piercing process cutting process. For example, it may be slightly faster or slower. In other words, even if the high concentration value D1 does not continue to be maintained throughout the piercing process, if at least part of it provides the high concentration value D2 (or higher assist gas concentration value than in the cutting process), The piercing process is improved over the prior art.
  • the hole force opened in the piercing process cuts the path to reach the product while Even if the gas composition is switched or the gas composition is switched slightly earlier than the end of the piercing process, the cutting process can be performed well.

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Abstract

　軟鋼や低炭素鋼のプラズマ切断で、ピアッシング時の穴周囲へのドロス付着を低減するように、アシストガスの酸素濃度が制御される。プラズマガスとして酸素、空気、または酸素と窒素の混合ガスなどが使われる。アシストガスとして窒素、酸素、空気、または酸素と空気の混合ガスなどが使われる。アシストガスの酸素濃度が、ピアッシング工程では切断工程より高くなるように制御される。アシストガスの酸素濃度は、ピアッシング工程では２０モル％以上で、好ましくは１００モル％又はこれに近い高濃度であり、切断工程では２０モル％以上でバーニング濃度より低く、例えば４０～８０モル％程度である。

Description

明 細 書
プラズマ切断装置及び方法
技術分野
[0001] 本発明はプラズマ切断装置及び方法に関わり、特にプラズマトーチに供給されるガ スの組成の改良に関するものである。
背景技術
[0002] プラズマガス（作動ガス、メインガス又は一次ガスとも呼ばれる）として、酸素、空気、 または酸素と窒素の混合ガスなどを使って、軟鋼、低合金鋼あるいは低炭素鋼を切 断するプラズマ切断において、トーチから噴出するプラズマアークの周囲に、酸素を かなりの割合で含有したアシストガス（二次ガスとも呼ばれる）を供給することにより、 切断品質が向上すること、特に、ワークピースの裏面に付着するドロス (溶融金属が 吹き飛ばされずにワークピースに付着し固まったもの）が軽減されることが知られてい る。酸素を含んだアシストガスを使用することを開示する文献には、例えば以下のよう なものがある。
[0003] 特許文献 1には、プラズマアークの周囲に、比較的に酸素濃度の高いガスを二次 ガスとして吹き付け、二次ガスの酸素純度は 40%以上であり、そして、酸素リッチな 二次ガスによって、切断面に形成される溶接を阻害する窒化層が軽減できることが開 示されている。
[0004] 特許文献 2には、酸素をプラズマガスとするプラズマアークの周囲に、酸素カーテン
(純酸素の二次ガス）を供給すること、そして、酸素の二次ガスによって、溶融金属の 流動性が増し、裏面に付着するドロスが軽減されるとともに溶融金属の参加が促進さ れドロスの剥離製が改善されることが開示されている。
[0005] 特許文献 3には、二次ガスとして非酸ィ匕性ガスと酸ィ匕性ガスの混合ガスを使用する こと、少なくとも酸ィ匕性ガスの比率力 0%以上であること、及び、非酸ィ匕性ガスは窒 素又はアルゴンであり、酸ィ匕性ガスは酸素又は空気であることが開示されている。
[0006] 特許文献 4には、二次ガスとして窒素ガスと酸素ガスの混合ガスを使用すること、及 び、少なくとも酸素ガスの窒素比率が 25%であることが開示されている。 [0007] 特許文献 5には、プラズマガス（一次ガス）、二次ガス及び三次ガスとして、それぞれ 酸素を含むガスを使用し、プラズマガスの酸素濃度を Np、二次ガスの酸素濃度を N2 、三次ガスの酸素濃度を N3としたとき、 Np〉N2及び N2く N3であることが開示されてい る。
[0008] また、プラズマ切断は、鋼板に穴を開ける工程 (ピアツシング工程とも呼ばれる）から 開始される。ピアツシング工程においては、プラズマアークによって鋼板が溶融し、そ の液体金属は穴が貫通するまでは、プラズマ噴流により、鋼板の上方のプラズマトー チに向力つて吹き上がってくる（このような溶融金属はスパッタと呼ばれる）。穴から噴 き上がるスパッタにより、トーチの先端のノズル又はノズルを覆うシールドキャップが溶 損するおそれがある。また、穴力も吹き上がった溶融金属の一部は、穴の周囲にドロ スとして付着し凝固し積み上がる。製品の切断終了時にトーチが切断開始位置に戻 つてきた時、トーチ先端が切断開始位置の穴の周囲に積み上がったドロスに接触し て、切断作業が中断するおそれがある。それを避けるために、ピアツシングの位置を 製品から遠く離せばよいが、すると、切断経路が延長されてしまう。この問題に関連し て、例えば次のような技術が知られている。
[0009] 特許文献 6には、ピアツシング工程中の二次ガス流量を、切断工程中の二次ガス流 量よりも大きくして、大流量の二次ガスにより穴から吹き上がってくるスパッタからトー チを保護することが開示されている。
[0010] 特許文献 7には、ピアツシング工程の開始前に、ピアツシング予定箇所に、ドロス付 着防止剤をトーチカゝら噴射し塗布することで、穴の周囲に付着するドロスを軽減する ことが開示されている。
[0011] また、プラズマ切断におけるピアツシング工程及び続く切断工程では、プラズマトー チ内の電極 (マイナス極）と鋼板 (プラス極）との間でのアーク放電によりプラズマァー ク (メインアークとも呼ばれる）が形成される。プラズマアークはノズルによって細く絞り 込まれて高温高速のプラズマジェットとなり、鋼板に吹き付けられて、鋼板を溶融する 。ピアツシング工程の開始前には、最初にアークを点火するための工程 (パイロットァ ーク工程とも呼ばれる）が行われる。パイロットアーク工程では、電極がマイナス極に され、ノズルがプラス極とされて、電極とノズルの間にパイロットアークと呼ばれるァー ク放電が形成される。ノ ィロットアークは鋼板へと移動する。ノ ィロットアークが鋼板に 到達してメインアークに移行した後、ノズルに繋がる電気回路が遮断され、鋼板のみ がプラス極とされ、ピアツシング工程が開始する。
[0012] パイロットアーク工程では、パイロットアークにより、ノズルのオリフィス出口が溶損す る。パイロットアークの時間長は数 msecから数十 msecと短いから、 1回の点火工程当り のノズルのダメージは小さい。し力し、点火の回数が増えるに伴い、ノズルのオリフィ ス出口の溶損が進行する。数百回程度の点火が繰り返された後には、ノズルのオリフ イス出口のダメージは全く大きくなり、プラズマアークの状態が変化し、切断品質が劣 化する。これでノズルの寿命が終わる。
[0013] このことに関連して、特許文献 8には、パイロットアークの点火時に、プラズマガスに 非酸化性ガスを流すと共に、二次ガスにも非酸ィ匕性ガスを流して、ノズルのオリフィス 出口付近を非酸ィ匕性ガス雰囲気にし、そして、パイロットアークがメインアークへ移行 するのと実質同時に、プラズマガスを非酸ィ匕性ガスカゝら酸素又は酸素を含むガスに 切り替えて、切断工程に入ることが開示されている。点火工程における非酸ィ匕性ガス 雰囲気により、パイロットアークによるノズルのオリフィス出口のダメージが軽減される
[0014] 特許文献 1：特開昭 53— 123349号公報
特許文献 2：特開昭 59 - 229282号公報
特許文献 3：特表平 6— 508793号公報
特許文献 4 :特開平 7051861号公報
特許文献 5：特開 2000 - 31293号公報
特許文献 6：特表平 2 - 504603号公報
特許文献 7：特開 2004— 188485号公報
特許文献 8 :特開平 8— 215856号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0015] プラズマガスとして酸素あるいは空気、または酸素と窒素の混合ガスなどを使って 軟鋼、低合金鋼あるいは低炭素鋼を切断するプラズマ切断に関する上述した従来技 術によれば、切断工程にぉ 、て二次ガスとして酸素をかなりの割合で含んだガスを 用いることで、鋼板の裏面に付着するドロスを軽減することができる。しかし、ピアッシ ング工程においては、穴の周囲にドロスが付着し積み上がるという問題が生じる。こ の問題を解決するため、従来技術によれば、ピアツシング工程では二次ガスの流量 が増大され、或は、ピアツシング工程の開始前にドロス付着防止剤を塗布される。
[0016] 従って、本発明の目的は、ピアツシング工程における穴の周囲へのドロスの付着を 、従来技術とは異なるやり方で、低減することにある。
課題を解決するための手段
[0017] 本発明の一つの側面に従えば、プラズマトーチからプラズマガス流を噴出すると共 にプラズマガス流の周囲にアシストガス流を噴出しながら、パイロットアーク工程とピア ッシング工程と切断工程を順に実行するようになったプラズマ切断装置は、ピアッシ ング工程と切断工程において酸素を含有したガスをアシストガスとしてプラズマトーチ に供給し、アシストガス酸素濃度を、ピアツシング工程の全部又は一部の時において 切断工程の時よりも高い値に制御するアシストガス供給制御手段を備える。
[0018] このプラズマ切断装置によれば、アシストガスの酸素濃度をピアツシング工程の全 部又は一部で切断工程よりも高くすることにより、ピアツシング工程における穴の周囲 へのドロスの付着が低減される。
[0019] 好適な実施形態では、パイロットアーク工程では酸素を含有しない窒素などの不活 性ガス又は酸素を含有したガスがアシストガスとして使用され、ノ ィロットアーク工程 の時のアシストガス酸素濃度は、ピアツシング工程の時よりも低い値に制御される。こ れにより、ノ ィロットアークによるノズルの損傷が低減される。
[0020] 好適な実施形態では、ピアツシング工程のときのアシストガス酸素濃度は 20モル0 /0 力 100モル0 /0の範囲内に制御され、切断工程のときには 20モル0 /0力 80モル0 /0 の範囲内に制御される。これにより、ピアツシング工程では穴の周囲へのドロスの付 着が低減され、また、切断工程では、ワークピースのバーユングが防止されつつヮー クピースの裏面へのドロスの付着も低減される。
[0021] 本発明の別の側面に従えば、プラズマトーチからプラズマガス流を噴出すると共に プラズマガス流の周囲にアシストガス流を噴出しながら、パイロットアークを発生させ た後にパイロットアークをメインアークに移行させるようになったプラズマ切断装置は、 メインアークが維持されて ヽる間は酸素を含有したガスをアシストガスとしてプラズマト ーチに供給し、アシストガス酸素濃度を、メインアークの確立直後の所定の時間区間 では、その時間区間の経過後よりも高い値に制御するアシストガス供給制御手段を 備える。
[0022] このプラズマ切断装置によれば、メインアークの確立直後の時間区間におけるァシ ストガスの酸素濃度を、その時間区間より後よりも高くすることにより、メインアークの確 立直後に通常実行されるピアツシング工程における穴の周囲へのドロスの付着が低 減される。
発明の効果
[0023] 本発明によれば、ピアツシング工程における穴の周囲へのドロスの付着を低減する ことができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明の一実施形態にカゝかるプラズマ切断装置の要部の概略構成を示す図。
[図 2]軟鋼、低合金鋼ある!/、は低炭素鋼製のワークピースを切断する場合におけるァ ーク電流、プラズマガス 112およびアシストガスの制御方法を説明するタイムチャート
[図 3]アシストガス供給システム 104の構成例を示す配管図。
[図 4]図 3に示したアシストガス供給システム 104の動作を示すタイムチャート。
[図 5]アシストガス供給システム 104の別の構成例を示す配管図。
[図 6]図 5に示したアシストガス供給システム 104の動作を示すタイムチャート。
符号の説明
[0025] 100 プラズマ切断装置
102 プラズマトーチ
112 プラズマガス
114 アシストガス
103 プラズマガス供給システム
104 アシストガス供給システム 106 電源回路
108 冷却水循環システム
109 制御装置
140 ワークピース
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
[0027] 図 1は、本発明の一実施形態にカゝかるプラズマ切断装置の要部の概略構成を示す
[0028] 図 1に示すように、このプラズマ切断装置 100は、プラズマトーチ 102、プラズマトー チ 102にプラズマガス 112、アシストガス 114、アーク電流および冷却水 110をそれ ぞれ供給するプラズマガス供給システム 103、アシストガス供給システム 104、電源 回路 106および冷却水循環システム 108、ならびに、それらの動作を制御する制御 装置 109を備える。
[0029] プラズマトーチ 102は、全体として略円柱状の形状を有し、下方を向いており、その 中心から外側へ順に、同軸に配置された電極 120、ノズル 122およびシールドキヤッ プ 124を有する。電極 120は外周囲をノズル 122に囲まれる。ノズル 122はその先端 部にプラズマガスのジェットを噴出するためのオリフィスを有する。ノズル 122は外周 囲をシールドキャップ 124に囲まれる。シールドキャップ 124はその先端部に、ノズル 122から噴出されるプラズマガスのジェットを通過させるための開口を有する。
[0030] 電極 120は、その先端部に耐熱材料製、例えばノヽフニゥム、ジルコニウムまたはそ れらの合金などのインサート 126を有し、その内部には冷却水通路 128を有する。電 極 120とノズル 122との間〖こは、プラズマガス通路 130が存在する。プラズマガス通 路 130中には、プラズマガスの旋回流を形成するためのプラズマガススヮーラ 132が 設けられる。ノズル 122とシールドキャップ 124との間には、アシストガス通路 134が 存在する。アシストガス通路 134の出口は環状であり、ノズル 122のオリフィスの前方 を囲む。アシストガス通路 134中には、アシストガスの旋回流を形成するためのアシス トガススヮーラ 136が設けられる。
[0031] プラズマガス 112は、プラズマガス通路 130を通り、一方向へ旋回する旋回流とな つて、電極 120の先端部の正面に供給され、ノズル 122の先端のオリフィスから旋回 流として下方へ噴出する。アシストガス 114は、アシストガス通路 134を通り、その出 ロカら、プラズマガス 112の旋回と同方向に旋回する旋回流となって、ノズル 122力 らのプラズマ旋回噴流の周囲に噴出する。
[0032] 板材（ワークピース） 140の切断が行われるとき、プラズマトーチ 102は、その下方の 近傍にワークピース 140が位置するように、ワークピース 140に対して配置される。加 ェ開始の直前、プリフロー工程が行われて、プラズマガス 112とアシストガス 114が、 その流量が安定するまで所定時間の間噴出される。プリフロー工程に続いてパイロッ トアーク工程が行われ、そこでは、電源回路 106が、電極 120とノズル 122との間に 高電圧を印加して、電極 120の先端部とその近傍のノズル 122の内面との間にパイ ロットアークを発生させる。パイロットアークの作用で、電極 120の先端部近傍のブラ ズマガス 112がプラズマ化され、ノズル 122のオリフィスから下方へ高速のジェット流 として噴出する。そのプラズマジェット流に導かれて、パイロットアークはノズル 122の オリフィスを通りぬけて下方へ移動し、ワークピース 140の上面に到達する。これによ り、電極 120とワークピース 140間に、プラズマジェット流と一体化したメインアーク（プ ラズマアーク） 138が確立する。メインアーク 138の確立が検出されると同時に、電源 回路 106は、ノズル 122への電路を切り、代わりにワークピース 140への電路を繋ぐ。 それにより、電極 120とワークピース 140間にアーク電流路が形成され、以後、そのァ ーク電流路が切られるまでメインアーク 138が維持される。
[0033] メインアーク 138が確立した後、最初にピアツシング工程が行われ、そこでは、メイン アーク 138によりワークピース 140に穴 142が開けられる。穴 142が貫通するまでは、 溶融金属が穴 142の上の口から噴出して、穴 142の周囲に固化して積み上がりドロ ス 144を形成する。穴 142が貫通した後、切断工程が開始される。切断工程では、プ ラズマトーチ 102が移動しながら、ワークピース 140を切断する。切断工程が終わると 、電源回路 106がメインアーク 138の電流路を切り、メインアーク 138が消滅する。続 いて、アフターフロー工程が行われて、プラズマガス 112とアシストガス 114が所定時 間だけ流される。
[0034] 上述したプリフロー工程、パイロットアーク工程、ピアツシング工程、切断工程および ァフタフロー工程という順序の一連の加工工程において、制御装置 109は、アーク電 流の大きさ、ならびに、プラズマガス 112とアシストガス 114のそれぞれの組成、圧力 および流量が最適になるように制御を行う。以下では、この制御に関して、より具体的 に説明する。特に、軟鋼、低合金鋼あるいは低炭素鋼などの材料製のワークピース 1 40を切断する場合における制御について説明する。
[0035] 図 2は、軟鋼、低合金鋼あるいは低炭素鋼製のワークピース 140を切断する場合に おけるアーク電流、プラズマガス 112およびアシストガスがどのように制御されるかを 示す。図 2(A)はアーク電流の大きさの変化を、同 (B)はプラズマガス 112の圧力と組 成の変化を、同 (C)はアシストガス 114の流量と組成の変化を、同 (D)はアシストガス 1 14に含まれる酸素の濃度の変化をそれぞれ示す。
[0036] 図 2(A)に示すように、アーク電流は、パイロットアーク工程力 切断工程までにおい て流れる。アーク電流は、パイロットアーク工程では所定の小さいパイロット電流値で 流れ、ピアツシング工程では徐々に増大して所定の切断電流値に到達し、続く切断 工程ではその切断電流値で一定に制御され、そして、切断工程の終了時に停止す る。
[0037] 図 2(B)に示すように、プラズマガス 112は、プリフロー工程からァフタフロー工程ま で続けて流される。プラズマガス 112の圧力は、プリフロー工程力もパイロットアーク 工程までは所定の低いプリフロー圧に制御され、ピアツシング工程に入ると所定の高 い切断圧力にまで急増され、ピアツシング工程力 切断工程までの間は、その切断 圧力で一定に制御され、そして、ァフタフロー工程に入ると急減されて所定の低いァ フタ一フロー圧に制御される。
[0038] プラズマガス 112として、窒素（不活性ガス）、酸素、空気、又はこれらの混合ガスな どが工程に応じて組成を変えながら使用できる。この実施形態では、プラズマガス 11 2の組成は、プリフロー工程力もパイロットアーク工程までは 100モル0 /0の窒素であり 、ピアツシング工程に入ると酸素と窒素の混合ガス、例えば体積濃度で酸素が 80モ ル％で窒素が 20モル％の酸素リッチな組成に移行し、ピアツシング工程力も切断ェ 程までの間は、その酸素リッチな組成で一定に制御され、そして、ァフタフロー工程 に入ると再び 100モル％の窒素に切り替えられる。あるいは、変形例として、プラズマ ガス 112の組成は、プリフロー工程力 パイロットアーク工程までとアフターフローェ 程ではそれぞれ空気 (すなわち、体積濃度で約 20モル％の酸素と約 80モル％の窒 素を含む）であってもよぐまた、ピアツシング工程力も切断工程までの間は 100モル %の酸素でもよい。
[0039] 図 2(C)に示すように、アシストガス 114は、プリフロー工程からァフタフロー工程の 初期まで続けて流され、その間その流量は所定の切断流量で一定に制御され、そし て、ァフタフロー工程に入るとアシストガス 114は止められる。アシストガス 114として、 窒素 (不活性ガス）、酸素、空気、又はこれらの混合ガスなどが工程に応じて組成を 変えながら使用できる。この実施形態では、アシストガス 114の組成は、プリフローェ 程力もパイロットアーク工程までは 100モル％の窒素であり、ピアツシング工程に入る と 100モル％の酸素に移行してピアツシング工程の間それが維持され、切断工程に 入ると、酸素と窒素を含んだ組成、例えば空気と酸素との混合ガスのようにピアツシン グ工程より酸素濃度の低い組成に切り替えられてピアツシング工程の間それに維持 される。あるいは、変形例として、アシストガス 114の組成は、プリフロー工程力もパイ ロットアーク工程までとアフターフロー工程ではそれぞれ空気 (すなわち、体積濃度 で約 20モル％の酸素と約 80モル％の窒素を含む）であってもよぐピアツシング工程 力も切断工程までの間は 100モル％の酸素でもよぐまた、アフターフロー工程では 空気であってもよい。
[0040] ここで、注目すべき点は、アシストガス 114における酸素の体積濃度（以下、「アシス トガス酸素濃度」という）の変化である。すなわち、図 2(D)に示すように、プリフローェ 程とパイロットアーク工程におけるアシストガス酸素濃度を D1、ピアツシング工程にお けるアシストガス酸素濃度を D2、切断工程でのアシストガス酸素濃度を D3とすると、 これら工程別のアシストガス酸素濃度 Dl、 D2、 D3の間には、 D1 < D3く D2という関係 がある。工程毎のアシストガス酸素濃度について具体的に説明すると次のとおりであ る。
[0041] プリフロー工程とパイロットアーク工程におけるアシストガス酸素濃度 D1は、 20モル %以下 (すなわち空気の酸素濃度以下）の低 、値である。特にパイロットアーク工程 におけるアシストガス酸素濃度 D1は、 0モル％により近いほどパイロットアークによるノ ズル 122のダメージが軽減されるという効果がある。
[0042] ピアツシング工程におけるアシストガス酸素濃度 D2は、 20モル％以上（すなわち空 気の酸素濃度以上）の高 、値であり、例えば 80モル％以上のようにバーユング (ヮー クピース 140の切断面での過剰な酸ィ匕反応）が生じるような濃度であってよぐ 100モ ル0 /0であってもよい。このアシストガス酸素濃度 D2は、 100モル0 /0により近いほどピア ッシング能力が向上し、かつ、穴の周囲に付着するドロス 144の量を軽減できるという 効果がある。この効果により、ノズル 122やシールドキャップ 124の損傷が軽減されて その寿命が延び、生産効率が向上し、また、切断可能な最大板圧が向上するなどの 利点が期待できる。このピアッシング工程におけるアシストガス酸素濃度 D2は、次の 切断工程でのアシストガス酸素濃度 D3よりは高い値である。
[0043] 切断工程でのアシストガス酸素濃度 D3は、 20モル％以上であり、かつ、バーニン グが生じる酸素濃度 (例えば 80モル％)以下の中程度の値である。切断工程では、 ピアツシング工程とは異なり、酸素が 100モル％のアシストガスはバーユングが生じる ので採用されない。バーユングを起こさず、かつワークピース 140の裏面に付着する ドロスを軽減する目的で、切断工程でのアシストガス酸素濃度 D3は 40モル％から 80 モル％程度の範囲、例えば 50モル％前後、が適当である。
[0044] 図 3は、上述したように酸素濃度が変化するアシストガス 114を供給するためのァシ ストガス供給システム 104の構成例を示す。
[0045] 図 3に示すように、アシストガス供給システム 104は、窒素源からの窒素ガスを流す ための窒素供給管 160と、空気源からの空気を流すための空気供給管 162と、酸素 源からの酸素ガスを流すための 2つの酸素供給管 164、 166とを備える。 2つの酸素 供給管 164、 166はそこを流れる酸素ガスの流量が異なるようになっており、以下、 流量の大きい方 164を「酸素大供給管」とよび、流量の小さい方 166を「酸素小供給 管」とよぶ。それら 4つのガス供給管 160、 162, 164、 166は合流して一つのアシスト ガス供給管 188につながり、そして、アシストガス供給管 188がプラズマトーチ 102の アシストガス通路に 134につながる。上述した 4つのガス供給管 160、 162, 164、 16 6には、それぞれのガス供給管を開閉するための電磁バルブ 172、 176、 184、 186 が設けられる。以下では、窒素供給管 160の電磁バルブ 172を「窒素バルブ」、空気 供給管 162の電磁バルブ 176を「空気バルブ」、酸素大供給管 164の電磁バルブ 18 4を「酸素大バルブ」、酸素小供給管 166の電磁バルブ 186を「酸素小バルブ」という
[0046] 窒素供給管 160において、窒素バルブ 172の上流には、窒素ガス流量を所定のァ シストガス流量値で一定に制御する流量調節弁 170が設けられる。酸素大供給管 16 4において、酸素大バルブ 182の上流には、酸素ガス流量を所定の第 1酸素流量値 で一定に制御する流量調節弁 180が設けられる。酸素小供給管 166において、酸素 小バルブ 186の上流には、酸素ガス流量を上記第 1酸素流量値より小さ!/、所定の第 2酸素流量値で一定に制御する流量調節弁 184が設けられる。第 1酸素流量値と第 2酸素流量値は、それらの加算値が上記アシストガス流量値より若干小さい（又は、 変形例として、上記アシストガス流量値と等しくてもよい)。また、空気供給管 162にお いて、空気バルブ 176の上流には、空気バルブ 176が開いた状態でのアシストガス 1 14の流量が上記アシストガス流量値で一定になるようにアシストガス圧を設定するた めの減圧弁 174が設けられ、また、空気バルブ 176の下流には逆止弁 178が設けら れる。
[0047] 4つのガス供給管 160、 162, 164、 166の合流点はプラズマトーチ 102にできるだ け近い位置に配置され、アシストガス供給管 188はできるだけ短くされることが望まし い。それにより、上記合流点より上流側でガス流の制御動作が行われたとき、その制 御結果がプラズマトーチ 102に反映されるまでの遅れ時間が短くなり、ガス制御の精 度が向上する。
[0048] 図 4は、上述した一連の加工工程における図 3に示したアシストガス供給システム 1 04の動作を示す。図 4(A)は一連の加工工程におけるアーク電流の変化を、同 (B)は 窒素バルブ 172の開閉動作を、同 (C)は空気バルブ 176の開閉動作を、同 (D)は酸 素大バルブ 182の開閉動作を、同 (E)は酸素小バルブ 186の開閉動作を、また、同 (F )はアシストガス 114に含まれる窒素ガス、酸素ガスおよび空気の流量の変化を示す
[0049] 図 4に示すように、プリフロー工程とパイロットアーク工程では、窒素バルブ 172だけ が開き、他のガスバルブ 176、 182、 186は閉じ、よって、図 4(F)に示すようにアシスト ガス 114として窒素ガスだけが流れる。ピアツシング工程では、窒素ノ レブ 172は閉 じ、代わりに、空気バルブ 176と酸素大バルブ 182と酸素小バルブ 186が開き、よつ て、図 4(F)に示すようにアシストガス 114として酸素リッチな酸素と空気の混合ガス (又 は、変形例として、酸素ガスだけでもよい）が流れる。切断工程では、空気バルブ 176 と酸素小バルブ 186が開き、窒素バルブ 172と酸素大バルブ 182は閉じ、よって、図 4(F)に示すようにアシストガス 114としてピアツシング工程の時よりも酸素濃度の低い 酸素と空気の混合ガス (又は、変形例として、空気だけでもよい）が流れる。
[0050] 図 5は、アシストガス供給システム 104の別の構成例を示す。図 5に示す構成例は、 図 3に示した構成例力も窒素供給管 160を除去したものである。
[0051] 図 6は、上述した一連の加工工程における図 5に示したアシストガス供給システム 1 04の動作を示す。図 6(A)は一連の加工工程におけるアーク電流の変化を、同 (B)は 空気バルブ 176の開閉動作を、同 (C)は酸素大バルブ 182の開閉動作を、同 (D)は 酸素小バルブ 186の開閉動作を、また、同 (E)はアシストガス 114に含まれる空気およ び酸素ガスの流量の変化を示す。
[0052] 図 6に示すように、プリフロー工程とパイロットアーク工程では、空気バルブ 176が開 き、酸素大バルブ 182と酸素小バルブ 186は閉じ、よって、図 6(E)に示すようにァシ ストガス 114として空気が流れる。ピアツシング工程では、空気バルブ 176と酸素大バ ルブ 182と酸素小バルブ 186のすべてが開き、よって、図 6(E)に示すようにアシスト ガス 114として酸素リッチな酸素と空気の混合ガス (又は、変形例として、酸素ガスだ けでもよい）が流れる。切断工程では、空気バルブ 176と酸素小バルブ 186が開き、 酸素大バルブ 182は閉じ、よって、図 6(E)に示すようにアシストガス 114としてピアツ シング工程の時よりも酸素濃度の低 、酸素と空気の混合ガス (又は、変形例として、 空気だけでもよ!/、）が流れる。
[0053] 上述した実施形態によれば、アシストガス 114の組成がノ ィロットアーク工程とピア ッシング工程と切断工程でそれぞれ違う組成に最適化される。それにより、ピアツシン グの能力が向上し、また、ピアツシング工程での穴の周囲へのドロスの付着が低減さ れる。その結果、プラズマトーチの消耗部品であるシールドキャップとノズルの寿命が 向上する。また、ピアツシング工程で形成される穴の位置力も製品までの切り込み長 さを短くすることができ、生産効率が向上する。また、ピアツシング能力の向上により、 切断装置の基本性能の一つである最大切断板圧が増加する。
[0054] ところで、上述した実施形態では、パイロットアーク工程、ピアツシング工程および切 断工程の切り替わりにほぼ同期してプラズマガス 112およびアシストガス 114の組成 を切り替えている力 工程の切り替わりとガス組成の切り替わりの間には或る許容範 囲内で若干の時間的なずれがあってもよい。例えば、アシストガス酸素濃度は、パイ ロットアーク工程中は上記低い濃度値 D1にされ、パイロットアークがメインアークに移 行してメインアークが確立した時点でピアツシング工程に適した上記高い濃度値 D2 に切替えられ、その直後の所定長の時間区間だけその高い濃度値 D2に維持され、 その時間区間の経過後に切断工程に適した上記中程度の濃度値 D3に切り替えられ てもよい。この場合、アシストガス酸素濃度が高濃度値 D2から中濃度値 D3に切り替わ る時点は、加工工程がピアツシング工程力 切断工程へと実際に切替わる時点と必 ずしも同時でなくてもよぐ例えばそれより若干早力つたり、又は若干遅かったりしても よい。すなわち、ピアツシング工程の全部で高濃度値 D1が維持され続けなくても、少 なくともその一部で、高濃度値 D2 (又は切断工程の時より高いアシストガス濃度値）が 提供されれば、ピアツシング工程は従来より改善される。また、切断工程の開始と同 時に高濃度値 D2から中濃度値 D3への切り替えが行われなくても、ピアツシング工程 で開けられた穴力も製品に到達するまでの経路を切断して 、る間にそのガス組成切 替が行われたり、或は、ピアツシング工程の終了時点より若干早めにそのガス組成切 替が行われても、切断工程は良好に行える。
[0055] 以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例 示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明 は、その要旨を逸脱することなぐその他の様々な態様でも実施することができる。

Claims

請求の範囲
[1] プラズマトーチ（102)からプラズマガス流を噴出すると共に前記プラズマガス流の周 囲にアシストガス流を噴出しながら、パイロットアーク工程とピアツシング工程と切断ェ 程を順に実行するようになったプラズマ切断装置（100)において、
前記ピアッシング工程と前記切断工程において酸素を含有したガスを前記アシスト ガスとして前記プラズマトーチに供給し、アシストガス酸素濃度を、前記ピアッシング 工程の全部又は一部の時において前記切断工程の時よりも高い値に制御するァシ ストガス供給制御手段（104, 109)を備えたプラズマ切断装置。
[2] 請求項 1記載のプラズマ切断装置において、
前記アシストガス供給制御手段（104, 109)が、前記パイロットアーク工程では酸 素を含有しない又は含有したガスを前記アシストガスとして前記プラズマトーチに供 給し、前記アシストガス酸素濃度を、前記パイロットアーク工程の時には前記ピアッシ ング工程の時よりも低い値に制御するプラズマ切断装置。
[3] 請求項 1記載のプラズマ切断装置において、
前記アシストガス供給制御手段（104, 109)が、前記アシストガス酸素濃度を、前 記ピアツシング工程の全部又は一部の時には 20モル％から 100モル％の範囲内に 制御し、前記切断工程の時には 20モル％から 80モル％の範囲内に制御するプラズ マ切断装置。
[4] プラズマトーチ（102)からプラズマガス流を噴出すると共に前記プラズマガス流の周 囲にアシストガス流を噴出しながら、パイロットアーク工程とピアツシング工程と切断ェ 程を順に実行するプラズマ切断方法において、
前記ピアッシング工程と前記切断工程において酸素を含有したガスを前記アシスト ガスとして使用し、アシストガス酸素濃度を、前記ピアッシング工程の時には前記切 断工程の時よりも高い値に制御するプラズマ切断方法。
[5] プラズマトーチ（102)からプラズマガス流を噴出すると共に前記プラズマガス流の周 囲にアシストガス流を噴出しながら、パイロットアークを発生させた後に前記パイロット アークをメインアークに移行させるようになったプラズマ切断装置（100)において、 前記メインアークが維持されている間は酸素を含有したガスを前記アシストガスとし て前記プラズマトーチに供給し、アシストガス酸素濃度を、前記メインアークの確立直 後の所定の時間区間では、前記時間区間の経過後よりも高い値に制御するアシスト ガス供給制御手段（104, 109)を備えたプラズマ切断装置。
プラズマトーチ（102)カゝらプラズマガス流を噴出すると共に前記プラズマガス流の周 囲にアシストガス流を噴出しながら、パイロットアークを発生させた後に前記パイロット アークをメインアークに移行させるプラズマ切断方法において、
前記メインアークが維持されている間は酸素を含有したガスを前記アシストガスとし て使用し、アシストガス酸素濃度を、前記メインアークが確立した直後の所定の時間 区間では、前記時間区間の経過後よりも高い値に制御するプラズマ切断方法。
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