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JPH0825015B2 - プラズマ切断方法及びその装置 - Google Patents
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JPH0825015B2 - プラズマ切断方法及びその装置 - Google Patents

プラズマ切断方法及びその装置

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JPH0825015B2
JPH0825015B2 JP62232022A JP23202287A JPH0825015B2 JP H0825015 B2 JPH0825015 B2 JP H0825015B2 JP 62232022 A JP62232022 A JP 62232022A JP 23202287 A JP23202287 A JP 23202287A JP H0825015 B2 JPH0825015 B2 JP H0825015B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ切断方法及びその装置に係り、特に
厚板の自動切断、遠隔切断に使用するのに好適なプラズ
マ切断方法及びその装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、プラズマ切断方法については、日本溶接協会編
の「プラズマ切断の基礎と実際」(産報出版,1983年)
と称する書籍に記載されているプラズマアーク切断法と
プラズマジェット切断法とがある。これらの原理をそれ
ぞれ第5図,第6図に示す。第5図はプラズマアーク切
断法の原理図で、高周波発生器11,パイロット電源12,メ
イン電源13がノズル301,電極302,切断材20へ図のように
接続されている。切断材20は導電性材料である必要があ
るが、切断材20と電極302の間にアークが発生し、熱効
率が高いため厚板切断が可能である。起動時には、メイ
ンアークを発生させるため、高周波発生器11とパイロッ
ト電源12によってノズル301と電極302の間にパイロット
アークを発生させる。メインアークが点弧した後には、
スイツチ15は開いてパイロット電流と高周波電流は一般
に切られる。一方、第6図はプラズマジエツト切断法の
原理図で、高周波発生器11とメイン電極13がノズル301
と電極302へ図のように接続されている。この場合、切
断材20は導電性材料である必要はないが、熱効率が低
く、厚材の切断には向いていない。しかし、切断材20と
関係なくプラズマジェツトが発生するため、自動切断、
遠隔切断に係わるトーチの位置決め制御、メインアーク
を点弧させるタイミングの制御などが不要で取り扱いや
すい。また、プラズマアーク切断法とプラズマジェツト
切断法を組み合わせた複合切断方法も知られており、簿
板切断に実用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、プラズマアーク切断法とプラズマジ
ェツト切断法を組み合わせた複合切断方法を用いて厚板
切断を行うことができるプラズマ切断方法及びその装置
を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するためになされた本発明の構成は、 プラズマ切断方法においては、 プラズマアークとプラズマジェットとを組み合わせた
プラズマ切断方法において、被切断材の板厚が大きくな
るのに伴いプラズマアーク電流を大きくする場合に、該
プラズマアーク電流を大きくするのに応じてプラズマジ
ェット電流も大きく設定し、前記プラズマアーク電流を
切ったときにも前記プラズマジェット電流を保持するこ
とを特徴とし、 プラズマ切断装置においては、 プラズマアーク用のメイン電源と、プラズマジェット
用のメイン電源とを有するプラズマ切断装置において、
被切断材に対接して配置されるノズル及び電極と、プラ
ズマアーク電源値の設定器と、該プラズマアーク電流値
に対するプラズマジェット電流値の比率を所定の値にな
るように該プラズマジェット電流値を設定する電流設定
器と、前記プラズマアーク電流を切ったときにも前記プ
ラズマジェット電流を保持し得る並列回路とを具備して
いることを特徴とする。
〔作用〕
本発明は以上のような手段を用いることから、最適な
切断を行うことができる。所定の厚板を切断するために
は、それに応じた切断能力が必要である。切断能力は電
流値を大きくすることによって大きくすることができる
が、逆に電流値を大きくすると電極及びノズルの消耗が
激しくなる。そこで、必要最小限の電流値を選択する場
合、プラズマアーク電流値とプラズマジェツト電流値の
2種類の電流値を決める必要がある。本発明では、切断
能力は基本的にはプラズマアーク電流値に関係すると考
え、プラズマアーク電流値を一定にしておき、プラズマ
ジェツト電流値を種々に変えて切断能力の比較試験を行
い、その結果、プラズマジェツト電流は、切断能力に寄
与しないことを確認できた。むしろ、プラズマジェツト
電流を大きくすると、若干切断能力が低下するという結
果が得られた。一方、プラズマアーク切断方法とプラズ
マジェツト切断方法を組み合わせた複合切断方法を厚板
切断に用いる利点は、プラズマジェツトを併用すること
により、一度プラズマアークが消弧した後でも再びプラ
ズマアークが点弧しやすい状態にしておくことにあると
考えている。すなわち、プラズマアーク切断方法におい
て、パイロットアークをメインアークが消弧した後でも
残しておくことに相当する。本発明の方法は、そのパイ
ロットアーク(プラズマジェツト)をプラズマアーク点
弧時及びプラズマアーク消弧時において維持するための
必要最小のプラズマジェツト電流は、プラズマアーク電
流値の大きさに関係し、プラズマアーク電流の大きい場
合には、そのときの必要最小限のプラズマジェツト電流
も大きくなるという点に着目した方法である。これにつ
いても発明者は、同一切断条件において、プラズマアー
ク電流値を一定にしておき、プラズマアーク電流値を徐
徐に大きくしていく試験を種々のプラズマアーク電流値
の条件で行い、プラズマアーク電流値が大きくなると、
パイロットアーク(プラズマジェツト)を維持しておく
ための最小プラズマジエツト電流も大きくなることを確
認している。例えば、プラズマアーク電流を150A流す場
合のプラズマジェツトの必要最小電流は20A、プラズマ
アーク電流を200A流す場合のプラズマジェツトの必要最
小電流は40A流さないと、プラズマアークが一度点弧し
て消弧した後にパイロットアーク(プラズマジェツト)
も消弧してしまうということを確認した。
また、プラズマ切断電源装置に、プラズマアーク用の
メイン電源と、プラズマジェツト用のメイン電源を設
け、プラズマアーク電流値を設定することにより、その
プラズマアーク電流値におけるプラズマアーク電流値と
プラズマシェット電流値の比率が所定の比率に自動的に
設定される自動設定器を設けたことから、最適な切断を
容易に行うことができる。
前述した試験結果によれば、最適なプラズマアーク電
流値は、必要とする切断能力によって決まり、最適なプ
ラズマジェット電流値は、プラズマアーク電流値によっ
て決まるので、このようにして自動設定器は自動設定を
行うことができる。
〔実施例〕
以下本発明を第1図,第2図,第4図に示した実施例
及び第3図を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明のプラズマ切断方法を説明するための
2台のプラズマ切断電源装置を用いて行う場合の一実施
例を示す配線図であり、第2図は電源装置の一実施例を
示す回路構成図である。
第2図において、2つのメイン電源13,13′,パイロ
ット電源12,高周波発生器11がノズル301,電極302,切断
材20と図示のように接続されている。メイン電源13′,1
3には、それぞれメイン電極設定器101と201とが接続さ
れていて、これらは、例えば、可変抵抗器等から構成さ
れていて、分圧された電圧信号によりメイン電源13′,1
3の出力電流が制御される回路になっている。ここで、
メイン電流設定器101を調整すると、電極302と切断材20
の間に流れるプラズマアーク電流を任意に設定すること
ができる。また、メイン電流設定器201を調整すること
により、ノズル301と電極302の問に流れるプラズマジェ
ツト電流を任意に設定することができる。
次に、第2図に示す構成図によって具体的な切断方法
について説明する。まず、切断材20の厚さ、切断速度等
の条件より必要な切断能力が得られるプラズマアーク電
流値をメイン電流設定器101によって設定する。次に、
設定したプラズマアーク電流値に応じた必要最小限のプ
ラズマジェツト電流値をメイン電流設定器201によって
設定する。次に、スイツチ16及び17を閉じて、さらにス
イツチ15を閉じると、高周波発生器11とパイロット電源
12及びメイン電源13によってプラズマジェットがノズル
301と電極302の間に発生する。プラズマジェツトが発生
すれば、スイツチ15を開いてもプラズマジェツトは、メ
イン電源13によって消弧することはない。次に、ノズル
301,電極302からなるトーチまたは切断材20を移動する
ことによって電極302と切断材20が所定の距離に近づく
と、電極302と切断材20の間にプラズマアークが発生す
る。以上のようにして切断材20の切断が行われるが、切
断材20と電極302の距離が離れた場合やメイン電源13′
のスイツチ17を開いた場合には、プラズマアークは消弧
してプラズマジェツトだけが電極302とノズル301の間に
発生している状態になる。ここで再びスイツチ17を閉じ
て電極302を切断材20に近づければ、プラズマアークは
再び点弧する。
第3図には、この模様を示してある。第3図(a)は
プラズマジェツトの発生している状態のトーチ300が切
断材20の方向を水平移動している様子を示す。第3図
(b)はトーチ300が切断材20に近づき、所定の距離に
達すると、トーチ300の内部の電極302と切断材20の問に
プラズマアークが発生するが、その様子を示してある。
第3図(c)はプラズマアークの発生した状態で切断材
20を切断している様子を示す。第3図(d)は第2図の
スイツチ17を開いてプラズマアークを消弧した状態で、
プラズマジェツトのみが残っている様子を示す。第3図
(e)はプラズマジェツトのみが発生している状態でト
ーチ300を移動させた様子を示す。このように、プラズ
マアーク切断法とプラズマジェット切断法を組み合わせ
た複合切断方法では、一度高周波発生器11によってパイ
ロットアーク(プラズマジェット)を発生させた後は、
何回でもプラズマアークを点弧させたり、消弧させたり
することができ、自動切断、遠隔切断に適用する場合に
操作性がよく、適用しやすい利点を活用できる。また、
高周波を発生させることは、電極302,ノズル301の寿命
にも悪影響を与えるため、発生回数が少なくなること
は、寿命の点から望ましい。
第2図において、パイロット電源12は、実際には不要
である。ここでは、プラズマアーク切断用のプラズマ切
断電源装置A100とプラズマ切断電源装置B200の2台(第
1図参照)を用いて本発明の切断方法を行う場合を想定
して記載してあるが、その場合の実際の配線図を第1図
に示す。プラズマ切断電源装置A100はプラズマアークを
発生させるための電源として使用するため、メイン電流
出力端子112は切断材20へ接続し、共通マイナス端子111
はトーチの電極302へ接続してある。プラズマ切断電源
装置B200は、高周波発生とプラズマジェツトを発生させ
るための電源として使用するため、メイン電流出力端子
222と高周波及びパイロット電流出力端子223はトーチの
ノズル301へ接続し、共通マイナス端子221はトーチの電
極302へ接続してある。メイン電流設定器101によってプ
ラズマアーク電流値を、メイン電流設定器201によって
プラズマジェツト電流値を設定することによって最適な
切断を行うことができる。なお、第1図には水槽10は示
してあるが、動作ガスの供給系統、トーチの構造などは
本発明に直接関係しない部分であるため、図示を省略し
てある。
第4図はプラズマアーク電流値とプラズマジェツト電
流値の比率を所定の比率に自動的に設定するための自動
設定器を有するプラズマ切断電源装置の一実施例を示す
構成図である。プラズマアーク用メイン電源であるプラ
ズマ切断電源装置A100のメイン電流設定器101は可変抵
抗器であり、プラズマジェツト用メイン電源であるプラ
ズマ切断電源装置B200のメイン電流設定器201の可変抵
抗器と連結軸98にて連結してあり、設定ダイヤル99を回
すとメイン電流設定器101と201の両方を調整することが
できるようになっている。ここで、メイン電流設定器10
1と201の可変抵抗器の特性をプラズマアーク電流値の大
きさに応じて所定のプラズマジェツト電流値の設定電圧
が可変抵抗器の分圧として取り出せるようにしておくこ
とにより、容易に自動設定を行うことができるようにな
る。このほか、自動設定を行うためには、連結軸98の代
わりに歯車を介して連結するようにしてもよいし、回転
型の可変抵抗器の代わりに直動型の可変抵抗器を用いて
も同じである。また、あらかじめマイクロコンピュータ
等の記憶装置に各種のプラズマアーク電流値に対応した
最小限のプラズマジェツト電流値を記憶させておき、入
力されるプラズマアーク電流値に応じて自動設定するよ
うにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、プラズマアー
ク切断法とプラズマジェツト切断法を組み合わせた複合
切断方法における厚板切断をノズル寿命に対して最適な
条件で切断でき、また、常にプラズマジェツトを維持さ
せておく条件を満しているので、自動切断、遠隔切断に
おいて、トーチまたは切断材の高精度な位置決め制御を
必要とせずに容易に適用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプラズマ切断方法を説明するための2
台のプラズマ切断電源装置を用いて行う場合の一実施例
を示す配線図、第2図は電源装置の一実施例を示す回路
構成図、第3図は本発明を実施した場合の切断手順及び
切断状況図、第4図はプラズマアーク電流値に対応した
プラズマジェツト電流値の自動設定器を有するプラズマ
切断電源装置の一実施例を示す構成図、第5図はプラズ
マアーク切断法の原理図、第6図はプラズマジェツト切
断法の原理図である。 10…水槽、11…高周波発生器、12…パイロット電源、1
3,13′…メイン電源、15,16,17…スイツチ、20…切断
材、98…連結軸、99…設定ダイヤル、100,200…プラズ
マ切断電源装置、101,201…メイン電流設定器、111,221
…共通マイナス端子、112,222…メイン電流出力端子、1
13,223…高周波及びパイロット電流出力端子、301…ノ
ズル、302…電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマアークとプラズマジェットとを組
    み合わせたプラズマ切断方法において、被切断材の板厚
    が大きくなるのに伴いプラズマアーク電流を大きくする
    場合に、該プラズマアーク電流を大きくするのに応じて
    プラズマジェット電流も大きく設置し、前記プラズマア
    ーク電流を切ったときにも前記プラズマジェット電流を
    保持することを特徴とするプラズマ切断方法。
  2. 【請求項2】プラズマアーク用のメイン電源と、プラズ
    マジェット用のメイン電源とを有するプラズマ切断装置
    において、被切断材に対接して配置されるノズル及び電
    極と、プラズマアーク電流値の設定器と、該プラズマア
    ーク電流値に対するプラズマジェット電流値の比率を所
    定の値になるように該プラズマジェット電流値を設定す
    る電流設定器と、前記プラズマアーク電流を切ったとき
    にも前記プラズマジェット電流を保持し得る並列回路と
    を具備していることを特徴とするプラズマ切断装置。
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