金属加工業者がプラズマ切断品質を最適化する方法

Apr 23, 2023

プラズマ切断では、ガスの組み合わせが異なると、切断された金属エッジとの反応が異なり、表面の溶接性に影響します。 材料の種類と厚さに応じて適切なガスの組み合わせとアンペア数を選択することが、高品質の溶接を保証する鍵となります。

自動プラズマ切断を使用する場合、ベベルを最小限に抑え、ドロスをほとんどまたはまったく発生させずに、正確な切断部品を一貫して提供することが重要です。 自動プラズマ切断システムは、さまざまなガスの組み合わせを使用して正確に切断された部品を製造できますが、最終製品の品質に影響を与えるのは表面の下にあるものです。

ガスの組み合わせが異なると、切断された金属エッジとの反応が異なり、表面の溶接性に影響します。 材料の種類と厚さに応じて適切なガスの組み合わせとアンペア数を選択することが、高品質の溶接を保証する鍵となります。 自動プラズマ切断に使用できるガスは、使用するトーチの種類によって異なります。

低コストの自動プラズマ切断システムは、工場の圧縮空気を使用してあらゆる種類の金属を切断するように設計されたシングルガス トーチで構成されています。 このタイプのプラズマ システムは、装飾金属加工や比較的少量の汎用プレート切断生産を行う金属加工業者に非常に人気があります。

ただし、エアプラズマによる切断品質は、作業に必要な品質よりも低くなる可能性があります。 たとえば、空気で切断された鋼板の表面には、多くの場合、大量の溶解窒化物が含まれています。 店内の空気はおよそ 78% が窒素、21% が酸素です。 GMAW を切断面に直接塗布すると、金属が凝固するときに窒化物が溶接内部に閉じ込められることがよくあります。溶接前に切断面を研削することで、窒化の問題が解消されます。

アルミニウムをエアプラズマで切断すると、切断面は高度に酸化され、非常にザラザラした外観になります。 アルミニウムの切断面は溶接前に研磨が必要です。 ステンレスの切断面もかなり酸化しています。 表面は濃い灰色になり、酸化ニッケルの形成によりかなりカサカサになります。 このような表面は、最初に研磨しないと溶接できません。

窒素または窒素/水素 (95% 窒素/5% 水素) などのシリンダーガスを一部の単一ガストーチシステムで非鉄金属に使用すると、切断面の品質を向上させることができます。 ただし、125 アンペアの単一ガス プラズマ トーチに必要な総流量は 550 立方フィート/時間 (CFH) にもなります。 330 CFH 容量のシリンダーは 36 分で空になるため、ガスコストが増加します。

シングルガス トーチで構成されたプラズマ システムは、液冷デュアル ガス トーチで構成されたプラズマ システムに比べて、消耗品の寿命が大幅に短く、運用コストが高くなります。 エアプラズマシステムには長寿命技術が搭載されていません。

大量生産の高精度プラズマ切断システムは、液冷デュアルガストーチ、高度な自動ガス供給システム、およびプロセス選択で構成されています。 CNC に埋め込まれたカット チャートで切断パラメータを調整し、選択した材料と厚さに基づいて必要なガスを選択します。

また、これらのシステムのほとんどには、カットの開始時と停止時にアンペア数とガス流量を増加させるテクノロジーが装備されています。 これにより、安定した切断性能が保証され、消耗品の寿命が大幅に延長されます。 これがないと、消耗品セットの寿命にわたって切断品質が劇的に変化します。

推奨されるガスの組み合わせを決定するために必要な、切断する金属の種類、材料の厚さ、および切断面の溶接性。

ガスの組み合わせ。 プラズマ、レーザー、酸素燃料切断はすべて、酸素を使用して鋼を切断します。 3 つのプロセスはすべて、切断面に非常に薄い酸化鉄の膜を残します。 このフィルムは研磨処理により簡単に除去できます。 ただし、フィルムを除去しないと、切断面に塗布された塗料が剥がれてしまう可能性があります（図2参照）。

アンペア数、厚さ。 優れたプラズマ切断結果を得るには、材料の厚さに応じて適切な切断アンペア数を選択することが、適切なガスを選択することと同じくらい重要です (図 1 および 3 を参照)。

ガスの組み合わせ。 汎用切断の場合、ほとんどの自動精密プラズマ システムは、窒素プラズマを使用して、薄いゲージから厚さ 1 1/2 インチまでのステンレスを切断するように設計されています。 窒素または工場の圧縮空気をシールドガスとして使用できます。 切断面には上下のドロスがなく、切断面が比較的滑らかで、面取りが最小限である必要があります。

溶接金属を薄ゲージから 1/2 インチまでの切断面に直接適用する場合。 材料、F5 (95% 窒素/5% 水素) プラズマなどのガス、および窒素シールドでは、溶接可能な切断が発生する可能性があります。 平面研磨が必要です。 一部のプラズマ システムには、厚さと切断アンペア数に基づいてカスタマイズされたプラズマ ガス混合物としてアルゴン、水素、窒素をブレンドできるガス供給が含まれています。

プレートを 1/2 から 1 1/2 インチに切断するには、窒素シールドを備えたアルゴン/水素/窒素プラズマ ガス混合物を使用すると、優れた結果が得られます。 これらの組み合わせでカットされたエッジは通常、非常に滑らかで、非常に正方形で、金色です。 いくつかのシステムでは、窒素プラズマと水道水をシールドとして使用できます。 窒素/水による切断プロセスにより、非常に直角で溶接可能な刃先が得られ、低コストで薄ゲージを 1 1/2 インチまで切断できます。 皿。

F5 プラズマと窒素シールド、アルゴン/水素/窒素プラズマと窒素シールドなどのガスの組み合わせでは、最適な結果を得るにはパラメータ (速度と電圧) の狭い範囲が必要であることに注意してください。 切断速度と電圧の調整が必要になる場合があります。

さまざまなガスの組み合わせからの代表的な結果については、図 4 を参照してください。

アンペア数、厚さ。 軟鋼と同様に、優れたプラズマ切断結果を得るには、適切な切断アンペア数を選択することが同様に重要です (図 5 を参照)。

ガスの組み合わせ。 汎用切断の場合、ほとんどの自動精密プラズマ切断システムは、工場の圧縮空気または窒素プラズマを使用して、薄いゲージから 1 1/2 インチまでアルミニウムを切断します。 窒素または工場の圧縮空気がシールドガスとして使用されます。 繰り返しますが、切断には上下のドロスがなく、最小限のベベルで比較的滑らかな切断面が必要です。 ただし、切断面はかなり酸化しており、粗く、かなりザラザラしている可能性があります。 切断面溶接には研削が必要となります。

優れた結果をもたらすアルゴン/水素/窒素プラズマと窒素シールドの混合物は、溶接金属を 1/4 から 1 1/2 インチのアルミニウム切断面に直接適用して、滑らかで直角で溶接可能なエッジを実現する場合にのみ使用する必要があります。 いくつかのシステムでは、窒素プラズマと水道水のシールドが可能です。 細いゲージから 1 インチまで。 プレートの場合、窒素/水プロセスにより、低コストで四角い溶接可能なエッジが生成されます。

図 1. 各切断プロセスのチャートには、可能な厚さの範囲が含まれています。 プロセス エンジニアは、さまざまな厚さ (通常は全体の厚さの範囲の中央) を最適化するために作業します。 この最適化された範囲は、プロセス コア厚さ (PCT) と呼ばれます。 PCT より厚いか薄い厚さでは、切断品質、切断速度、穴あけ能力に応じて結果が変わる可能性があります。 各カテゴリには、このプロセスを選択したときに期待できるパフォーマンスに相関する固有のプロセス カテゴリ番号 (1 ～ 5) が付いています。 選択したプロセスのプロセス カテゴリ番号によって、品質と速度のバランスが変わります。

図 6 は、リストされたガスの組み合わせからの代表的な結果を示しています。

アンペア数、厚さ。 繰り返しますが、適切な切断アンペア数を選択することは、ガスの組み合わせと同様に優れたプラズマ切断結果を生み出すために重要です (図 5 を参照)。

プラズマ切断を使用するショップも、レーザーやウォータージェット切断プロセスと競合することになります。 今日、製造業者の顧客は、プラズマ切断部品が最小限のベベルで正確であること、ドロスがほとんどまたはまったくないこと、および溶接可能な切断エッジを備えていることを要求しています。

異形金属の切削技術は、過去 50 年間で驚くべき変化を遂げてきました。 プラズマ切断を行うほとんどのジョブショップは、高精度の高解像度プラズマ システムを使用して構成されています。 精密プラズマ装置のメーカーは、プラズマ切断の継続的な改善を追求するために投資を続けています。 プラズマ切断システムで使用できるさまざまなガスのオプションにより、製造業者は特定の用途に最も適したガスを選択できます。

製造業者は、どのガスの組み合わせが作業に最も適しているかを決定する前に、プロジェクトの仕様を評価する必要があります。