プラズマ切断

Mar 27, 2023

導電性材料で作られたワークピースは、加速された高温プラズマのジェットを使用して切断されます。 厚い金属板を切断するのに効果的な方法です。

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アートワークを作成している場合でも、完成部品を製造している場合でも、プラズマ切断はアルミニウムやステンレス鋼などの切断に無限の可能性をもたらします。 しかし、この比較的新しいテクノロジーの背後には一体何があるのでしょうか? プラズマ カッターとプラズマ切断に関する最も重要な事実を含む簡単な概要で、最も重要な質問を明確にします。

プラズマ切断は、加速された高温プラズマのジェットによって導電性材料を切断するプロセスです。 プラズマ トーチで切断できる一般的な材料は、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅、その他の導電性金属です。 プラズマ切断は、製造、自動車の修理と修復、工業建設、サルベージとスクラップの分野で広く使用されています。 プラズマ切断は、低コストで高速かつ正確に切断できるため、大規模な産業用 CNC アプリケーションから、その後材料が溶接に使用される小規模なホビー会社まで広く使用されています。 プラズマ切断 - 最高 30,000°C の温度の導電性ガスにより、プラズマ切断は非常に特殊になります。

プラズマ切断と溶接の基本プロセスは、プラズマ カッター自体から切断対象のワークピースを通る過熱された電気的にイオン化されたガス、つまりプラズマの電気チャネルを作成し、アース端子を介してプラズマ カッターに戻る完成した回路を形成することです。 。 これは、圧縮ガス (酸素、空気、不活性ガスなど、切断する材料に応じて異なります) を集中ノズルから高速でワークピースに吹き付けることによって実現されます。 ガス内では、ガスノズル近くの電極とワークピース自体の間にアークが形成されます。 この電気アークはガスの一部をイオン化し、導電性のプラズマ チャネルを作成します。 プラズマ カッターの切断トーチからの電流がこのプラズマを流れると、ワークピースを溶かすのに十分な熱が放出されます。 同時に、高速プラズマと圧縮ガスの多くが高温の溶融金属を吹き飛ばし、ワークピースを分離します。

プラズマ切断は、薄い材料と厚い材料を切断するのに効果的な方法です。 ハンドトーチは通常、厚さ 38 mm までの鋼板を切断でき、より強力なコンピュータ制御トーチは厚さ 150 mm までの鋼板を切断できます。 プラズマ カッターは非常に高温で局所的な「円錐」を生成して切断するため、湾曲した形状や角度のある形状のシートの切断や溶接に非常に役立ちます。

製品開発

新しい切削工具の創造 – コンセプトから主軸まで

利点:

短所:

手動プラズマカッターは一般に、薄肉加工、工場メンテナンス、農業メンテナンス、溶接修理センター、金属サービスセンター（スクラップ、溶接、解体）、建設作業（ビルや橋など）、商業造船、トレーラー製造、自動車などの作業場で使用されます。修理と芸術作品（製造と溶接）。

機械化されたプラズマ カッターは通常、手動のプラズマ カッターよりもはるかに大きく、切断テーブルと組み合わせて使用​​されます。 機械化プラズマカッターは、パンチング、レーザー、またはロボット切断システムに統合できます。 機械化プラズマ カッターのサイズは、使用するテーブルとポータルによって異なります。 これらのシステムは操作が簡単ではないため、設置前にシステムのレイアウトとともにすべてのコンポーネントを検討する必要があります。

一方、メーカーはプラズマ切断と溶接の両方に適した組み合わせユニットも提供しています。 産業分野における経験則では、プラズマ切断の要件が複雑になればなるほど、コストが高くなります。

プラズマ切断は、1960 年代にプラズマ溶接から誕生し、1980 年代に板金やプレートを切断するための非常に生産性の高いプロセスに発展しました。 従来の「金属対金属」切断と比較して、プラズマ切断では金属片が発生せず、正確な切断が可能です。 初期のプラズマカッターは大きく、速度が遅く、高価でした。 したがって、主に量産モードでの切断パターンの繰り返しに使用されていました。 他の工作機械と同様に、プラズマ カッターにも CNC (Computer Numerical Control) 技術が 1980 年代後半から 1990 年代にかけて使用されました。 CNC テクノロジーのおかげで、プラズマ カッターは、機械の数値制御にプログラムされた一連のさまざまな命令に基づいて、さまざまな形状を切断する際の柔軟性が向上しました。 ただし、CNC プラズマ切断機は通常、2 つの移動軸のみで平らな鋼板からパターンや部品を切断することに限定されていました。

過去 10 年間に、さまざまなプラズマ カッターのメーカーは、より小さなノズルとより薄いプラズマ アークを備えたまったく新しいモデルを開発してきました。 これにより、プラズマの切断エッジでレーザーのような精度が可能になります。 いくつかのメーカーは、CNC 精密制御とこれらのトーチを組み合わせて、再加工をほとんどまたはまったく必要としない部品を製造し、溶接などの他のプロセスを簡素化しています。

「熱分離」という用語は、酸素の流れを遮断するか遮断せずに、熱の作用によって材料を切断または形成するプロセスの包括的な用語として使用され、その後の加工で再加工が必要ないようにします。 3 つの主なプロセスは、酸素燃料、プラズマ、レーザー切断です。

酸素燃料の切断

炭化水素は酸化されると熱を発生します。 他の燃焼プロセスと同様に、酸素燃料切断は高価な装置を必要とせず、エネルギー源の輸送が容易で、ほとんどのプロセスでは電気も冷却水も必要としません。 通常はバーナーと燃料ガスボトルで十分です。 酸素燃料切断は、重鋼、非合金鋼、低合金鋼を切断するための主要なプロセスであり、その後の溶接に備えて材料を準備するためにも使用されます。 自生炎が材料を発火温度に達した後、酸素ジェットのスイッチがオンになり、材料が燃焼します。 発火温度にどれだけ早く到達するかは、燃料ガスによって異なります。 適切な切断速度は、酸素の純度と酸素ガスのジェットの速度によって異なります。 高純度の酸素、最適化されたノズル設計、および適切な燃料ガスにより、高い生産性が保証され、プロセス全体のコストが最小限に抑えられます。

プラズマ切断

プラズマ切断は、焼成できない金属 (ステンレス鋼、アルミニウム、銅など) を切断するために 1950 年代に開発されました。 プラズマ切断では、ノズル内のガスがイオン化され、ノズルの特別な設計によって集中されます。 この高温プラズマ流を使用してのみ、プラスチックなどの材料 (アークが伝達されないもの) を切断できます。 金属材料の場合、プラズマ切断により電極とワークピースの間にアークが発生し、エネルギー伝達が増加します。 非常に狭いノズル開口部がアークとプラズマ流を集中させます。 二次ガス (保護ガス) によって、放電経路をさらに強化することができます。 適切なプラズマ/保護ガスの組み合わせを選択すると、プロセス全体のコストを大幅に削減できます。

レーザー切断

レーザー切断は、プラズマ切断の後に開発された最新の熱切断技術です。 レーザービームは、レーザー切断システムの共振器キャビティ内で生成されます。 共振器ガスの消費量は少ないですが、その純度と正しい組成が決定的です。 特殊な共振器ガスがシリンダーから共振器キャビティまでのデバイスを保護し、切断性能を最適化します。 切断および溶接の場合、レーザー ビームはビーム パス システムを通じて共振器から切断ヘッドまで導かれます。 システムに溶媒、粒子、蒸気がないことを確認する必要があります。 特に高性能システム (> 4kW) の場合は、液体源からの窒素を推奨します。 レーザー切断では、酸素または窒素が切断ガスとして機能します。 酸素は非合金鋼および低合金鋼に使用されますが、プロセスは酸素燃料切断に似ています。 ここでも酸素の純度が重要な役割を果たします。 ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル合金には窒素が使用され、きれいな刃先を実現し、母材の重要な特性を維持します。

水は、プロセスに高温をもたらす多くの工業プロセスで冷却剤として使用されます。 プラズマ切断における水の注入も同様です。 水は、インジェクターを介してプラズマ カッターのプラズマ アークに注入されます。 プラズマ アークは通常、大部分のプラズマ カッターの場合と同様に、プラズマ ガスとして窒素を使用するときに発生します。 水がプラズマ アークに注入されるとすぐに、高い収縮が生じます。 この特殊なプロセスでは、温度が 30,000°C 以上まで大幅に上昇します。 上述のプロセスの利点を従来のプラズマと比較すると、切断品質と切断の直角性の両方が大幅に向上し、材料が溶接に理想的に準備されていることがわかります。 プラズマ切断中の切断品質の向上に加えて、切断速度の増加、二重湾曲のリスクの低下、およびノズルの侵食の減少も観察されます。

プラズマ切断業界では、プラズマ柱のより良好な封じ込めとより安定したネッキング アークを実現するために、スワール ガスがよく使用されます。 入口ガスの渦の数が増加すると、遠心力によって最大圧力点がプレナムの端に移動し、最小圧力点が軸にさらに近くなります。 最大圧力と最小圧力の差は、スワールの数とともに増加します。 半径方向の大きな圧力差によりアークが狭くなり、軸付近で高い電流密度とオーム加熱が発生します。

これにより、カソード付近の温度がはるかに高くなります。 ツイストガスは 2 つの理由でカソードの腐食を促進することに注意してください。プレナム内の圧力の増加とカソード近くの流れパターンの変化です。 また、旋回数の高いガスは角運動量保存則に従って切断点での旋回速度成分を増加させることも考慮する必要があります。 これにより、カーフの左右のエッジで異なる角度が生じると考えられます。

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