切断品質、生産性、運用コスト、汎用性が組み合わさり、プラズマは今日最も使用される工業用切断プロセスとなっています。

プラズマとは何でしょうか?

プラズマは物質の第 4 の状態です。通常、物質には、固体、液体、気体の 3 つの状態があるとされています。一般的な要素である水では、、氷、水、蒸気という 3 つの状態があります。

プラズマを得るための熱エネルギー使用の図

これらの状態の違いは、関連するエネルギーレベルです。氷に熱の形でエネルギーを与えると、氷は溶けて水の形状になります。さらにエネルギーを加えると、水が蒸気になります。蒸気にさらに多くのエネルギーを与え、摂氏 11,700°C あたりまで加熱すると、蒸気は成分ガスに分離し、導電性を持つ、あるいはイオン化するようになります。この高エネルギーのイオン化したガスをプラズマと呼ぶのです。

プラズマ切断システムはプラズマ流を使用して、エネルギーを導電性のあるワークピースに移します。プラズマ流は一般に、窒素、酸素、アルゴン、さらにはエアなどのガスを細いノズルから押し出します。外部の電源装置で生成された電流がガスフローに十分なエネルギーを与えてイオン化し、華氏 40,000˚ F に達するプラズマアークを形成します。このプラズマアークがワークピースを溶融して切断し、溶融金属を吹き飛ばします。

プラズマシステムコンポーネント

基本的なプラズマ切断システムには以下のコンポーネントが含まれます。

  • 電源 –定電流直流電源最大無負荷電圧 (OCV) は通常 240~400 VDC の範囲です。電源装置の出力電流 (アンペア数) と全体的なキロワット定格が、システムの速度と切断できる厚さを左右します。電源装置の主要機能は、イオン化の後でプラズマアークを維持するための正しいエネルギーを提供することです。
  • アークスタート回路– ほとんどの 130 アンペア以上の液冷トーチにおいて、これは 5,000~10,000 ボルトの交流電圧を約 2 MHz で生成する高周波生成回路です。この電圧がトーチ内部で高強度アークを形成して、ガスをイオン化し、プラズマを生成します。 上記の高周波スタート回路の他に、エアプラズマでは一般に移動式電極または「ブローバックスタート」テクノロジーを使用してガスをイオン化します。
  • トーチ – これは消耗部品のノズルと電極のホルダーとして機能し、これらの部品を (ガス、または水で) 冷却します。ノズルと電極はプラズマジェットを制限、維持します。

プラズマ切断ソフトウェア

マシン切断アプリケーションには、プラズマ切断ソフトウェアを使って切断機のプログラミングを行います。場合によっては、CNC ソフトウェアを使って個々の部品または小さい加工をプログラムできますが、大部分の加工業者や製造業者は、通常より多くの機能や能力を提供する CAD/CAM ネスティングソフトウェアと呼ばれるものを使っています。

プラズマ向けの CAD/CAM ソフトウェアの中には、プラズマ切断操作のほとんどすべての様相を制御あるいは自動設定できるものもあります。例えば、Hypertherm のProNest® は、アーク電流、電圧、ガスのプリフロー、切断フロー設定、切断速度、切断高さ、ピアスタイプ、ピアス高さ、その他のパラメータをサポートします。こうした機能は、機械オペレーターの仕事を簡素化し生産性を高めます。

その他のプラズマ切断ソフトウェアに通常見られる機能:

  • 衝突回避
  • チェーン切断
  • ブリッジ切断
  • 共通線切断
  • マルチヘッド切断
  • スケルトン カットアップ

また、ソフトウェアによっては次のような最適化された成果を実現できる場合もあります。

  • 穴品質の改善
  • より簡単な開先設定
  • より短いサイクル時間

一般的な用途と産業

プラズマシステムは、ハンド切断システムとマシン切断システムの両方で使用され、広範囲の厚さの導電性材料、軟鋼、炭素鋼、ステンレス、アルミ、銅、真鍮その他の金属を切断することができます。

切断用途には以下のものがあります。

産業と市場:

  • 農業や牧畜業
  • 造船
  • 鉱業
  • エネルギー
  • HVAC および機械工作
  • 鋼材加工センター
  • 建設機械
  • 自動車の修復
  • 芸術作品、サイン、装飾品
  • 鋼管およびパイプライン
  • 一般建設
  • 土木工事
  • 一般加工業者やジョブショップ

どの加工工程や方法を使用するか定かでない場合

ここでは以下に関する有益な情報を提供します。