等离子切割方法.pdf

本发明提供一种等离子切割方法，该方法在对以钢板为代表的被切割材料进行等离子切割时，使烟尘的发生减轻。该方法是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的等离子切割方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体及稀有气体以及氢气中的一种或多种气体，与含氧或氩或氮的气体的混合气体作为等离子气体供给到电极周围，并在电极和喷嘴、或电极和被切割材料之间通电，再将所形成的等离子电弧向被切割材料喷射，或者将选自周期表第二周期之前的卤素气体及稀有气体以及氢气中的一种或多种气体添加于以氧或氩或氮气为主成分的等离子电弧中，并向被切割材料喷射，从而切割该被切割材料。

1、  一种等离子切割方法，其是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的等离子切割方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体，与含氧的气体的混合气体作为等离子气体供给到电极周围，并在电极和喷嘴、或电极和被切割材料之间进行通电，再将所形成的等离子电弧向被切割材料喷射，从而切割该被切割材料。

2、  一种等离子切割方法，其是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的等离子切割方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体，与含氩的气体的混合气体供给到电极周围，并在电极和喷嘴、或电极和被切割材料之间通电，再将所形成的等离子电弧向被切割材料喷射，从而切割该被切割材料。

3、  一种等离子切割方法，其是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的等离子切割方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体，与含氮的气体的混合气体供给到电极周围，并在电极和喷嘴、或电极和被切割材料之间通电，再将所形成的等离子电弧向被切割材料喷射，从而切割该被切割材料。

4、  一种等离子切割方法，其是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的等离子切割方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体作为等离子气体添加于以氧为主成分的等离子电弧中，并向被切割材料喷射，从而切割该被切割材料。

5、  一种等离子切割方法，其是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的等离子切割方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体添加于以氧为主成分的等离子电弧中，并向被切割材料喷射，从而切割该被切割材料。

6、  一种等离子切割方法，其是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的等离子切割方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体添加于以氧为主成分的等离子电弧中，并向被切割材料喷射，从而切割该被切割材料。

7、  根据权利要求1～6中任一项所述的等离子切割方法，其特征在于，所述选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体为氦气。

等离子切割方法
技术领域
本发明涉及从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧来切割该被切割材料的等离子切割方法，尤其是涉及能够减轻伴随切割而发生的烟尘的等离子切割方法。
背景技术
在切割以钢板为代表的被切割材料时，通常采用切割速度比气体切割法大的等离子切割法。在等离子切割枪中，有非移动式等离子枪和移动式等离子枪，在切割较厚的被切割材料时，通常采用移动式等离子枪。
移动式等离子枪是通过以下方式进行切割的装置：将由氧气或空气构成的等离子气体向由电极和喷嘴构成的空间供给，通过在电极和喷嘴之间使之放电，形成将等离子气体进行等离子化了的引导电弧(pilot arc)，并将其从喷嘴喷射，在引导电弧与被切割材料接触后，在电极和被切割材料之间使之放电，同时停止电极和喷嘴的放电，由此形成主电弧(等离子电弧)，利用该等离子电弧将被切割材料的一部分熔融，同时边从母材排除熔融物边进行移动。
在等离子切割中，一部分母材因等离子电弧所具有的热能量而熔融，生成熔融物，且母材的一部分由于等离子气体中所含有的氧的作用而急剧地氧化，生成氧化熔融物和氧化物的微粒。这样生成的熔融物及微粒通过等离子电弧所具有的机械能量从母材排除。
母材的熔融物及氧化熔融物落到被切割材料的下方，被熔渣接收用的槽收容。另外，较大的粒子落到被切割材料的下方，或在切割部位附近飞散后落到被切割材料的上面。然而，存在氧化物的微粒在被切割材料周边飞扬，可能对工厂的作业环境带来不良影响的问题。
因此，在等离子切割装置中，通常具备排烟装置及集尘装置(例如参照专利文献1)。该技术中，在等离子切割机主体的下方空间沿与轨道正交的方向并列设置隔板从而形成横方向烟道，且在与该烟道对应的位置配设吸引罩和喷出罩，这些罩由通道连结，并且在该通道中设有集尘机。因此，可以将切割被切割材料时飞散的微粒(烟尘)通过吸引罩、通道来集尘到集尘机中，可以实现工厂作业环境的提高。
专利文献1：日本特许第1315469号公报
在上述的专利文献1的技术中，利用集尘机将伴随等离子切割所产生的微粒(烟尘)进行集尘，从而可以减少该微粒的飞散，提高工厂的作业环境，但是，其并不是使伴随等离子切割所产生的微粒的量减轻的技术，不能称为根本的解决对策。因此，现实中需要开发可以通过减少烟尘的量来提高作业环境的等离子切割法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在切割被切割材料时可以减轻烟尘的发生的等离子切割方法。
本申请发明人为解决上述课题而进行了各种开发。其结果发现，通过将形成等离子电弧的气体(等离子气体)制成特殊成分，或者在利用以往的由氧或空气构成的等离子气体形成的等离子电弧中添加特殊成分的气体的方法，可以减轻烟尘的发生。
即，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体以及氢气中的一种或多种气体，与含氧或氩或氮的气体的混合气体作为等离子气体使用来切割被切割材料时，将从切割部位飞散的粒子的粒度分布进行比较之后，明确了粒度大的粒子的比例增大，容易飞散的微粒的比例减小的情况。该结果表明，飞散的微粒的量减小，能够减轻烟尘的发生。
另外，先利用与以往相同的氧或氩或氮以及它们的混合气体形成等离子电弧，再沿着该等离子电弧喷射选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、及氢气中的一种或多种气体，用来切割被切割材料时，将从切割部位飞散的粒子的粒度分布进行比较之后，明确了粒度大的粒子的比例增大，容易飞散的微粒的比例减小的情况。该结果表明，飞散的微粒的量减小，可以减轻烟尘的发生。
因此，本发明的等离子切割方法，是从等离子枪的喷嘴向被切割材料喷射等离子电弧从而切割该被切割材料的方法，其特征在于，将选自周期表第二周期之前的卤素气体、稀有气体、氢气中的一种或多种气体，与含氧气体的混合气体作为等离子气体向电极周围供给，并在电极和喷嘴、或电极和被切割材料之间通电，再将所形成的等离子电弧向被切割材料喷射从而切割该被切割材料。
本发明的等离子切割方法中，将选自周期表第二周期之前的卤素气体及稀有气体以及氢气中的一种或多种气体，与含氧或氩或氮的气体的混合气体向电极周围供给，并形成等离子电弧，利用该等离子电弧切割被切割材料，可以减轻烟尘的发生。
另外，先利用以氧或氩或氮为主成分的等离子气体形成等离子电弧，再沿着该等离子电弧喷射选自周期表第二周期之前的卤素气体及稀有气体以及氢气中的一种气体或多种气体，从而切割被切割物，可以减轻烟尘的发生。
在利用本发明的等离子切割方法切割被切割材料时，伴随切割的生成物的总量没有变化。但是，生成的粒子总体上粒度变大，其结果是容易在空中飞散的微粒的量减少，从而可以减轻烟尘的发生。
附图说明
图1表示构成烟尘的微粒的状态的图，是将微粒放大至300倍的照片；
图2是将微粒进一步放大至1000倍的照片；
图3是将图2的微粒进一步放大至20000倍的照片，是表示微粒周围的云纱状部(超微粒)的图；
图4表示构成烟尘的微粒的状态的图，是将微粒放大至300倍的照片；
图5是将微粒进一步放大至1000倍的照片；
图6是将图5的微粒进一步放大至20000倍的照片，表示微粒周围的云纱状部(超微粒)的图。
具体实施方式
下面，对本发明的等离子切割方法进行说明。本发明的等离子切割方法中，使用选自周期表第二周期之前的卤素气体及稀有气体以及氢气中的一种气体或多种气体(下面总称为“添加气体”)，和氧或氩或氮、或者使它们混合的混合气体(以下，代表性的称为“氧气”)作为等离子气体来形成等离子电弧，或者在由上述氧气形成的等离子电弧中添加添加气体并进行喷射，从而在切割以钢板为代表的被切割材料时，使伴随切割而产生的母材粒子、氧化物粒子的粒度增大，由此减小从切割部位飞散的微粒的比例，从而减轻烟尘。
作为等离子气体或作为在等离子电弧中添加的气体的添加气体，为选自周期表第二周期之前的卤素气体及稀有气体以及氢气(H₂)中的一种气体或多种气体。作为上述范围的卤素气体有氟(F)，作为稀有气体有氦(He)及氖(Ne)。因此，作为添加气体，单独使用氢气、氟、氦、氖，或者将两种以上气体制成混合气体再使用。
在由添加气体和氧气的混合气体构成等离子气体的情况下，添加气体和氧气的混合比没有特别的限制，通过在氧气中稍微混合添加气体就能够使烟尘减轻。另外，即使在相对于氧气混合了大量的添加气体的情况下，也能够充分地减轻烟尘。
但是，在添加气体相对于氧气的混合比小的情况下，虽然可以减轻烟尘，但难以实现对于改善作业环境来说足够的减轻。另外，当增大添加气体相对于氧气的混合比时，虽然能够充分减轻烟尘，但会产生导致切割速度降低的问题。
因此，在由添加气体和氧气的混合气体构成等离子气体的情况下，添加气体和氧气的混合比优选针对作业环境的改善程度、较昂贵的添加气体的成本以及伴随切割速度降低的作业成本的增加等情况进行考虑来设定。
在本申请发明人等的试验中，在使用相对于氧气以1容量％～50容量％的范围混合了添加气体而成的等离子气体时，能保证切割面的品质的切割速度可以达到大致同等的速度水平。另外，虽然烟尘的减轻程度随着添加气体的比例提高而提高，但是在使用对于氧气混合了50容量％以上的等离子气体时，要维持切割面的品质，就不得不降低切割速度。
于是在考虑烟尘的减轻带来的作业环境的改善和切割速度的维持时得到以下的结果，相对于氧气而混合的添加气体的比率优选为5容量％～40容量％，特别优选为15容量％～25容量％。
实施例1
选择氦作为添加气体，利用混合有20容量％的氦和80容量％的高纯度的氧气而成的混合气体构成等离子气体。作为被切割材料，使用厚度20mm的软钢板。将上述等离子气体供给到等离子枪中的电极周围，在形成引导电弧后，在与被切割材料之间施加电流400A从而形成等离子电弧，以切割速度设定为1200mm的条件进行切割。在该切割的过程中，目视判断烟尘的发生状况，同时采集烟尘，观察微粒的状态。
图1是表示构成烟尘的微粒的状态的图，是将微粒放大至300倍的照片。图2是将微粒进一步放大至1000倍的照片。图3是将图2的微粒进一步放大至20000倍的照片，表示微粒周围的云纹线状部(超微粒)。
另外，作为比较例，采用高纯度的氧气作为等离子气体，其它条件设为上述条件进行切割，并在该过程中目视判断烟尘的发生状况，同时采集烟尘，观察微粒的状态。并将采集到的烟尘的状态与实施例进行比较。
图4是表示构成烟尘的微粒的状态的图，是将微粒放大至300倍的照片。图5是将微粒进一步放大至1000倍的照片。图6是将图5的微粒进一步放大至20000倍的照片，表示微粒周围的云纹线状部(超微粒)。
因此，对于图1和图4、图2和图5、图3和图6而言，可将通过本实施例生成的微粒和通过比较例生成的微粒成对地进行比较。
本实施例中，如图1所示，微粒中具有约0.04mm～约0.06mm范围的粒径的微粒大量存在，具有0.01mm左右粒径的微粒虽然存在但其存在量少。另外，如图3所示，微粒周围形成的云纹线状部(超微粒)的密度比较小。
另外，比较例中，如图4所示，微粒几乎全是具有约0.01mm～约0.03mm范围的粒径的微粒。另外，如图6所示，微粒周围形成的云纹线状部(超微粒)的密度比较大。
通过将图1和图4及图2和图5进行比较可知，本实施例的切割中生成的粒子的粒度比比较例的切割中生成的粒子的粒度大。因此，飞散到大气中成为烟尘的微粒的比例变小，可以减轻烟尘。
工业上的可利用性
本发明的等离子切割方法可减轻伴随切割所生成的烟尘，对提高作业环境有利。