プラズマ切断

プラズマ切断は、導電性プラズマジェットを使用して鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの導電性金属を切断する熱切断プロセスです。プラズマは実際には、材料を溶かすために使用されるイオン化ガスの高速ジェットであり、その費用対効果と多用途性により金属加工で広く使用されています。-

 

説明

 

プラズマ自体は電流を流し、電力が電極に供給され、プラズマがワークピースと接触している限り、プラズマ アークは継続します。プラズマ切断は、高温プラズマ アークを熱源として使用する高効率の金属切断技術です。その基本原理は、高周波アークを使用してガスをイオン化してプラズマを形成しながら、3,000 度を超える高温で被加工金属を溶解し、超音速気流を使用して溶融金属を吹き飛ばして切断を実現することです。-このガス流の圧力は、プラズマ ビームの半径を効果的に制御します。制御された帯電状態の物質を集中ノズルを通して誘導することで、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム材などの材料を簡単に切断できます。

 

アシスタントガスのオプション

 

プラズマ切断機は、圧縮空気、窒素、アルゴン、水素、酸素、または 2 つまたは 3 つの異なるガスの混合物を含むさまざまなガスを使用できます。それらの機能はシールド ガスと非常に似ており、それぞれが異なる結果を示します。以下に簡単な概要を示します。

 

√圧縮空気であるこのガスは非常に多用途で安価であり、軟鋼、ステンレス鋼、および最大 30 mm のアルミニウムに適しています。

√酸素は、きれいな切断と速い切断速度を必要とする用途で炭素鋼に広く使用されている一般的なガスであり、通常、より高い熱で最大 35 mm の軟鋼を切断できます。これは、より多くの熱を必要とすることを意味します。そのため、より多くの熱エネルギーがワークにダメージを与える可能性があり、さらにステンレスやアルミには酸素が苦手で、使用される酸素と熱の量により切断面は完全に酸化してしまいます。

√窒素。最大 80 mm までの厚い金属の重切削用途に広く使用されており、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウムなどのほとんどの材料に対して高品質の切断を生成できます。{0}通常、窒素は、空気、二酸化炭素、厚いプレートの場合のアルゴンなどのいくつかの二次ガスとともに使用されることがよくあります。

√アルゴンは、高温切断では反応しない不活性ガスであり、導電率が低いため標準的な補助ガスではありません。したがって、きれいな切断のために最も高温のプラズマ切断炎を生成するために水素と混合されることがよくあります。-

 

 

プラズマレーザーとファイバーレーザーの投資検討

 

プラズマ機械は、狭い開口部を備えたノズルから切断ガス (空気、酸素、窒素、空気、アルゴンなど) を送り込み、ガスをイオン化してプラズマ アークを生成します。プラズマ アークの周囲にはシールド ガスが使用され、アークの形状を整えるのに役立ちますが、非常に高温のプラズマ アークは金属材料を切断する可能性があります。

一方、ファイバー レーザーは、ダイオードによって生成された光を使用し、光ファイバー ケーブルと光学コンポーネントに沿って光を導きます。その後、光ビームは金属ワークピースを切断するために集束され、強化されます。{0}ファイバーレーザーには切断ガスも必要です。切断ガスは光学部品の下の切断ヘッドに注入され、レーザービームと一緒にノズルから排出されます。ファブマンの経験によれば、12mm 未満の薄いプレート、高い寸法公差が必要なチューブやプロファイルの場合、ファイバー レーザー マシンがより良い選択肢となります。一般にプラズママシンよりも取得コストと運用コストが高くなりますが、損益分岐点までに平均して約 5 年かかります。プラズマカッターは生産性が比較的高く、切断範囲が広く、取得コストが比較的低く、平均投資回収期間は 3 年です。以下の表は、主要な機能の基本的な理解を示します。

 

パラメータ	ファイバーレーザー	HDプラズマ
材質のオプション	軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅	すべての導電性金属
厚さの範囲	30mmまで	50mmまで
エッジ直角度	ISO1	ISO 2 - 4
切削公差	材料の厚さに応じて0.05〜0.1 mm	0.2 mm - 0.5 mm（材料の厚さによる）
切り口幅	0.15 - 0.4 mm	0.5～2.2mm
危険有害性	狭い	より広い
切断速度 (<10 mm)	もっと早く	もっとゆっくり
Cutting Speed (>10mm)	もっとゆっくり	もっと早く
購入価格	高い	レーザーの 25 ～ 35%
運営コスト	低い	低い
メンテナンス	適度	適度
損益分岐点の時間枠	4～6歳	3～4年

 

投資を客観的に決定するには、考慮する必要がある重要な要素がいくつかあります。

 

√原材料の種類とスプリット、プラズマ、レーザー機械は、材料の範囲に関しては非常に似ていますが、主な違いは切断厚さの範囲と切断品質です。どちらも軟鋼、ステンレス鋼、真鍮、銅、アルミニウムなどのあらゆる導電性材料を切断できます。材料の大部分が 10 mm 未満で、チューブなどの複雑な形状の場合は、ファイバー レーザー切断機に投資し、プラズマ切断を外注した方が費用対効果が高い場合があります。{3}

 

√切断品質には、直角度、ドロス、切断エッジ、HAZ (熱影響部) などのいくつかの重要な要素が含まれます。ファイバーレーザーの場合、切断品質は出力、切断速度、ガスとガスの圧力、ノズルのサイズに大きく依存します。通常、一般的な出力設定では、2 KW レーザーの場合は 4mm、6 KM レーザーの場合は 6mm など、ファイバー レーザーではドロスが発生しません。-以下は、一般的な切断品質の問題の簡単な概要です。

 

● 直角度、ファイバー レーザーは、ほぼ正方形のカットを生成でき、ISO 1 に分類できます。一般的なプラズマ カットは、通常、カット エッジにわずかに凹面の形状があり、そのベベル角度は ISO 3 ～ 5 の範囲にあります。

●ドロスは、切り込みの下側に形成される切り溝から排出されなかった不要な金属廃棄物として定義されます。プラズマ切断機は良好な切断エッジ品質を実現できますが、オペレータは切断品質と切断速度のどちらを優先するかを決定する必要があります。切削速度が低いとワークの下側に大量のドロスが発生する可能性があり、一方、切削速度が高すぎると切削底に金属ビーズが並ぶ可能性があり、これらのビーズを除去するのは非常に困難です。

●エッジ、プラズマ カッターはスポット サイズが大きいため、より滑らかな切断エッジを実現できますが、もちろん、最適な切断品質を達成するためにオペレータが切断パラメータを設定する方法にも依存します。

●HAZ は、機械の出力と切断速度に大きく依存し、ファイバー レーザーとプラズマ カッターの両方が HAZ を生成します。しかし、通常、ファイバーレーザーはより小さなHAZを生成します。

 

 

√カット公差と穴の品質。カット部品の品質とも呼ばれます。特に穴の品質は精度の尺度とみなされることが多く、穴がどれだけ円筒形になるかによって判断されます。精度の程度は多くの場合、切り口の幅によって判断され、切り口が広いほど、精度は粗くなります。カーフは内側の輪郭をどれだけ小さく切断できるかを決定しますが、一方で熱歪みによりワークピースの寸法が変化する可能性があります。ファイバーレーザーはプラズマカッターに比べて耐性が高いです。

 

√コスト ファイバー レーザーは、初期購入コストと運用コストの両方において、一般にプラズマ マシンよりも高価です。

 

つまり、厚さ 0.5 mm ～ 10 mm の薄い軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウムを切断する場合、レーザーの方が優れた選択肢となり、その精度、速度、複雑な形状の切断能力がプラズマ マシンよりも優れているということです。 10 ～ 15 mm の範囲では、ファイバー レーザーはプラズマ マシンに非常に匹敵します。 15mm を超える頑丈なプレートの場合は、最新の CNC プラズマ マシンの方が良い選択肢になる可能性があります。

 

プラズマ切断による異なる鋼材

 

プラズマ切断の特徴

 

プラズマ加工機は、より薄い金属材料を切断するレーザー切断機には及ばないものの、より少ない投資と同等の切断品質により大きな人気を集め始めており、次のような特徴があります。

 

 

したがって、プラズマは、迅速なプロトタイピングや芸術的なデザインなど、厚い金属の切断によく使用されます。結論として、プラズマ切断は、レーザー切断と比較して精度は低いですが、手頃な価格の金属切断 (特にステンレス鋼、アルミニウム、厚板の場合) であり、造船や建設などの頑丈な構造物の製造に非常に人気があります。