ESABナレッジセンター

プラズマアーク切断とは

そしてどのように機能するのか？

プラズマはウェブスターで「荷電粒子の集合体…正イオンと電子をほぼ同数含み、気体のいくつかの特性を示すが、電気の良い伝導体である点で気体とは異なる…」と定義されています。 また、電気的に加熱されたガス流と考えることもできる。 私は、すべての原子の電子が、ただ周回するのではなく、原子から原子へと流れている状態だと考えたいのです。 プラズマ流の中で何が起こっているかはともかく、プラズマ流を使って金属を切断する方法は非常に簡単です。 気体の中を流れる電気の流れを、小さなオリフィスで絞るのです。 このとき、プラズマ流は非常に密度が高く、高速で流れています。 その結果、ほとんどの金属を簡単に溶かし、吹き飛ばすことができるのです。 これはプラズマトーチです。

プラズマ切断トーチは通常、銅製のノズルを使って、アークが流れるガスストリームを収縮させます。 そのアークはトーチの電極から他のもの-通常は切断される導電性材料-に飛び火します。 これが「トランスファーアーク」である。 電極からノズルに戻る「非伝達型」のアークを使うシステムもあるが、それは通常、切断には使われない。 つまり、プラズマ切断は導電性のある素材、主に軟鋼、ステンレス、アルミニウムにしか使われないということだ。 しかし、銅、真鍮、チタン、モネル、インコネル、鋳鉄など、他の多くの金属や合金も導電性を持っている。

電極は通常銅でできているが、アークが付着する部分に金属を挿入している。 それは、アークが直接銅につくと銅が早く溶けてしまうからである。 タングステンは電極材料として優れているので、多くの電極にタングステンのインサートがあります。 いくつかの小さなトーチは、シャープな端とタングステンの完全に作られた’鉛筆’スタイルの電極を使用しています。 タングステンの問題は、それが酸素の存在下で燃え尽きるということです。 だから、カットガスとして酸素や圧縮空気を使用する場合は、挿入は、ハフニウムと呼ばれる材料で作られています。 ハフニウムは酸素の存在下ではかなり長持ちしますが、それでもアークを開始するたびに少しずつ摩耗していきます。 アセチレントーチで酸素を使うのと同じ理由です。プラズマストリーム中の酸素は軟鋼と反応します。 だから純酸素は軟鋼、つまり “炭素鋼 “を切断するときだけ使われるのだ。 プラズマガス中の酸素と母材が化学反応を起こすことで、切断のスピードが上がり、刃先の品質も良くなる。 しかし、酸素はステンレス鋼やアルミニウムと同じ反応をしないので、これらの金属にはより安価なガス、例えば窒素や圧縮空気（とにかくほとんどが窒素である）を使うことができる。

他の特殊ガスは、他の目的のために時々使われる。 アルゴンガスは、プラズママーキングを行う際に使用されます（全く別のテーマです）。 アルゴンと水素の混合ガスは、厚いステンレス鋼やアルミニウムを切断するときによく使用されます。 薄いステンレス鋼を切断する場合は、水素と窒素、またはメタンと窒素の混合ガスを使用する人もいる。

以上がプラズマ切断の基本で、電極からオリフィスを通ってガス流で運ばれたアークが、切断される導電性金属に接触します。 ガスの旋回、切り口、高さ制御、アークスタート、シールドガスなど、後で述べるように他にも考慮すべきことはたくさんあります。

.