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プラズマ切断サービスの利点と欠点とは?

目次
プラズマ切断の利点
切断速度
切断品質
切断可能な厚み
低コストプロセス
切断の多用途性
限定された熱影響域
携帯性と構造
プラズマ切断の欠点
高反射金属の制限
薄物切断の制限
表面コーティングの除去
切断公差の能力
厚物材料での切断速度の低下
切断テーパー
固定要件
切断経路の逸脱
ノズルと電極の交換
騒音
煙と粉塵の発生
高アンペア電力要求

プラズマ切断プロセスは板金加工プロセスの一つです。産業用製造や加工において、最も人気があり広く使用されている熱切断方法の一つとなっています。すべての導電性金属を精密かつ高速で切断できるため、多くの用途に適した汎用性の高い選択肢となっています。しかし、どのプロセスにも利点と制限があります。

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プラズマ切断の利点

切断速度

プラズマ切断プロセスの最も大きな利点の一つは非常に高い切断速度です。プラズマシステムは、厚さ1/4インチ未満の薄板金属で、毎分100インチ以上の直線切断が可能です。これは、酸素燃料切断やレーザー切断などのプロセスに比べて約2〜3倍の速度です。高い速度は、プラズマジェットが幅わずか1/16インチから1/8インチの非常に狭い切断幅を溶かすために実現されます。

プラズマは厚い鋼板でも他の方法より速い切断速度を維持します。高電流のプラズマ切断機では、厚さ1インチの軟鋼を毎分30〜40インチの速度で切断できます。この生産性により、大量生産の製造工場や厚い材料の切断にプラズマは最適です。

切断品質

プラズマ切断は、二次加工をほとんど必要としない滑らかな表面を持つ、完璧で正確な切断面を生成します。プラズマアークから生じる熱影響域が小さく酸化も少ないため、角が立ち密度の高い切断面が得られ、溶けかすの付着も最小限に抑えられます。これは他の熱切断方法に比べて優れた利点です。

トーチのノズルを通して押し出される収束したプラズマアークの柱が優れた切断品質を実現します。熱を強力なジェットに集中させて金属をきれいに溶かします。最小限の後処理で高精度の切断部品や形状が可能です。

切断可能な厚み

プラズマ切断サービスは、酸素燃料以外の方法では真似できない厚い金属の切断能力を提供します。80〜200アンペアの高電流プラズマ切断機は、1パスで厚さ1/4インチから2インチの軟鋼を確実に切断できます。複数パスやエッジベベル処理により、6インチ以上の厚みも達成可能です。

集中したプラズマアークは、熱を厚い材料に浸透させ、確実で完全な切断を可能にします。レーザーやウォータージェット切断のような材料厚さの制限を気にする必要はありません。

低コストプロセス

プラズマ切断の総運用コストは、他の切断方法と比較して比較的手頃です。主な消耗品は圧縮空気または窒素ガスであり、電極やノズルなどのトーチ部品の定期的な交換も必要です。しかし、レーザーのガス消費量やウォータージェットの研磨材コストよりもかなり低い費用です。

プラズマシステムの設備費用も産業用切断機械の中で低い方です。高出力の自動プラズマテーブルでさえ、同等の切断能力を持つレーザーやウォータージェットよりも価格が抑えられています。この技術のコスト効率性により、多くの製造工場で導入可能です。

切断の多用途性

プラズマ切断機は、軟鋼やステンレス鋼からアルミニウム、真鍮、銅合金まで、すべての電気伝導性金属を切断できます。塗装された金属や錆びた金属、表面に汚染物質があるものでも効果的に切断可能です。この多用途性は、多種多様な製造や修理用途をサポートします。

プラズマアークは狭い柱に集中しているため、小さく複雑なパターンの切断や穴あけ、金属の彫刻作業も可能です。詳細な輪郭や厳しい公差仕様を持つ精密部品の製作が実現します。

限定された熱影響域

プラズマジェットは、材料表面の狭い範囲に熱を集中させます。これにより切断線の両側に熱影響域が非常に小さくなります。集中したプラズマ柱は、酸素燃料切断や研磨切断で見られるような歪みや金属の劣化を最小限に抑えます。

部品の熱損傷や変形が少なくなり、後加工や研削の必要性が減ります。切断ゾーン付近での溶接も容易で、切断線の外側の材料特性は変わらないため、材料と労力の無駄を減らします。

携帯性と構造

レーザーやウォータージェット切断機と比べて、プラズマシステムは軽量かつコンパクトです。手持ちのトーチは、オペレーターがワークピースにカッターを持っていくことを可能にし、逆ではありません。現場作業に柔軟性があり、狭い場所や屋外切断にも適しています。

消耗品のトーチ部品と堅牢なプラズマ切断機の設計により、建設現場や重切断作業にも適しています。これらは、他の精密切断ツールと比較して、汚れや振動、天候の影響、粗雑な扱いに耐えることができます。

プラズマ切断の欠点

高反射金属の制限

プラズマアークは材料の電気伝導性に依存して切断を行います。しかし、アルミニウム、真鍮、銅のような金属は表面の反射率が高いため、プラズマアークとワークピースの良好な接触を維持するのが難しくなります。アークが「跳ね返る」傾向があり、材料に浸透しません。これにより切断が不安定になることがあります。

これらの金属向けに特別なプラズマ切断手順が開発されていますが、通常は切断速度が遅くなります。結果は軟鋼の切断の容易さと同等である必要があります。アルミニウムや銅合金では、最高の性能を得るためにレーザー切断が推奨されます。

薄物切断の制限

プラズマは厚物の切断が可能ですが、1/8インチ未満の薄く脆い金属の切断には制限があります。高いプラズマガス圧とアークの力で薄い材料が吹き飛ばされてしまいます。薄物材料の精密切断も難しくなります。

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レーザーやウォータージェット切断などの代替プロセスは薄物板金に適しています。最良の結果を得るためにプラズマ切断は1/8インチ以上の厚みで制限すべきです。

表面コーティングの除去

プラズマ切断を開始する前に、切断予定の領域から塗料、粉体塗装、エポキシ、その他の表面仕上げを除去する必要があります。これらのコーティングはプラズマアークとの良好な電気接触を遮断します。切断経路に沿って6〜8インチの幅の素地を露出させる必要があります。

表面コーティングは切断溝に汚染をもたらし、切断品質を低下させます。二次的な清掃作業により、裸の金属切断に比べて時間とコストが増加します。

切断公差の能力

プラズマ切断は多くの用途で正確ですが、レーザーやウォータージェット切断の公差能力には及びません。これらのプロセスはより狭い切断幅と一貫した切断形状を提供します。プラズマは通常、材料の厚さに応じて±0.005インチから±0.020インチの公差を維持します。

±0.005インチ以内の厳しい公差と最小限の熱影響域が必要な極めて精密な部品には、プラズマは理想的な選択肢ではありません。わずかに目立つ切断溝のテーパーと熱影響が、公差の厳密な維持を制限します。

厚物材料での切断速度の低下

前述のように、プラズマ切断は薄板金属で非常に高速を達成します。しかし、厚さ1インチを超える鋼板を切断する場合、切断速度は厚みや電流により大幅に低下し、毎分10〜30インチとなります。

これらの厚物金属の切断速度は他の方法より速いですが、厚板鋼を使用する重加工作業ではプラズマの生産性が低下することを意味します。これは厚さの大きい材料を扱う工場にとって制限となる可能性があります。

切断テーパー

すべての熱切断プロセスでは切断溝にある程度のテーパーが発生し、入口側の幅が出口側よりわずかに狭くなります。これは切断が深くなるにつれて材料の壁が押し寄せるためです。プラズマ切断のテーパーは通常1〜3度です。

多くの用途では大きな欠点ではありませんが、切断テーパーは上部から下部までの寸法変動を引き起こします。精密切断にはプログラムされた寸法の補正が必要になる場合があります。テーパーは厚い材料ほど顕著です。

固定要件

ワークピースはプラズマ切断の高速と品質を最大化するためにしっかりと固定する必要があります。切断中の振動やワークピースの動きは寸法誤差や切断ラインの丸みを引き起こします。バックプレートの取り外しも難しくなります。

適切な固定には追加のセットアップ時間とコストがかかります。金属を浸して支えるウォーターテーブルシステムが理想的ですが、多額の投資が必要です。ハンドヘルドの酸素燃料切断など他の切断方法では固定はあまり重要ではありません。

切断経路の逸脱

テーパー効果と同様に、プラズマ切断は切断が材料に深く入るにつれてアークの揺らぎや経路の逸脱を引き起こすことがあります。これにより出口の切断位置が切断幅よりもずれてしまうことがあります。精密な切断には正確な切断経路の維持が必要です。

プラズマアークの不安定さやワークピースの振動は材料の全厚を通じて増幅されます。自動CNC制御はこの逸脱の多くを補正しますが、切断精度に影響を及ぼすことがあります。

ノズルと電極の交換

トーチのノズルと内部電極は消耗品で、使用中に摩耗します。熱いプラズマジェットがノズルの穴を通過することで時間とともに劣化します。電極もプラズマを発生させるアークによって徐々に消耗します。

これらの部品は、一定のアーク開始回数と切断時間後に交換する必要があります。使用頻度の高い機械ではノズルを毎日交換することもあります。これはプラズマの運用コストに大きく影響します。

騒音

プラズマ切断アークは切断エリア近くで平均85〜95デシベルの高騒音レベルを発生させます。これは長時間曝露に対するOSHAの85dB制限を超えています。プラズマシステムのオペレーターおよび近くの人には適切な耳および聴覚保護が必須です。

騒音レベルによる聴覚保護装置の必要性と労働者の安全リスクを考慮する必要があります。また、多くの作業が同時に行われる工場では騒音が注意散漫の原因にもなります。

煙と粉塵の発生

プラズマ切断アークは金属と反応して基材を蒸発させ、空気を加熱し、酸化物層を生成します。これにより大量の粉塵と煙が発生し、排気換気システムで捕集およびろ過する必要があります。粉塵にはクロム、ニッケル、マンガンなどの有害金属が含まれており、健康リスクを引き起こします。

工業用煙抽出装置の設置、適切なエンクロージャーフードの設計、およびろ過システムの購入は高コストです。不十分な煙の捕集は作業環境内に粉塵を広げてしまいます。プラズマ使用時には適切な換気計画が必須です。

高アンペア電力要求

プラズマ切断には、ハンドヘルドトーチで約30アンペア、CNC切断テーブルで最大300アンペアという非常に高いアンペアを供給できる電源が必要です。この持続 的な電力需要には、強力な電気供給、アップグレードされた工場配線、特別な高アンペアプラグ、およびサージ保護が必要です。

プラズマシステムを導入する施設にとって必要な電気インフラの整備はコスト要因となります。幸いにも電源は入力の交流を内部で直流に変換するため、三相入力は必要ありません。しかし、配線のアンペア容量は確保しなければなりません。

プラズマ切断は、他の金属切断方法にはない優れた切断品質と高速を提供します。これはコスト効果が高く、多用途な製造プロセスです。ただし、非常に反射率の高い金属、精密な公差、騒音、煙に関する制限を考慮する必要があります。多くの工場にとって、生産性の利点はプラズマ切断機の欠点を上回ります。

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