プラズマ切断機とは
プラズマ切断機 とは、プラズマ切断を行うための工作機械です。
そもそもプラズマ切断は、アーク放電と呼ばれる現象を利用した切断方法を指します。アーク放電は電流が狭い通路に集中した時に発生する放電現象で、電気エネルギーが熱エネルギーや光エネルギーに変換される放電です。
具体的には、アーク放電によって約2万℃ほどの高温になったアークプラズマによって、材料を溶かして切断するものです。この切断を行う専用機械として、プラズマ切断機が使用されています。
プラズマ切断機では、高温で溶かした切断部分を高圧エアーで吹き飛ばすため、後述するガス切断機では切れないステンレス鋼やアルミ合金も切断できます。さらに、切断速度が早く、ガス切断よりも切断によって生じる材料の歪みを少なくすることも可能です。
プラズマ切断機の使用用途
プラズマ切断機は、プラズマ切断を行う専用機械として、鋼材構造物の製造分野で使用されています。例えば、建築業界、トラックやフォークリフト、ショベルカー (油圧ショベル) などの特殊車両の製造、発電所や港湾クレーンといったプラント施設、鉄道や船舶などの製造です。
プラズマ切断は原理上、ほぼ全ての金属と一部の非金属材料を切断できます。しかし、実際に現在のプラズマ切断機が広く使われるのは、薄板から30mm程度の軟鋼板が一般的です。
プラズマ切断機の原理
プラズマ切断機は、アーク放電という現象を使い、電気を熱に変換した高温ガス (プラズマ) によって切断材を溶融させます。さらに、プラズマガスの噴出力によって溶けた材料を吹き飛ばし、除去することによって切断が行われます。
プラズマ状態とは、物質が加熱されて固体から液体、気体となった状態からさらに5,000 ~7,000℃に加熱することによって気体の分子が電離し、プラスとマイナスのイオンに分離した状態のことです。プラズマ状態において物質はイオン化しているため、電流を通しやすい状態であり、効率的に多くの電流を流すことによって、高温状態を生み出せます。
非常に高温になったプラズマによって材料の切断部分を溶かし、さらにプラズマを勢いよく噴出することによって溶けた材料が吹き飛んで除去されるため、結果的に材料は切断されます。
プラズマ切断機のその他情報
1. プラズマ切断以外の熱切断方法
プラズマ切断以外の熱切断方法として、ガス切断法とレーザー切断法が挙げられます。
ガス切断法
ガス切断法は、最も歴史ある熱切断方法です。ガス切断では酸素と金属の酸化反応を利用しています。切断する材料の加熱はガスによって生まれる火炎を使い、加熱部に酸素ガスが吹き付けられることによって溶融と共に酸化現象を生じさせて切断します。
原理から酸素が届く範囲で切断できるため、厚板の切断に向いている切断方法です。
レーザー切断法
レーザー切断法はガス切断、プラズマ切断の後に生み出された最も新しい熱切断方法です。基本原理は虫眼鏡のようにレンズによってレーザー光を切断する部位に集中し溶融した上で、アシストガスによって溶融物を除去します。切断溝幅が狭く、精密な切断に向いています。
2. プラズマ切断機の注意点
プラズマ切断機で厚さが大きい材料を切断したり、高速切断を行ったりするためには、それに見合う電源設備が必要です。プラズマ切断では発生する有害光線やヒューム (金属の上記が冷却され固体状となったもの) 、粉塵への対策が求められます。
そのため、法規で定められた局所廃棄設備の使用や呼吸用保護具を使用します。プラズマ切断時に発生するアーク光は、目の炎症ややけどの原因になるので、遮光メガネまたは切断用保護面を使用します。
切断に使用するトーチは、大変な高温になり協力なプラズマ気流が発生するため、保護手袋を使用していてもやけどの原因になります。保護具の着用だけにとどまらず、作業者の安全行動を徹底することが大切です。
参考文献
http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0070100100
http://wwwb.pikara.ne.jp/ogawa-giken/uw_cut/uc71.html
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjws/79/2/79_123/_pdf