プラズマアーク加工とは - 部品と加工

プラズマとは?

プラズマは物質の 4 つの基本的な状態の 1 つで、1920 年代に Irving Langmuir によって最初に体系的に研究されました。これは、1 つまたは複数の軌道電子が取り除かれた (または、まれに余分な電子が付着している) イオン原子または分子のガスと、自由電子で構成されます。

暗黒物質とさらにとらえどころのない暗黒エネルギーを除いて、プラズマは宇宙で最も豊富な通常の物質です。プラズマは主に私たちの太陽を含む星に関連付けられており、希薄な文化内媒体、そしておそらく銀河間領域にまで広がっています.

プラズマは、中性ガスを加熱するか、強力な電磁場にさらすことによって人工的に生成できます。自由荷電粒子の存在により、個々の粒子のダイナミクスと巨視的なプラズマ運動が集合電磁場によって支配され、外部から印加された場に非常に敏感になることで、プラズマは導電性になります。

電磁界に対するプラズマの応答は、プラズマ テレビやプラズマ エッチングなど、多くの最新の技術デバイスで使用されています。

プラズマ アーク加工とは?

プラズマアーク加工は、ワークピースから材料を除去するために使用されます。このプロセスでは、高温ガスの高速ジェットを使用して、ワークピースから材料を溶かして除去します。この高速の高温ガスは、プラズマ ジェットとしても知られています。

ガスや空気を 5000 °C 以上に加熱すると、陽イオン、陰イオン、中性イオンに電離し始めます。ガスまたは空気がイオン化されると、その温度は 11000 °C から 28000 °C に達し、このイオン化されたガスはプラズマと呼ばれます。

ガスまたは空気をアークで加熱し、加熱ガスによって生成されたプラズマを使用してワークピースから材料を除去します。したがって、プロセス全体がプラズマ アーク加工と呼ばれます。

このプロセスでは、高速の高温空気を使用して、ワークピースを溶かして材料を除去します。

プラズマ アーク加工で使用されるガスは、ワークピースとして使用される金属に応じて選択されます。

プラズマ アーク加工は、合金鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅、および鋳鉄の切断に使用されます。

プラズマアーク加工の働き

基本原理は、電極とワークピースの間に形成されるアークが、細孔の銅製ノズルによって収縮されることです。これにより、ノズルから放出されるプラズマの温度と速度が増加します。

プラズマの温度は 20,000°C を超え、速度は音速に近づくことがあります。切断に使用すると、プラズマ ガス流が増加するため、深く浸透するプラズマ ジェットが材料を切断し、溶融した材料が流出プラズマで除去されます。

プラズマアーク加工は、プラズマガンで構成されています。プラズマガンには、チャンバー内にタングステンで構成された電極があります。ここで、このタングステン電極は直流電源のマイナス端子に接続されています。したがって、タングステンは陰極として機能します。

DC電源のプラス端子がノズルに接続されている間。したがって、プラズマガンのノズルは陽極として機能します。

システムに電源を供給すると、陰極タングステン電極と陽極ノズルの間に電気アークが発生します。ガスがプラズマと接触すると、ガスの原子と電気アークの電子が衝突し、その結果、イオン化されたガスが得られます。

つまり、プラズマ アーク加工に必要なプラズマ状態が得られるということです。ここで、このプラズマが高速でワークピースに向けられ、加工プロセスが開始されます。注意すべきことの 1 つは、プラズマ状態を得るために高い電位差が適用されることです。

プロセス全体で、高温条件が必要です。高温のガスがノズルから出てくるため、過熱する可能性があります。この過熱を防ぐために、ウォータージャケットが使用されています。

プラズマ アーク加工のコンポーネント

1.プラズマガン

プラズマの生成には、窒素、水素、アルゴン、またはこれらの混合ガスなどのさまざまなガスが使用されます。このプラズマガンには、タングステン電極を備えたチャンバーがあります。このタングステン電極はマイナス端子に接続され、プラズマガンのノズルは直流電源のプラス端子に接続されています。必要な混合ガスがガンに供給されます。陽極と陰極の間に強いアークが発生します。

その後、アークの電子とガスの分子が衝突し、この衝突によりガス分子が電離して熱が発生します。

2.電源

DC電源は、プラズマガン内の2つの端子を開発するために使用されます。生成されるアークが強く、ガス混合物をイオン化してプラズマに変換できるように、陰極と陽極の間に大きな電位差が適用されます。

3.冷却メカニズム

高温のガスがノズルから連続的に排出されるとプラズマガンに熱が発生するため、冷却機構がプラズマガンに追加されます。

ノズルの冷却にはウォータージャケットを採用。ノズルはウォーター ジェットに囲まれています。

4.ワーク

このプラズマアーク加工を使用して、さまざまな材料を加工できます。このプロセスを使用して、アルミニウム、マグネシウム、炭素、ステンレス鋼、合金鋼などのさまざまな金属を加工できます。

プラズマ アーク加工の応用

• 合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、銅、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅とニッケルの合金などの切断に使用されます。
• プロファイル カットに使用されます。
• 難削材の旋削とフライス加工に使用されています。
• スタックカット、シェイプカット、ピアシング、水中カットに使用できます。
• さまざまな金属、プラスチック、セラミックへの耐火材料の均一な薄膜溶射も、プラズマ アークによって行われます。

プラズマ アーク加工の利点

• あらゆる金属の切断に使用できます。
• 切断率が高い
• 通常の火炎切断プロセスと比較して、普通の炭素鋼を 4 倍の速さで切断できます。
• 非常に難しい材料の粗旋削に使用されます。
• 切削速度が速いため、板金の変形が減少し、切削幅が最小限に抑えられ、表面品質が高くなります。

プラズマ アーク加工の欠点

• テーパー面を生成します。
• 騒音対策が必要です。
• 設備費が高い
• オペレータおよび近くで作業する人には、目の保護が必要です。
• 酸化とスケール形成が起こります。したがって、シールドが必要です。
• 作業面は冶金学的に変化する可能性があります。