データ | 株式会社グレープバイン

消耗品はプラズマ切断の中心ですが、消耗品を整理して使用方法を文書化するのは困難であり、消耗品の寿命を予測することは正確な科学ではありません。データリッチな消耗品テクノロジーは、これを変えることを目指しています。

編集者注: 以下は、アトランタで開催された FABTECH 2022 で、Hypertherm Associates のエンジニアリングチームリーダーである Soumya Mitra 氏とマーケティングディレクターの Kristopher Rich 氏によって発表された「プラズマ切断消耗品の最適化の新しいトレンド」に基づいています。

製造業者にとって、ビジネス環境はかつてないほど困難になっています。 2021年だけで鉄鋼価格は215％も上昇した。サプライチェーンの安定性が低下する一方で、顧客の納期に対する期待は高まりました。

一方で、熟練労働者不足は依然として続いています。 2021年、米国溶接協会は熟練した溶接工が40万人以上不足していると報告した。優秀な人材を見つけるのは難しく、採用されてもすぐに辞めてしまうことがよくあります。確かに、労働市場が逼迫しているためにそれは避けられない現実であることもありますが、熟練した人材がやりたくないことに時間を費やしているために起こることもあります。一貫性のないセットアップや、トレーニングを受けていない無関心な同僚によるその他のエラーに対処する。不快な状況は続くので、彼らがより緑の牧草地を探すのも不思議ではありません。

顧客は製造業者に対して厳しい寸法公差を要求し続けています。継続的な溶接機不足に直面している企業は、溶接の自動化、つまり精密な切断を必要とする厳密な取り付けを必要とする技術に目を向けています。

また、製造業者は、バリ取りや研削などの二次作業を過度に使用する余裕はありません。職場環境をより清潔で安全、そして人間工学的にさらにフレンドリーなものにする必要があります。これらすべてに加えて、計画外のダウンタイムをすべて回避したいと考えています。

これらすべてに加えて、特殊なアプリケーションも増加しています。プラズマ切断の機械化市場では、製造業者の約 90% が標準の XY テーブルに取り付けられたトーチを使用して切断しています。しかし、ベベル切断、3D 切断、ガウジング、その他の特殊なプラズマアプリケーションを検討する作業が増えています。これらには、さまざまなアプリケーションのニーズに対応する専用の消耗品が必要であり、これらを効果的に管理する必要があります。

実際、プラズマ切断分野では、ダウンタイムの大部分は単一の原因から生じています。それは、消耗品の管理の問題です。オペレーターが間違って組み立てたり、部品が一致しなかったり、消耗品を耐用年数を超えたりします。しかし、今後数年のうちに、消耗品は切断力の強引な力ではなく、データによってプラズマの切断効率を新たな高みに到達させるのに役立つ可能性があります。

プラズマ切断電源は頭脳かもしれませんが、消耗品は動作の心臓部です。これらは非常に重要ですが、誤用も非常に一般的です。オペレータは、ジョブに対して間違った消耗品を選択する可能性があります。あるいは、消耗部品の「積み重ね」が間違っている可能性もあります。各トーチには 3 ～ 7 個の部品が含まれており、それらの部品が一致していないか、正しく組み立てられていない場合、プラズマ切断がすぐに失敗する可能性があります。

このような問題にはさまざまな原因がありますが、その第一の原因は組織です (図 1 を参照)。消耗品の引き出しの整理が不十分だと、特に作業の準備を急いでいるオペレーターにとっては、あらゆる種類の問題が発生する可能性があります。最悪の場合、プラズマオペレーターステーションには、新品のものもあれば、耐用年数が近づいている、または耐用年数を超えているものもある、ラベルのない消耗部品がバケツいっぱいに詰まっているだけになる可能性があります。在庫は混乱しており、熟練した高給取りの人々は、ゴミ箱を選別し、うまくいきそうなものを選び、最善の結果を期待して時間を無駄にすることになります。

プラズマ切断は、イオン化ガスの混合と旋回を調整し、制御します。そのガスがどのように流れるかによって、基本的にプラズマアークが形成されます。消耗品が正しくない、適合していない、古い、または破損していると、流れが中断され、最適ではない切断部品が生成されます。

図 1. 消耗品の引き出しが適切に整理されていないと、プラズマ切断効率に大打撃を与える可能性があります。

たとえば、スワールリングが間違っているとガスの流れが滞り、貫通が不完全になったり、切断が不十分になって部品が破損したりする可能性があります。間違ったノズルと間違ったボア直径を使用すると、同様の結果が生じる可能性があります。間違ったスワールリングやノズルも、ドロスだけでなく角ばりを引き起こす可能性があります (図 2 を参照)。さまざまなスワールリングは同じように見えるかもしれませんが、穴のサイズと数、配置方法、および組み立て方法が非常に重要です。

各アプリケーションには独自のガス流レシピがあります。 0.25インチをカットする消耗品セットです。プレートは、0.5 インチまたは 1 インチの切断に必要な消耗品セットとは異なります。皿。それらの中には一般的なものもあれば、そうでないものもあります。そのため、オペレーターが 0.25 インチから切り替える必要がある場合は、 1インチまでのジョブ。この仕事では、特定の消耗部品を交換する必要がありますが、他の部品は消耗部品のスタックアップ内の正しい位置に保持しておく必要があります。

この一般的なシナリオを想像してください。オペレーターは特定のジョブを実行するために消耗部品を必要とします。彼は乱雑な引き出しの中を探し回りましたが、必要なものは見つかりませんでしたが、似たようなコンポーネントを見つけました。十分に近づいた、と彼は考え、トーチ内の消耗品の積み重ねをまとめて叩きます。消耗品の交換は非常に困難であるため、一部のオペレーターは消耗品の交換を疫病のように避け、寿命をはるかに超えて消耗品を交換する可能性があります。これらすべてのシナリオでは、過剰な研削やエッジの準備などの再加工が必要となる粗悪なカットが生成されますが、これはまさに最近の製造業者が実際に行う余裕のないものです。

もちろん、消耗品の編成が難しいのには理由があります。多くのプレート切断作業には膨大な数の消耗部品があり、使用する部品が増えるほど、整理整頓が難しくなります。さらに、ジョブの品質要件はさまざまであり、それによって消耗品の選択も異なります。精密な切断作業では新しい消耗品が必要になる場合がありますが、要件が緩い作業では古い消耗品の寿命をもう少し絞り出すことができる場合があります。そのため、消耗品ドロワーには新しい消耗品と古い消耗品が混在する可能性があります。古い部品はすぐに廃棄する必要があるかもしれませんし、おそらくずっと前に廃棄すべきだった部品もあるでしょう。

これらすべてにより、切断品質がその環境でのオペレーターの経験に依存するというシナリオが生まれます。経験豊富なオペレーター (多くの場合、最初のシフトにいます) は、どの消耗部品がいつ正常に機能するかを知っています。彼はノズルやシールドを「読み取り」、それが寿命に近づいているかどうかを知る方法を知っているかもしれません。彼は引き出しをあさるのに数分かかるかもしれませんが、同じ引き出しを何年もあさっているので、自分のやり方を知っています。ただし、2 番目または 3 番目のシフトに早送りすると、シナリオが変わります。新しいオペレーターは、一生懸命調べて最善を尽くしますが、消耗品が一致しなかったり、まったく間違った消耗品を選択したりする可能性があります。

さらに悪いことに、消耗品の問題は、切断品質の問題の根本原因の 1 つにすぎない可能性があります。たとえば、部品に過度のドロスがある場合、アンペア数が正しくない (200 アンペアで切断すべきところを 130 アンペアで切断している場合など) ことが要因である可能性があります。また、プラズマ切断はイオン化ガスの反応 (たとえば、炭素鋼内の鉄と酸素が反応する) に依存するため、ガスの選択も重要です。全体として、プラズマ切断には無数の変数の相互作用が含まれており、それらの変数の一貫性と再現性が高いほど優れています。

基本的な最初のステップとして、ショップは消耗品を整理し、選択プロセスを標準化して文書化します (図 3 を参照)。また、消耗品を検査し、確認した内容を文書化するようにオペレーターを訓練することもできます。

ノズルと電極は他のコンポーネントよりも早く摩耗するため、頻繁に交換する必要があります。そのため、オペレーターは通常、シールドやスワールリングなどの他のコンポーネントを検査し、状態が適切であれば交換します。理想的には、ベストプラクティスと消耗品の使用状況を文書化する必要があります。

次のステップとして、一部の事業では消耗部品の収集を廃止し、すべてをカートリッジベースの消耗部品システムに置き換えることを選択しています。各カートリッジは、従来のプラズマトーチに組み込まれるさまざまな部品や部品で構成されています (図 4 および 5 を参照)。オペレータは、新しいアンペア数に変更する必要がある場合、消耗品であるトーチを、そのアンペア数に対応するように設計されたカートリッジと交換します。工場で調整されたカートリッジ内のコンポーネントは、同様の速度で摩耗するように設計されています。カートリッジを使用することで、新旧の消耗部品が混在せずに作業ができるため、切断品質が向上します。

いずれにせよ、店舗が使用する消耗品が従来型であろうとカートリッジベースであろうと、消耗品の検査、整理、交換に関する手順が必要です。これらの手順は、オペレーターのトレーニングと生産スケジュールのベースラインとして機能します。複数のシフトにまたがる全員がプラズマ切断の基本、どの消耗品が何に適しているか、摩耗したコンポーネントの交換時期がいつなのかを知っていれば、プラズマ切断における計画外のダウンタイムは確実に減少します。

図 2. ドロスと一貫性のないドラッグラインのある切断面からは、スワールリングなどの摩耗または不一致の消耗品に関連したガス流の問題が明らかになります。

しかし、業界をさらに改善するには、ある種の技術的な障害にぶつかります。その理由を理解するには、従来の XY テーブルでのプラズマ切断に関する 2 つのシナリオを考えてみましょう。最初のシナリオでは、オペレーターは消耗品から最後の寿命を絞り出すことを目指すかもしれません。結局のところ、オペレーターは問題が発生したときにそれを観察し、調整して補うことができます。

逆に、高度に自動化されたプラズマ切断操作では、消耗部品が寿命に達するかなり前に、消耗部品を頻繁に交換する可能性があります。エラーや廃棄のコストは高くつくため、同社は余分な消耗品のコストを効果的に賄うことを決定しました。

どちらの戦略も機能しますが、不正確でもあります。オペレーターが一部の消耗部品の寿命を延ばし、切断面が悪くなる可能性があります。さらに悪いことに、品質の悪いエッジとその後の過剰な研削が、より良い方法があるかもしれないと誰も考えずに、操作に「焼き付けられる」可能性があります。逆に、トーチコンポーネントを交換する頻度が高すぎると、消耗品に多くの費用がかかり、必要以上に多くの交換が行われることがよくあります。

オペレーターは与えられた技術を駆使して最善を尽くします。結局のところ、トーチ自体からリアルタイムの情報は得られません。経験豊富なオペレーターはアークを観察し、プラズマの甲高い笛の音を聞いてその状態を判断し、コントローラーの動作を監視します。ホイッスルのピッチが変化すると、ノズルの穴が侵食されていると推測する場合があります。もちろん、システムを停止して消耗品を検査するまではわかりません。最悪なことに、これらはすべて反応的なものです。問題はすでに発生しています。

しかし、それは変わり始めています。最新のプラズマ切断の進歩の中には、トーチの消耗品カートリッジにセンサーが直接埋め込まれているものもあります。現在、この技術は軽工業市場で主にさまざまな用途向けの切断システムをセットアップするために使用されています。この分野では、手作業による切断、機械による切断、さらにはガウジング用に設計された消耗品が必要となる場合があります。カートリッジは用途に基づいて色分けされており (図 6 を参照)、オペレーターが正しい選択をできるようにしています。カートリッジには、システム制御と直接通信できるチップセットが搭載されています。これは、プラズマシステムが消耗品カートリッジに基づいて効果的にセットアップされることを意味します。

消耗品内のチップは、実行するすべてのジョブに関するデータも記録します。カートリッジ内の情報はアプリを介してスマートフォンで読み取ることができます。そのため、オペレーターや技術者がカートリッジのデータをスキャンすると、その消耗品がいつ、どこで、どのように使用されたかを確認できます。システム設定情報の圧力や現在の設定などの詳細を確認できます。消耗品がどのプラズマシステムに接続されていたか。使用情報。実行されたカット数と転送時間。そして、何回のトランスファーアークが開始され、ワークピースと接触したか。このデータは、システムがパイロットモードに入る頻度も明らかにします。パイロットモードでは、ワークピースの表面に移動する前に消耗品内でプラズマがアーク放電します。「パイロット」が多く発生するほど、消耗品の寿命は短くなる可能性があります。

アット・ザ・トーチ・チップ・テクノロジーにより、エラー防止機能が強化されます (冗談です)。消耗品カートリッジとプラズマシステムコントロールが通信するとき、それらは同じページにあります。プラズマシステムの設定と消耗品の間に不一致がある場合、システムはオペレーターに警告を発し、オペレーターはその後の処理方法を決定できます。

チップが埋め込まれた消耗品カートリッジは、エラーコードやその他の動作パラメータを記録できるため、トラブルシューティングにも役立ちます。一部の消耗品は 3 時間持続し、他の消耗品は 6 時間持続する切断用途を考えてみましょう。オペレーターはスマートフォンを介して両方の消耗品のカートリッジをスキャンし、それぞれの履歴を取得します。このデータを、プロセスで取得される可能性のある他の運用データと比較することにより、同社は寿命が短い消耗品の方が空気流量の設定が低いことを発見しました。そこで、空気の流れを調整し、問題を解決しました。

このような状況では、データはトレーニングのギャップを正確に特定するのに役立ちます。カートリッジチップデータを特定のオペレーターに結び付けることができます。 1 人のオペレータの消耗品が早期に故障した場合、オペレータはそれを利用して問題を特定し、全シフトを通じて会社全体にプラズマ切断のベストプラクティスを広めます。

データを相関付けることは、業務間およびシフト間の不一致の原因を明らかにするのにも役立ちます。たとえば、ショップでは、第 2 シフトまたは第 3 シフトのプラズマ切断システムが第 1 シフトのシステムよりも高いガス圧力で動作していることがよくあります。なぜ？ 2 番目と 3 番目のシフトで稼働しているシステムは少なくなります。複数の機械にサービスを提供する同じコンプレッサーでは、最初のシフトで必要な流量に追いつくことができず、結果として低圧 (および次善の) 状態が発生します。多くの場合、そのような変動は隠されたままであり、オペレーターは適応するために最善を尽くすだけです。データがあれば、プラズマ操作によりすべてのシフトを通じてガスの流れを一貫させ、切断の再現性を高め、全体的な品質を向上させることができます。

図 3. 整理整頓された消耗品引き出しには、種類、用途、および残りの寿命ごとに消耗品がグループ化されています。新しい消耗品が、寿命が近づいている使用済みの消耗品の隣にランダムにドロップされることはありません。

データは、ショップがより適切な決定を下すのに役立ちます。将来のプレート製造業者にとって、データが豊富なプラズマシステムは、キュー内で精密な切断ジョブを確認し、現在の消耗品では切断品質の要件を満たしていない可能性が高いことを担当者に知らせるためにフラグを立てることができます。

その情報を使用して、オペレーターはジョブをカットする前に消耗品を交換します。あるいは、角度やその他のカット変数がそれほど重要ではない巣に取り組むために、現在の消耗品を使用してジョブの順序を変更することもできます。それが完了したら、消耗品を交換して精密な切断作業を開始できます。このようなデータは、企業が部品をネストする方法、ジョブのスケジュールを設定する方法、さらには仕事の見積りを行う方法にさえ影響を与える可能性があります。

これはすべて、現在の状態ではなく、将来の可能性を表すことに注意してください。確かに、データが豊富なプラズマ切断は初期段階にありますが、その可能性は否定できません。データ収集が急増し、データセットが増大すると、プラズマ切断全体がさらにインテリジェントになります。理想的には、消耗品の入ったバケツをふるいにかけたり、スワールリングやノズルを掴んだり、トーチに必死に組み立てたり、システムを起動したりするイライラするオペレーターが不要になります。、そして最善を祈るだけです。