[发明专利]等离子切割方法及实施该方法的割炬

说明书

所述方法包括以下步骤：提供等离子割炬，所述等离子割炬包括电极(3)、第一装置(11、12、13)、第二喷嘴(5)和供气装置(14、15、16)，所述电极设置在第一喷嘴(4)内，所述第一喷嘴具有面向所述电极(3)的末端的第一出口部分(9)，所述第一装置用于向所述第一喷嘴(4)供应气体，所述第二喷嘴同心地围绕所述第一喷嘴(4)布置并具有第二出口部分(10)，所述第二出口部分基本面向所述第一出口部分(9)，所述供气装置位于所述第一喷嘴(4)和所述第二喷嘴(5)之间，向所述电极供应电流，并向所述第一喷嘴(4)和所述第二喷嘴(5)供应气体，以便与引入所述第一喷嘴(4)的气体形成等离子体，控制所述第一喷嘴(4)的所述出口处的所述第二喷嘴(5)中的等离子流(1)周围的环境压力(P2)，以便至少高于大气压并低于所述第一出口部分(9)中的压力(Pj)。

技术领域

本发明涉及等离子切割方法及用于实施该方法的割炬。

背景技术

等离子切割原理已知了解了约六十年了，并已作为多项专利申请的主题。该原理用于切割或多或少的厚型片材。使电流在电极和待切割片材之间循环以形成电弧等离子体。喷嘴将该等离子体聚集，通过焦耳效应将其加热到很高的温度。该喷嘴具有引导该等离子束的出口孔。该等离子束通过该喷嘴的孔口进一步得到高速喷射。由于受到高温，该片材局部熔化，且供气压力产生从喷嘴流出的等离子束，其速度使得可将熔融金属喷出该片材下方。按此方式，待切割件产生了细缝。

一种用于实施该切割原理的装置称为割炬，特别是等离子割炬。该割炬包括电极、喷嘴和用于该喷嘴的供气系统。

为了获得适于切割的等离子束，当然必须注意电弧和供气的特性。如电极与切割板之间的距离、在电极和切割板之间循环的电流、气压等参数应保持在给定范围内。

根据执行的切割的细度、笔直度和切割速度评估等离子割炬的性能。本领域技术人员旨在在待切割片材上获得更细、更有能量的等离子束。喷嘴中的电场可很好地指示等离子束的能量强度。其与等离子体中循环的电流密度成比例。可轻易通过将电弧电压除以电极端部与待切割片材之间的距离来预估平均电场。

为了增加等离子割炬的性能，文件GB1025678提出了使用直径小于一毫米的气体通路或喷嘴来获得精细且超音速的等离子束，从而在工件的切割区域具有受热限制的受干扰区域。在阴极和气体通路入口之间的放电室中，以30至100个大气压(约3至10x 10⁶Pa)的压力下形成少量等离子体。

然而，喷嘴中随着超音速气体速度的增加而导致的压力的增加在喷嘴出口处的等离子束中产生电击结构。为了解决这些问题，然后需要将从喷嘴处切割的待切割件移动，以避免电击结构与熔融金属之间的相互作用。因此，通过喷嘴的出口和片材之间的热扩散，即通过等离子束不再被喷嘴集中的区域，片材上可用的功率密度得到大大降低。

目前，市场上大多数等离子切割设备的工作气压为10bar或更低(约106Pa)，最大电弧电压为150V，电极与待切割件之间的距离大于10mm，对应于15kV/m的最大电场。

还已知提供了一种具有第二喷嘴的等离子割炬，该第二喷嘴放置在第一喷嘴的下游(或四周)，以便在等离子束的四周形成保护气体层。然后通常向该第二喷嘴供应惰性气体或空气。文件EP2384097说明了此类喷嘴，该喷嘴在此优化成用于进行等离子体喷嘴的上游冷却，该等离子体喷嘴设有开口，该开口形成等离子束流过的喷嘴。因此，该文件中说明的等离子割炬具有以下优点：等离子体气流得到电离、喷嘴得到冷却以及保护喷嘴、防止了在使用割炬期间特别是在穿刺阶段可能发生熔融金属突起。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种等离子割炬，以能够既获得了等离子体的能量增强，又保持了割炬(喷嘴)内直至待切割件的功率密度。

因此，本发明旨在当喷嘴中的供应压力增加时获得了精细的等离子束，同时避免加剧电击结构。