CN100436023C - 等离子切割方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种等离子切割方法及其装置，该装置，具有使产生等离子弧的等离子割炬、向被切割材料(W)的切割开始部(穿孔预定部)喷射浮渣附着防止剂的喷射装置。另外，该喷射装置，在沿等离子弧进行喷射并辅助由该等离子弧对被切割材料(W)进行切割的辅助气体所流通的辅助气体供给配管中，连接供给浮渣附着防止剂的浮渣附着防止剂供给配管。通过在被切割材料的切割开始部上仅以必要量可靠地涂布浮渣附着防止剂，来防止浮渣的附着、堆积，并通过缩短周期来提高生产性，削减设备运行费和工时，并提高可靠性。

Description

等离子切割方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种由等离子割炬产生等离子弧并通过该等离子弧切割被切割材料的等离子切割方法及等离子切割装置，更具体地说是涉及一种可防止在穿孔操作时发生浮渣附着或堆积的情况的等离子切割方法及等离子切割装置。

背景技术

一般来说，在将钢板按各种形状切割的情况下，有从钢板的端部开始切割的方法和穿孔起始法，即，在钢板上规定的位置开设贯通孔并从此贯通孔开始切割的方法。由于利用后者的穿孔起始法可以在钢板面内切割出所需的形状，因此在使用NC的自动切割中，通常主要采用这种穿孔起始法。

以往，在使用等离子切割装置、用上述穿孔起始法对钢板进行切割的情况下，在切割操作之前进行的穿孔操作，即，在通过从等离子割炬产生的等离子弧在切割开始部形成贯通孔的操作期间，会将等离子弧所熔化的金属吹到孔的边缘处并附着在此边缘部分上，进而堆积成浮渣。这些浮渣与开始切割时下移的等离子割炬的前端部分接触会使喷嘴熔损，或者产生双弧而损伤喷嘴，从而很可能使制品的切割品质显著恶化。特别是，在对板厚超过6mm或9mm的钢板进行切割的情况下，更不能忽视由穿孔时产生的浮渣所造成的不良影响。虽然已知作为保护喷嘴不受这种穿孔时产生的浮渣影响的方法，是可在喷嘴的外侧设置保护帽，从喷嘴和保护帽之间喷出辅助气体(二次气体)，但是当板厚超过16mm而变得更厚时，利用这样的方法也无法避免浮渣所造成的不良影响。

作为避免这种由浮渣造成的不良影响的方法，在日本实公平7-26054号公报中提出了如图4所示的等离子切割装置50。该等离子切割装置50，在等离子割炬51的侧方附设有喷射防止浮渣附着的浮渣附着防止剂的喷嘴52。该等离子切割装置50，首先将等离子割炬51移动至钢板W上的切割开始部的上方，然后从附设在等离子割炬51上的喷嘴52向切割开始部喷射浮渣附着防止剂约2秒左右，接着，作为产生等离子弧的准备操作，从等离子割炬51中喷出等离子气体，将等离子割炬51内的残留气体被清除出去，此操作被称作预吹扫，在实施此操作2秒左右以后，从等离子割炬51发出等离子弧并利用穿孔起始法进行切割操作。这样，通过预先在切割开始部形成浮渣附着防止剂的覆盖膜，就可以防止穿孔时产生浮渣的附着堆积。而且，从图中符号53所示的是用于贮存浮渣附着防止剂的贮存罐53。另外，符号54所示的是用于将浮渣附着防止剂从贮存罐53向喷嘴52供给的泵，符号55所示的是向喷嘴52供给用于喷射浮渣附着防止剂的压缩空气体的配管。

这里，作为浮渣附着防止剂使用的是，例如被涂布在用激光切割的被切割材料的背面上、用于防止浮渣的附着、被称作raser nondross的、将碳分散在溶剂中的液剂，或是在电弧焊接中为防止焊接时所产生的飞溅渣附着在周围而在焊接部附近的表面侧涂布的溶剂等。另外，如果溶剂含有油脂，就有防止浮渣附着的作用，因此也可以是机器的润滑油或食用油，而且也可以采用含有树脂的水溶液。

另一方面，作为在先的相关技术，例如有等离子切割装置(参照日本特开平6-262367号公报)，其构成为，在等离子割炬的外部或内部设有用于产生冷却气体和水的混合气体的冷却气体用混合构件，在向钢板的切口表面喷出等离子弧的同时还喷出冷却气体与水的混合气体；还有飞溅渣附着防止方法(参照日本特开2000-246446号公报)，即，在向焊炬内部形成的气体通路中可选择性地供给保护气体和吹扫气体的焊炬中，通过将飞溅渣附着防止液以雾状混合在吹扫气体中，将飞溅渣附着防止液涂布在焊炬的喷嘴内和导电嘴上。

但是，在上述日本实公平7-26054号公报中所公开的等离子切割装置50中，由于从附设于等离子割炬51的侧方的喷嘴52向切割开始部喷射浮渣附着防止剂，所以即使在预吹扫中喷射浮渣附着防止剂，也会在此预吹扫时被喷射的等离子气体所遮挡，无法将浮渣附着防止剂涂布在切割开始部上，因此无法进行如前所述的在预吹扫前实施浮渣附着防止剂的喷射操作。因此，在每次切割开始前都必须保证用于涂布浮渣附着防止剂的时间(2秒左右)，这样就会延长周期而产生降低生产率的问题。另外，鉴于浮渣附着防止剂的喷射位置位于从切割开始部的斜上方位置，因而有可能偏离目标位置，而涂布在钢板W上的浮渣附着防止剂也会在预吹扫中被吹散，所以为了在切割开始部可靠地形成浮渣附着防止剂的覆盖膜，必须喷射相当量的浮渣附着防止剂，因此产生了设备运行费过高的问题。另外，由于像这样以相当量向切割开始部喷射浮渣附着防止剂，所以切割开始部周边的钢板W上表面就被多余的浮渣附着防止剂污染，特别是在使用含油脂的浮渣附着防止剂的情况下，由于通过自然干燥无法被去除，因此必须根据情况在切割终止后抹去多余的浮渣附着防止剂，这样就会产生时间花费过多的问题。另外，由于喷射浮渣附着防止剂的喷嘴52被配设在切割开始部的斜上方位置，因而容易产生穿孔时飞溅的熔融金属(飞溅渣)堵塞喷嘴52的喷射口以及喷嘴52的前端部分发生熔损等问题。

另外，在上述日本特开平6-262367号公报中所公开的等离子切割装置中，在从等离子割炬中喷出的气体和液体的混合气体中，其液体是冷却用水。根据本发明人等的实验，为了防止浮渣的附着，必须用含有油脂或碳的覆盖膜覆盖切割开始部的表面。因此，即使采用上述日本特开平6-262367号公报中的技术，用水覆盖切割开始部的表面，也不能期待有防止浮渣附着的效果。

另外，在上述日本特开2000-246446号公报中所公开的飞溅渣附着防止方法中，在离线(off line)工序中，选择向焊炬内的气体通路内供给吹扫用空气体，并使飞溅渣附着防止剂混合在此吹扫用空气体中，因而无法期望可以缩短周期。而且，此飞溅渣附着防止方法，是防止飞溅渣附着在焊炬的喷嘴内及导电嘴上的方法，与本发明的目的不同。

发明内容

有鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种等离子切割方法及等离子切割装置，可以将仅为需要量的浮渣附着防止剂可靠地涂布在被切割材料上的切割开始部上，并由此防止浮渣的附着、堆积，同时可以通过缩短周期而提高生产性，减少设备运行费及工时数，并提高可靠性。

为达到上述目的，本发明的切割方法是在从等离子割炬产生等离子弧并利用该等离子弧切割被切割材料的等离子切割方法中，其特征是，从上述等离子割炬向上述被切割材料的切割开始部喷射防止浮渣附着的浮渣附着防止剂。

根据本发明，由于从等离子割炬向上述被切割材料的切割开始部喷射浮渣附着防止剂，因此可以将浮渣附着防止剂正确地涂布在切割开始部上，同时，在将浮渣附着防止剂涂布在切割开始部上时，不会被预吹扫时喷出的等离子气体等遮挡。因此，可以获得防止浮渣附着堆积的效果是勿庸置疑的，而且通过在预吹扫的同时喷射浮渣附着防止剂，可以缩短周期，从而提高生产性。另外，在切割开始部上涂布浮渣附着防止剂时，由于仅喷射需要量的该浮渣附着防止剂即可，因此与以往相比，可以减少设备运行费，同时可以省略以往必需的在切割完成后抹去浮渣附着防止剂的操作，从而减少了工时。另外，由于使等离子割炬本身具有向切割开始部喷射浮渣附着防止剂的功能，因此在喷射操作中由穿孔时产生的飞溅渣引起的故障发生率极低，从而使可靠性提高。

根据本发明，在利用上述等离子弧切割被切割材料时，最好停止从上述等离子割炬喷射上述浮渣附着防止剂。这样，由于可以事先防止浮渣附着防止剂对等离子弧产生不良影响，因此可以起到保持良好的切割状态的效果。

然后，本发明的等离子切割装置为在从等离子割炬产生等离子弧并利用该等离子弧切割被切割材料的等离子切割装置中，其特征是，所述等离子割炬，具有向上述被切割材料的切割开始部喷射防止浮渣附着的浮渣附着防止剂的喷射装置。

本发明涉及的是用于更加具体地实现与上述等离子切割方法有关的发明的作用效果的装置。根据本发明，将等离子割炬的位置确定在相对于被切割材料的切割开始部的规定的位置上，然后通过在预吹扫的同时喷射装置的工作，从等离子割炬向切割开始部喷射浮渣附着防止剂。因此，可以发挥与上述等离子切割方法相同的作用效果。

在本发明中，上述喷射装置，最好在沿着从上述等离子割炬发出的等离子弧进行喷射、并且辅助由该等离子弧对被切割材料进行切割的辅助气体所流通的辅助气体流路中，连接供给上述浮渣附着防止剂的浮渣附着防止剂供给流路。另外，上述喷射装置也可以在形成上述等离子弧的等离子气体所流通的流路中，连接供给上述浮渣附着防止剂的浮渣附着防止剂供给流路。在这样构成喷射装置时，从等离子割炬向切割开始部喷射在辅助气体或等离子气体中混入浮渣附着防止剂的混合气体，在预吹扫的同时，将浮渣附着防止剂涂布在切割开始部上，因此可以用简单的结构达到所期的目的，另外，有无论已有设备还是新设备都能够容易采用的优点。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的等离子切割装置的整体立体图。

图2是本实施例中等离子割炬的主要部分的纵剖面图。

图3是说明浮渣附着防止剂的喷射装置的概略系统构成图。

图4是以往技术中浮渣附着防止剂的喷射装置的说明图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明中等离子切割方法和等离子切割装置的具体的实施例进行说明。

图1表示本发明的一个实施例的等离子切割装置的整体立体图。另外，图2表示本实施例中等离子割炬的主要部分的纵剖面图。

在本实施例的等离子切割装置1中，支持作为被切割材料的钢板W的切割定盘(切割架台)2配设在矩形的框架3的内侧空间中，同时，配设有横跨此框架3的门形移动梁4，在此移动梁4上配有滑架5，等离子割炬6被安装在此滑架5上。

上述移动梁4通过X轴马达7的驱动，可以沿配设于框架3的长度方向(X轴方向)的X轴滑轨8在X轴方向移动，上述滑架5通过Y轴马达9的驱动，可以沿配设于移动梁4上的Y轴滑轨10在Y轴方向移动。另外，上述等离子割炬6通过Z轴马达11的驱动，可以相对于滑架5在上下方向(Z轴方向)移动。这样，通过控制各马达7，9，11，等离子割炬6就被移动至钢板W的任意位置，同时被确定在任意高度的位置上，从而对钢板W进行切割加工。而且，在这里虽然省略了对等离子割炬6的详细图示说明，但是，后面提到的电极15通过供给等离子电流的割炬电缆连接在等离子电源装置的一个端子(负极端子)上，该等离子电源装置的另一个端子(正极端子)通过母材电缆连接在钢板W(或切割定盘2)上。另外，通向钢板W的电路，在中途分支并通过电阻、开关连接在喷嘴16上。

上述等离子割炬6是图2所示的近似多重圆筒的形状，并具有配设于中心部的近似圆柱状的电极15、包覆在该电极15外周的近似圆筒状的喷嘴16、配设于该喷嘴16外周的近似圆筒状的第1喷嘴帽17、配设于该喷嘴帽17外周的近似圆筒状的第2喷嘴帽18和配设于该喷嘴帽18外周的近似圆筒状的第3喷嘴帽19。这样，在电极15和喷嘴16之间所划分出的前端部开放空间被作为形成等离子弧A的等离子气体流通的等离子气体通路20(等离子气体流路)，在喷嘴16和第1喷嘴帽17之间所划分出的密闭空间，被作为用于冷却喷嘴16的冷却水流通的冷却水通路21。另外，在第1喷嘴帽17和第2喷嘴帽18之间所划分出的前端部开放空间，被作为沿着等离子弧A喷出的辅助由该等离子弧A对钢板W的切割的辅助气体流通的辅助气体通路(辅助气体流路)22，在第2喷嘴帽18和第3喷嘴帽19之间所划分出的前端部开放空间，被作为保护等离子气体和辅助气体的保护气体流通的保护气体通路(保护气体流路)23。而且，本实施例虽然采用氧气体作为等离子气体，但是也可以用空气体分别作为辅助气体和保护气体。

在形成上述电极15上的等离子弧发生点的前端部上，安装有由可以耐受等离子弧A的高热的高熔点材料制成的耐热电极头24。

另外，在上述喷嘴16的前端部上设有喷嘴压缩孔25，在上述第2喷嘴帽18的前端开口部上安装有保护帽26。另外，在上述等离子气体通路20和辅助气体通路22中分别嵌有一次旋流器28和二次旋流器29。这样，通过等离子气体通路20的等离子气体，通过一次旋流器28形成涡流，形成了该涡流的等离子气体从喷嘴压缩孔25向钢板W喷出。同样，通过辅助气体通路22的辅助气体，通过二次旋流器29形成涡流，形成了该涡流的辅助气体从喷出口27向钢板W喷出。利用这样的二重旋转气流，就可以使钢板W上的切割槽产生变化，调节等离子气体和辅助气体的供给量可获得直角的切割面。

在这样构成的等离子割炬6中，在向等离子气体通路20中供给等离子气体的状态下，在电极15和喷嘴16之间点燃导引电弧后，就使具有被电离的导电性的等离子气体穿过喷嘴压缩孔25向钢板W喷出，在电极15和钢板之间点燃等离子弧A。通过由喷嘴压缩孔25产生的约束性和由等离子气体流产生的热的箍缩效应的有效发挥，该等离子弧A就成为具有高温和高密度能量的等离子弧。通过以这样形成的等离子弧A将钢板W熔化，就可以进行在切割开始部上形成贯通孔的穿孔操作，和利用从由此穿孔操作形成的贯通孔开始切割的穿孔起始法的切割操作。

在本实施例的等离子切割装置1上，装有喷射机构(喷射装置)，其向切割开始部喷射防止穿孔操作时产生的熔化金属(以下称为“浮渣”)的附着和堆积的浮渣附着防止剂。以下将利用图3的概略系统构成图对该喷射机构进行说明。

割炬6中的辅助气体通路22(参照图2)，通过辅助气体供给配管31与等离子气体供给装置33连接，辅助气体供给配管31中插有作为对等离子气体进行供给、阻断的开闭机构的电磁阀32。另外，该辅助气体供给配管31和贮存浮渣附着防止剂的贮存罐38，通过浮渣附着防止剂供给配管35相连接，该浮渣附着防止剂供给配管35从下流一侧按顺序分别插装有作为对浮渣附着防止剂进行供给、阻断的开闭机构的电磁阀36和输送浮渣附着防止剂的泵37。另外，电磁阀32和电磁阀36分别被电连接在与等离子割炬6的Z轴方向运动连动工作的控制装置40上，并从该控制装置40向电磁阀32，36发送规定的控制信号。而且，这些电磁阀32，36和泵37、贮存罐38等的设置位置，可以根据装置主体和其周边状况来进行适当的设定。另外，由辅助气体通路22和辅助气体供给配管31形成的辅助气体流路，相当于本发明中的“辅助气体流路”，由浮渣附着防止剂供给配管35形成的浮渣附着防止剂的供给流路，相当于本发明中的“浮渣附着防止剂供给流路”。

这里，可以作为上述浮渣附着防止剂使用的例子有：将碳分散在溶剂中的液剂，它被涂布在以激光切割的被切割材料的背面上，用于防止浮渣的附着，被称作raser nondross，或者是在电弧焊接中为防止焊接时所产生的飞溅渣附着在周围而在焊接部附近的表面侧涂布的溶剂等。而且，只要是含有油脂的溶剂，就有防止浮渣附着的作用，因此也可以是机械的润滑油或食用油，而且也可以采用含有树脂的水溶液。

这样构成的浮渣附着防止剂的喷射机构的操作如下。从由NC装置(图示省略)、以与预先指定的切割开始位置(穿孔位置)相一致地将等离子割炬6的中心进行移动的中途开始，由控制装置40下达指令，使电磁阀32打开，实施从该等离子割炬6喷出辅助气体的、被称作预吹扫的操作。而且，该预吹扫是用于清除等离子割炬6内残留气体的操作。这样，在等离子割炬6的中心与穿孔位置重合，在将该等离子割炬6设定在规定的高度位置且使之下降的阶段，由控制装置40下达指令，使电磁阀36打开，通过泵37向辅助气体供给配管31供给贮存罐38内的浮渣附着防止剂。于是，流通于辅助气体供给配管31中的辅助气体与浮渣附着防止剂混合，此混合气体通过辅助气体通路22和喷出口27(参照图2)被喷射到钢板W的切割开始部(穿孔预定部)上。经过一定的时间后，由控制装置40下达指令，使电磁阀36关闭，从而停止向辅助气体供给配管31供给浮渣附着防止剂，此后从等离子割炬6只喷出辅助气体。而且，像这样在经过一定时间后停止喷射浮渣附着防止剂，是由于如果在切割时仍继续喷射浮渣附着防止剂，就很可能引起浮渣附着防止剂对等离子弧造成不良影响的问题，因此，是为了事先防止这类问题的发生。

这样，通过在预吹扫的同时从等离子割炬6向钢板W的穿孔预定部喷射浮渣附着防止剂，将浮渣附着防止剂涂布在穿孔预定部后，从等离子割炬6发出等离子弧A，利用穿孔起始法，实施在钢板W的面内切割出由NC装置(图示省略)预先设定的形状的切割操作。而且，与涂布浮渣附着防止剂相关的一系列操作，虽然要每次循环穿孔起始法的操作，但是由于完全在控制装置40的控制下自动地进行，因此除了向控制装置40输入控制程序外，不需要手动操作。

根据本实施例，由于可以向钢板W上的穿孔预定部涂布浮渣附着防止剂，因此可以防止穿孔时发生浮渣的附着和堆积，并由此可以事先防止等离子割炬6前端部的损伤和双弧的发生。另外，由于向穿孔预定部涂布浮渣附着防止剂的操作是与预吹扫同时进行，因此，就可以省略以往在切割开始前每次必需的用于涂布浮渣附着防止剂的时间(2秒左右)，这样就可以缩短周期(以往的全切割作业的10％左右)，从而可以提高生产性。另外，由于浮渣附着防止剂被从等离子割炬6向正下方喷射到穿孔预定部上，因此可以高效率地将浮渣附着防止剂涂布在穿孔预定部上，所喷射的浮渣附着防止剂即使量很少(以往的1/3～1/5左右的量)，也可以获得足够的浮渣附着防止效果。因此，可以大幅度地削减设备运行费，而且，由于不再需要在切割完成后抹去多余的浮渣附着防止剂的工作，因此这样也可以提高生产性。另外，由于使等离子割炬6本身具有向穿孔预定部喷射浮渣附着防止剂的功能，因此可以将由穿孔时产生的飞溅渣对喷射操作带来的故障几率降到极低的水平，从而提高了可靠性。另外，由于伴随着喷射浮渣附着防止剂的操作，在喷嘴16的前端部的外表面上也形成了浮渣附着防止剂的覆盖膜，因此也可以减少飞溅渣在喷嘴16上的附着，从而可以提高喷嘴16的寿命。

而且，在本实施例中，虽然出示了混入浮渣附着防止剂的气体路为辅助气体供给配管31的例子，但是并不限于此例，也可以在向等离子气体通路20中供给等离子气体的等离子气体供给配管或在向保护气体通路23中供给保护气体的保护气体供给配管(均省略了图示)中混入浮渣附着防止剂。

另外，在本实施例中，虽然出示了于在设有X轴，Y轴及Z轴的台型装置的Z轴上搭载了等离子割炬形式的等离子切割装置上应用本发明的例子，但是，于在机器人等的操纵装置上搭载了等离子割炬形式的等离子切割装置上当然也可以应用本发明。

另外，也可以通过对上述控制装置40的控制程序进行更改，将浮渣附着防止剂涂布在穿孔位置以外的所需的部位上。另外，也可以采用使控制装置40和等离子切割装置1的主控制装置一体化的结构。

Claims (4)

1.一种等离子切割方法，在从等离子割炬产生等离子弧并利用该等离子弧切割被切割材料的等离子切割方法中，其特征是，

向从所述等离子割炬沿等离子弧喷射并辅助由该等离子弧对被切割材料进行切割的辅助气体所流通的辅助气体流路或形成所述等离子弧的等离子气体所流通的等离子气体流路中供给防止浮渣附着的浮渣附着防止剂，

从所述等离子割炬向所述被切割材料的切割开始部喷射所述浮渣附着防止剂。

2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征是，在利用所述等离子弧切割被切割材料时，停止从所述等离子割炬喷射所述浮渣附着防止剂。

3.一种等离子切割装置，在从等离子割炬产生等离子弧并利用该等离子弧切割被切割材料的等离子切割装置中，其特征是，

所述等离子割炬，具有向所述被切割材料的切割开始部喷射防止浮渣附着的浮渣附着防止剂的喷射装置，

所述喷射装置，在沿从所述等离子割炬发出的等离子弧进行喷射、并且辅助由该等离子弧对被切割材料进行切割的辅助气体所流通的辅助气体流路中，连接供给所述浮渣附着防止剂的浮渣附着防止剂供给流路。

4.一种等离子切割装置，在从等离子割炬产生等离子弧并利用该等离子弧切割被切割材料的等离子切割装置中，其特征是，

所述等离子割炬，具有向所述被切割材料的切割开始部喷射防止浮渣附着的浮渣附着防止剂的喷射装置，

所述喷射装置，在形成所述等离子弧的等离子气体所流通的流路中，连接供给所述浮渣附着防止剂的浮渣附着防止剂供给流路。

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