CN109804716B - 等离子体焰炬 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子体焰炬，特别是涉及一种等离子体切割焰炬，其中，至少一种二级介质由至少一条进料线通过所述等离子体焰炬的壳体引导至喷嘴保护盖开口和/或引导至设置在喷嘴保护盖中的其它开口。在所述至少一条进料线中，用于开启和关闭所述进料线的至少一个阀直接设置在所述等离子体焰炬的所述壳体内。

Description

等离子体焰炬

技术领域

本发明涉及一种等离子体焰炬，特别是涉及一种等离子体切割焰炬。

背景技术

等离子体是由正离子和负离子、电子、以及激发的中性原子和分子组成的被高温加热的导电气体。各种各样的气体(例如单原子氩气和/或双原子气体氢、氮气、氧气或空气)被用作等离子气体。由于电弧的能量，这些气体离子化并离解。于是通过喷嘴限制的电弧被称为等离子体射流。借助喷嘴和电极的设计可以极大地影响等离子体射流的参数。等离子体射流的这些参数例如为射流直径、温度、能量密度和气体的流速。

在等离子体切割中，通常通过喷嘴限制等离子体，该喷嘴可以是气冷或水冷的。由此可以实现高达2×10⁶W/cm²的能量密度。等离子体射流内产生高达30000℃的温度，这结合气体的高流速产生非常高的对材料的切割速度。

等离子体焰炬通常包括等离子体焰炬头和等离子体焰炬柄。电极和喷嘴紧固在等离子体焰炬头内。等离子气体在它们之间流动并通过喷嘴孔流出。等离子气体通常通过气体引导件被引导，该气体引导件固定在电极与喷嘴之间并可以使得该气体引导件旋转。

现代的等离子体焰炬还具有用于二级介质(要么气体要么液体)的进料线。然后喷嘴被喷嘴保护盖包围。特别是在液冷等离子体焰炬的情况下，例如在DE 10 2004 049 445A1中描述的，通过喷嘴盖固定喷嘴。然后冷却介质在喷嘴盖和喷嘴之间流动。然后，二级介质在喷嘴(或喷嘴盖)与喷嘴保护盖之间流动，并从喷嘴保护盖的孔流出。所述二级介质影响由电弧和等离子气体形成的等离子体射流。所述二级介质可以被设置为通过布置在喷嘴(或喷嘴盖)和喷嘴保护盖之间的气体引导件旋转。

特别是通过等离子体射流的(进入待切割工件的材料的)进入切割过程中，喷嘴保护盖保护喷嘴和喷嘴盖免受工件的热量或喷出的熔融金属的影响。此外，在切割过程中，所述喷嘴保护盖在等离子体射流的周围产生限定的气氛。

例如，在等离子切割合金钢的过程中，通常使用氮气作为二级气体，以防止存在于环境空气中的氧气与热切割边缘接触并氧化。此外，氮气具有降低熔体表面张力的作用，并且因此氮气更有效地从切缝中排出。形成无毛刺的切口。

同样，使用氧气作为用于切割结构钢的等离子气体，可以借助二级气体的不同成分(如DE 10 2006 018 858 A1中所描述的，例如不同的氮含量和氧含量)来实现关于切割质量的不同效果。

同样已知的是，在各个切割操作之间改变二级气体的成分，以便首先切割小孔，然后切割大轮廓。这里，切换发生在不进行切割的时间段内。

还已知这样的布置，其中，阀(优选地电磁操作阀)切换或调节二级介质。这些阀位于等离子体焰炬的气体软管和用于气体供应的供应软管之间的联接单元处。

现有技术的缺点是：

-不可以快速启用和停用二级介质。

-不可以快速地从一种二级介质转换至另一种二级介质。

-在切割程序的过程中(例如在切割开始期间、进入切割期间、穿刺期间、在切割程序期间、当经过切缝时、或在切割结束时)不可以通过切换二级介质快速对改变作出反应。

-不可以在两个切割程序之间快速改变。

阀和等离子体焰炬之间的管线是其原因。如果需要在不同的二级介质之间切换，则这尤其关键，所述二级介质例如氧化性气体(氧气、空气)和非氧化性气体或气体混合物。液体(例如水、乳液、油、气溶胶)和气体之间的切换同样是关键，因为当使用共用的进料线(例如软管)时，气体必须首先清除残留在进料线中的所有液体。这可能花费几百毫秒。

阀在等离子体焰炬柄上的安装不利于在引导系统中的固定，并且特别是在组件枢转的情况下是破坏性的。

因此，本发明的目的在于，说明在等离子体焰炬的受控制或受调节的操作中，在停用、切换或改变二级介质时改善二级介质进料条件的可能性。

发明内容

在根据本发明的等离子体焰炬(特别是等离子体切割焰炬)的情况下，至少一种二级介质由至少一条进料线通过等离子体焰炬的壳体被引导至喷嘴保护盖开口和/或引导至设置在喷嘴保护盖内的其它开口。在所述至少一条进料线中，用于开启和关闭所述进料线的至少一个阀直接设置在等离子体焰炬的壳体内。

有利地，进料线可以分成平行的至少两条进料线，二级介质沿喷嘴保护盖开口和/或其它开口的方向流过所述至少两条进料线，然后，在壳体内设置至少两个阀，所述至少两个阀均可以被单独启动，且用于开启和关闭分开的相应的进料线，从而其中一个阀可以自己开启二级介质的进料线，用于二级介质同时流过两条分开的进料线，或者用于进行从一条进料线到另一条分开的进料线的切换。

可以在分开的进料线中的至少一条进料线中使用孔、节流阀或改变相应的进料线的自由截面(关于相应的另一条分开的进料线的自由截面改变相应的进料线的自由截面)的元件，从而可以在分开的进料线中实现二级介质的不同的流动阻力、以及二级介质的不同的流速和压力。

特别有利地，用于不同的两种二级介质的至少两条进料线可以通过等离子体焰炬的壳体被引导至喷嘴保护盖开口和/或被引导至设置在喷嘴保护盖中的其它开口，并且在所述壳体内的在每种情况下用于一种二级介质的进料线中，在每种情况下可以设置有用于开启和关闭相应的进料线的至少一个阀。

进料线应该被设计成，使得用于一种二级介质的分开的进料线的合并或用于不同的二级介质的进料线的合并发生在等离子体焰炬的壳体内、在等离子体头内、在由喷嘴或喷嘴盖与喷嘴保护盖形成的空间中，来自分开的进料线的二级介质流的汇合和/或在通过等离子体焰炬的气体引导件之前、期间或之后发生。因此，汇合应发生在壳体或等离子体焰炬头内。

在气体引导件上应该设置引导相应的一种/多种二级介质的至少两个开口或两组开口。利用这些开口，可以实现对排出开口的二级介质的有目标的影响。为此目的，开口可以具有不同的尺寸和不同的几何形状的自由横截面和/或可以以不同的轴向方向取向。不同组的开口可以相对于彼此径向偏移地布置。并且，开口的数量可以被选择为在各个组中是不同的。

布置在壳体内的阀可以电动地、气动地或液压地操作，并且特别优选地可以设计为轴向阀。

布置在壳体中的阀应该具有15mm、优选地至多11mm的最大外径或最大平均面对角线，和/或具有50mm、优选地至多40mm、特别优选地至多30mm的最大长度，和/或壳体的最大外径应该为52mm和/或阀的最大外径应该为壳体的外径或最大平均面对角线的至多1/4、优选地至多为1/5，和/或为了它们的操作应该需要10W、优选地3W、特别优选地2W的最大电功耗。

在一个或多个可电动操作的阀的情况下，相应的二级介质或等离子气体应该流过线圈(S)的绕组，以便实现冷却效果。

有利地，等离子体焰炬可以设计为具有等离子体焰炬柄的快速更换焰炬，该等离子体焰炬柄可与等离子体焰炬头分离。通过这种方式，可以快速且容易地实现不同的加工任务。

除了喷嘴保护盖开口或喷嘴保护盖的保持件之外，喷嘴保护盖还应该具有至少一个开口，二级介质的至少一部分流过该开口。在设置多个开口的情况下，在每种情况下，一种二级介质可以沿工件表面的方向通过选择的一个或多个开口排出。然而，如已经讨论的，二级介质也可以通过一组开口流出，并且可以允许另一种二级介质通过分配给另一组的开口流出。还可以提供至少一个开口，由两种不同的二级介质形成的二级介质混合物可以通过该开口排出。

可以使用气态和/或液态的二级介质。这些二级介质可以是两种不同的气体(例如选自氧气、氮气和惰性气体)、两种不同的液体(例如选自水、乳液、油和气溶胶)、或气态和液态的二级介质。然而，也可以使用两种二级介质的混合物，每种二级介质混合物由相同的气体和/或液体形成，并且在这里，仅形成相应混合物的二级介质的含量彼此不同。例如，这可以是二级介质混合物中包括的不同的氧含量。

当电切割电流的至少一部分流过工件时，应该打开布置在用于二级介质的进料线中的一个或多个阀，使得在该操作状态下，二级介质可以沿工件表面的方向流出等离子体焰炬。在形成引导电弧的时间段内，所述一个或多个阀应该保持关闭。这可以通过控制器来实现，该控制器优选地连接至数据库。

在等离子体射流进入工件材料的进入切割的过程中，可以使用液体或液体-气体混合物作为二级介质，并且对于切割，可以使用气体或气体混合物作为二级介质。

在进入工件的进入切割过程中，最早在工件已经被刺穿至少1/3、优选地被刺穿一半、并且理想地被完全刺穿的时间点，应该打开布置在用于二级介质的进料线内的一个或多个阀，使得之后二级介质从喷嘴保护盖的孔流出。

在开始切割的过程中、在两个切割部分之间、在经过切缝F时、或在切割结束时应该能够启动、停用布置在用于二级介质的进料线中的至少一个阀。在这里，在进行这些加工任务时或在进行这些加工任务的过程中，存在切换两个阀的可能性，这两个阀布置在用于二级介质的不同的两条进料线中。也就是说，可以关闭目前为止打开的阀，并且可以打开目前为止关闭的阀。

在通过等离子体射流开始切割时，可以进行进入切割或开始切割。

在切割轮廓的过程中，可以对二级介质的参数进行改变(如上所述)，并且可以改变等离子体切割程序的至少一个其它参数。这例如可以是电参数的调整、前进速度的调整、体积流量的调整、等离子体炬与工件表面的间距的调整和/或等离子体气体的成分的调整。为此目的，可以将所有的参数存储在数据库中并使用，以便可以通过等离子体焰炬的控制器进行自动操作。除了所提到的参数之外，还可以在数据库中提供和使用用于工件的相应加工的参数。

附图说明

下面将通过示例解释本发明。附图中示出的并且关于其进行解释的各个特征可以与独立于相应的示例或相应的附图的其它特征彼此组合。

在这里，在附图中：

图1以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的示例的截面图，该等离子体焰炬具有二级介质进料线和等离子气体进料线，所述二级介质进料线具有一个阀；

图2以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的示例的截面图，该等离子体焰炬具有二级介质进料线和等离子气体进料线，所述二级介质进料线具有两个阀；

图3以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的另一示例的截面图，该等离子体焰炬具有二级介质进料线和等离子气体进料线，所述二级介质进料线具有两个阀；

图4以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的另一示例的截面图，该等离子体焰炬具有二级介质进料线和等离子气体进料线，所述二级介质进料线具有两个阀；

图5a和图5b示出了二级介质的引导件；

图6以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的示例的截面图，该等离子体焰炬具有两条二级介质进料线和等离子气体进料线，所述两条二级介质进料线具有两个阀；

图7以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的另一示例的截面图，该等离子体焰炬具有两条二级介质进料线和等离子气体进料线，所述两条二级介质进料线具有两个阀；

图8以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的另一示例的截面图，该等离子体焰炬具有两条二级介质进料线和等离子气体进料线，所述两条二级介质进料线具有两个阀。

图9以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的示例的截面图，该等离子体焰炬具有两条二级介质进料线以及等离子气体进料线，所述两条二级介质进料线具有两个阀，所述等离子气体进料线具有阀和通风阀；

图10以示意图的形式示出了根据本发明的等离子体焰炬的示例的截面图，该等离子体焰炬具有两条二级介质进料线以及两条等离子气体进料线，所述两条二级介质进料线具有两个阀，所述两条等离子气体进料线具有两个阀和通风阀；

图11示出了可用于本发明的情况下的轴向阀的截面图；

图12示出了在等离子体焰炬的壳体内阀的布置的一种可能性，以及

图13示出了在等离子体焰炬的壳体内阀的布置的另一种可能性。

图14示出了在等离子体焰炬的壳体内阀的布置的另一种可能性。

图15a和图15b示出了具有大部分(轮廓)和小部分(轮廓)的切割轮廓，

图16a和图16b示出了具有垂直的和斜切的切口的切割轮廓，以及

图17示出了等离子体焰炬的相对于工件的定位。

具体实施方式

图1示出了具有等离子体焰炬头2、用于等离子气体PG1的进料线34、用于二级介质SG1的进料线61、以及具有壳体30的等离子体焰炬柄3的等离子体焰炬1，等离子体焰炬头2具有喷嘴21、电极22、喷嘴保护盖25。在本发明的情况下，也就是说在落在本发明范围内的所有的其它示例中，等离子体焰炬柄3可以一体形成并且仅形成有相应配置的壳体30，在壳体上可以设置和形成所有必要的部件。

进料线61在壳体30外部可以是连接至联接单元5的用于供给二级介质SG1的气体软管。通过布置在壳体30内的进料线61的其它部分和阀63来联接气体软管。

进料线34在壳体30外部可以是连接至联接单元5的用于供给等离子气体PG1的气体软管。在联接单元5中，布置有用于开启和关闭进料线34的电磁阀51。通过进料线34的形成在壳体30内的其它部分联接该气体软管。

电极22和喷嘴21被布置成通过气体引导件23彼此间隔，从而在喷嘴21内形成空间24。等离子气体PG1的进料线34连接至空间24。

喷嘴21具有喷嘴孔210，根据电切割电流，喷嘴孔210的直径可以从20A时的0.5mm到800A时的7mm变化。气体引导件23同样具有开口或孔(未示出)，等离子气体PG1流过该开口或孔。这些开口或孔同样可以被配置成具有不同的尺寸或直径，甚至不同的数量。

喷嘴21和喷嘴保护盖25被布置成彼此间隔，使得在喷嘴保护盖25内形成空间26和28。从二级介质SG1的流动方向来看，空间26位于引导件27之前，并且空间28位于引导件27和喷嘴保护盖开口250之间。借助气体引导件27，二级介质SG1(例如，气体、气体混合物、液体、或气液混合物)的流动可以平衡和/或旋转设置。例如如果不需要旋转二级介质SG1，则也可以不使用气体引导件27。此外，可以通过喷嘴盖等(未示出)固定喷嘴21。那么，喷嘴盖和喷嘴保护盖形成空间26和28。

因此，经由进料线61和布置在等离子体焰炬柄中的阀63，二级气体SG1被引导至空间26内，并且通过引导件27被平衡并旋转设置。然后，二级气体SG1流入空间28然后排出喷嘴保护盖开口250。一个或多个其它孔250a也可以位于喷嘴保护盖25内或者位于用于喷嘴保护盖25的保持件中，二级介质SG1通过所述其它孔250a流出。

阀63被设计为小结构形式的轴向阀。例如，阀63具有11毫米的外径D和40毫米的长度L。阀63需要用于操作的低电功率(这里例如大约2W)，以便减少壳体30内的加热。

在点燃电弧时和在切割程序的过程中，等离子气体PG1通过开启的阀51和进料线34流入壳体30，并从壳体30进入电极22和喷嘴21之间的空间24，最后通过喷嘴孔210和喷嘴保护盖开口250流出。在切割程序之后，阀51再次关闭并且等离子气体PG1的进料线34被排空。

二级介质(在该示例中为气体(二级气体SG1))可以通过阀63与等离子气体PG1的阀51同时切换。由于根据本发明的阀63在等离子体焰炬柄3内并且靠近等离子体焰炬头2的布置，因此二级介质SG1也可以在其它时间点被启用和停用。

在等离子切割程序的过程中，首先利用小电流(例如10A至30A)点燃引导电弧，引导电弧在电极22和喷嘴21之间燃烧。当通过引导电弧产生的等离子体射流6接触待切割的工件W时，电弧从喷嘴21转移至工件W。等离子切割系统的控制通过传感器装置检测这一点，并且根据加工区域内的工件厚度将电流增加至所需的值(30A至600A)。

在引导电弧燃烧的过程中，还不需要二级介质SG1。所述二级介质甚至破坏和缩短从喷嘴21喷出的等离子体射流6，因为所述二级介质横向冲击所述等离子体射流。因此，等离子体焰炬1必须定位为使其喷嘴保护盖开口250和/或开口250a更靠近工件W。这又导致喷嘴保护盖25和喷嘴21由于向上喷涂的热熔融材料而处于危险之中。这通过直到电切割电流的至少一部分流经工件W并且电弧已经至少部分地转移至工件W的时间点才启用二级介质SG1来补救。因此，一方面，等离子体焰炬1的喷嘴保护盖开口250可以定位于距离工件的上表面足够远的位置以进行进入切割程序，不过电弧被转移。另一方面，借助根据本发明的布置(该布置确保了快速进料和流动而仅在启动二级介质SG1的阀63之后具有很小的时间延迟)，喷嘴保护盖25和喷嘴21免受向上喷射的待加工的工件W的热熔融材料的影响。这对于厚度大于约20mm的待切割的厚工件的情况尤为重要。

相反，在工件W相对薄的情况下，通常甚至更好的是，如果直到工件W已被等离子体射流6部分或完全刺穿，二级介质SG1才流经喷嘴保护盖开口250。如果在穿孔程序的一部分时间内或穿孔程序的整个过程中(这是完全刺穿工件W所需的时间)二级气体不流动，则可以实现更小的进入切割孔。这样的结果是减少工件表面上的可破坏切割程序的熔渣沉积。

即使在边缘处开始切割的情况下，有利的是不让二级介质SG1流动并保持阀63关闭，因为在这里，在存在相对较大的空间的情况下，引导电弧也已经转移至工件W，并且更可靠地开始切割程序。

在切割程序本身的过程中，反而需要二级介质SG1，以便通过其影响来改善切割质量。这应该在穿孔或开始切割之后立即发生，以便从切割程序开始时获得良好的切割质量。切割质量包括垂直度和角度公差、粗糙度和毛刺附着物、以及凹槽阻力(DIN EN ISO9013)。

在经过切缝F时或在切割拐角或倒圆的过程中，不流动的二级介质SG1也可以具有积极效果。可以减少等离子体射流6的振荡或脉动。

图2示出了与图1中类似的布置，但是并联连接的两个阀63和64在等离子体焰炬1的壳体30内位于用于二级介质SG1的进料线61中。因此，二级介质SG1的进料线61可以被分成具有阀64的进料线61a和具有阀63的进料线61b。因此，可以在与图1相关的描述中提到的时间点启用和停用二级介质SG1的流动，但此外还可以以简单的方式快速地改变体积流量。在这里，例如，孔65安装在进料线61a中，与进料线61b相比，该孔减小了体积流量，这可以通过二级介质SG1可以流过的相应的较小的自由截面实现。在这种情况下，二级气体SG1的二级介质SG1a的部分气流的进料线61a和二级介质SG1b的部分气流的进料线61b再次在等离子体焰炬柄3中合并。因此，仅需要为二级介质SG1提供通向等离子体焰炬头2的一条进料线61。这对具有快速更换头的等离子体焰炬1是特别有利的。

二级介质流的减少在与如根据图1的示例所描述的没有二级介质SG1流动的时间点相同的时间点具有积极效果。

由于除了二级介质SG1流的快速启用和停用之外的设置不同大小的体积流量的额外可能性，特别是在诸如进入切割、开始切割、经过切缝F、切割拐角或倒圆的过渡程序中，可以进一步改善等离子切割程序。

此外，与根据图1的示例相比，在这种情况下由喷嘴盖29固定喷嘴21。这允许冷却介质(例如冷却水)在喷嘴21和喷嘴盖22之间的空间内流动(未示出)。

例如，图3示出了类似于图2的布置，但是二级介质SG1a的进料线61a和二级介质SG1b的进料线61b首先在等离子体焰炬头2内合并以形成二级介质SG1。在该示例中，从二级介质SG1的流动方向来看，合并发生在二级介质的引导件27的更上游。

图4同样示出了一种二级介质SG1的进料线61a和61b首先在等离子体焰炬头2内合并的布置。在该示例中，在二级介质SG1的流动方向上，合并从喷嘴保护盖25和喷嘴盖29到二级介质的气体引导件27的下游发生。气体引导件27具有两组开口，一组开口用于二级介质SG1a，而另一组开口用于二级介质SG1b。

有利地，开口在其设计、尺寸和/或中心轴线(点划线)的取向上不同，例如在这种情况下按照径向偏移。开口组271和272可以布置在不同的平面内，并且在每种情况下在平面中相对于彼此偏移。这也在图5中示出。因此，二级介质SG1可以分成两个旋转不同的二级介质流SG1a和SG1b(SG1和SG2也一样)，这些二级介质流最终围绕等离子体射流6流动。

在进入工件W的材料的进入切割过程中，通常的情况是流动的二级介质SG1很少旋转或不旋转是有利的，而在切割程序的过程中更强烈的旋转是有利的。通过更大的径向偏移g，排出的二级介质流的旋转增强。在切割程序的过程中，存在额外产生的通过切换或共同启用二级介质SG1a和SG1b的流动而影响切割质量的可能性。在这种情况下，利用流出的二级介质SG1的强烈旋转和高的前进速度来切割长的直线部分，并且利用流出的二级介质SG1的不太强烈的旋转和较低的前进速度来切割小部分。长部分通常在对应于待切割工件W的厚度的至少两倍的长度处开始，但长度至少为10mm。利用更强烈的旋转，也就是说利用二级介质SG1的流动的更大角速度，可以更快地执行切割，并且利用更弱的旋转强度，必须更慢地执行切割。然而，较低的前进速度有利于切割小部分，例如，相当于诸如小于工件W的厚度的两倍的小半径、锯齿、在相应的加工区域内边长小于工件W的厚度的两倍的四角形轮廓。由于前进速度相对较低，因此即使在所执行的运动中发生方向改变的情况下，引导系统也更准确地引导等离子体焰炬1。此外，等离子体射流6不会拖沓，并且凹槽阻力减小，这对内部拐角和内部轮廓(图17)上的拐角具有积极效果。在长部分的情况下，这不重要，并且在这里可以利用二级介质SG1的流的强烈旋转并以相对较高的前进速度进行切割。

例如，图5a和图5b示出了用于二级介质的引导件27，在这里，所述二级介质例如气体，这里指定为二级气体SG1、SG2、SG1a和SG1b。

孔组271用于二级介质SG1或SG1a，孔组272用于二级介质SG2或SG1b。一组的孔布置在一个平面中。例如，孔组271相对于径向具有3mm的偏移，并且孔组272相对于径向没有偏移。如果引导件27安装在图4的等离子体焰炬1中，则通过进料线61a和孔组271供给的二级介质SG1a的流动表现出更强的旋转，其角速度高于通过进料线61b和孔组272供给的二级介质SG1b的流动。

其它开口(例如凹槽、正方形、半圆形或角形)也可以作为孔271和272。同样地，开口可以具有不同尺寸的自由横截面，二级介质可以通过该横截面排出。

根据图6的布置具有根据图1的示例的特征，但除了用于二级介质SG1的进料线61之外，还具有用于二级介质SG2的进料线62。进料线61、62在壳体30外部可以是连接至联接单元5的用于供给二级介质SG1、SG2的软管30。在每种情况中，通过进料线61、62的其它部分联接软管，并且在每种情况中，通过布置在壳体30内的阀63、64联接软管。

在这种情况下，二级介质SG1的进料线61和二级介质SG2的进料线62再次在等离子体焰炬柄3中合并。因此，仅需要为二级介质SG1和SG2提供通向等离子体焰炬头2的一条进料线66。这对具有快速更换头的等离子体焰炬1是特别有利的。

通过这种布置，除了快速启用和停用二级介质流以及快速改变二级介质流的体积流量之外，还可以通过切换阀63、64或同时启动阀63、64来执行排出的二级介质的成分的快速改变。因此，在由结构钢构成的工件W中，利用具有相对于氮含量更高的氧含量的二级介质混合物切割小轮廓或小部分；相比于切割大部分的情况，CO2、空气或氩气的含量更高。图4的解释中所作的陈述适用于这里。例如，还在图15a和图15b中示出这种轮廓。那么氧含量超过40体积％(Vol％)。K3是小部分，K1和K5部分是相对较大的部分。

在进入结构钢的进入切割过程中，如果利用氧气作为唯一的二级介质进行进入切割，则同样是有利的，因为这样使熔体更加无粘性，并且更快地进行进入切割。在切割程序本身的过程中，过高的氧含量又可能导致在切割边缘或表面上形成不规则物。在这种情况下，快速切换也是有利的。

另一应用是使用液体(例如水)作为所使用的二级介质之一。因此，对于进入结构钢的进入切割，有利的是水可以作为二级介质SG1流动。这防止或减少了向上喷射的热金属溅射，并且因此保护了等离子体焰炬1和周围环境。在刺穿工件W之后，停用水并且气体或气体混合物作为二级介质SG2流动。该方法也可用于高合金钢和非铁金属。

此外，在从竖直切割过渡至斜切割时，也可以根据诸如流速、体积流量、旋转和成分的参数而改变二级介质或二级介质混合物。在斜切割的情况下，等离子体焰炬1(中心轴)不是竖直切割情况中的垂直于工件表面，而是倾斜于工件表面以形成具有一定角度的切割边缘。这对于进一步的加工(通常是随后的焊接程序)是有利的。由于在从竖直切割过渡至斜切割时待切割的工件W的有效厚度改变(增加)，因此改变的参数对更高的切割质量是有利的。这同样适用于从斜切割到竖直切割的过渡(减少)。

还有利的是，如果参数的改变发生在切断工件W之后没有位于切割轮廓上的部分中，也就是说例如在开始切割时已经经过的、在切割结束时经过“废料”的切缝或其它部分的拐角。

例如，图7示出了与图6类似的布置，但是二级介质SG1的进料线61和二级介质SG2的进料线62首先被一起引入等离子体焰炬头2中。在该示例中，从二级介质SG1、SG2的流动方向上来看，合并发生在用于二级介质的引导件27的上游。

图8同样示出了一种二级介质SG1的进料线61和二级介质SG2的进料线62首先在等离子体焰炬头2中合并的布置。图8具有根据图6的示例的所有优势。

下面将描述其它优势。在该示例中，二级介质SG1和SG2的合并在二级介质SG1、SG2的流动方向上发生在喷嘴保护盖25和喷嘴盖29的上游且在用于二级介质的引导件27的下游。引导件27具有两组开口，一组开口用于二级介质SG1，另一组开口用于二级介质SG2。

有利地，在例如就径向偏移而言的这种情况，开口271和开口272在其设计方面不同。这也在图5a中示出。因此，二级介质SG1可以形成与二级介质SG2旋转不同的二级介质流，这些二级介质流最终围绕等离子体射流6流动。

在进入工件材料的进入切割过程中，通常的情况是二级介质SG1、SG2很少旋转或不旋转是有利的，而在切割程序的过程中需要具有相对高的角速度的相对强烈的旋转。通过更大的径向偏移来增强旋转。在切割程序的过程中，存在额外产生的通过切换或共同启用二级介质SG1和SG2的流动而影响切割质量的可能性。在这种情况下，利用强烈旋转和高速来切割长的直线部分，并且利用不太强烈的旋转和较低的速度来切割小部分。长部分通常在对应于相应的加工区域中的待切割工件W的厚度的至少两倍的长度处开始，但长度至少为10mm。利用一种/多种二级介质的流的更强烈旋转，可以更快地执行切割，并且利用较低强度的旋转，必须更慢地执行切割。然而，较低的前进速度有利于切割小部分，例如，相当于诸如小于在相应的加工区域中的工件W的厚度的两倍的小半径、诸如锯齿状的轮廓、边长同样小于在相应的加工区域中的工件厚度的两倍的四角形轮廓。由于前进速度相对较低，因此即使在所进行的前进运动中方向改变的情况下，引导系统也更准确地引导等离子体焰炬1。此外，等离子体射流6不会拖沓，并且凹槽阻力减小，这对内部拐角和内部轮廓上的拐角具有积极效果。在长部分的情况下，这不重要，并且这里可以利用一种/多种二级介质的流的强烈旋转来快速地执行切割。

在这种布置的情况下，可以根据诸如流速、体积流量、流的旋转和成分的参数来改变排出的二级介质或二级介质混合物。

图9另外示出了在等离子气体PG1的进料线34中的位于等离子体焰炬柄3的壳体30中的阀31，该阀启用和停用等离子气体PG1。阀33用于使腔11通风，特别是在切割结束时是必需的，以便确保等离子气体PG1的快速流出。

图10除了图9之外，还示出了另外的等离子气体PG2的进料线35，类似于等离子气体PG1，通过气体软管35和阀31供给等离子气体PG2。以这种方式，通过切换和启动阀31和阀32，可以以取决于加工状态的方式执行等离子气体PG1或PG2的变换。阀33同样用于使腔11通风。

图11示出了轴向电磁阀的极大简化的结构，该轴向电磁阀例如可以在本发明中用于二级介质和等离子气体的进料线中。在所述阀的主体内部布置有具有绕组的线圈S，等离子气体可以通过该线圈从入口E流至出口A。用于开启和关闭的机构也布置在内部。电磁阀的主体具有长度L和外径D。在这里所示的电磁阀具有25mm的长度L和10mm的直径。

图12示出了阀31、阀63和阀64的可能的节省空间的布置。所述阀布置在壳体30中，以便以120°的角度α1布置在垂直于中心线M的平面中。与该角度的偏差应不超过±30°。因此，该布置节省空间并且可以布置在壳体30或等离子体焰炬柄3中。在每种情况中，阀31、阀32、阀33之间的纵向中心轴线L1、L2和L3的间距≤20mm。在阀31、阀32和阀33中，至少一个阀以其入口E相对于其它阀相反地取向，也就是说相对于其出口A相反地取向。在所示的示例中，相反取向的阀是腔11中的阀33。

图13示出了具有四个阀31、33、63和64的布置。所述阀布置在壳体30的内部，以便以90°的角度α1、α2、α3、α4布置在垂直于中心线M的平面中。与这些角度的偏差应不超过±30°。因此，该布置节省空间并且可以布置在壳体30或等离子体焰炬柄3中。阀31、阀33、阀63和阀64的纵向中心轴线L1、L2、L3和L4的间距≤20mm。在这些阀31和33中，至少一个阀以其入口E相对于其它阀相反地取向，也就是说相对于其出口A相反地取向。

图14示出了具有四个阀31、33、63和64以及另一个阀32的布置。所述阀布置在壳体30的内部中，以便以72°的角度α1、α2、α3、α4、α5布置在垂直于中心线M的平面中。与这些角度的偏差应不超过±15°。因此，该装置节省空间并且可以布置在壳体30或等离子体焰炬柄3中。这些阀之间的纵向中心轴线L1、L2、L3、L4和L5的间距≤20mm。在这些阀31至33中，至少一个阀以其入口E相对于其它阀相反地取向，也就是说相对于其出口A相反地取向。

图15a示意性地示出了从工件的上方来看的用于从工件W切割出轮廓的等离子体焰炬的轮廓引导，并且图15b以透视图示出了形成的工件。在这里，旨在切割具有两个长部分(轮廓K1、K5)以及多个短部分(轮廓K3)的工件。在这种情况下，部分K0是切割的开始；在此进行进入工件的进入切割。部分轮廓K2和部分轮廓K4是为了实现尖的拐角的切割技术所必需的，并且位于所谓的“废弃部分”中；轮廓K2和轮廓K4不是切割工件的一部分。

在进入切割的过程中存在以下的可能性：

a.在操作引导电弧时，还不需要二级介质。所述二级介质甚至破坏和缩短从喷嘴21喷出的等离子体射流6，因为所述二级介质侧向冲击所述等离子体射流。因此，等离子体焰炬1与其喷嘴保护盖开口250必须以距离工件表面的相对较小的间距(图17，间距d)定位。这又导致喷嘴保护盖25和喷嘴21由于向上喷射的热熔融材料而处于危险之中。这通过直到电切割电流的至少一部分流经工件并且电弧已经至少部分地转移至工件的时间点才启用二级介质来补救。因此，一方面，等离子体焰炬1的喷嘴保护盖开口250可以以距离工件表面相对大的间距d定位(不过电弧被转移)而用于进入切割程序。

由于二级介质SG1的流动具有相对较高的流速，因此喷嘴保护盖25和喷嘴21免受向上喷射的待加工的工件的热熔融材料的影响。这对于厚度大于约20mm的待切割的厚工件的情况尤为重要。

为此目的，例如可以使用对应于图1至图10的等离子体焰炬1。

b.在工件厚度相对薄的情况下，更有利的是当工件已被部分或完全刺穿时，二级介质首先流过喷嘴保护盖开口250。如果在穿孔程序的一部分时间内或穿孔程序的整个过程中(这是完全刺穿工件所需的时间)，二级介质没有流动，则会实现更小的进入切割孔。这样产生了工件表面上的可能破坏切割程序的更少的熔渣沉积。

在进入工件的进入切割过程中，最早应该在工件已被刺穿至少1/3、更好地被刺穿一半、以及理想地被完全刺穿的时间点使二级介质流出喷嘴保护盖开口250。

为此目的，例如可以使用对应于图1至图10的等离子体焰炬。

c.此外，在进入工件的进入切割过程中，通常的情况是二级介质SG1、SG1a、SG1b、SG2很少旋转或不旋转是有利的，而在切割程序的过程中，具有相对较高的角速度的相对强烈的旋转是有利的。

为此目的，例如可以使用对应于图4和图8的等离子体焰炬1。由于用于二级介质的气体引导件27中的开口271和开口272的较大的径向偏移，二级介质SG1a和SG1b(图4)以及SG1和SG2(图8)以不同的强度进行旋转。

在进入工件的进入切割过程中，最早应该在工件已被刺穿至少1/3、更好地被刺穿一半、以及理想地被完全刺穿的时间点发生来自喷嘴保护盖开口250的一种或多种二级介质的旋转的变化。

d.同样，对于进入结构钢的进入切割，如果水作为二级介质SG1流动，则可以是有利的。这防止或减少向上喷射的热金属溅射，并且因此保护等离子体焰炬1和周围环境。在刺穿工件之后，停用水并且气体或气体混合物作为二级介质SG2流动。

在进入工件的进入切割过程中，最早应该在工件已被刺穿至少1/3、更好地被刺穿一半、以及理想地被完全刺穿的时间点发生来自喷嘴保护盖开口250的从作为二级介质的水到作为二级介质的气体的变化。

该方法还可以用于高合金钢和非铁金属。

为此目的，例如可以使用对应于图6和图10的等离子体焰炬1。

e.同样有利的是，如果在进入结构钢的进入切割过程中，利用二级介质混合物中的氧气或相对较高的氧含量进行进入切割，因为此时熔体变得更加无粘性，并且进入切割发生地更快。在切割程序本身的过程中，过高的氧含量可能又导致在切割边缘或表面上形成不规则物。在进入切割和切割程序之间变换二级介质对于切割高合金钢、铝和其它金属也可以是有利的。在进入工件的进入切割过程中，最早应该在工件已被刺穿至少1/3、更好地被刺穿一半、以及理想地被完全刺穿的时间点发生从喷嘴保护盖开口250流出的二级介质的变换。

为此目的，例如可以使用对应于图6和图10的等离子体焰炬1。

f.特别有利的是，如果在进入工件的进入切割过程中，改变二级介质以及二级介质流的旋转。在c点和e点下所描述的效果在这里出现。作为等离子体焰炬1，例如可以使用图8中所示的等离子体焰炬。

基本上有利的是，相对于其它操作状态，在进入切割阶段的过程中，在一个或多个参数(例如流速、体积流量、流的旋转和成分)方面改变一种/多种二级介质。

在刺穿之后，利用所选择的二级介质进行切割运动。在刺穿工件轮廓K0之后，切割长部分K1，随后寻求在部分轮廓K2中绕拐角行进。如果等离子体切割焰炬1如在拐角部分轮廓K2中被引导，则获得边缘锋利的拐角。这里，也如图15a中示出的，等离子体切割焰炬1离开待切割部分的轮廓并且在“废弃部分”上被引导，以便之后再次返回至待切割部分的轮廓。这也被称为“围绕拐角行进”。部分轮廓K2通过部分轮廓K3联接，部分轮廓K3具有一系列示例性的前进轴线方向改变的小部分。在等离子体焰炬1在部分轮廓K2中的“废弃部分”上被引导的时间内，关于流出的二级介质发生至少一次变化。

当在轮廓K2上的“废弃部分”上行进时，存在以下可能性：

a.在切割程序的过程中，通过改变一种或多种二级介质流的旋转来影响切割质量是有利的。在这里，利用强烈的旋转和高速来切割长的直线部分，并且利用强度较低的旋转和较低的前进速度来切割小部分。长部分通常在对应于待切割工件的相应加工区域内的工件厚度的至少两倍的长度处开始，但长度至少为10mm。利用一种/多种二级介质流的更强烈的旋转，可以以更高的前进速度执行切割，并且利用不太强烈的旋转，必须以较低的前进速度执行切割。然而，较低的前进速度有利于切割小部分，例如，相当于诸如小于在相应的加工区域内的工件厚度的两倍的小半径、诸如锯齿状的轮廓、其边长同样小于工件厚度的两倍的四角形轮廓。由于前进速度相对较低，因此即使在所执行的运动发生方向改变的情况下，引导系统也更准确地引导等离子体焰炬1。此外，等离子体射流6不会拖沓，并且凹槽阻力减小，这对内部拐角和内部轮廓上的拐角具有积极效果。在长部分的情况下，这不重要，并且在这里可以利用一种/多种二级介质流的强烈旋转并以相对较高的前进速度执行切割。

为此目的，例如可以使用对应于图4和图8的等离子体焰炬1。

b.此外，在切割程序的过程中有利的是，改变二级介质的体积流量和/或成分。因此，在由结构钢构成的工件中，利用具有比在大部分的情况中更高的氧含量的二级介质混合物切割小轮廓或小部分。此时氧含量超过40vol％。

为此目的，例如可以使用对应于图6至图10的等离子体焰炬1。

c.如果a点中所描述的可能性与b点中所描述的可能性相结合，则是特别有利的。

为此目的，如可以使用根据图8的等离子体焰炬。

d.在这种布置的情况下，可以根据诸如流速、体积流量、流的旋转和成分的参数来改变二级介质或二级介质混合物。

e.原则上，在切割程序的过程中，根据诸如流速、体积流量、流的旋转和成分的一个或多个参数来改变二级介质或二级介质混合物可以是有利的，并且特别有利的是当在“废弃部分”上行进时。

如果在废弃部分的区域内，也就是说不是在待切割工件的切割边缘处发生所描述的参数之一的变化，则在该工件的切割边缘上看不到过渡或切割质量的差异。

然而，还可以在所得到的工件的切割边缘的一部分上执行参数的改变。然而，为此目的，则不仅需要改变二级介质，而且还需要改变等离子切割程序的至少一个其它参数、提高速度、间隔开等离子体焰炬和工件表面(喷嘴保护盖和工件表面)、改变电切割电流和/或电切割电压。

然而，当在切缝F上行进时，也可以实现所描述的二级介质的变化之一。

在切割结束部分K10中，切割程序结束。在这里，也可以再次改变流出的二级介质或二级介质混合物的参数。

在一种或多种二级介质的至少一个参数的所描述的变化之一之后，利用最适合的(一个或多个)参数切割具有小部分的轮廓K3。

关于具有长轮廓K5的部分的参数的变化发生在区域K4内的“废弃部分”上，该变化类似于部分轮廓K2中的变化。

图16a和图16b同样示出了切割部件。在这种情况下，如图15a和图15b所述的流出的二级介质的变化形式也发生在部分K1与K3之间的部分K2以及部分K3与K5之间的部分K4中。针对该部分的流出的二级介质的参数相对于部分K21改变，因为在部分K3中以一定角度(例如45°)切割斜面。这也在与图6相关的最后一段中有所描述。

图17以示例的方式示出了等离子体焰炬1，该等离子体焰炬1相对于工件定位为使喷嘴保护盖25和工件W之间的间距为d。

附图标记列表

1 等离子体焰炬

2 等离子体焰炬头

3 等离子体焰炬柄

5 联接单元

6 等离子体射流(引导电弧或切割电弧)

11 腔

21 喷嘴

22 电极

23 气体引导件

24 (电极-喷嘴之间的)空间

25 喷嘴保护盖

26 (喷嘴-喷嘴保护盖的)空间

27 引导介质SG1、SG2、SG1a、SG2a

28 朝向喷嘴尖端的(喷嘴-喷嘴保护盖的)空间

29 喷嘴盖

30 壳体

31 阀PG1

32 阀PG2

33 通风阀

34 PG1的进料线

35 PG2的进料线

37 管线

51 阀

61 SG1的进料线

61a SG1a的进料线

61b SG1b的进料线

62 SG2的进料线

63 SG1、SG1a的阀

64 SG2、SG1b的阀

65 孔

66 进料线

210 喷嘴孔

250 喷嘴保护盖开口

250a 其它孔

271 用于二级介质SG1、SG1a的介质引导件27中的孔

272 用于二级介质SG2、SG1b的介质引导件27中的孔

A 出口

D 直径

D 等离子体焰炬-工件的间距

E 入口

F 切缝

G 偏移

K 切割工件的轮廓

K0 开始切割、进入切割

K1 部分轮廓1

K2 两个部分之间的部分

K3 部分轮廓3

K4 两个部分之间的部分

K5 部分轮廓

K10 切割结束

L 长度

等离子体焰炬的中心轴线

PG1 等离子气体1

PG2 等离子气体2

SG1 二级介质1

SG1a 二级介质1a

SG1b 二级介质1b

SG2 二级介质2

S 线圈

L1-L4 阀的间距

V 切割方向、前进轴线方向

W 工件

W1 切割表面

W2 工件厚度

α1-α4 角

Claims (13)

1.一种等离子体焰炬，所述等离子体焰炬具有用于等离子气体(PG1)的进料线(34)，其中，至少一种二级介质(SG1，SG2)由至少一条进料线(61，62)通过所述等离子体焰炬(1)的壳体(30)引导至喷嘴保护盖开口(250)和/或引导至设置在喷嘴保护盖(25)中的其它开口(250a)，并且，在所述至少一条进料线(61，62)中，用于开启和关闭所述进料线(61，62)的至少一个阀(63，64)直接设置在所述等离子体焰炬(1)的所述壳体(30)内，并且，用于一种二级介质的分开的进料线(61a，61b)的合并或者用于不同的二级介质(SG1，SG2)的所述进料线(61，62)的合并被布置在所述等离子体焰炬(1)的所述壳体(30)内、在等离子体头内、在由喷嘴或喷嘴盖与所述喷嘴保护盖形成的空间内，所述分开的进料线(61a，61b)是通过将一条进料线(61)分成平行的至少两条进料线(61a，61b)而获得的，并且，来自分开的所述进料线(61a，61b和/或61，62)的二级介质流的汇合在通过所述等离子体焰炬(1)的气体引导件(27)之前、期间或之后发生。

2.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，用于开启和关闭分开的相应的进料线(61a，61b)的至少两个阀(63，64)设置在所述壳体(30)内，所述至少两个阀均能够被单独启动。

3.如权利要求2所述的等离子体焰炬，其特征在于，在分开的所述进料线(61a，61b)中的至少一条进料线中设置有孔(65)、节流阀或相对于关于相应的另一条分开的进料线(61b)的自由截面改变相应的进料线(61a)的自由截面的元件。

4.如权利要求1至3中任一项所述的等离子体焰炬，其特征在于，用于不同的两种二级介质(SG1，SG2)的至少两条进料线(61，62)通过所述等离子体焰炬(1)的所述壳体(30)被引导至喷嘴保护盖开口(250)和/或被引导至设置在所述喷嘴保护盖(25)中的其它开口(250a)，

并且，在所述壳体内的在每种情况下用于一种二级介质(SG1，SG2)的所述进料线(61，62)中，在每种情况下设置有用于开启和关闭相应的进料线(61，62)的至少一个阀(63，64)。

5.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，在所述气体引导件(27)处设置有引导相应的一种/多种二级介质(SG1，SG2)的至少两个开口(271，272)或两组开口(271，272)，

其中，所述开口(271，272)具有不同的尺寸和不同的几何形状的自由横截面和/或以不同的轴向方向取向，或者不同组的开口(271，272)相对于彼此径向偏移地布置和/或开口(271，272)的数量被选择为在各个组中是不同的。

6.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，连接至进料线(34)的至少一个腔(11)设置在所述壳体(30)内，在所述腔(11)处，在开口处设置有阀(33)，所述阀开启和关闭所述开口，并且当所述阀(33)处于打开状态时，通过所述阀能够实现将至少一种等离子气体从用于所述等离子气体的至少一条进料线(34)排出至喷嘴开口(210)。

7.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，布置在所述壳体(30)内的阀(33，63，64)为电动致动、气动致动或液压致动的，并且被设计为轴向阀。

8.如权利要求7所述的等离子体焰炬，其特征在于，所述阀具有至多为15mm的最大外径或最大平均面对角线和50mm的最大长度，和/或

所述壳体的最大外径为52mm和/或所述阀的最大外径为所述壳体(30)的外径或所述壳体的最大平均面对角线的至多1/4，和/或所述阀(33，63，64)为其操作需要10W的最大电功耗，

其中，在一个或多个能够电操作的阀(33，63，64)的情况下，相应的二级介质或等离子气体流过线圈(S)的绕组。

9.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，所述等离子体焰炬(1)被设计成具有等离子体焰炬柄(3)的快速更换焰炬，所述等离子体焰炬柄能够与等离子体焰炬头(2)分离。

10.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，除了所述喷嘴保护盖开口(250)或所述喷嘴保护盖(25)的保持件之外，还设置有至少一个开口(250a)，所述二级介质(SG1，SG2)之一的至少一部分流过所述至少一个开口，其中，在设置多个开口(250a)的情况下，在每种情况下，一种二级介质(SG1或SG2)沿工件表面的方向通过选择的一个或多个开口(250a)排出。

11.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，能够使用气态的和/或液态的二级介质。

12.如权利要求1所述的等离子体焰炬，其特征在于，所述等离子体焰炬(1)连接至控制器，所述控制器被设计成使得，当电切割电流的至少一部分流过工件(W)时，打开布置在用于二级介质(SG1，SG2)的进料线(61，62，61a，61b)中的所述至少一个阀(63，64)，使得在此操作状态下，二级介质(SG1，SG2)能够沿工件表面的方向从所述等离子体焰炬(1)流出，并且在形成引导电弧的时间段内，所述至少一个阀(63，64)保持关闭，和/或

在进入工件的进入切割过程中，最早在所述工件(W)已被刺穿至少1/3的时间点，打开布置在用于二级介质(SG1，SG2)的进料线(61，62，61a，61b)中的所述至少一个阀(63，64)，和/或

在开始切割的过程中(K0)、在两个切割部分之间(K2)、在经过切缝(F)时、或在切割结束时(K10)，启动、停用布置在用于二级介质(SG1，SG2)的进料线中的至少一个阀(63，64)。

13.如权利要求12所述的等离子体焰炬，其特征在于，在进入工件的进入切割过程中，最早在所述工件(W)已被刺穿一半或已被完全刺穿的时间点，打开布置在用于二级介质(SG1，SG2)的进料线(61，62，61a，61b)中的所述至少一个阀(63，64)。

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