CN110870389A - 等离子切割方法及实施该方法的割炬 - Google Patents
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Abstract
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)。
Description
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10x106Pa)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。
未来此本发明首先提出了一种用于等离子切割待切割件的方法，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、第一供气装置、第二喷嘴和供气装置，所述电极设置在第一喷嘴内，所述第一喷嘴具有面向所述电极的末端的第一出口部分，所述第一供气装置用于所述第一喷嘴，所述第二喷嘴同心地围绕所述第一喷嘴并具有第二出口部分，所述第二出口部分基本面向所述第一出口部分，所述供气装置位于所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间，
向所述电极供应电流，并向所述第一喷嘴和所述第二喷嘴供应气体，以便与引入所述第一喷嘴的气体形成等离子体，
根据本发明，控制所述第一喷嘴的所述出口处的所述第二喷嘴中的等离子束周围的环境压力，以便在一方面至少高于大气压并在另一方面低于所述第一出口部分中的压力。
按此方式，使用次级气流不仅保护了所述等离子束，而且还通过限制其宽度并作用在所述电击结构上来使其受到限制。
在该等离子切割方法中，有利地，所述第一出口部分中的所述等离子束中的所述压力与所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间的所述等离子束周围的所述环境压力之间的比例在1和5之间，优选在2和4之间，更优选在2.4和2.6之间。
根据一个实施例，从所述第一喷嘴中的总产生压力和与恒定压力下的比热与所述等离子体的体积之间的比例对应的系数来获得所述第一出口部分中的所述压力。
在该等离子切割方法中，还可通过改变将所述第二出口部分与所述待切割件分开的距离来调节所述等离子束周围的所述环境压力。本领域技术人员应了解，所述待切割件与所述第二喷嘴的所述出口(换句话说就是所述第二出口部分)之间的距离越小，该距离对所述焊接压力的影响就越大。的确，由于所述待切割件阻碍了下游气体的流动，所以所述待切割件在所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间的气流(称为下游气体)上产生反压力。该距离增加的越多，该反压力减小到快速可忽略的程度就越大。
作为一个非限制性示例，例如，所述第一喷嘴中的所述供气压力可大于5000hPa，优选在8000和20000hPa之间。雷斯蒂，关于电值，例如，所述等离子束的平均电场可超过15kV/m。
试验证明，所述等离子束中的电流强度优选为所述第一喷嘴的所述供气压力的仿射函数。因此，随着所述等离子供气压力的增加，所述电流强度以及因此与之成正比的视在电流密度(以A/mm2为单位)也增加，这能够在整个所述等离子束中保持显著的功率密度。
在根据本发明所述的等离子切割方法中，在所述等离子束的灌注阶段、转移阶段和穿刺阶段同时在随后所述压力在切割阶段增加的期间，所述第一喷嘴的所述出口部分处的等离子束周围的所述环境压力基本上等于大气压(小于1500hPa)。
在上述方法中，在切割循环的至少一个阶段期间，所述第二喷嘴可与所述待切割件接触。如上所述，这使得可作用在两个喷嘴之间的所述等离子束周围的所述环境压力。
接下来，本发明还涉及一种等离子割炬，所述等离子割炬包括电极、第一供气装置、第二喷嘴和第二供气装置，所述电极设置在第一喷嘴内，所述第一喷嘴具有面向所述电极的末端的第一出口部分，所述第一供气装置用于所述第一喷嘴，所述第二喷嘴同心地围绕所述第一喷嘴并具有第二出口部分，所述第二出口部分基本面向所述第一出口部分，所述第二供气装置位于所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间。
根据本发明，所述等离子割炬还包括用于从至少一个传感器来调节所述第二供应装置的装置，所述至少一个传感器连接至所述第一供应装置。
根据本发明，所述等离子割炬包括第一传感器、第二传感器和控制管线，所述第一传感器用于确定所述第一喷嘴中的压力，所述第二传感器用于确定所述第二喷嘴中的压力，所述控制管线用于所述第二喷嘴中的所述压力。该等离子割炬还可包括用于所述第一喷嘴中的压力的控制管线。
根据一个替代性实施例，所述第一喷嘴包括终止于所述出口部分中的通道，所述通道设有发散部分。
在本文所述的等离子割炬中，所述下游气体的临界部分(对应于所述第二供应装置)优选为所述第二出口部分，即所述第二喷嘴的所述出口部分。所述割炬随后有利地按以下方式进行设计：所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间的通路部分总是大于所述第二出口部分，优选总是比该第二出口部分大至少1.5倍。
根据本发明所述割炬的另一个变例，所述第二喷嘴可相对于所述第一喷嘴来移动地安装。在该另一个变例中，所述第二喷嘴相对于所述第一喷嘴的相对运动与环绕所述出口部分的球窝式运动对应，和/或与沿由所述第一喷嘴限定的纵轴的轴向运动对应，和/或与在垂直于所述第一喷嘴的平面中并围绕所述第一喷嘴的所述出口部分的中心在切割方向上的运动对应。
最后，在上述割炬中，所述第二喷嘴优选具有出口部分，所述出口部分的直径是所述第一喷嘴的所述出口部分的直径的2到30倍。
附图说明
根据下面的描述并参考所附的示意图，本发明的细节和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的等离子割炬的纵向截面图，以及
图2是本发明相对于先前技术等离子割炬而可获得的性能示意图。
具体实施方式
图1示意性示出了等离子割炬的纵向截面图。该割炬的结构与先前技术割炬的结构类似。电极3设置在割炬的中心处，并沿所谓的纵向方向延伸。第一喷嘴或等离子体喷嘴4设置在该电极3和第二喷嘴四周，或设置在喷嘴5的下游、设置在该喷嘴的外部，以及相对于电极3来同心地安装。安装此类组件，以便面向工件2，例如，面向厚度较大的金属片材。
例如，电极3是先前技术中用在等离子割炬中的电极。如图1示意性地所示，其具有大体圆柱形的主体，该主体由例如铜或铜基合金的导电和导热材料制成。可以注意到，在电极3的端部存在插入物，该插入物通常由具有很高熔化温度的热发射材料(例如钨)或铪(或其他材料)制成。取决于待切割材料和等离子体的性质，一种材料将优于另一种。
附图中未示出用于电气地供应电极3的装置，并且此处将不进行说明。此处可使用本领域技术人员已知并公知的用在先前技术等离子割炬中的供应及调节装置。
第一喷嘴或等离子体喷嘴4具有大体通过围绕电极3的纵轴旋转而产生的形状，并因此具有大体锥形。在电极3和等离子体喷嘴4的内壁之间没有第一通路6。等离子体喷嘴4在其顶点处沿其旋转轴管线包括通道8，该通道在等离子体喷嘴4的外表面上具有出口部分9。在此通道8在其优选实施例中表示为对应于圆柱形通道(因此具有恒定的圆形截面)，但该通道还可具有终止于出口部分中的发散部分9。在等离子体喷嘴4具有设置有发散部分的通道8并使等离子体喷嘴4的输出压力降低到颈部压力与大气压之间的中间值的情况下，优选地，将发散部分设计成使得该中间值不达到大气压。
第二喷嘴或下游喷嘴5也具有通过围绕电极3的纵轴旋转而产生的形状。其也具有大体锥形形状，其中顶角比等离子体喷嘴4的顶角稍大。第二通路7也设在等离子体喷嘴4和下游喷嘴5之间。在旋转轴上下游喷嘴5的顶部处，也设有通口，该通口在下游喷嘴5的外表面上具有出口部分10。出口部分10大于等离子体喷嘴4的出口部分9。
用于制造等离子体喷嘴4和下游喷嘴5的材料优选为良好的导热材料。可以是铜合金(例如CuAl或CuTe或CuCrZr类型)或铝合金或黄铜(或其他)。此外优选地，例如，通过流动的气体和/或通过具有单独的冷却流体的专用系统来冷却喷嘴。图1未示出此类可集成在所示割炬上的冷却装置。
此处所示的待切割件2是垂直于喷嘴旋转轴的片材，这是本领域技术人员已知的另一种布置，因为根据本发明，倒角切口可具有非直角的切口。
设置用于第一通路6的供气装置。它们首先包括等离子气体11的来源和从所述来源延伸至第一通路6的供应管线。例如，等离子气体11的来源可仅是气瓶，例如本领域技术人员已知的包括压缩空气、氧气或任何其他适合切割材料的气体的气瓶，其优选设有减压器。其也可能是工业气体网络，在低温下以液相储存的气体罐、气体发生器等。第一供应管线包括第一压力调节器12和截止阀13。在该第一供应管线上，尽可能在其下游设有给予等离子供气压力的压力传感器。该供应压力称为Pi。
还具有用于第二通路7的供气装置。这些装置包括下游气源14和从所述气源延伸至第二通路7的供应管线。该第二供应管线包括第二压力调节器15和截止阀16。此处，下游气源也可以是气瓶(优选具有膨胀阀)、工业网络、发电机、液化气等。下游气体可以是惰性气体，例如氮气，但也可以是例如空气。
割炬还包括在等离子体喷嘴4的出口部分9和下游喷嘴5的开口之间的压力传感器，该压力传感器用于测量下游喷嘴5中的压力P2。测量P2的该压力传感器设在尽可能靠近下游喷嘴5的旋转轴的位置处，以便给予表示等离子体喷嘴4的出口部分9中的环境压力值。如果测量P2的传感器远离等离子体喷嘴4的出口部分9，则可根据所计算的测量点与等离子体喷嘴4的出口部分9周围的区域之间的压降来对测量进行校正。该校正可考虑由损失所引起的总压力损失以及由气体速度引起的动态压力下降等因素。在该情况下，在下游供气管线的上游设有流量传感器(未示出)。
设有用于作用在第二通路7中的第二压力调节器15上的调节装置(下游气体)。可在图1中注意到，在第一通路6中测得的压力(压力Pi)存在乘数(乘以系数1/K)。将这样获得的值与测得的压力P2进行比较，并控制第二压力调节器15以将值(Pi/K)-P2保持为零。按此方式，将比例Pi/P2保持在K值。如下所述，系数K优选在1.65和9.5之间选择。
测量和压力调节最好以电子方式(以模拟或数字方式)进行，但可设想使用纯机械(气动)技术或机械和电子技术的组合来进行。通过单纯示例性且非限制性示例的方式，图1示出了第一压力调节器12和第二压力调节器15，该第一压力调节器是机械调节器，该第二压力调节器是电子技术的比例阀。大多数情况下，本领域技术人员将为所有组件选择相同的技术(电子或机械或其他方式)，但是可设想任何“混合”技术。
作为一个替代性实施例，可规定，除了压力调节器，还可通过下游喷嘴的出口部分10(可视为末端)与待切割件2(或片材)的表面之间的高度来控制喷嘴之间(等离子体喷嘴4和下游喷嘴5)的等离子束的环境压力。
当向电极3供应电流时，假设进行导电的待切割件2连接至参考电位(质量)、向等离子体喷嘴4供给等离子体气体、向下游喷嘴5供给下游气体、产生电弧的等离子束1。其始于电极3的插入物、被引导通过通道8，然后在到达待切割件2之前穿过下游喷嘴5中的开口。
为了切割工件2，此处提出确保在等离子体喷嘴4的出口部分9的周围以及直到待切割件2周围的等离子束周围的周围压力大于大气压，并控制其来保持精细的等离子束，以在等离子供气压力增加并维持在等离子体喷嘴4中产生的等离子束的功率密度下降到待切割件2时避免加剧电击结构。为此，旨在调节压力P2(等离子体喷嘴4出口9周围两个喷嘴之间的环境压力)，以便使等离子体喷嘴4的出口部分9处的等离子体喷嘴的平均绝对喷射压力Pj与两个喷嘴之间的所述等离子体喷嘴的环境压力P2之间的比例(所谓的喷嘴压力比或NPR)保持在1和5之间。
当NPR比是1时，出口压力等于环境压力，然后割炬以适应模式运行。相反，当该比例是5时，割炬在具有枪管电击结构的膨胀不足的等离子束的极限状态(上限)下运行，第一直向电击的直径达到接近等离子体喷嘴4的出口部分9的直径的尺寸。
不仅在待切割件2的切割方法的切割阶段期间执行对下游喷嘴的压力的调节。例如，环境压力P2可设在等离子提喷嘴4的出口部分9处，以便基本上等于灌注阶段、转移阶段和刺破阶段中的大气压，从而随后可大于切割阶段中大气压。
此处可考虑，等离子体喷嘴4的出口部分9是临界部分(对应于具有恒定圆形截面的通道8的情况)。然后，通过以下公式可很好地预估出口部分9中的压力Pj：
Pi是上述压力。这是等离子体喷嘴中的总产生压力，即等离子供气压力减去等离子体喷嘴4中的损耗。
γ是对等离子体的恒定压力下的比热与恒定体积下的比热的比例的估算。
γ大体在1.0和1.4之间。因此，比例Pj/Pi大体在1.65和1.9之间。由于比例Pj/P2在1和5之间，所以随后获得了1.65和9.5之间的系数系数K＝Pi/P2。
实际上，系数K优选在3和6之间，对该系数的一个很好的折衷通常是在5.5左右。
在非示意性情况下，其中通道8将具有分散部分，还可预估出口部分9中的平均压力，但可使用另一个公式来计算出口部分9中的马赫数。在该情况下：
另外：
其中A对应于出口部分9，A*对应于通道的临界(最小)部分。
通过如上所示调节下游气体压力，割炬产生了可加剧的等离子束，即由于包含了等离子束的膨胀以及等离子束中电极波的强度和大小，所以可通过增加等离子供气压力，同时保持等离子束的功率密度下降到待切割件2的表面，来增加电极3和待切割件2之间的平均电流密度或平均电场。还可在待切割件2和等离子体喷嘴4(或电极3)之间的切割高度上进行操作，使其比现有技术的割炬低。试验证明，可利用此处的技术来使切割高度小于等离子体喷嘴4直径的4倍，使得温度分布在等离子束中的热扩散较低，且切割精度(切缝宽度)得到显著。由于每线性米切割待熔化和喷射的金属的比容不太重要，所以与现有技术相比，切口宽度的减小具有提高切割能量效率的其他有益效果。因此，可提高切割方法的生产率，即以相同的电流强度执行更快或更厚的切割。
该切割高度还可影响环境压力P2。的确，在该切割高度下降时，反压力与下游气体的流动相反，因此改变了环境压力P2。如果该切割高度较低时，则必须考虑该切割高度，即可不再忽略施加的压力，除了取决于下游喷嘴5的出口部分10的待切割件2之间的距离外，所述反压力的计算也取决于在出口部分10及可能在其形状(例如，如果是发散的)。
作为一个示例性而非限制性数字示例，在切割循环的至少一个阶段期间，供气压力等离子体可例如大于5巴，优选地在6和100巴之间，理想地在8和20巴之间。对于该方法循环的全部或部分切割阶段，限定为电弧电压与电极3和待切割件2之间距离的比例的等离子体射流中的平均电场还可大于15kV/m。
在本文所述的等离子切割方法中，在切割过程的至少一个阶段期间，等离子体喷嘴4的给定出口截面直径9的电流还可取决于等离子体喷嘴4的供应压力Pi。例如，强度可以是供应压力的仿射函数，因此可表示为：I＝a+b.P，a和b是要根据割炬的几何形状确定的常数。在灌注、刺穿和/或切割循环的全部或部分过程中，可通过等离子体喷嘴4中的压力产生的压力来动态地控制该电流。
图2示出了与没有经过适当调整的性能相比(虚管线)通过调节下游气体压力获得的性能(实管线)。
在一个示例性实施例中，等离子割炬首先在60A处进行操作。该割炬配备有等离子体喷嘴4和下游喷嘴5，该等离子体喷嘴具有直径为1mm的通道，并被供给作为等离子体气体的空气，该下游喷嘴具有直径为4mm的出口部分10。向下游喷嘴5供应压缩空气，在此用作下游气体，以便可将等离子体喷嘴4出口9周围测得的压力P2控制在对应于无压力调节的参考操作的0巴和(即绝对压力为1巴或约100000Pa)3巴之间。通过改变等离子体喷嘴4和下游喷嘴5的供应压力，使用该割炬来切割厚度为5mm的低碳钢材(片材)。然后在有和没有调节(适应)压力P2的情况下测量切口的上切口宽度，并在图2中进行绘制。
观察到，本发明的实施方式中(连续曲管线)压力P2从0逐渐增加到0.9，然后增加到1.25巴(分别为0和90000和125000Pa)，这使得在增加等离子体喷嘴4中的供应压力(图2中的x轴)时，实现了切口宽度(图2中的纵坐标)的减小。
另一方面，在传统状态下(P2等于或接近于零)，割炬的行为意味着：供气压力4的等离子体喷嘴在传统压力(此处约为5巴)以上时，切口宽度会得到显著增加。
在图2所示的示例中，等离子体喷嘴4中的供应压力Pi与压力P2之间的比例是恒定的并近似等于5.5。
在进行压力调节操纵的相同割炬的另一个实施例中，通过在高达130A的等离子体喷嘴高压供应或远高于60A/mm2的常规视在电流密度值(例如在文件US5123512中引用的值)的165A/mm2的视在电流密度下增加电流强度来实现切割，以及通过如在第一实施例中所观察到的那样在保持低的通道宽度的同时成比例地将切割速度提高到5m/min来实现切割。
为了实现下游喷嘴5中的气体压力的更好的调节，其几何设计及其供应系统的几何设计必须可实现压力P2可增加至期望值P2＝Pi/K。为此，例如，下游喷嘴5的形状设定成使得从下游气体源14到下游喷嘴5的出口部分10的下游气体供应回路的通道部分在各处都优于同一出口部分10，以便出口部分10成为气体流动即所谓的下游气体的临界部分。
另外，关于等离子供气和用于调节相应供应管线中压力的动态构件，当然所有部件的尺寸都应确定为实现通过该临界部分的最大流速通过。
为了完成这些条件，预计下游喷嘴5的出口部分10的直径优选为等离子体喷嘴4的出口部分9的直径的2到30倍。
限定为等离子体喷嘴4的出口部分9与下游喷嘴5的出口部分10之间的距离的下游喷嘴5的“高度”选定例如在0和10mm之间，优选在0和5mm之间。
作为一个替代性实施例，下游喷嘴5可相对于等离子体喷嘴移动，并可相对于该喷嘴移动，该喷嘴被视为固定在割炬的参考框架上。
例如，排他性地，下游喷嘴5相对于等离子体喷嘴的相对运动可沿着纵轴作为线性运动。为了控制该运动，可提供诸如弹簧或气动系统(例如通过辅助气体)的弹性推力系统或提供平移中的止动肩部(附图中未示出)，该系统一方面相对于等离子体喷嘴4向外进行定向，并在另一方面抵靠在由待切割件2形成的表面的第一表面上。
排他地，下游喷嘴5相对于等离子体喷嘴的相对运动也可为环绕下游喷嘴5的出口部分10的中心的旋转运动。
根据另一个实施例，下游喷嘴5相对于等离子体喷嘴的相对运动也可以是仅在垂直于等离子体喷嘴4的平面内以及在围绕下游喷嘴5的出口部分10的中心的切割方向上的滑动运动。
下游喷嘴5相对于等离子体喷嘴的相对运动也可以是上述三种运动中的至少两种运动的组合。
在球窝式运动的情况下，例如，可通过等离子体喷嘴4和待切割件之间的角度来控制该运动，以便在该方法的循环的至少一个阶段中，下游喷嘴5的出口部分10保持与片材的表面平行。
在切割方法的一个替代性实施例中，在切割循环的至少一个阶段中，下游喷嘴可与片材具有至少一个接触点。
总之，此处因此提出了一种使用电极、等离子体喷嘴或面向该电极的上游喷嘴等的等离子切割方法和电弧等离子割炬，向所述电极之间的空间供应等离子气体，所述等离子体喷嘴包括用于使等离子束流过的开口(通道)，其中在切割循环的至少一个阶段期间，所述等离子体喷嘴的出口部分和待切割件之间的等离子束周围的环境压力大于大气压。
借助于至少在等离子体喷嘴下游的第二喷嘴和所谓的被供应次级气体的下游喷嘴，可使环境压力大于大气压。
下游喷嘴的供气是由至少一个压力调节器来提供，优选由机械或电子的调节器来提供，该调节器的设定值取决于等离子体喷嘴的供气压力。例如，该压力调节器使用压力测量信号，该信号的压力输出位于等离子体喷嘴和下游喷嘴之间的空间中，优选位于靠近等离子体喷嘴的出口部分处。
为了更好地进行下游喷嘴的气体供应，其供应回路优选使得在供应回路中在压力下的次级气体源和下游喷嘴之间的任何地方的气体通过至少大于以下两个部分的部分：在循环的切割阶段中，下游喷嘴的出口部分或下游喷嘴的出口边缘在待切割材料表面上的投影所形成的表面的环形部分。
如上所述，所述等离子体喷嘴的出口部分中的等离子体束中的平均绝对压力与环境压力之间的NPR比例(喷嘴压力比)优选在1和5之间，优选在2和4之间，理想地为2.5。因此，对于具有圆柱形等离子体出口通道的喷嘴来说，等离子体喷嘴的总供应压力与下游喷嘴的供应压力之间的比例随后有利地在1.65和9.5之间，理想地在3和6之间，甚至更理想地约为5.5。
最后，等离子体气体可不同于下游气体，但是也可与下游气体相同。在此情况下，如上所述，等离子体气体源11和下游气体源14可以是一个单一的气体源，例如气瓶或工业气体网络。该公共气体例如是空气、氧气或任何其他气体。然后将第一供应管线和第二供应管线连接至该气体源。
当然，本发明不限于上述优选实施例和所设想的变例。在以下权利要求书的范围内，本领域技术人员也能想到其他实施例(装置和方法)。
Claims (17)
1.一种等离子切割待切割件的方法，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，
其特征在于，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)，以便在一方面至少高于大气压并在另一方面低于所述第一出口部分(9)中的压力(Pj)。
2.根据权利要求1所述的等离子切割方法，其特征在于，所述第一出口部分(9)中的所述等离子束(1)中的所述压力(Pj)与所述第一喷嘴(4)和所述第二喷嘴(5)之间的所述等离子束(1)周围的环境压力(P2)之间的比例在1和5之间，优选在2和4之间，更优选在2.4和2.6之间。
3.根据权利要求1或2所述的等离子切割方法，其特征在于，从所述第一喷嘴(4)中的总产生压力(Pi)和与恒定压力下的比热与所述等离子的体体积之间的比例对应的系数来获得所述第一出口部分(9)中的所述压力(Pj)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子切割方法，其特征在于，所述第一喷嘴(4)中的所述供气压力(Pi)大于5000hPa，优选在8000和20000hPa之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的等离子切割方法，其特征在于，也可通过改变所述待切割件(2)的所述第二出口部分(10)之间的距离来调节所述等离子束(1)周围的所述环境压力(P2)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的等离子切割方法，其特征在于，所述等离子束的平均电场大于15kV/m。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的等离子切割方法，其特征在于，所述等离子束中的电流强度是所述第一喷嘴(4)中的所述供气压力(Pi)的仿射函数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的等离子切割方法，其特征在于，在所述等离子束的灌注阶段、转移阶段和穿刺阶段同时在随后所述压力在切割阶段增加的期间，所述第一喷嘴(4)的所述出口部分(9)处的等离子束(1)周围的所述环境压力(P2)基本上等于大气压(小于1500hPa)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的等离子切割方法，其特征在于，在切割循环的至少一个阶段期间，所述第二喷嘴(5)与所述待切割件(2)接触。
10.一种等离子割炬，包括电极(3)、第一喷嘴(4)的第一供气装置(11、12、13)、第二喷嘴(5)和第二供气装置(14、15、16)，所述电极设置在所述第一喷嘴(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)，所述第二供气装置位于所述第一喷嘴(4)和所述第二喷嘴(5)之间，
其特征在于，所述等离子割炬还包括用于从至少一个传感器来调节所述第二供应装置的装置，所述至少一个传感器连接至所述第一供应装置。
11.根据权利要求10所述的等离子割炬，其特征在于，所述等离子割炬包括第一传感器、第二传感器和控制管线，所述第一传感器用于确定所述第一喷嘴(4)中的压力(Pi)，所述第二传感器用于确定所述第二喷嘴(5)中的压力(P2)，所述控制管线用于所述第二喷嘴(5)中的所述压力。
12.根据权利要求11所述的等离子割炬，其特征在于，所述等离子割炬还包括用于所述第一喷嘴(4)中的所述压力的控制管线。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的等离子割炬，其特征在于，所述第一喷嘴(4)包括终止于所述出口部分(9)的通道(8)，且所述通道(8)配备有发散部分。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的等离子割炬，其特征在于，所述第一喷嘴(4)和所述第二喷嘴(5)之间的通路部分总是大于所述第二出口部分(10)，优选总是比该第二输出部分(10)大至少1.5倍。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的等离子割炬，其特征在于，所述第二喷嘴(5)可相对于所述第一喷嘴(4)来移动地安装。
16.根据权利要求15所述的等离子割炬，其特征在于，所述第二喷嘴(5)相对于所述第一喷嘴(4)的相对运动与环绕所述出口部分的球窝式运动对应，和/或与沿由所述第一喷嘴(4)限定的纵轴的轴向运动对应，和/或与在垂直于所述第一喷嘴(4)的平面中并围绕所述第一喷嘴(4)的所述出口部分(9)的中心在切割方向上的运动对应。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的等离子割炬，其特征在于，所述第二喷嘴(5)包括出口部分(10)，所述出口部分的直径是所述第一喷嘴(4)的所述出口部分(9)的直径的2到30倍。
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