DE1299203B

DE1299203B - Method for cutting metal by means of an arc plasma beam

Info

Publication number: DE1299203B
Application number: DEU11809A
Authority: DE
Inventors: Wickham Robert James; Keane William Patrick
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1964-07-20
Filing date: 1965-06-12
Publication date: 1969-07-10
Also published as: AT268830B; BE667171A; NL6509379A; US3366772A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metall- bogenbildenden Spitze der Elektrode in einen Ringschneiden mittels eines Lichtbogenplasmastrahls. raum erfolgt, der zwischen 0,8 und 3,2 mm breit ist.The invention relates to a method for cutting a metal arc-forming tip of the electrode into a ring by means of an arc plasma beam. space takes place, which is between 0.8 and 3.2 mm wide.

Plasmabögen der vorliegend betrachteten Art Die mit dem Verfahren nach der Erfindung erziellassen sich von gewöhnlichen elektrischen Lichtbögen ten weiteren Verbesserungen hinsichtlich Schneiddadurch unterscheiden, daß sie einen Plasmastrom 5 geschwindigkeit und Schnittgüte sind insbesondere mit einer gegenüber einem gewöhnlichen elektrischen auf eine Erhöhung der Temperatur des die Mittel-Lichtbogen hohen Energiedichte bilden. Ein der- Öffnung verlassenden Plasmastrahls zurückzuführen, artiger Plasmastrom hoher Energiedichte wird, wie Dadurch, daß dafür gesorgt wird, daß der Gasstrom bekannt ist (deutsche Patentschrift 1066 676), er- aus der Mittelöffnung der Düse mit niedrigerer Gezeugt, indem ein Gas zwischen einer nicht abschmel- io schwindigkeit als aus den Randöffnungen austritt, ist zenden Elektrode und einer gekühlten Düse hindurch- die Gasdurchflußmenge durch die Mittelöffnung vergeleitet wird, die einen den Lichtbogen einschnüren- hältnismäßig gering. Das bedeutet, daß bei Konstantden Mittelkanal aufweist. Das Gas wird durch die haltung der dem Lichtbogen zugeführten Energie Energie eines Lichtbogens aufgeheizt, der zwischen zum Aufheizen des die Mittelöffnung verlassenden der nicht abschmelzenden Elektrode und einer zwei- 15 Gases je Gasmengeneinheit ein größerer Betrag an ten Elektrode gezündet wird und innerhalb eines Wärmeenergie zur Verfügung steht. Dadurch wird solchen Kanals brennt. Dabei kommt es zur Bildung dieses Gas ganz oder mindestens zu einem erhebeines Plasmas, das im allgemeinen neutrales Gas, liehen Teil ionisiert. Infolge der Rekombination wird Tonen und Elektronen auf hohen Energiepegeln ent- die Ionisationsenergie am Werkstück nutzbar gehält. Beim Plasmalichtbogenschneiden wird der durch 20 macht.Plasma arcs of the type under consideration here are produced using the method according to the invention from ordinary electric arcs, this results in further improvements in terms of cutting differ in that they are a plasma flow 5 speed and quality of cut in particular with an opposite of an ordinary electric to an increase in the temperature of the central arc high energy density. A plasma jet leaving the opening, like plasma flow of high energy density is, as by ensuring that the gas flow is known (German patent specification 1066 676), he from the central opening of the nozzle with lower Gezeugt, in that a gas emerges from the edge openings at a rate that does not melt away Zenden electrode and a cooled nozzle through- the gas flow rate is diverted through the central opening that constricts the arc is relatively low. That means that at Konstantden Has central channel. The gas is created by holding the energy supplied to the arc Energy of an arc heated between to heat the one leaving the central opening the non-melting electrode and one two-gas per unit of gas amount a larger amount th electrode is ignited and heat energy is available within a. This will such a channel is on fire. This leads to the formation of all or at least a significant amount of this gas Plasmas, the generally neutral gas, ionizes the borrowed part. As a result of the recombination becomes Clays and electrons at high energy levels keep the ionization energy on the workpiece usable. With plasma arc cutting, this is increased to 20.

den einschnürenden Kanal der Düse austretende Man könnte zwar daran denken, dieses ErgebnisExiting the constricting channel of the nozzle One might think of this result

Plasmastrahl gegen ein Werkstück gerichtet; er bildet einfacher auf die Weise zu erzielen, daß die Gesamt-Plasma jet directed against a workpiece; it makes easier to achieve in the way that the overall

infolge seiner hohen Temperatur und seines großen menge des durch die Düse hindurchgetriebenen Gasesdue to its high temperature and the large amount of gas forced through the nozzle

Impulses ein wirksames Schneidwerkzeug. verringert wird, so daß die GasdurchflußmengenImpulses is an effective cutting tool. is reduced so that the gas flow rates

In dem Bestreben, die Schnittgüte, die Schneid- 25 durch die Mittelöffnung und durch die Randöffnungeschwindigkeit und die Wirtschaftlichkeit des be- gen verhältnismäßig klein sind. Ein solches Vorgehen kannten Schneidverfahrens zu verbessern, wurden führt aber nicht zum Erfolg, weil dann der an den verschiedene Abwandlungen getroffen. So ist es dem Randöffnungen austretende Hüllstrahl die Plasma-Erfinder bekannt und wurde es durch das ältere säule nicht mehr wirksam begrenzen kann und kein Patent 1208 838 bereits vorgeschlagen, bei einem 3° weitreichender, steifer Plasmastrahl erzeugt wird, unter anderem zum Schneiden bestimmten Licht- Außerdem würde durch die Verringerung der Gebogenplasmabrenner die verengte Auslaßöffnung der schwindigkeit und Menge des an der Elektrode und Düse mit einer Mehrzahl ringförmig angeordneter der Düse insgesamt vorbeistreichenden Gases die BiI-Gasdurchlässe konzentrisch zu umgeben, die mit dem dung von Sekundärbögen zwischen Elektrode und Gasraum innerhalb der Düse in Verbindung stehen, 35 Düse begünstigt, was seinerseits eine Absenkung der sowie weiter die Düse mit einer ringförmigen Gas- dem Lichtbogen zugeführten Energie erzwingen kammer auszustatten, die einerseits mit der Gas- würde.In an effort to improve the quality of the cut, the cutting speed through the center opening and the edge opening speed and the profitability of the process are relatively small. Such an approach Known cutting process to improve, but were not successful because then the made various modifications. So it is the envelope beam emerging from the edge openings, the plasma inventor known and it was due to the older column no longer able to effectively limit it and no Patent 1208 838 already proposed, when a 3 ° far-reaching, stiff plasma jet is generated, Among other things, light intended for cutting would also be achieved by reducing the arc plasma torch the narrowed outlet opening the speed and quantity of the gas sweeping past the electrode and nozzle with a plurality of annularly arranged gas as a whole, the BiI gas passages to surround concentrically, with the formation of secondary arcs between the electrode and Gas space within the nozzle are in communication, 35 favors the nozzle, which in turn reduces the as well as further forcing the nozzle with an annular gas energy supplied to the arc to equip chamber, which on the one hand with the gas would.

zuführung und andererseits über einen oder mehrere Es ist zwar auch ein Lichtbogenbrennschneidver-supply and on the other hand via one or more.

tangentiale Kanäle mit dem Ringraum zwischen der fahren bekannt (deutsche Auslegeschrift 1030 944),tangential channels with the annulus between the drive known (German Auslegeschrift 1030 944),

Innenwand der Düse und der Stabelektrode ver- 40 bei dem mit einer Brennerdüse gearbeitet wird, dieThe inner wall of the nozzle and the rod electrode are used in which a burner nozzle is used

bunden ist. · zwei ineinanderliegende Sauerstoffkanäle besitzt,is bound. Has two oxygen channels lying one inside the other,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die das Gas mit unterschiedlichen Drücken Schnittgüte und die Schneidgeschwindigkeit gegen- und damit unterschiedlichen Geschwindigkeiten hinüber den bei Anwendung des Lichtbogenbrenners durchgeleitet wird. Dabei wird jedoch gerade entgemäß dem genannten älteren Recht erzielbaren 45 gegen der Lehre der Erfindung ein mittlerer Hoch-Werten noch weiter zu verbessern. druckgasstrom mit einem äußeren Niederdruckgas-The invention is based on the object by which the gas at different pressures Cutting quality and the cutting speed versus and thus different speeds over which is passed through when using the arc torch. In doing so, however, it is in line with this the above-mentioned earlier law achieves a medium high value against the teaching of the invention to improve even further. compressed gas flow with an external low pressure gas

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem älteren strom umhüllt.This task is enveloped starting from the older stream.

Recht, bei einem Verfahren zum Metallschneiden Die Erfindung ist im folgenden in Verbindung mitRight, in a method of metal cutting The invention is hereinafter in connection with

mittels eines Lichtbogenplasmastrahls, bei dem ein den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtby means of an arc plasma beam, in which one explains the drawings in more detail. It shows

Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden 50 F i g. 1 eine schematische Darstellung einer typi-Arc between a non-melting 50 F i g. 1 a schematic representation of a typical

Elektrode, die innerhalb einer Düse mit einer sehen Anlage zur Durchführung des Verfahrens nachElectrode that is located inside a nozzle with a see attachment to carry out the process

koaxialen, in radialem Abstand von mehreren klei- der Erfindung undcoaxial, at a radial distance from several clothes of the invention and

neren Öffnungen umgebenen Öffnung angeordnet ist, F i g. 2 eine Kurvenschar, welche den sich bei der und einem Wandteil der Düse oder einem vor der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung an Düse befindlichen Werkstück gebildet und ein tangen- 55 der Elektrodenspitze einstellenden Druck in Abhäntial in den Ringraum zwischen der Elektrode und der gigkeit von der Gasdurchflußmenge wiedergibt. Düse eingeführter Gasstrom mindestens mit Schall- Eine typische Vorrichtung zur Durchführung des geschwindigkeit durch die Düse hindurchgeleitet Verfahrens nach der Erfindung ist schematisch in wird, wobei ein Teil des Gases in Form eines Licht- F i g. 1 gezeigt. Dabei ist ein Brenner T mit der einen bogenplasmastrahls aus der Mittelöffnung und das ^6o Seite einer Stromquelle P verbunden. Der schematisch restliche Gas aus den umgebenden Öffnungen her- ^p " veranschaulichte Brenner weist eine innerhalb einer ausgetrieben wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, · Düse 5 angeordnete, nicht abschmelzende Elekdaß zur Ausbildung einer so kräftigen Wirbel- trode 1 auf, die aus einem Halter 2 und einem Einbewegung des Gasstroms vor dem Austritt aus den satz 4 besteht. Der Einsatzwerkstoff kann beispiels-Düsenöffnungen, daß das Gas die Mittelöffnung mit 65 weise Zirkon oder Wolfram sein. Die nicht abniedrigerer Geschwindigkeit als die umgebenden Öff- schmelzende Elektrode 1 ist mit dem Mittelkanal 7 nungen verläßt, die tangentiale Einführung des Gases in der Düse axial ausgerichtet und unter Bildung in einem Abstand von höchstens 25 mm von der einer Lichtbogenkammer 9 gegen die Mündung desNeren openings is arranged surrounding the opening, F i g. 2 is a family of curves which are formed by the and a wall part of the nozzle or a workpiece located on the nozzle before the method according to the invention is carried out, and a pressure which sets the electrode tip in Abhäntial in the annular space between the electrode and the direction of represents the gas flow rate. Nozzle introduced gas stream at least with sonic A typical device for carrying out the speed passed through the nozzle method according to the invention is shown schematically in, with part of the gas in the form of a light. 1 shown. A torch T is connected to one arc plasma jet from the central opening and the ^6o side of a power source P. Schematically remaining gas from the surrounding openings manufacturing ^p "illustrated burner comprises an expelled within one, according to the invention characterized, · nozzle 5 disposed, non-consumable Elekdaß to form a so strong vortex trode 1, which from a holder 2 and an inward movement of the gas flow before the exit from the set 4. The insert material can be, for example, nozzle openings, the gas in the central opening with zirconium or tungsten openings, the tangential introduction of the gas in the nozzle is axially aligned and forming at a distance of no more than 25 mm from that of an arc chamber 9 against the mouth of the

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Kanals zurückgesetzt. Der Mittelkanal 7 ist von meh- Zündung des Lichtbogens und Verwendung einerChannel reset. The central channel 7 is of multiple ignition of the arc and use of one

reren Kanälen 11 umgeben. Diese Düsenart wird im Mehrkanaldüse von 3,2 mm Durchmesser mit 9,5 mmreren channels 11 surround. This type of nozzle is used in a multi-channel nozzle with a diameter of 3.2 mm and 9.5 mm

folgenden als Mehrkanaldüse bezeichnet. langen Kanälen zum Schneiden von 1,3 cm starkemhereinafter referred to as a multi-channel nozzle. long channels for cutting 1.3 cm thick

Im Betrieb wird das Lichtbogengas in den Bren- Kohlenstoffstahl mit einer Schneidgeschwindigkeit ner T über tangential angeordnete Gasmündungen 13 5 von 355 cm pro Minute, ergab sich die folgende Gaseingeführt, die nicht mehr als 2,5 cm hinter der verteilung: Bogenansatzfläche 15 der Elektrode 1 liegen. WirdIn operation, the arc gas is burned into the carbon steel at a cutting speed ner T via tangentially arranged gas orifices 13 5 of 355 cm per minute, resulted in the following gas introduced, which are not more than 2.5 cm behind the distribution: arc attachment surface 15 of electrode 1. Will

das Gas mehr als 2,5 cm von der Bogenansatzfläche Gesamte Luftmenge 7,08 w?lh the gas more than 2.5 cm from the arc attachment Area Total air volume 7.08 w? lh

15 entfernt eingeführt, werden die für die Durch- Durchflußmenge der Mittelführung des Verfahrens nach der Erfindung erforder- io öffnung 1,42 m^/h15 are inserted removed, those for the flow rate of the central guide of the method according to the invention required opening 1.42 m ^ / h

liehen Druckverhältnisse nicht gewährleistet. Vor- Durchflußmenge für acht Randzugsweise sind vier symmetrisch angeordnete Gas- löcher 5,66 m³/hborrowed pressure conditions not guaranteed. Prior to the flow rate for eight edges, there are four symmetrically arranged gas holes 5.66 m ³ / h

mündungen vorhanden. Das Gas wird mindestens Bogenspannung 150 Vmouths available. The gas has an arc voltage of at least 150 V.

mit Schallgeschwindigkeit eingeleitet, und man läßt Bogenstrom 275 Ainitiated at the speed of sound, and an arc current of 275 A is allowed

es um die Elektrode 1 herum in einem Ringstrom 15around the electrode 1 in a ring current 15

wirbeln, welcher durch die zwischen der Elektrode 1 Der Hauptunterschied zwischen den mit einerswirl, which by the between the electrode 1 The main difference between those with a

und der Wand 17 der Düse 5 gebildete Ringkammer Mehrkanaldüse und einer Einkanaldüse erhaltenenand the wall 17 of the nozzle 5 formed annular chamber, multi-channel nozzle and a single-channel nozzle

begrenzt wird. Der Ringstrom ist vorzugsweise zwi- Bedingungen liegt in der mittleren Temperatur desis limited. The ring current is preferably between the mean temperature of the conditions

sehen 3,2 und 0,8 mm breit. Es wurde gefunden, daß Gases in der Mittelöffnung.look 3.2 and 0.8 mm wide. It was found that there was gas in the central opening.

für optimale Schneidgeschwmdigkeit und Schnittgüte 20 Der Gasfluß im Mittelkanal ist bei Verwendung das Gas nicht nur nicht mehr als 2,5 cm hinter der einer Mehrkanaldüse mit Wirbelströmung erheblich Bogenansatzfläche einzuleiten, sondern der Ringstrom geringer, und folglich erreicht das ausströmende Gas auch innerhalb der oben angegebenen Grenzen zu nahezu den zweifachen Wert der bei einer Einkanalhalten ist. düse beobachteten Gastemperatur. Diese Verdopp-for optimum cutting speed and quality of cut 20 The gas flow in the central channel is when using the gas not only not more than 2.5 cm behind that of a multi-channel nozzle with vortex flow considerably Initiate arc attachment surface, but the ring flow is less, and consequently reaches the outflowing gas even within the limits given above to almost twice the value of a single-channel hold is. nozzle observed gas temperature. This doubling

Weiter wurde gefunden, daß zur Verbesserung der 25 lung der mittleren Gastemperatur bedeutet einen er-Schneidgeschwindigkeit und Schnittgüte der Druck heblichen Vorteil, da beispielsweise Sauerstoff bei an der Bogenansatzstelle 15 der Elektrode 1 oder der 7000° K nicht ionisiert ist, während Sauerstoff bei Mitte des wirbelnden Gases unter dem Atmosphären- 13 000° K gut innerhalb des Ionisationsbereiches liegt, druck liegen soll, und zwar gemessen bei nicht ge- Die Kombination von Wirbelströmung und Mehrzündetem Bogen. Diese Bedingung wird erfmdungs- 30 kanaldüsen ermöglicht extrem hohe mittlere Gasgemäß erfüllt, indem das Gas mindestens mit Schall- temperaturen im Mittelkanal und gestattet es gleichgeschwindigkeit eingeführt und der Wirbelring auf zeitig, größere Gasvolumen mit hoher Geschwindigeinem Durchmesser zwischen 3,2 und 0,8 mm ge- keit an der Elektrode und der Düse vorbeistreichen halten wird. Diese Werte gelten für den Fall, daß zu lassen, wodurch eine Sekundärbogenbildung zwikein Lichtbogen vorhanden ist. Wenn der Lichtbogen 35 sehen der Elektrode und der Düse verhindert wird, gebildet wird, ändern sich die Druckverhältnisse. Die Kurvenschar nach F i g. 2 gibt eine Übersicht Dessenungeachtet wurde festgestellt, daß die besten über eine Anzahl von Versuchen, die mit Mehr-Bodenbedingungen erhalten werden, wenn die oben kanaldüsen (gekennzeichnet durch den Buchangegebenen Zustände vor Zündung des Bogens her- stäben M) und Einkanaldüsen durchgeführt wurden, beigeführt werden. Wenn der Lichtbogen und das 40 Die in F i g. 2 verwendete Größenbezeichnung für Bogengas durch eine Mehrkanaldüse hindurch- die Düsen hat folgende Bedeutung: Die erste Zahl getrieben werden, verläuft die Bogensäule durch den gibt den Durchmesser des Mittelkanals in Einheiten Mittelkanal, während der restliche Teil des Bogen- von 0,8mm an, d.h., bei einer 4X12-M-Düse hat gases durch die Randöffnungen hindurchtritt. Es der Mittelkanal einen Durchmesser von 3,2 mm. Die wurde überraschenderweise gefunden, daß eine Wir- 45 zweite Zahl stellt die Länge des Mittelkanals in belströmung der oben beschriebenen Art in Verbin- gleichen Einheiten dar: d. h., bei der 4 X 12-M-Düse dung mit einer Mehrkanaldüse einen größeren Anteil hat der Mittelkanal eine Länge von 9,6 mm. Die bei des Gases durch die Randlöcher als durch das Mittel- der Bestimmung dieser Kurven verwendeten Mehrloch treibt. Eine theoretische Erklärung kann darin kanaldüsen hatten alle acht um den Mittelkanal verliegen, daß diese Erscheinung auf den in der Bogen- 50 teilte Randöffnungen. In jedem Fall wurde Gas minkammer ausgebildeten Druckgradienten zurückzu- destens mit Schallgeschwindigkeit tangential über führen ist. Über den Randöffnungen wird ein höherer vier symmetrisch angeordnete öffnungen eingeführt, Druck erzeugt als über der Mittelöffnung, was zu der die nicht mehr als 2,5 cm hinter der Bogenansatzunerwarteten Gasverteilung führt. fläche der Elektrode lagen. Das wirbelnde Gas wurde Es wurde gefunden, daß die Durchflußmenge an 55 durch eine Ringkammer mit einem Durchmesser von Kaltgas durch die Randlöcher etwa das Doppelte 3,2 bis ungefähr 0,8 mm, im allgemeinen und vorder Durchflußmenge durch das Mittelloch betrug. zugsweise ungefähr 1,6 mm, geleitet. Die Zurück-Der Ausdruck »Kaltgas« soll erkennen lassen, daß setzung der Elektrode gegen die Einlaßöffnung des kein Lichtbogen vorhanden war. Dieser Sachverhalt Mittelkanals betrug 5,56 mm. Bei diesen Bedinguntritt ein, obwohl die Gesamtfläche der Randöffnun- 60 gen wurde gefunden, daß für jede Düse mit Steigegen nur ein Drittel der Fläche der Mittelöffnung be- rung der Durchflußmenge an der Bogenansatzfläche trägt. Bei radialer oder axialer Gaseiniührung er- der Elektrode ein absoluter Druck vom Wert Null gab sich eine Strömungsaufteilung auf die Mittel- angenähert werden konnte und daß bei einem unter öffnung und die Randöffnungen entsprechend dem diesen Bedingungen vorgenommenen Schnitt die Verhältnis der zugehörigen Flächen. Dies zeigt, daß 65 höchste Geschwindigkeit und die beste Güte im die Einführung des Gases in einer Wirbelströmung Minimum der Kurve jeder Düse erzielt wurden. Es zu der gewünschten Mehrkanalwirkung beiträgt. wurde ferner festgestellt, daß einwandfreie Schnitte Bei typischen Lichtbogenbedingungen, d. h. nach und befriedigende Schneidgeschwindigkeiten bei ge-It was further found that to improve the mean gas temperature means an er cutting speed and cutting quality of the pressure considerable advantage, since, for example, oxygen is not ionized at the arc attachment point 15 of the electrode 1 or the 7000 ° K, while oxygen at The center of the swirling gas is below atmospheric 13,000 ° K well within the ionization range, pressure should be, measured at no The combination of vortex flow and multi-ignition Arc. This condition is met according to the invention, allowing extremely high mean gas levels, in that the gas has at least sonic temperatures in the central duct and allows it to be at the same speed introduced and the vortex ring on early, larger gas volumes at high speed Brush a diameter between 3.2 and 0.8 mm past the electrode and the nozzle will hold. These values apply in the event that they can be left, as a result of which secondary arcing is between Arc is present. If the arc 35 is prevented from seeing the electrode and nozzle, is formed, the pressure conditions change. The family of curves according to FIG. 2 gives an overview Nonetheless, it was found that the best over a number of trials were those with multi-soil conditions can be obtained if the above duct nozzles (identified by the states given in the book before the ignition of the arc M) and single duct nozzles have been carried out, be added. When the arc and the 40 die shown in FIG. 2 size designation used for Arc gas through a multi-channel nozzle - the nozzle has the following meaning: The first number are driven, the arch column runs through the gives the diameter of the central channel in units Central channel, while the remaining part of the arc has 0.8mm on, i.e. with a 4X12-M nozzle gases passes through the edge openings. There the central canal has a diameter of 3.2 mm. the it was surprisingly found that a second number represents the length of the central channel in Bellows of the type described above in connection with the same units represent: d. i.e., the 4 X 12 M nozzle When a multi-channel nozzle is used a larger proportion, the central channel has a length of 9.6 mm. The at of the gas through the edge holes as the multiple hole used by the mean of the determination of these curves drives. A theoretical explanation can be found in that duct nozzles had all eight lying around the central duct, that this phenomenon occurs on the edge openings divided in the arch 50. In any case, gas became a mine chamber formed pressure gradients back at least tangentially at the speed of sound lead is. A higher, four symmetrically arranged openings are introduced above the edge openings, Pressure generated than above the central opening, resulting in that being no more than an inch behind the arch base was unexpected Gas distribution leads. surface of the electrode. The swirling gas was found that the flow rate of 55 through an annular chamber with a diameter of Cold gas through the marginal holes about 3.2 to about 0.8 mm, generally and anteriorly Flow rate through the center hole. preferably about 1.6 mm. The back of the The expression "cold gas" is intended to indicate that the electrode is positioned against the inlet opening of the there was no arc. This central channel was 5.56 mm. With these conditions one, although the total area of the edge openings was found to be 60 for each nozzle with risers only a third of the area of the central opening gives the flow rate at the arch attachment area wearing. When gas is introduced radially or axially, the electrode has an absolute pressure of zero there was a flow distribution on the mean could be approximated and that with one under opening and the edge openings according to the cut made these conditions Ratio of the associated areas. This shows that the highest speed and the best quality in the the introduction of the gas in a vortex flow minimum of the curve of each nozzle were achieved. It contributes to the desired multi-channel effect. it was also found that perfect cuts In typical arcing conditions, i. H. gradual and satisfactory cutting speeds at

ringeren Gasmengen in der Nähe des Minimums erhalten werden konnten. Beispielsweise wurde mit einer 4 X 12-M-MehrkanaIdüse, d. h. einer Düse mit einem Mittelkanal von 3,2 mm Durchmesser, und acht Randlöchern von 0,66 mm Durchmesser, deren Mittelpunkte auf einem Lochkreis von 8,0 mm lagen, beste Schnitte bei einer Durchflußmenge von ungefähr 11,3 m³/h erzielt, was zu einem Druck von —0,42 kg/cm² führt. Zufriedenstellende Schnitte konnten jedoch mit Durchflußmengen zwischen 7,08 und 11,3 m³/h erhalten werden.lower amounts of gas near the minimum could be obtained. For example, a 4 X 12 M multi-channel nozzle, ie a nozzle with a central channel 3.2 mm in diameter, and eight rim holes 0.66 mm in diameter, the centers of which were on a pitch circle of 8.0 mm, included the best cuts a flow rate of approximately 11.3 m ³ / h, resulting in a pressure of -0.42 kg / cm ² . However, satisfactory cuts could be obtained with flow rates between 7.08 and 11.3 m ³ / h.

Das folgende Beispiel veranschaulicht die durch das Verfahren nach der Erfindung verwirklichten Verbesserungen. Für den Fachmann ergibt sich im übrigen klar die Art der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The following example illustrates those realized by the method of the invention Improvements. For the person skilled in the art, the way in which the invention is carried out is clearly evident Procedure.

Ein Kohlenstoffstahl von 1,3 cm Stärke wurde in einen Stromkreis zwischen einer Stromquelle und einem mit einer 4 X 12-M-Mehrkanaldüse versehenen Brenner gelegt. Die Elektrode war eine nicht abschmelzende Elektrode mit einem Zirkoneinsatz in einem wassergekühlten Kupferhalter. Die Elektrode war gegen das Einlaßende des Mittelkanals der Düse 5,56 mm zurückgesetzt. Der Durchmesser der Bogenkammer zwischen der Elektrode und den Düsenwänden betrug 1,6 mm. Ungefähr 7,08 m³/h Luft wurden über vier symmetrisch angeordnete Tangentialöffhungen ungefähr 2,5 cm hinter der Bogenansatzfläche der Elektrode eingeführt. Der Druck an der Elektrodenspitze betrug ungefähr —0,35 kg/cm². Mittels einer Hochfrequenzentladung zwischen der Elektrode und dem Werkstück wurde dann ein Bogen bei 275 A und 140 V gebildet. Die Schneidgeschwindigkeit betrug 355 cm/Min. Bei identischen Bedingungen,, jedoch einem Durchmesser der Ringkammer von über 3,2 mm betrug die Schneidgeschwindigkeit nur 254 cm/Min.A carbon steel 1.3 cm thick was placed in a circuit between a power source and a torch equipped with a 4 X 12 M multi-channel nozzle. The electrode was a non-consumable electrode with a zirconium insert in a water-cooled copper holder. The electrode was set back 5.56 mm from the inlet end of the central channel of the nozzle. The diameter of the arc chamber between the electrode and the nozzle walls was 1.6 mm. Approximately 7.08 m ³ / h of air were introduced via four symmetrically arranged Tangentialöffhungen about 2.5 cm downstream of the arc attachment area of the electrode. The pressure at the electrode tip was approximately -0.35 kg / cm ² . An arc at 275 A and 140 V was then formed using a high frequency discharge between the electrode and the workpiece. The cutting speed was 355 cm / min. Under identical conditions, but with a diameter of the annular chamber of over 3.2 mm, the cutting speed was only 254 cm / min.

Während die vorliegend beschriebenen Mehrkanaldüsen alle acht Randlöcher hatten und die Fläche des Mittelkanals das Dreifache der Gesamtfläche der Randlöcher betrug, ist es möglich, dieses Verhältnis zu ändern, ohne die praktische Durchführung der Erfindung nachteilig zu beeinflussen.While the multi-channel nozzles described here all had eight edge holes and the The area of the central channel was three times the total area of the edge holes, it is possible to do this To change the ratio without adversely affecting the practice of the invention.

Claims

Claim:

Method for cutting metal by means of a; Arc plasma beam, in which a. Electric arc between a non-consumable electrode 5 those inside a nozzle with a coaxial, radial distance from several smaller openings Surrounded opening is arranged and a wall part of the nozzle or in front of the Nozzle located workpiece and formed a tangential in the annular space between the electrode and flow of gas introduced into the nozzle at least at the speed of sound through the nozzle is passed through, with part of the gas in the form of an arc plasma beam from the Central opening and the remaining gas is expelled from the surrounding openings, thereby marked that. to develop such a powerful vortex movement of the gas flow before exiting the nozzle openings that the gas lower the central opening Velocity than the surrounding openings leaves »the tangential introduction of the gas in a distance of no more than 25 mm from the arc-forming tip of the electrode into one Annular space takes place between 0.8 and 3.2 mm is wide.

1 sheet of drawings