DE2130394B2 - Verfahren zum abtragen von metall von einem werkstueck - Google Patents
Verfahren zum abtragen von metall von einem werkstueckInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen und das die wärmebeeinflußte Zone besonders klein
von Metall von einem Werkstück, bei dem ein Licht- hält.
bogen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück as Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gegebildet,
ein wirbelnder Gasstrom um den Lichtbogen löst, daß der Flüssigkeitsstrom und Gasstrom zu eiaer
herum aufrechterhalten und ein wirbelnder Flüssig- Wirbelbewegung in gleicher Richtung veranlaßt und
keitsstrom um den Gasstrom und den Lichtbogen Lichtbogen, Gasstrom und Flüssigkeitsstrom durch
herumgeleitet wird und bei dem der Lichtbogen, der einen den Lichtbogen einschnürenden Kanal der Düse
Gasstrom und der Flüssigkeitsstrom durch eine Düse 30 hindurchgeleitet werden.
hindurch gegen das Werkstück gerichtet werden. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird mit
Es ist bekannt (US-PS 28 06 124), einen Lichtbogen Hilfe des den Lichtbogen einschnürenden Düsenkanals
zusammen mit einem Gas durch eine Düse hindurch- ein wandungsstabilisierter Lichtbogen ausgebildet, der
zutreiben, deren Durchmesser ausreichend klein ist, auf Grund des wirbelnden Flüssigkeitsstromes eine
um für eine Einschnürung des Lichtbogens (sogenannte 35 zusätzliche Einschnürung erfährt. Es findet also eine
Wandungsstabilisierung) zu sorgen. Dabei wird ein Kombination von Wandungs-und Wirbelstabilisierung
statt. Wirbeln dabei in der angegebenen Weise Gas- und Flüssigkeitsstrom in gleicher Richtung, weiden
die mit der bekannten Wandungsstabilisierung und der bekannten Wirbelstabilisierung erzielbaren Ergebnisse
in überraschender Weise bei weitem übertroffen. Insbesondere
werden in hohem Maße ebene und saubere Schnittflächen bei hohen Schnittgeschwindigkeiten
erhalten. Es kommt praktisch nicht zu der unerwünsch-
Richtung der Lichtbogenachse geführten Gasstrom 45 ten Ausbildung von wärmebeeinflußten Zonen. Das
herum einen Flüssigkeitswirbel aufrechterhalten. Dabei Verfahren als solches ist einfach durchzuführen. Die
Ausbildung eines doppelten Lichtbogens beim Zünden wird sicher vei mieden, ohne daß es dazu einer komplizierten
Taktsteuerung für die Zufuhr von Gas, Flüssigkeit und elektrischem Strom bedarf. Obwohl
die Düsenwandung zur Einschnürung des Lichtbogens herangezogen wird, bleibt die Gefahr einer Zerstörung
der Düse besonders klein, weil der Flüssigkeits- und der Gasstrom zusammen gegen Stromdurchgang ver-
herumgeleitet werden. Der Arbeitsgasstrom dient der 55 hältnismäßig widerstandsfähig sind, die Düse wirksam
Einschnürung des Lichtbogens. Der Flüssigkeitsstrom kühlen und den Lichtbogen zusätzlich einschnüren,
wird zur Kühlung der Düse herangezogen.
Sowohl bei den mit Wandungsstabilisierung als auch bei den mit Wirbelstabilisierung arbeitenden
bekannten Verfahren läßt die Schnittgüte häufig zu wünschen übrig und ist die Schnittgeschwindigkeit,
verhältnismäßig klein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
allgemein zum Abtragen von Metall von einem Werkstück geeignetes, einfach durchführbares Verfahren zu 65 die mit dem Verfahren nach der Erfindung in 6,4 mn schaffen, das selbst bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit dickem rostfreiem Stahl ausgeführt wurden, Schnitte mit nahezu vollkommen gerader Schnittfläche Fig. 3 a, 3 b und 3 c Fotografien von Schnitten ii
allgemein zum Abtragen von Metall von einem Werkstück geeignetes, einfach durchführbares Verfahren zu 65 die mit dem Verfahren nach der Erfindung in 6,4 mn schaffen, das selbst bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit dickem rostfreiem Stahl ausgeführt wurden, Schnitte mit nahezu vollkommen gerader Schnittfläche Fig. 3 a, 3 b und 3 c Fotografien von Schnitten ii
ersibt. bei dem im wesentlichen kein Gekrätz anfällt 12,7 mm dickem rostfreiem Stahl mit Hilfe bekannte
Plasmastrahl ausgebildet, der besonders zum Schneiden von Werkstücken aus Metallen geeignet ist, die sich
mit der üblichen Brenngas-Sauerstoff-Flamme nur schwierig oder überhaupt nicht schneiden lassen.
Daneben ist es bekannt (US-PS 29 06 858 und DT-AS 10 90 795), mit einer Düsenbohrung zu arbeiten,
deren Durchmesser größer als derjenige der Elektrode ist, und um den Lichtbogen sowie einen in
erfolgt die für die Ausbildung des Plasmas erforderliche Lichtbogeneinschnürung nicht mittels der Düsenwand,
sondern durch den wirbelnden Flüssigkeitsstrom (sogenannte Wirbelstabilisierung).
Das mit Wirbelstabilisierung arbeitende Verfahren wurde auch bereits dahingehend weiter ausgebildet
(DT-OS 19 40 040), daß ein Flüssigkeitsstrom und ein Arbeitsgasstrom in Wirbelform um den Lichtbogen
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeich
nungen zeigen:
F i g. 1 a, Ib und 1 c Fotografien von Schnitten die in 6,4 mm dickem rostfreiem Stahl mit Hilfe vor
bekannten, mit einem eingeschnürten Lichtboger arbeitenden Verfahren hergestellt wurden,
F i g. 2 a, 2 b und 2 c Fotografien von Schnitten
Schneidverfahren unter Verwendung einer Düse mit einem einschnürenden Kanal von 3,2 mm Durchmesser,
F i g. 4 a, 4 b und 4 c Fotografien von Schnitten ähnlich
den F i g. 3 a, 3 b und 3 c, mit der Ausnahme, daß eine Düse verwendet wurde, deren einschnürender
Kanal einen Durchmesser von 4,0 mm hatte,
Fig. 5a, 5b und 5c Fotografien von Schnitten in
12,7 mm dickem rostfreiem Stahl unter Anwendung <jes Verfahrens nach der Erfindung mit einem einschnürenden
Kanal von 4,0 mm Durchmesser,
Fig. 6a, 6b und 6c Fotografien von Schnitten,
die mit Hilfe eines bekannten Verfahrens in 25,4 mm dickem rostfreiem Stahl ausgeführt wurden,
Fig. 7a, 7b und 7c Fotografien von Schnitten,
die in 25,4 mm dickem rostfreiem Stahl mittels des Verfahrens nach der Erfindung ausgeführt wurden
F i g. 8 eine schematische Darstellung einer typischen Voirichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung.
Schnitte mit unerwartet hoher Güte können verhältnismäßig einfach erhalten werden, wenn ein
wirbelnder Gasstrom den Lichtbogen umgibt und gleichzeitig innerhalb eines den Lichtbogen einschnürenden
Kanals ein wirbelnder Wasserstrom vorhanden ist wobei beide Wirbel die gleiche Richtung besitzen.
Schnitte gleicher Güte lassen sich nicht erzielen, wenn ein Lichtbogen nur von wirbelndem Gas oder nur von
wirbelnder Flüssigkeit umgeben ist. Beispielsweise lassen die in den Fi g. la, Ib und Ic sowie 2a, 2b
und 2c veranschaulichten Fotografien erkennen, daß die Schnitte, die in 6,4 mm dickem rostfreiem Stahl
mit einer Düse, die einen einschnürenden Kanal von 3 2 mm Durchmesser hatte, und mit wirbelndem oder
kreisendem Gas ausgeführt wurden, an der Oberseite abgerundet waren (F i g. la), entlang der Schnittfläche
ein dunkles Aussehen hatten (Fig. Ib) und an der Oberseite eine wärmebeeinflußte Zone besaßen
(Pig. Ic). Mit dem Verfahren nach der Erfindung
ausgeführte Schnitte hatten dagegen eine im wesentlichen gerade Schnittfläche (F ig. 2 a), eine saubere
Schnittfläche (Fig. 2 b) sowie praktisch keine wärmebeeinflußte Zone (Fig. 2c). Ähnliche Vergleiche
können an Hand der F i g. 3 bis 7 vorgenommen werden, die Schnitte zeigen, die in dickeren Werkstoffen
unter ähnlichen Bedingungen ausgeführt wurden.
Wie aus den Fotografien hervorgeht, hatten Schnitte, die unter Verwendung des vorliegend erläuterten Verfahrens
hergestellt wurden, eine auf der rechten Seite der Schnittfuge liegende sehr gute Schnittfläche, deren
Abweichung gegenüber einer geraiien Schnittfläche
innerhalb von 2° lag. Die Abweichung der linken Seite der Schnittfuge von einer geraden Schnittfläche
lag innerhalb von 8°. Diese Asymmetrie ist darauf zurückzuführen, daß der sich im Uhrzeigeisinn drehende
Wirbel aus Schneidgas und Flüssigkeit bewirkt, daß der Anodenfleck und damit die maximale Energiedichte
auf der rechten Seite der Schnittfuge liegt. Diese Eigenschaft ist beim Formschneiden nicht von
Nachteil, weil die Schnittfläche mit hoher Güte stets auf der gleichen Seite der Schnittfuge liegt.
In F i g. 8 ist der Lichtbogenbrenner mit / bezeichnet. Der Brenner ist an die eine Seite einer Stromquelle
P angeschlossen. Die andere Seite der Stromquelle steht mit dem Werkstück in Verbindung. Der
mir schematisch veranschaulichte Brenner weist eine nichtabschmelzende Elektrode 1 auf. Bei dieser Elektrode
kann es sich beispielsweise um eine Wolframelektrode oder eine Elektrode aus thoriertem Wolfram
handeln. Vorzugsweise besteht die Elektrode jedoch aus einem wassergekühlten Kupferhalter, der mit einem
Wolframeinsaiz versehen ist. Bei dem Einsatzwerkstoff kann es sich, falls erwünscht, um Zirkonium oder
einen anderen äquivalenten Werkstoff handeln. Die nichtabschmelzenöe Elektrode 1 ist mit dem Mittelkanal
7 der Du. e .V axial ausgerichtet. Die Düse /V
ist mit tangential gerichteten Einspritzöffnungen 3 versehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind
vier tangentiale Einspritzöffnungen vorhanden. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl solcher Öffnungen
benutzt werden. Vorzugsweise wird mit Wasser gearbeitet, obwohl auch andere Flüssigkeiten anwendbar
sind. Bei der veranschaulichten Ausführungsform tritt das Wasser in den Brenner über die Einspritzöffnungen
3 ein und bildet in der Kammer 5 einen Wirbelstrom aus. Die Kammer 5 besitzt einen ringförmigen
Auslaß 6 im Mittelkanal 7. Der wirbelnde Flüssigkeitsstrom verläßt die Kammer 5 und umgibt den Lichtbogen
sowie den durch den Mittelkanal 7 hindurchlaufenden wirbelnden Gasstrom. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform hat der Kanal 7 einen Durchmesser von 4 mm und eine Halslänge von 9,5 mm.
Je nach der Dicke des zu schneidenden Werkstoffes können jedoch auch Kanäle mit größerem oder
kleinerem Durchmesser verwendet werden. Beispielsweise kann für Materialstärken über ungefähr 25 mm
der Mittelkanal 7 vergrößert werden. Der Mittelkanal 7 sorgt für eine Einschnürung des Lichtbogens
nach Art der bekannten Wandstabilisierung. Der Düsenkanal 7 ist jedoch groß genug (4 mm), um die
Möglichkeit der Bildung eines doppelten Lichtbogens im Strombereich bis herauf zu ungefähr 400 A minimal
zu halten. Wenn die Flüssigkeit in den Düsenkanal 7 eingespritzt wird, wird der Lichtbogen durch den aus
der Kammer 5 austretenden wirbelnden Flüssigkeitsstrom weiter eingeschnürt. Dadurch wird die Funktion
eines kleineren Düsenkanals erzielt, während gleichzeitig die Gefahr einer Zerstörung der Düse kleinstmöglich
gehalten wird.
In der Tabelle sind Beispiele für das vorliegend erläuterte Verfahren zusammengestellt, die zu Schnitten
von der in den Fotografien gezeigten Güte führen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird als Gas
Stickstoff verwendet. Es versteht sich jedoch, daß die Gasart nicht kritisch ist, solange das Gas nur mit dem
zu schneidenden Werkstoff kompatibel ist. Zur Ausbildung des einschnürenden Wirbels aus fluiden
Medien wird vorzugsweise Wasser verwendet, da es die am einfachsten zur Verfügung stehende unc
billigste Flüssigkeit ist. Fs kann aber auch mit anderer Flüssigkeiten gearbeitet werden. Wasser wird vorzugsweise
benutzt, weil, wie aus den Fotografien ersichtlicr ist, mit Wasser ausgeführte Schnitte praktisch keim
wärmebeeinflußte Zone besitzen und bei den meister Werkstoffen nur wenig oder überhaupt kein Gekrät;
entsteht. Wasser hält außerdem eine durch übermäßig! Wärme verursachte Oberflächenverfärbung, wie si<
normalerweise durch den Lichtbogen bewirkt wird minimal. Weiterhin bewirkt das Wasser nicht nur ein
Einschnürung des Lichtbogens. Der Lichtbogensäul 65 werden vielmehr aus dem Wasser gasförmiger Wasser
stoff und Stickstoff zugeführt, wodurch die bekannte: Vorteile dieser Gase für das Schneiden ausgenut2
werden können.
Schneidbedingungen
Werkstoff
Dicke Schneidgas
(mm)
Schneid- Wasser- Lichtbogen- Düse
geschw. durchfl.- strom (A)
Menge Gleichstrom
(m/min) (l/min) Elektr. neg.
Aluminium
Kohlenstoffstähle
und rostfreie Stähle
und rostfreie Stähle
6,4 N2; 4,8 m3/h 4,1
12,7 N2; 4,8 m3/h 3,2
25,4 N2; 4,8 m3/h 2,0
6,4 N2; 4,8 m3/h 3,2
12,7 N2; 4,8 m3/h 2,5
25,4 N2; 4,8 m3/h 1,3
1,5 275 einschnürender Kanal
mit
4,0 mm Durchmesser und 9,5 mm Halslänge
1,5 300 einschnürender Kanal
mit
4,0 mm Durchmesser und 9,5 mm Halslänge
1,5 400 einschnürender Kanal
mit
4,0 mm Durchmesser und 9,5 mm Halslänge
1,5 275 einschnürender Kanal
mit
4,0 mm Durchmesser und 9,5 mm Halslänge
1,5 300 einschnürender Kanal
mit
4,0 mm Durchmesser und 9.5 mm Halslänge
1,5 400 einschnürender Kanal
mit
4,0 mm Durchmesser und 9,5 mm Halslänge
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Abtragen von Metall von einem Werkstück, bei dem ein Lichtbogen zwischen
einer Elektrode und einem Werkstück gebildet, ein wirbelnder Gasstrom um den Lichtbogen
herum aufrechteihalten und ein wirbelnder Flüssigkeitsstrom um den Gasstrom und den Lichtbogen
herumgeleitet wird und bei dem der Lichtbogen, der Gasstrom und der Flüssigkeitsstrom durch eine
Düse hindurch gegen das Werkstück gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
der Flüssigkeitsstrom und Gasstrom zu einer
Wirbelbewegung in gleicher Richtung veranlaßt und Lichtbogen, Gasstrom und Flüssigkeitsstrom
durch einen den Lichtbogen einschnürenden Kaaal der Düse hindurchgeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der wirbelnde Flüssigkeitsstrom in den den Lichtbogen einschnürenden Kanal der
Düse eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser verwendet
wird.
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