DE2812329C2

DE2812329C2 - Schneidbrennverfahren

Info

Publication number: DE2812329C2
Application number: DE19782812329
Authority: DE
Inventors: Naoyoshi Hosoda; Takashi Tokyo Hosoda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1978-03-21
Publication date: 1983-02-24
Also published as: FR2385482B1; FR2385482A1; JPS53119766A; CA1103317A; JPS5617990B2; DE2812329A1; SG17284G; GB1594058A; MY8500510A; HK39384A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Schneidbrennverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Betrieb einer Schneidbrennvorrichtung bekannter Art mit Plasma-Lichtbogen ist das Ende der die Elektrode umgebenden Düse ständig um einen gewissen » Abstand von dem zu schneidenden Grundmetall getrennt. Während des Schneidbrennvorgangs ist die Elektrode in festem Abstand hinsichtlich der Düse angeordnet, so daß die Entfernung zwischen der Elektrode und dem GrundiTietaM direkt von der Entfernung zwischen dem DüsenenJe und dem Grundmetall abhängt Zum Zünden kann die Elektrode in bezug auf die Düse vorgeschoben werden (DE-OS 14 40 977). Während des Schneidbrenn Vorgangs soll der Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmetall in einem gewissen Bereich gehalten werden, um einen stabilen Plasmabogen zu erhalten. Demgemäß erfordert es erhebliche Geschicklichkeit, eine solche Schneid brennvorrichtung zu betätigen. Wenn der Betätigungsmann die Schneidbrennvorrichtung benutzt, muß er ständig das Ende der Düse beobachten, um den richtigen Abstand derselben von dem Grundmetall zu regeln. Wegen der intensiven Helligkeit des Lichtbogens wird deshalb ständig ein Augenschutz benötigt. Zur Erleichterung des Zündens ist es außerdem bekannt, die Düse aus einem elektrisch leitenden Material herzustellen, und zunächst einen Bogenüberschlag von der Elektrode zur Düse zu veranlassen. Bei der Annäherung an das Grundmetall schlägt dann der Bogen von der Elektrode auf das Grundmetall über (DE-OS 23 46 961).

Ferner ist es bekannt, daß der Durchmesser der in das Grundmetall geschnittenen öffnung etwa zweimal so groß wie der Durchmesser der Düse ist, wenn der optimale Abstand zwischen Düse und Grundmetall eingehalten wird. Wenn aber der Düsendurchmesser kleiner gemacht wird, um den Durchmesser der eingeschnittenen Öffnung ebenfalls zu reduzieren, tritt an einer gewissen Stelle ein Serienbogen auf. der über die Düse läuft. Demgemäß ist es unmöglich, den Öffnungsdurchmesser durch Verringerung des Düsendurchmessen unier einen bestimmten Wert herabzudrin'ken.

L)er Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, das Brennschneiden mit Plasma-Lichtbogen ohne größere Geschicklichkeit zur Einhaltung des richtigen Abstandes zwischen Elektrode und Grundmetall zu ermöglichen und zu vermeiden, daß der Bedienungsmann ständig in den Lichtbogen schauen muß. Ferner sollte die Schnittbreite im Grundmetall verringert werden.

Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich aus dem Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß wird vor dem Zünden des ' jchtbogens die Düse, die auf dem gleichen elektrischen Potential wie das Grundmetall liegt, mit diesem in Berührung gebracht. Dann wird die Elektrode aus der Zündstellung in einem größeren Abstand vom Grundmetall gebracht. Während des Schneidvorgangs bleibt die Düse mit dem Grundmetall in Berührung, so daß der Bedienungsmann sich nicht um den richtigen Abstand der Elektrode vom Grundmetall kümmern muß. Außerdem sieht er den Bogen nicht. Während des Zündens wird die Düse mit Argon beschickt Beim eigentlichen Schneidvorgang wird dagegen, wie an sich bekannt (DE-OS 23 08 276) ein Gemisch aus Argon und Stickstoff durch die Düse geleitet

Das neue Brennschneidverfahren wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert Hierin ist

F i g. 1 ein Längsschnitt durch die Düse einer Brennschneidmaschine bekannter Art

Fig.2 ein Längsschnitt durch die Düse einer Brennschneidmaschine nach der Erfindung,

Fig.3 eine schematische Darstellung eines Plasma-Lichtbogens und eines Wandteils gemäß der Erfindung, und

Fig.4 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung der Brennschneidmaschine.

Wenn die Brennschneidmaschine nach F i g. 1 betätigt wird, ist die Spitze 2 der Düse um einen gewissen Abstand L von der Oberfläche 4 eines Grundmetalls 3, worin ein Schnitt ausgeführt werden soll, entfernt Der Abstand /.'zwischen der Elektrode und dem Grundmetall 3 hängt vom Abstand L ab. Dieser Abstand Z/soll in einem gewissen Bereich gehalten «srden, um einen stabilen Plasma-Lichtbogen 5 zu erzielen. Demgemäß erfordert es große Geschicklichkeit, diese Brennschneidmaschine zu führen. Der Bedienungsmann muß die Düsenspitze 2 ständig beobachten, um den richtigen Abstand L zwischen Düsenspilze und Metalloberfläche 4 einzuhalten. Infolgedessen benötigt er einen Augenschutz.

Ferner ist bekanntlich der Durchmesser D der in das Grundmetall 3 gebrannten Öffnung 6 etwa zweimal so groß wie der Düsendurchmesser D', wenn der optimale Abstand zwischen Düse 2 und Grundmetall 3 eingehalten wird. Die Größe der öffnung 6 kann aber, wie oben erläutert, durch Reduzierung der Düsenöffnung D'nicht willkürlich verringert werden, weil an einer bestimmten Stelle ein Serienlichtbogen auftritt.

Bei der Brennschneidmaschine 11 nach der F i g. 2 steht im Gegensatz dazu die Spitze 14 der Düse 13 in Berührung mit der Oberfläche 16 des Grundmetalls 15. Zur Zündung des Lichtbogens wird die als Kathode geschaltete Elektrode 17 in einem Argon-Gasstrom vorgeschoben, bis der Lichtbogen 12 zwischen der Elektrode 17 und einem anfangs als Anode wirkenden Punkt 18 überschlägt. Dan.i wird Stickstoff dem Argon zugesetzt, die Gasströmungsgeschwindigkeit kann geändert werden und die Elektrode 17 wird von der Oberfläche 16 zurückgezogen, um den richtigen Elektrodenabstand 1 für den Schneidvorgang einzustellen. Die Düse 13 wird dann unter ständiger Berührung

mit der Metalloberfläche 16 entlang derselben bewegt und so wird das Grundmetall geschnitten.

Um das Ausströmen des Gases aus der Düsenspitze 14 zu ermöglichen, sind radiale Entlüftungsrinnen 19 von tunnelförmiger Gestalt in der Düsenspitze 14 vorgesehen.

Während des Schneidens des Grundmetalls 15 wandert der Brennfieck 18 auf dem Grundmetall 15 nicht über den Düsendurchniesser d hinaus und geht auch nicht auf dv Düse 13 über. Dieses überraschende experimentelle Ergebnis hängt vermutlich mit dem durch die Düse verursachten thermischen Pincheffekt zusammen. Es kann auch auf andere Weise demonstriert werden.

Fig.3 zeigt einen Teil der Seitenwand 33, der leitenden Düse 13 und die Kathode 37. Die Seitenwand 33 steht in elektrischem Kontakt mit dem Grundmetall 35 und hat einen verhältnismäßig großen radialen Abstand η von der Kathode 37. Man stellt fest, daß der auf dem Grundmetall 35 durch den Lichtbogen 32 gebildete Brennflech hin- und herwandert und der Lichtbogen 32 sich schauerartig ausbreitet, wie die gestrichelten Linien in F i g. 3 andeuten.

Wenn nun eine kleinere Düse 13 mit kleinerem Radius Γι gewählt wird oder dementsprechend die Metaliwand 33 der Kathode 37 angenähert wird, findet man, daß der Brennfieck 38 nicht auf die Metallwand 33 übergeht, sondern der pinseiförmige Lichtbogen 32 zieht sich zusammen, wie die strichpunktierten Linien in Fig.3 andeuten. Wenn dagegen der elektrische Kontakt der Düse 13 mit dem Grundmetal! 35 unterbrochen wird, so daß sie elektrisch voneinander isoliert sind, wird in dieser Lage der Düse alsbald ein Serienlichtbogen zwischen der Kathode 37 und dem Grundmetall 35 über den Wandteil 33 gebildet.

Die Zumischung von Stickstoff zu dem Argon in der Anordnung nach Fig.2 während des Schneidens des Grundmetalls 15 bewirkt, daß der Brennfleck 18 dann leichter in das Grundmetall 15 eindringt und dasselbe aushöhlt, so daß auch dicke Bleche rasch durchgetrennt werden. Da die Düsenspitze 14 das Grundmetall 15 berührt und den Brennfleck 18 umgibt, kann dieser nicht über die Düsenöffnung hinaus auf dem Grundmetall wandern. So entsteht eine öffnung, deren Durchmesser d' nahezu mit dem Düsendurchmesser dübereinstimmt. Die Breite des Trennspalts wird also im Vergleich zu dem bekannten Verfahren um die Hälfte verringert. Dadurch erhöht sich die Schneidwirkung und die

ίο Temperaturbelastung des Grundmetalls nimmt ab. So wird die Verformung des Grundmetalls durch die Schneidwärnie stark verringert und auch dünne Bleche können im Gegensatz zu bisher leicht mit dem Plasma-Lichtbogen geschnitten werden.

Fig.4 zeigt eine Steuervorrichtung für die Brennschneidmaschine nach Fig.2, worin der Kontakt der Düse 13 mit dem Grundmetall 15 verwendet wird. Ein Relais 20 wird durch die Berührung der Düse 13 mit dem Grundmetall erregt und schließt dadurch die Kontakte

21. Dadurch wird der Stromkreis von einer Stromquelle 22 zur Kathode 17 geschlossen. Dies K-at das Ergebnis, daß der Lichtbogen gezündet wird und die Brennschneidmaschine zu arbeiten beginnt.

Die Relaisanordnung kann weiter so ausgebildet

werden, daß sie eine Steuervorrichtung betätigt, die den Zeitpunkt zur Zündung des Lichtbogens in passender Weise einstellt und den Abstand zwischen der Elektrode 17 und dem Grundmetall 15 verändert.

Die auf dem Grundmetall aufsitzende Düse schirmt ferner den Lichtbogen weitgehend gepen die Umgebung ab, so daß eine Blendung vermieden wird.

In Anbetracht der beschriebenen Eigenschaften kann eine Brennscheidmaschine mit geringen Abmessungen konstruiert werden, die nicht viel mehr Durchmesser als ein Bleistift hat. Die Maschine läßt sich wegen des leicht einzuhaltenden Abstands zwischen der Elektrode und dem Grundmetall in einfacher Weise automatisieren und von einem Computer numerisch steuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Schneidbrennverfahren, bei dem ein Plasma-Lichtbogen zwischen dem Grundmetall und einer Elektrode, die von einer mit Gas beschickten, elektrisch leitenden Düse umgeben ist, gezündet wird und vor dem Schneiden der Abstand vom Grundmetall zur Elektrode vergrößert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse während des Zündens und Schneidens fortlaufend in Kontakt mit dem Gnindraetall und dabei auf dessen Potential gehalten wird, wobei während des Zündvorgangs Argon und während des Schneidvorgangs, wie an sich bekannt, ein Gemisch aus Argon und Stickstoff durch die Düse geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen dadurch gezündet wird, daß mittels einer Relaisanordnung, die durch den Kontakt der Düse mit dem Grundmetall betätigt wird, eine elektrische Spannung zwischen Elektrode und Grun&netall angelegt wird.