DE4497732C2

DE4497732C2 - Plasmaschneidverfahren

Info

Publication number: DE4497732C2
Application number: DE4497732A
Authority: DE
Inventors: Toshiya Shintani
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2014-10-15
Also published as: JPH07112278A; KR960704669A; JP3285174B2; US5653895A; WO1995010385A1; DE4497732T1; KR100222512B1

Description

ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plasmaschneidverfah ren zum Schneiden von beispielsweise aus Stahl bestehenden Werkstücken und insbesondere ein zum Schneiden von Blechen aus nichtrostendem Stahl mit Dicken bis zu 6 mm geeignetes Verfahren.

STAND DER TECHNIK

Üblicherweise ist eine zum Plasmaschneiden eingesetzte Vor richtung wie in Fig. 1 dargestellt aufgebaut. Im einzelnen weist der Schneidbrenner einer derartigen Vorrichtung auf eine zentral angeordnete Elektrode 1 und eine die Elektrode in einem vorgegebenen Abstand umgebende sowie einen Kanal 3 für ein Plasmagas 2 bildende Arbeitsdüse 4. Darüberhinaus ist eine Stromversorgungsquelle 9 vorgesehen, die mit der Elektrode 1 und dem Werkstück 5 sowie mit der Düse 4 über einen Schalter 16 verbunden wird. Der Schneidvorgang mit ei ner derartigen Vorrichtung erfolgt in der Weise, dass Plas magas 2 durch den Kanal 3 geleitet sowie zwischen der Elek trode 1 und dem Werkstück 5 ein Plasmalichtbogen und damit ein Hochtemperatur-Plasmagasstrom 6 erzeugt wird, der durch die Düse 4 so eingeschnürt wird, dass er auf einen vorgege benen Bereich des Werkstückmaterials 5 auftrifft. Dieser Be reich des Werkstücks 5 wird damit geschmolzen und abgetra gen.

Üblicherweise lässt sich beim Plasmaschneiden die Schnitt güte durch die Wahl des für ein bestimmtes Werkstückmaterial jeweils passenden Plasmagases 2 verbessern. So ist es bei spielsweise bekannt, dass beim Einsatz von Sauerstoffgas zum Schneiden von Flußstahl eine glatte Schnittfläche mit gerin gerer Schlackenablagerung bei gleichzeitig höherer Schneid geschwindigkeit erreichbar ist.

Weiterhin weiss man, dass zum Schneiden von nichtrostendem Stahl ein inertes bzw. reduzierendes Gas wie beispielsweise Stickstoff oder ein aus Argon und Wasserstoff bzw. Stick stoff, Argon und Wasserstoff stehendes Gasgemisch eingesetzt werden kann, um eine glatte Schnittfläche und bei Werkstück dicken von 6 mm und darüber eine geringere Schlackenablage rung sowie eine hohe Schnittgüte zu erzielen.

Bei Werkstücken aus nichtrostendem Stahl mit Dicken unter 6 mm jedoch konnte festgestellt werden, dass eine hohe Schnittgüte nicht länger gewährleistet ist.

Wird insbesondere derart dünnes Blechmaterial aus nichtro stendem Stahl unter Verwendung eines inerten oder reduzie renden Gases als Plasmagas einer Schneidbearbeitung unter zogen, so ist die Schnittfläche des Werkstücks stark mit Schlacke behaftet, die nicht einfach durch Abschälen ent fernt werden kann. Infolgedessen war bisher in solchen Fäl len immer eine Nachbearbeitung wie beispielsweise ein Ab schleifen der fest am Werkstück haftenden Schlacke mit einer Schleifmaschine erforderlich. Weiter konnte festgestellt werden, dass von der in grossen Mengen am schneidbearbeite ten Werkstück haftenden Schlacke Wärme in das Werkstück ein geleitet wird, die zu starken Wärmeverformungen führt. Damit hat sich der Einsatz eines inerten oder reduzierenden Gases als Plasmagas beim Schneiden von Werkstücken aus nichtro stendem Stahl als praktisch unmöglich erwiesen.

Wenngleich bekannt ist, dass beim Schneiden von nichtrosten dem Stahlblech durch Verwendung eines Sauerstoffgases als Plasmagas das Problem der Schlackenbildung auf der Rückseite des Werkstücks beträchtliche gemildert werden kann, weiss man aber auch, dass die Schnittfläche durch dieses Sauer stoffgas stark oxydiert und damit verschwärzt und aufgerauht wird. Weiter wird bei hoch eingestellter Schneidgeschwindig keit eine grosse Schlackenmenge über die Oberseite des Schneidbereichs hinaus nach oben geblasen, welche sich wie der auf die Werkstückoberfläche absetzt, wodurch die Güte des resultierenden Schnitts beeinträchtigt wird. Ist ande rerseits die Schneidgeschwindigkeit niedrig, so wird der Wärmeeintrag in das Material und damit die Wärmeverformung des Werkstücks erhöht. Darüberhinaus wird die Qualität des hergestellten Schnitts durch die in diesem Fall verstärkte Oxydation der Schnittfläche noch weiter verschlechtert. All gemein wurde damit erkannt, dass es schwierig ist, die je weils richtige Schneidgeschwindigkeit einzustellen.

Es ist klar ersichtlich, dass beim Schneiden von nichtro stendem Stahlblech in Dicken bis zu 6 mm nach dem Plasmaver fahren wie vorstehend ausgeführt über eine Änderung des Plasmagases eine hohe Plasmaschnittgüte nicht erreichbar ist.

Weiter sei darauf hingewiesen, dass eine andere Ausführung der Plasmaschneidvorrichtung wie in Fig. 2 dargestellt be reits vorgeschlagen wurde, deren Plasmaschneidbrenner eine Hilfsdüse 7 aufweist, die im Abstand von der Arbeitsdüse 4 um diese herum verlaufend angeordnet ist und damit einen mit dieser Düse 4 konzentrischen Ausblaskanal bildet. Mit der so angeordneten Hilfsdüse 7 wird der Umfang des Plasmagasstroms durch ein Sekundärgas 8 abgeschirmt in der Weise, dass die Gasatmosphäre im Bereich der Schneidzone kontrollierbar ist.

Eine Plasmaschneidvorrichtung der vorbeschriebenen Art wird beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Sho 59-229 282 vorgeschlagen, wobei sowohl das Plasmagas 2 als auch das Sekundärgas 8 zur Abschirmung der Schneidzone gegen die Atmosphäre aus Sauerstoffgas besteht. Dieses Bei spiel gilt für das Schneiden eines Flußstahl-Werkstücks mit hoher Schnittgüte, indem die Sauerstoffreinheit im Bereich der Schneidzone hoch gehalten wird.

Ebenfalls wurde bereits ein modifiziertes System vorgeschla gen, bei dem sowohl das Plasmagas 2 und als auch das Sekun därgas 8 aus einem inerten Gas bestehen, so dass eine Oxyda tion der Schneidzone verhindert wird.

Bei einem ebenfalls bereits vorgeschlagenen anderweitig ab gewandelten System besteht des Plasmagas 2 aus einem inerten und das Sekundärgas aus einem sauerstoffreichen Gas. Durch Zufuhr des Sauerstoffgases zur Schneidzone soll im Rahmen dieses Systems durch das Sauerstoffgas die Schnittqualität bei einem Flußstahl-Werkstück verbessert und durch das Inertgas die Nutzungszeit der Elektrode verlängert werden.

Andererseits soll wie aus der Japanischen Offenlegungs schrift Nr. Hei 05-84 579 ersichtlich das Sekundärgas die Arbeitsdüse vor der Schlacke schützen, die beim Loch- und Trennschneiden des Werkstücks von diesem nach oben geblasen wird. In diesem Falle soll also das Sekundärgas nicht die Gasatmosphäre innerhalb der Schneidzone verändern, sondern durch Zurückdrücken der vom Werkstück hochgeworfenen Schlacke eine Ablagerung derselben auf der Arbeitsdüse ver hindern.

Nebenbei gesagt wurde bisher der Einsatz von Sekundärgas im Rahmen dieser Plasmaschneidverfahren auf die von Fall zu Fall kleinstmögliche Menge beschränkt, und dies einmal unter dem wirtschaftlichen Gesichtspunkt, den Gasverbrauch zu mi nimieren, und zum anderen aus dem vielleicht noch wichtige ren Grunde, eine Kollision des zusammengepresten und ausge blasenen Sekundärgases mit dem Plasmagas und damit sowohl eine störende Beeinflussung als auch ein Abkühlen des letz teren zu verhindern. Auch sind Vorkehrungen dahingehend ge troffen, dass der Sekundärgasstrom weitmöglichst nach aussen gerichtet wird, damit er nicht auf den Plasmagasstrom ein wirken kann.

In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass die Steuerung des Sekundär- und Plasmasgasstroms zwecks Vermeidung einer gegenseitigen Beeinflussung deswegen erfolgt, weil beim kon ventionellen Plasmaschneidverfahren des Werkstück durch Auf schmelzen und Abtragen eines vorgegebenen Bereichs desselben mittels eines hohe Temperatur führenden und mit hoher Ge schwindigkeit aufgebrachten Plasmastroms geschnitten und bei einer störenden Beeinflussung und Abkühlung des aus der Ar beitsdüse ausgetragenen Plasmastroms die Schneidleistung beeinträchtigt wird.

Damit findet das mit Sekundärgas arbeitende herkömmliche Plasmaschneidverfahren nur beschränkt und im Grunde nur in einer Form Anwendung, in welcher kein Sekundärgas, sondern lediglich der hohe Temperatur führende und mit hoher Ge schwindigkeit beaufschlagte Plasmastrom eingesetzt und ge nutzt wird. Damit ergibt sich, dass für die Schnittgüte bei einem Werkstück aus nichtrostendem Stahlblech in Dicken bis zu 6 mm mit der Plasmaschneidtechnik keine wesentliche Ver besserung zu erwarten ist.

Wird andererseits der Sekundärgasdurchsatz erhöht, so wird der zum Einleiten eines Plasmaschneidvorgangs erforderliche Startlichtbogen durch das Sekundärgas gestört, was zu einer Minderung der Zündfähigkeit führt. Weiter kann aufgrund des durch das Sekundärgas beim Plasmastrom erzeugten Einschnür effekts die Lichtbogenspannung höher werden, wobei sich ins besondere unmittelbar nach dem Lochschneiden eine zu hohe Lichtbogenspannung einstellen und der Lichtbogen leicht er löschen kann.

Da also eine Erhöhung des Sekundärgasdurchsätzes die Zündfä higkeit zu Beginn des Plasmaschneidvorgangs stark beein trächtigt, hat sich bisher allein schon aufgrund eines sol chen Erhöhung eine zufriedenstellende Arbeitsweise bei der Plasmalichtbogen-Schneidvorrichtung als schwer realisierbar erwiesen.

Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Plasmaschneidverfahrens, mit dem bei der Bearbeitung von nichtrostendem Stahlblech in Dicken bis zu 6 mm die Schnittgüte und gleichzeitig die Zündfähigkeit zu Beginn des Plasmaschneidvorgangs verbessert werden.

ZUSANMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Plasma schneidverfahren geschaffen, bei dem eine Plasmaschneidvor richtung eingesetzt wird mit einem Plasmaschneidbrenner, der aufweist eine Elektrode; eine die Elektrode im Abstand umge bende Arbeitsdüse, wobei der resultierende Zwischenraum ei nen Kanal zur Führung von Plasmagas bildet; und eine die Arbeitsdüse im Abstand umgebende Hilfsdüse, wobei der so ge bildete Zwischenraum der Führung eines Sekundärgases dient; welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Se kundärgasdurchsatz Vq pro Flächeneinheit gemäss der Glei chung Vq = Q/A2 nicht geringer ist als 250 (m³/sec)/m², wobei Q der Sekundärgasdurchsatz und A2 der Einschnürungsquer schnitt des Sekundärgasstroms sind.

Mit der vorbeschriebenen Ausführungsform, bei der das Sekun därgas auf die Schneidzone selbst sowie deren Umgebung auf geblasen wird, lässt sich der Anfall von Schlacke, die auf die Unterseite des Werkstücks abgelagert sowie über die Oberseite des Werkstücks hinaus nach oben geblasen und dann auf diese abgesetzt wird, weitgehend reduzieren.

Dieses im Rahmen des vorbeschriebenen Prozesses auftretende Phänomen lässt sich damit erklären, dass zunächst eine Abla gerung von Schlacke auf der Unterseite des Werkstücks er folgt aufgrund der Tatsache, dass von dem durch die hohe Temperatur des Plasmagasstroms aufgeschmolzenen Werkstück material sich ein nicht abgeblasener Teil auf der Rückseite des Schneidbereichs absetzt. Das Sekundärgas erzeugt hierbei eine derart hohe Bewegungsenergie, dass die so auf die Werk stückunterseite im Bereich der Schneidzone abgelagerte noch flüssige Schlacke weggeblasen wird. Damit muss die Blaskraft des Sekundärgases über einem Vorgabewert liegen, wobei fest stellt werden konnte, dass die vorerwähnte Grösse Vq (= 250 (m³/sec)/m²) diesem Wert entspricht.

Weiter wird die Tatsache, dass Schlacke über die Oberseite des Werkstücks hinaus nach oben geblasen wird, damit begrün det, dass vor der Schneidzone ein Teil des Plasmagasstroms nicht in das Material des Werkstücks eindringen kann und an der Oberseite zurückgehalten wird. Wird also das Sekundärgas auf die Vorderseite des Werkstück-Schneidbereichs aufgebla sen, so wird der zur Oberseite zurückgedrückte Teil des Plasmagases festgehalten und der Plasmagasstrom entsprechend reduziert. Auch hier wurde festgestellt, dass durch Intensi vierung der Blaskraft des Sekundärgases die Menge der nach oben geblasenen Schlacke wirksam begrenzt und die Schlacken ablagerung ab einem Punkt, wo Vq den Wert 250 (m³/sec)/m² übersteigt, reduziert wird.

Weiter lässt sich bei mit der Arbeitsdüse konzentrischer An ordnung der Hilfsdüse die vorbeschriebene Wirkung unabhängig von der Schneidrichtung erzielen, was sich als absolut prak tisch herausgestellt hat.

Im Rahmen der vorbeschriebenen Ausführungsform ist vorzugs weise das vordere Ende der Arbeitsdüse mit einem Aussen durchmesser D1 von mindestens 1.5 mm und höchstens 4.0 mm sowie einem äusseren Einschnürwinkel α von gleich oder grös ser als 0° sowie kleiner als 90° versehen; die Hilfsdüse mit einem Einschnürbereich ausgebildet, dessen Innendurchmesser D2 nicht geringer ist als 2.0 mm; und die Hilfsdüse mit ei nem vorderen Ende ausgestattet, dessen innerer Einschnürwin kel β gleich oder grösser als 0° bzw. kleiner als 90° ist.

Da bei dieser Ausführung das vordere Ende ausserhalb der Ar beitsdüse und das vordere Ende innerhalb der Hilfsdüse eine konische Form aufweisen, kann das Sekundärgas auf die Schneidzone und auf den dieser benachbarten Bereich konzen tiert werden.

Auch sollte der Aussendurchmesser D1 des vorderen Endes der Arbeitsdüse nicht zu gross gewählt sein, um das Sekundärgas auf die Schneidzone des Werkstückmaterials konzentrieren zu können. Der Grund hierfür darin zu sehen, dass das aus der Arbeitsdüse ausgebrachte Sekundärgas plötzlich expandiert, wenn es entlang der vorderen Endfläche der Arbeitsdüse nach unten strömt. Die Expansionsgeschwindigkeit wird umso höher, je grösser der Aussendurchmesser des vorderen Endes der Ar beitsdüse ist. Es ergibt sich hierdurch ein grosser Abrieb bereich in der Nähe des vorderen Endes der Arbeitsdüse, was durch die Störung und Zerstreuung des Sekundärgasstroms die Aufbringung einer wirksamen Spülkraft auf die Schnittflächen des Werkstücks erschwert. Ausserdem ist der Abstand zwischen dem Sekundärgas und dem für den Schneidvorgang aus der Ar beitsdüse ausgetragenen Hochtemperatur-Plasmagas umso wei ter, je grösser der Aussendurchmesser des vorderen Endes der Arbeitsdüse ist. Das durch den Abriebbereich nahe dem vorde ren Ende der Arbeitsdüse störend beeinflusste Spülgas muss bis zur Schneidzone einen langen Weg zurücklegen. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass durch das geschwächte Sekundärgas die Beaufschlagung der Schneidoberflächen des Werkstücks mit einer wirksamen Spülkraft erschwert wird. Der Einfluss einer solchen Schwächung der Sekundärgaskraft wird besonders verdeutlicht durch die Schlacke, die von der Ober seite der Schneidoberflächen des Werkstücks aus nach oben geblasen wird, wobei die qualitative Oberflächenbeschaffen heit im Schneidbereich durch Schlackenablagerung beeinträch tigt wird. Es muss also vermieden werden, dass der Aussen durchmesser D1 des vorderen Endes der Arbeitsdüse grösser wird als 4 mm. Andererseits ist die Abkühlung des vorderen Endes der Arbeitsdüse umso geringer und die Gefahr eines Schmelzens dieses Vorderendes umso grösser, je kleiner der Aussendurchmesser des vorderen Endes der Arbeitsdüse ist. Damit darf der Durchmesser nicht geringer sein als 1.5 mm.

Was nunmehr den Innendurchmesser D2 des Einschnürbereichs der Hilfsdüse anbetrifft, muss das Sekundärgas eine bestimm te Bewegungsenergie aufweisen, um die an der Unterseite des Werkstücks haftende Schlacke abzublasen bzw. ein Hochwirbeln derselben in Richtung Werkstückoberseite zu verhindern. Da mit muss beim Sekundärgas stets ein gewisser, nicht zu nied riger Mindestdurchsatz gewährleistet sein. Im einzelnen gilt, dass selbst bei gleichem Durchsatz Vq pro Flächenein heit der Sekundärgasdurchsatz umso höher liegt, je grösser der Einschnürquerschnitt A2 ist. Da also die Bewegungsener gie des Sekundärgases grösser ist, ergibt sich, dass der Einschnürquerschnitt A2 der Hifsdüse nicht zu klein sein darf. Im Versuch konnte nachgewiesen werden, dass bei einem der vorerwähnten Grösse entsprechenden Durchsatz Vq pro Flä cheneineinheit die Menge der an der Unterseite des Werk stücks anhaftenden Schlacke umso kleiner wird, je grösser der Innendurchmesser D2 des Einschnürquerschnitts A2 der Hilfsdüse ist. Da bei einem auf 2 mm reduzierten Durchmesser D2 des eingeschnürten Bereichs der Hilfsdüse diese Tendenz einer Reduzierung der Schlackendicke verringert ist, darf dieser Wert nicht unterschritten werden.

Weiterhin wird über die vorbeschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen hinaus empfohlen, den Austritt von Sekun därgas aus der Hilfsdüse jeweils in der Vor- und Nachström zeit zu unterbinden und lediglich innerhalb des Zeitraums von unmittelbar nach Beginn des Schneidvorgangs bis zur Be endigung desselben zuzulassen.

In Anbetracht der Tatsache, dass der bei einer Schneidbear beitung zur Sicherstellung einer hohen Schnittgüte erforder liche Sekundärgasstrom während der Vor- und Nachströmphase unterbrochen wird, lässt sich der Einsatz von Sekundärgas minimieren, was sicherlich einen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet.

Ausserdem wird über den Rahmen der vorbeschriebenen ersten und zweiten Ausführungssform hinaus vorzugsweise das vordere Ende der Hilfsdüse über das vordere Ende der Arbeitsdüse vorspringend ausgebildet, die Hilfsdüse gegen die Arbeits düse elektrisch isoliert, der Durchsatz des aus der Hilfsdü se ausgetragenen Sekundärgases im Vergleich zum Durchsatz zu Beginn des Schneidvorgangs auf einem niedrigen Wert gehal ten, und der Durchsatz Vq nur während des Zeitraums zwischen dem Anfang und Ende des Schneidvorgangs auf mindestens 250 (m³/sec)/m² erhöht.

Man beachte, dass bei dieser Ausführung das Sekundärgas auch während der Vorströmzeit fliesst, um die Arbeitsdüse vor Be schädigung durch geschmolzene Schlacke zu schützen, die beim Lochschneiden in der Zeit vom Beginn der Schneidbearbeitung bis zur Fertigstellung eines über die volle Werkstückdicke verlaufenden Lochs hochgeblasen wird. Ist der Sekundärgas durchsatz während der Vorströmzeit gleich dem während des Schneidens, so wird hierdurch eine Störung und Abkühlung des Startlichtbogens bewirkt, so dass dieser nicht auf hoher Temperatur gehalten und somit das Werkstück nicht erreichen kann. Da in diesem Fall der Startlichtbogen nur schwer in seinen Plasmazustand überführbar ist, ergibt sich ein Zünd problem zu Beginn des Schneidvorgangs. Um dieses Problem auszuschliessen, ist die vorbeschriebene Ausführungsform da hingehend konzipiert, dass der Startlichtbogen durch das Se kundärgas nicht störend beeinflusst, sondern vielmehr hin sichtlich seiner Zündfähigkeit dadurch verbessert wird, dass eine grosse Sekundärgasmenge nur während des eigentlichen Schneidvorgangs ansteht und dass der Sekundärgasdurchsatz auf eine solche Menge reguliert wird, wie diese soeben zum Niederhalten der während der Vorströmphase hochgeworfenen geschmolzenen Schlacke erforderlich ist. In diesem Zusammen hang beachte man, dass hierdurch der Einsatz von Sekundärgas sowohl während der Vor- als auch der Nachströmzeit natürlich minimiert werden kann.

Weiter kann über den Rahmen der vorbeschriebenen vierten Ausführungsform hinaus der Sekundärgasdurchsatz mit einer vorgegebenen Verzögerung unmittelbar nach Beginn des Schneidvorgangs von einem niedrigen Wert auf mindestens Vq = 250 (m³/sec)/m² umgeschaltet werden.

Mit dieser Ausführungsform wird sichergestellt, dass der Plasmalichtbogen nicht sofort nach dem Lochschneiden eines auf einem Koordinatentisch oder dergleichen aufgespannten Werkstücks erlischt.

Zur Erläuterung der vorstehenden Ausführungen sei zunächst festgestellt, dass einer der Gründe für das Erlöschen eines Plasmalichtbogens ein Anstieg der Lichtbogenspannung über die vom Versorgungsnetz lieferbare Spannung hinaus sein kann. Die Spannung für den Plasmalichtbogen wird erstmals erhöht sofort nach dem Lochschneiden, bei dem ein über die volle Werkstückdicke verlaufendes Loch hergestellt wird, weil hier der Beginn der Verschiebung des Koordinatentischs oder dergleichen verzögert und zwischenzeitlich der Plasma lichtbogen nach unten durch die Unterseite des Werkstücks hindurch verlängert wird. Dieser verzögerungsbedingte An stieg der Lichtbogenspannung verschwindet wieder, sobald der jeweils vorgegebene Verschiebeweg zurückgelegt ist. Weiter wird die Lichtbogenspannung erhöht, wenn durch starken Se kundärgasdurchsatz der Plasmalichtbogen eingeschnürt wird.

Da bei einer Überlappung der betrieblichen Verzögerung des Koordinatentischs mit einem hohen Sekundärgasdurchsatz der Grad des Lichtbogenspannungsanstiegs vergrössert wird, muss die Stromversorgung so eingestellt werden, dass die von ihr lieferbare Ausgangsspannung ziemlich hoch ist.

Man beachte, dass bei der vorbeschriebenen Ausführungsform die Stromversorgung in der Weise eingestellt wird, dass die von ihr lieferbare Ausgangsspannung nicht zu stark erhöht werden muss. Hierzu wird ein Modell benutzt, bei dem der Zeitpunkt des Sekundärgas-Strömungsbeginns bis hinter den Zeitpunkt verlagert wird, an dem das Lochschneiden des Werk stücks beginnt, und an dem ein Anstieg der Lichtbogenspan nung durch die betriebliche Verzögerung des Koordinaten tischs unmittelbar nach Beginn des Lochschneidens sowie ein Anstieg der Lichtbogenspannung durch hohen Sekundärgasdurch satz keine Überschneidung erfahren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung ergibt sich im einzelnen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie den beilie genden Zeichnungen erfindungsgemässer Ausführungsbeispiele, die jedoch keinerlei Beschränkung für die Erfindung ablei ten, sondern lediglich ein besseres Verständnis derselben vermitteln sollen.

Es bedeutet:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bisher bei der Durchführung eines herkömmlichen Plasmaschneidverfahrens eingesetzten Plasmaschneidvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer bisher bei der Durchführung eines weiteren herkömmlichen Plasmaschneidver fahrens eingesetzten weiteren Plasmaschneidvorrichtung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die in schematischer Dar stellung einen Plasmabrenner in einer Plasmaschneidvorrich tung zeigt, die zur Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Plasmaschneidverfahrens einsetzbar ist;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Gasversorgungskrei ses in der Plasmaschneidvorrichtung gemäss Fig. 3;

Fig. 5 ein Diagramm, das bestimmte Ergebnisse von Messungen wiedergibt, die zur Feststellung der mit der vorerwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielbaren prak tischen Wirkungen durchgeführt wurden;

Fig. 6 ein Diagramm, das weitere Ergebnisse von zur Fest stellung der mit der vorerwähnten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung erzielbaren praktischen Wirkungen ausgeführten Messungen aufzeigt;

Fig. 7(a) eine Querschnittsansicht, die in schematischer Darstellung ein Paar unter Anwendung eines herkömmlichen Plasmaschneidverfahrens hergestellter Schnittflächen wieder gibt;

Fig. 7(b) eine Querschnittsansicht, die in schematischer Darstellung ein Paar unter Anwendung der vorbeschriebenen ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Plasmaschneid verfahrens hergestellter Schnittflächen aufzeigt;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die schematisch eine wei tere Ausführungsform des Plasmabrenners in der zur Durchfüh rung des erfindungsgemässen Plasmaschneidverfahrens einge setzten Plasmaschneidvorrichtung darstellt;

Fig. 9 ein Zeitdiagramm, welches in schematischer Form die in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Plas maschneidverfahrens anhängige Betriebsart aufzeigt;

Fig. 10 ein Zeitdiagramm, welches in schematischer Form die beim Plasmaschneidverfahren nach dem Stand der Technik an stehende Betriebsart zeigt;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Plasmabrenner in einer zur Durchführung einer dritten Aus führungsform des erfindungsgemässen Plasmaschneidverfahrens eingesetzten Plasmaschneidvorrichtung darstellt;

Fig. 12 ein Zeitdiagramm, welches in schematischer Form die in der dritten Ausführungsform des erfindungsgemässen Plas maschneidverfahrens anhängige Betriebsart aufzeigt;

Fig. 13 ein Zeitdiagramm, welches in schematischer Form die in der vierten Ausführungsform des erfindungsgemässen Plas maschneidverfahrens anstehende Betriebsart wiedergibt; und

Fig. 14 in Form verschiedener Diagramme bestimmte Ergebnis se von Messungen zusammenfasst, die bezüglich der bei Ände rung des Zeitpunkts für die Umschaltung des Sekundärgas durchsatzes gemäss Fig. 13 resultierenden Wirkungen durch geführt wurden.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es folgt eine Beschreibung geeigneter Ausführungsformen des erfindungsgemässen Plasmaschneidverfahrens mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen:

Fig. 3 zeigt den vorderen Endbereich des Plasmabrenners in der zur Durchführung der ersten Ausführungsform des erfin dungsgemässen Plasmaschneidverfahrens eingesetzten Plasma schneidvorrichtung und Fig. 4 den Gasversorgungskreis der selben. Die Konstruktion des in Fig. 3 dargestellten Plas mabrenners entspricht im Prinzip dem in einer Plasmaschneid vorrichtung nach dem Stand der Technik eingesetzten Brenner. In Fig. 3 bezeichnet α den Einschnürwinkel αusserhalb des vorderen Endes der Arbeitsdüse 4; β den Einschnürwinkel in nerhalb des vorderen Endes der Hilfsdüse 7; h den Abstand zwischen dem vorderen Ende der Arbeitsdüse und dem vorderen Ende der Hilfsdüse 7; d1 den Innendurchmesser des vorderen Endes der Arbeitsdüse 4; D1 den Aussendurchmesser des vorde ren Endes der Arbeitsdüse 4 und D2 den Innendurchmesser des vorderen Endes der Hilfsdüse 7. Bei dieser Ausführungsform wird D1, also der Aussendurchmesser des vorderen Endes der Arbeitsdüse 4, mit mindestens 1.5 mm und höchstens 4.0 mm, der Winkel α, d. h. der Einschnürwinkel ausserhalb des vorde ren Endes der Arbeitsdüse 4, gleich oder grösser als 0° und kleiner als 90°; der Durchmesser D2, d. h. der Innendurchmes ser des vorderen Endes der Hilfsdüse mit mindestens 2.0 mm, und der Winkel β, d. h. der Einschnürwinkel innerhalb des vorderen Endes der Hilfsdüse 7, gleich oder grösser als 0° und kleiner als 90° angenommen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Ergebnisse einer Reihe von Messungen, welche die mit der vorgenannten ersten Ausfüh rungsform erzielbaren praktischen Wirkungen ausweisen. Die Diagramme lassen erkennen, dass bei Einstellung des Sekun därgasdurchsatzes Vq pro Flächeneinheit entsprechend der Formel Vq = Q/A2 (wobei Q für den Durchsatz an Sekundärgas 8 und A2 für den Einschnürquerschnitt der Hilfsdüse stehen) auf mindestens 250 (m³/sec)/m² und höchstens 1000 (m³/sec)/m² die Menge der auf die Ober- und Unterseiten des Werkstücks abgelagerten Schlacke reduziert werden kann.

Insbesondere weist das Diagramm gemäss Fig. 5 das Verhält nis zwischen der Blaskraft des Sekundärgases 8 und der auf die Unterseite abgelagerten Schlackenmenge als Ergebnis ei ner Messung aus, das bei der Durchführung eines Plasma schneidverfahrens ermittelt wurde, bei dem das Werkstück 5 aus nichtrostendem Stahl (SUS304) in einer Blechdicke von 2 mm bestand, die Plasmastromstärke auf 40 A eingestellt war, Luft als Sekundärgas 8 eingesetzt wurde und die erreichte Schneidgeschwindigkeit 2.0 m/min betrug. In diesem Diagramm gemäss Fig. 5 steht die Ordinate für die Schlackendicke als Ablagerungsmenge und die Abszisse für die Grösse des Durch satzes Q an Sekundärgas 8 dividiert durch den Einschnürquer schnitt A2, wobei dieser Wert die Blaskraft des Sekundärga ses 8 darstellt und hier bezeichnet ist als Durchsatz Vq an Sekundärgas 8 pro Flächeneinheit. Es ergibt sich die Glei chung A2 = η/4 × (D2)2, wobei D2 für den Innendurchmesser des Einschnürbereich der Hilfsdüse 7 steht.

Aus dem Diagramm gemäss Fig. 5 ist erkennbar, dass ab dem Punkt, wo Vq die Grösse 250 (m³/sec)/m² übersteigt, eine Tendenz in Richtung Reduzierung der anhaftenden Schlacken menge besteht. Weiterhin ist der Grund, warum in diesem Kur venbild in dem Bereich, wo Vq den Wert 1000 (m³/sec)/m² über schreitet, keine Daten ausgewiesen sind, darin zu sehen, dass in diesem Bereich ein Schneiden als solches nicht mög lich war. Wahrscheinlich ist dies der Tatsache zuzuschrei ben, dass bei Erhöhung des Durchsatzes an Sekundärgas 8 ein Druckanstieg innerhalb der Hilfsdüse verursacht wird, so dass das druckhöhere Sekundärgas 8 den Austritt von Plasma gas 2 aus der Arbeitsdüse 4 verhindert.

Das Kurvenbild in Fig. 6 zeigt das Verhältnis zwischen der Blaskraft des Sekundärgases 8 und der zur Oberseite des Werkstücks 5 hochgeblasenen und sodann auf dieser abgelager ten Schlackenmenge als Ergebnis einer Messung, das bei der Durchführung des Plasmaschneidverfahrens unter ähnlichen Bedingungen wie mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben ermittelt wurde. Die auf der Ordinate ausgewiesene Ablagerungsmenge an hochgeblasener Schlacke wurde nach Sicht bestimmt.

Aus dem Diagramm gemäss Fig. 6 ist erkennbar, dass durch Verstärkung der Blaskraft des Sekundärgases 8 das Hochblasen von Schlacke wirksam unterdrückt werden kann und dass ab dem Punkt, wo Vq den Wert 250 (m³/sec)/m² übersteigt, die Tendenz einer Verringerung der Ablagerungsmenge gegeben ist.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass für eine wirksame Reduzierung der auf die Ober- und Unterseiten eines in diesem Fall aus nichtrostendem Stahlblech bestehenden Werkstücks 5 abgelagerten und diesen anhaftenden Schlacken mengen der Wert Vq möglichst zwischen 250 (m³/sec)/m² und 1000 (m³/sec)/m² liegen sollte.

Fig. 7(a) bzw. 7(b) sind im grösseren Maßstab gezeichnete Querschnittsansichten von Schnittflächen eines 2 mm dicken Blechs aus nichtrostendem Stahl (SUS304), die nach einem herkömmlichen Plasmaschneidverfahren bzw. nach der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens herge stellt wurden. Dem Ergebnis gemäss Fig. 7(b) liegt hin sichtlich der Schneidbedingungen zugrunde, dass für die Aus bildung des in Fig. 3 dargestellten Plasmabrenners die Werte der nachfolgenden Tabelle 1 gewählt wurden, dass das Plasmagas 2 aus Stickstoff bestand, dass die Schneidstrom stärke auf 40 A eingestellt war und dass Luft mit einer Durchsatzmenge von 300 l(N)min als Sekundärgas eingesetzt wurde. Zum Vergleich die Schneidbedingungen für das Ergebnis gemäss Fig. 7(a): als Plasmagas wurde Stickstoff verwendet, die Schneidstromstärke war auf 40 A eingestellt, die kon struktive Beschaffenheit der Arbeitsdüse war die gleiche wie bei Fig. 7(b) und es bestand der einzige Unterschied gegen über diesem Einsatzfall, dass kein Sekundärgas benutzt wurde.

Die Diagramme gemäss Fig. 7(a) und 7(b) zeigen, dass erfin dungsgemäss eine deutliche Reduzierung der auf die Ober- und Unterseiten des Werkstücks abgelagerten und diesen anhaften den Schlackenmengen erreicht wird.

Tabelle 1

Nachdem im Beispiel gemäss Fig. 7(b) Luft als Sekundär- und Stickstoff als Plasmagas eingesetzt wurde, sei im Zusammen hang mit den vorstehenden Ausführungen daran erinnert, dass Sekundärgas in grossen Mengen erforderlich ist und es von daher einen wirtschaftlichen Vorteil darstellt, Luft als billigstes Medium für diesen Zweck einzusetzen, und dass als Plasmagas zweckmässigerweise Stickstoff benutzt werden soll te, weil dieser den Elektrodenverschleiss begrenzt und aus serdem auch noch relativ preisgünstig ist. Damit dürfte diese Kombination von Plasma- und Sekundärgas einen hervor ragenden wirtschaftlichen Vorteil darstellen. Natürlich ist es klar, dass selbst bei Verwendung andersartiger Medien als Plasma- und Sekundärgas die praktische Durchführung der vor beschriebenen ersten Ausführungsform eine deutliche Reduzie rung der Schlackenablagerung und eine weitgehende Steigerung der Schnittgüte ermöglicht.

Weiter sei darauf hingewiesen, dass durch eine Reduzierung der Schlackenablagerung auf der Oberseite des Werkstücks 5 die Schneidgeschwindigkeit erhöht werden kann. Darüberhin aus ist ohne weiteres erkennbar, dass durch eine schnelle Abkühlung der Schnittflächen nach dem Schneiden durch das in grosser Menge anstehende Sekundärgas die Schneidbearbeitung des Werkstücks 5 mit nur äusserst geringfügiger Wärmeverfor mung durchführbar ist.

Auch sollte beachtet werden, dass durch den Einsatz eines weniger sauerstoffreichen Sekundärgases wie beispielsweise Luft oder alternativ eines Inertgases wie Stickstoff ein Oxydieren der Schnittflächen verhindert werden kann. Eine Schwärzung der Schnittflächen im Werkstück wird so vermie den, was seinen Niederschlag in einer ausgezeichneten Schnittgüte findet. Weiter dürfte der Einsatz von aus einem reduzierenden Gas wie beispielsweise Stickstoff plus Wasser stoff mit einem Wasserstoffanteil von einigen Prozent bis einigen zehn Prozent bestehendem Plasma- und Sekundärgas die Schnittflächen praktisch vollständig frei von Oxydation hal ten und damit Schnittflächen im Werkstück ergeben, die sich durch einen schönen Metallglanz auszeichnen sowie frei von Oxydations- und Brandstellen sind.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung des vorderen Endbe reichs eines Plasmabrenners in einer Plasmaschneidvorrich tung zur Durchführung der vorbeschriebenen ersten Ausfüh rungsform des erfindungsgemässen Schneidverfahrens. Man be achte, dass der Einschnürwinkel innerhalb des vorderen Endes der Hilfsdüse 7 bei 0° liegt. Hierdurch besteht die Möglich keit, die Innenfläche des vorderen Endbereichs der Hilfs düse 7 parallel zur Mittelachse derselben anzuordnen. Auch kann natürlich der ausserhalb des vorderen Endes der Ar beitsdüse 4 und der innerhalb des vorderen Endes der Hilfs düse 7 liegende Flächenbereich leicht abgeschrägt sein.

Fig. 9 beinhaltet ein Zeitdiagramm für die im Rahmen der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Plasma schneidverfahrens anstehende Betriebsart. In dieser Zeich nung steht der Buchstabe a für den Zeitpunkt, an dem die Plasmaschneidvorrichtung den Befehl zum Beginn des Schneid vorgangs erhält und die Zufuhr des Plasmagases 2 als Vor strom durch die Plasmaschneidvorrichtung beginnt. Die Zulei tung von Plasmaschneidstrom zur Einleitung des Schneidpro zesses durch die Plasmaschneidvorrichtung beginnt im Zeit punkt b, einem hinter dem Zeitpunkt a liegenden Vorgabezeit punkt. Damit stellt der Zeitpunkt b den Zeitpunkt für den Beginn der Lochschneidbearbeitung des Werkstücks 5 dar. Es folgt anschliessend der Schneidvorgang bis zum Zeitpunkt c, an dem die Plasmaschneidvorrichtung in Ansprechung auf den Befehl zur Beendigung der Schneidbearbeitung die Zufuhr von Plasmaschneidstrom unterbricht und den Schneidvorgang been det. Der Buchstabe d stellt denjenigen Zeitpunkt dar, an dem der Nachstrom von Plasmagas, der über eine vorgegebene Zeit spanne hinweg abläuft, endet. Hinsichtlich der vorliegenden Ausführungsform sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Zeit, während der Sekundärgas 8 fliesst, vom Zeit punkt b für den Beginn des Lochschneidens bis zum Zeitpunkt c für die Beendigung des Schneidvorgangs reicht. Damit ist gewährleistet, dass weder in der Vor- noch in der Nachström zeit, welche die Schnittgüte nicht beeinflussen, Sekundär gas 8 strömt. Damit wird der Einsatz von Sekundärgas 8 mini miert, desgleichen die Dauer des beim Ausblasen des Sekun därgases 8 verursachten Geräuschs.

Zum Vergleich mit den vorstehenden Ausführungen zeigt die Fig. 10 das Zeitdiagramm der bei einem Plasmaschneidver fahren nach dem Stand der Technik anstehenden Betriebsart.

Fig. 11 stellt den Querschnitt eines Plasmabrenners in ei ner Plasmaschneidvorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemässen Plasmaschneidverfahrens dar. Wie ersichtlich ist diese Ausführungsform zur direkten Kühlung der Arbeits düse 4 konzipiert, indem Kühlwasser durch einen zwischen der Düse und einer Kappe 14 ausgebildeten Zwischenraum 17 gelei tet wird. Die aus einem metallischen Körper bestehende Hilfsdüse 7 ist mit einem Abstandshalter 15 aus elektrisch isolierendem Material relativ zur Kappe 14 festgelegt. In diesem Abstandshalter 15 ist ein Durchgang für das Sekundär gas ausgebildet. Das Sekundärgas strömt zwischen der Kappe 14 und der Hilfsdüse 7 und tritt aus einer Ausblasöffnung im vorderen Ende der Hilfsdüse aus.

Auch beachte man, dass die Arbeitsdüse 4 und die Hilfsdüse 7 lagemässig so zueinander angeordnet sind, dass unter Berück sichtigung eines Spalts h von h < 0 das vordere Ende der Ar beitsdüse innerhalb des vorderen Endes der Hilfsdüse 7 liegt. Durch diese konstruktive Gestaltung der Düsen 4 und 7 wird jeder zufällige Kontakt zwischen der Arbeitsdüse 4 und dem Werkstück 5 verhindert und damit die Düse 4 geschützt, da die letztere selbst bei zufälligem Hochgehen des Werk stücks 5 während des Schneidvorgangs durch die Hilfsdüse 7 blockiert ist. Nachdem weiterhin die Arbeitsdüse 4 gegen die Hilfsdüse 7 elektrisch isoliert ist, kann ein "doppelter Lichtbogen", der sich bei Hindurchleiten elektrischen Stroms zwischen Einschlussdüse 4 und Werkstück 5 bilden könnte, nicht entstehen so dass die Arbeitsdüse 4 geschützt wird.

Diese Schutzwirkung für die Arbeitsdüse 4 lässt sich auch erzielen, wenn die Hilfsdüse 7 aus elektrisch isolierendem Material hergestellt wird. In diesem Falle können Abstands halter 15 und Hilfsdüse 7 einteilig ausgeführt sein.

Fig. 12 zeigt das Zeitdigramm der bei der dritten Ausfüh rungsform des erfindungsgemässen Plasmaschneidverfahrens an hängigen Betriebsart. Wie ersichtlich ist bei dieser Ausfüh rungsform der Durchsatz Vq an Sekundärgas 8 pro Flächenein heit so eingestellt, dass er sowohl während der Vor- als auch während der Nachströmzeit unter 250 (m³/sec)/m² und da mit unter dem Durchsatz während des Schneidvorgangs liegt, und dass er ab dem Zeitpunkt b, an dem das Lochschneiden des Werkstücks 5 beginnt, bis zum Zeitpunkt c, an dem die Ab schaltung des Schneidstroms erfolgt, auf mindestens 250 (m³/sec)/m² erhöht wird. Die Regulierung des Sekundärgases 8 erfolgt beispielsweise mit der in Fig. 4 gezeigten Anord nung, bei der eine Versorgungsleitung für Sekundärgas 8 in zwei Stichleitungen mit einem Paar Elektromagtnetventile 11 bzw. 12 aufgeteilt ist, wobei eine dieser Stichleitungen zu sätzlich ein Drosselventil 10 aufweist. Bei dieser Anordnung gemäss Fig. 4 wird durch Schliessen des Elektromagnetven tils 11 und Öffnen des Magnetventils 12 der Sekundärgas durchsatz auf den niedrigen und durch Öffnen beider Magnet ventile 11 und 12 bzw. nur des Elektromagnetventils 11 auf den höheren Wert eingestellt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Einrichtung zum Antrieb der Sekundärgas-Regelventile die Bezugsziffer 13 trägt.

Bei dieser Plasmaschneidvorrichtung gemäss Fig. 11 und 4 kann durch die Regulierung des Sekundärgasdurchsatzes wie aus Fig. 12 ersichtlich mittels des Sekundärgases 8 die ansonsten vom Werkstück 5 hochgeblasene Schlacke niederge halten und damit die Arbeitsdüse 4 geschützt werden. Da hier der Durchsatz an Sekundärgas 8 sowohl während der Vor- als auch der Nachströmzeit niedrig gehalten wird, kann der durch das Sekundärgas 8 weder störend beeinflusste noch abgekühlte Startlichtbogen problemlos in einen Zustand übergehen, in dem der Plasmalichtbogen erzeugt wird, und ergeben sich auch hinsichtlich der Zündfähigkeit zu Beginn des Schneidvorgangs keinerlei Probleme.

Fig. 13 zeigt das Zeitdigramm der bei der vierten Ausfüh rungsform des erfindungsgemässen Plasmaschneidverfahrens an hängigen Betriebsart, das sich von dem Diagramm in Fig. 11 dadurch unterscheidet, dass die Umschaltung des Durchsatzes an Sekundärgas 8 von niedrig auf hoch mit einer zeitlichen Verzögerung Td nach der auf den Beginn der Vorströmzeit fol genden Einleitung des Lochschneidens bewirkt wird. Diese Betriebsart wird dadurch ermöglicht, dass der Plasmabrenner bzw. die Plasmaschneidvorrichtung wie in Fig. 4 bzw. 11 dargestellt ausgebildet und gleichzeitig die Einrichtung 13 zum Antrieb der Sekundärgas-Regelventile gemäss Fig. 4 mit einem Verzögerungselement ausgestattet ist.

Fig. 14 gibt die Messergebnisse einiger Wirkungen wieder, die sich bei entsprechend geänderten zeitlichen Abläufen der Sekundärgas-Durchsatzregelung gemäss Fig. 13 einstellen. Fig. 14(a) zeigt die Wellenform unmittelbar nach Beendigung des Lochschneidens bei einem Schneidprozess ohne Zufuhr von Sekundärgas 8; Fig. 14(b) das Wellenprofil der Plasmalicht bogenspannung bei der Regulierung des Sekundärgases 8 auf die höhere Durchsatzmenge unmittelbar nach Beginn des Loch schneidens wie im Zeitdiagramm gemäss Fig. 9 dargestellt; und Fig. 14(c) die Wellenform des Plasmalichtbogens bei Um schaltung des Sekundärgasdurchsatzes auf einen höheren Durchsatz mit einer zeitlichen Verzögerung nach Beginn des Lochschneidens, die im vorliegenden Falle auf Td = 0.5 Sek. eingestellt ist.

Diese Messergebnisse lassen erkennen, dass bei der Wellen form (b) die höchste Spannungsspitze etwa 0.3 Sek. nach Be ginn des Lochschneidens auftritt, während bei dem nach der zeitlichen Verzögerung anstehenden Wellenprofil (c) diese Spannungsspitze verschwunden ist. Daraus ergibt sich, dass durch entsprechende Verlagerung des Umschaltzeitpunkts für der Sekundärgasdurchsatz der durch die grössere Durchsatz menge an Sekundärgas 8 bedingte Anstieg der Lichtbogenspan nung gesteuert werden kann.

Nachdem also der Anstieg der Lichtbogenspannung auf diese Weise, d. h. durch eine zeitliche Verzögerung beim Umschalten des Sekundärgasstroms 8 auf eine höhere Durchsatzmenge, kon trollierbar ist, wird eine stabile Durchführung des Schneid vorgangs ohne Erlöschen des Lichtbogens unmittelbar nach Beendigung des Lochschneidens sowie ohne unnötige Erhöhung der von der Stromversorgung lieferbaren Ausgangsspannung er möglicht. Auch ist bei der vorliegenden Betriebsart der Schutz der Arbeitsdüse 4 durch die Hilfsdüse 7 genau wie bei der Betriebsart gemäss Fig. 12 gewährleistet.

Im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungen sei darauf hingewiesen, dass die Änderung der Durchsatzmenge beim Se kundärgas 8 wie für die Betriebsarten gemäss Fig. 9, 12 bzw. 13 beschrieben und die Änderung des Sekundärgasdurch satzes entsprechend der Betriebsart gemäss Fig. 10 bei ei ner einzelnen Plasmaschneidvorrichtung ohne weiteres aus tauschbar sind. Damit ist das Schneiden von Werkstücken aus nichtrostendem Stahlblech mit der hierfür erforderlichen grösseren Sekundärgas-Durchsatzmenge und das Schneiden von Werkstücken aus einem andersartigen Material wie beispiels weise Flußstahl mit ein- und derselben Plasmaschneidvorrich tung möglich, weil auch bei der Schneidbearbeitung eines Werkstücks 5 aus üblichem Material wie zum Beispiel Fluß stahl das Sekundärgas 8 in geringeren Mengen zugeführt und eingesetzt werden kann, um die Arbeitsdüse 4 vor der vom Werkstück 5 hochgeblasenen Schlacke zu schützen. Weiterhin lässt sich der Durchsatz an Sekundärgas 8 auf einfache Weise dahingehend regulieren, dass die bei einer Erhöhung der Se kundärgasmenge für die erste Ausführungsform beschriebene störende Beeinflussung und Abkühlung des Plasmastroms und die daraus resultierende Verringerung der Schneidleistung vermieden werden. Es versteht sich, dass durch diese Regu lier- bzw. Umschaltmöglichkeit die verschiedenartigsten Werkstücke einfach und problemlos bearbeitet werden können.

Wenngleich vorstehend bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben sind, ist es für den auf diesem Erfindungsgebiet tätigen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass viele Abwandlungen, Auslassungen und Zusätze möglich sind, ohne dass der Umfang und das Wesen der Erfindung verlassen würden. Damit versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend behandel ten speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch alle sonstigen Ausführungen, die im Rahmen der in den beiliegenden Ansprüchen offenbarten speziellen Merkmale mög lich sind, sowie sämtliche hierzu äquivalenten Ausführungs formen mit einschliesst.

Claims

1. Plasmaschneidverfahren mit einer Plasmaschneidvorrich tung, die aufweist einen Plasmaschneidbrenner mit einer Elektrode, einer die Elektrode im Abstand umgebenden Ar beitsdüse, wobei der resultierende Zwischenraum einen Kanal zur Führung von Plasmagas bildet, und einer die Ar beitsdüse im Abstand umgebende Hilfsdüse, wobei der so gebildete Zwischenraum der Führung eines Sekundärgases dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärgasdurch satz Vq pro Flächeneinheit gemäss der Gleichung Vq = Q/A2 nicht geringer ist als 250 (m³/sec)/m², wobei Q den Sekun därgasdurchsatz und A2 den Einschnürungsquerschnitt des Sekundärgasstroms bezeichnen.

2. Plasmaschneidverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das vordere Ende der Arbeitsdüse mit einem Aussendurchmesser D1 von mindestens 1.5 mm und höchstens 4.0 mm sowie einem äusseren Einschnürwinkel α von gleich oder grösser als 0° sowie kleiner als 90° versehen ist; dass die Hilfsdüse einen Einschnürbereich aufweist, des sen Innendurchmesser D2 nicht geringer ist als 2.0 mm; und dass die Hilfsdüse mit einem vorderen Ende ausgestat tet ist, dessen innerer Einschnürwinkel β gleich oder grösser als 0° bzw. kleiner als 90° ist.

3. Plasmaschneidverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt von Sekundärgas aus der Hilfsdüse jeweils in der Vor- und Nachströmzeit unterbun den und lediglich innerhalb des Zeitraums von unmittelbar nach Beginn des Schneidvorgangs bis zur Beendigung zuge lassen wird.

4. Plasmaschneidverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende der Hilfsdüse über das vordere Ende der Arbeitsdüse vorspringt, dass die Hilfsdüse gegen die Arbeitsdüse elektrisch isoliert ist, dass der Durchsatz des aus der Hilfsdüse ausgetragenen Sekundärgases im Vergleich zum Durchsatz zu Beginn des Schneidvorgangs auf einem niedrigen Wert gehalten wird, und dass der Durchsatz Vq nur während des Zeitraums zwischen Anfang und Ende des Schneidvorgangs auf minde stens 250 (m³/sec)/m² erhöht wird.

5. Plasmaschneidverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Sekundärgasdurchsatz mit einer vorge gebenen Verzögerung unmittelbar nach Beginn des Schneid vorgangs von einem niedrigen Wert auf mindestens Vq = 250 (m³/sec)/m² umgeschaltet wird.

6. Plasmaschneidverfahren mit einer Plasmaschneidvorrich tung, die aufweist einen Plasmaschneidbrenner mit einer Elektrode, einer die Elektrode im Abstand umgebenden Ar beitsdüse, wobei der resultierende Zwischenraum einen Kanal zur Führung von Plasmagas bildet, und einer die Ar beitsdüse im Abstand umgebende Hilfsdüse, wobei der so gebildete Zwischenraum der Führung eines Sekundärgases dient, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende der Arbeitsdüse mit einem Aussendurchmesser D1 von mindestens 1,5 mm und höchstens 4.0 mm sowie einem äusseren Ein schnürwinkel α von gleich oder grösser als 0° sowie klei ner als 90° versehen ist; dass die Hilfsdüse einen Ein schnürbereich aufweist, dessen Innendurchmesser D2 nicht geringer ist als 2.0 mm; und dass die Hilfsdüse mit einem vorderen Ende ausgestattet ist, dessen innerer Einschnür winkel β gleich oder grösser als 0° bzw. kleiner als 90° ist.