KR102542211B1

KR102542211B1 - 플라즈마 토치

Info

Publication number: KR102542211B1
Application number: KR1020197006221A
Authority: KR
Inventors: 폴커 크링크; 티모 그런드케; 프랭크 로리쉬; 르네 노고우스키
Original assignee: 크엘베르크-스티프텅
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2023-06-12
Also published as: BR112019001771A2; RU2745109C2; EP3491896A1; CN109804716A; CN109804716B; KR20190035839A; DE102016214146A1; WO2018024601A1; CA3032712A1; US20210329771A1; RU2019102129A3; RU2745109C9; RU2019102129A

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 2차 매체가 플라즈마 토치의 하우징을 통과하는 적어도 하나의 파더에 의해 노즐 보호 캡 개구 및/또는 노즐 보호 캡에 마련된 추가 개구에 가이드되는, 플라즈마 토치에 관한 것이다. 적어도 하나의 피더에서, 피더를 개폐하기 위한 적어도 하나의 밸브가 플라즈마 토치의 하우징 내에 직접 마련된다.

Description

플라즈마 토치

본 발명은 플라즈마 토치, 구체적으로는 플라즈마 절단 토치에 관한 것이다.

플라즈마는 열적으로 매우 가열된 전기 전도성 가스이며, 양이온과 음이온, 전자 및 들뜬 원자 및 중성 원자 및 분자로 구성된다. 플라즈마 가스로서, 예를 들어, 일원자 아르곤 및/또는 이원자 가스인 수소, 질소, 산소 또는 공기와 같은 다양한 가스가 사용된다. 이러한 가스는 아크(arc)의 에너지로 인해 이온화 및 해리된다. 노즐을 통해 압축된 아크는 플라즈마 제트(plasma jet)라고 불린다. 플라즈마 제트는 노즐과 전극의 설계를 통해 매개 변수에 크게 영향을 받을 수 있다. 플라즈마 제트의 이러한 매개 변수는, 예를 들어, 제트 직경, 온도, 에너지 밀도 및 가스 유속이다.

플라즈마 절단에 있어서, 플라즈마는 일반적으로 가스 냉각식(gas-cooled) 또는 수냉식(water-cooled) 일 수 있는 노즐에 의해 수축된다. 결과적으로, 최대 2x10⁶ W/cm²의 에너지 밀도를 달성할 수 있다. 30,000℃까지의 온도가 가스의 높은 유속과 함께 플라즈마 제트에서 생성되어 재료에 대해 매우 높은 절삭 속도를 제공한다.

플라즈마 토치는 일반적으로 플라즈마 토치 헤드(plasma torch head)와 플라즈마 토치 생크(plasma torch shank)로 구성된다. 전극 및 노즐은 플라즈마 토치 헤드에 고정된다. 이들 사이에서 노즐 보어(nozzle bore)를 통해 빠져나가는 플라즈마 가스가 흐른다. 플라즈마 가스는 일반적으로 전극과 노즐 사이에 끼워진 가스 가이드(gas guide)를 통해 가이드되고 회전될 수 있다.

현대 플라즈마 토치에는 기체 또는 액체인 2차 매체용 피더(feeder)가 있다. 이 때, 노즐은 노즐 보호 캡으로 둘러싸인다. 노즐은, 특히 액체-냉각 플라즈마 토치(liquid-cooled plasma torches)의 경우, 예를 들어 DE 10 2004 049 445 A1에 기술된 바와 같이 노즐 캡에 의해 고정된다. 이 때, 냉각 매체가 노즐 캡과 노즐 사이에서 흐른다. 2차 매체는 노즐 또는 노즐 캡과 노즐 보호 캡 사이에서 흐르고 노즐 보호 캡의 보어를 빠져나온다. 상기 2차 매체는 아크 및 플라즈마 가스에 의해 형성된 플라즈마 제트에 영향을 미친다. 상기 2차 매체는 노즐 또는 노즐 캡과 노즐 보호 캡 사이에 배치된 가스 가이드에 의해 회전하도록 설정될 수 있다.

노즐 보호 캡은, 특히 절단할 작업물(workpiece)의 재료에 플라즈마 제트에 의한 플런지 절삭 중에, 노즐 또는 노즐 캡을 작업물의 열 또는 스프레이 아웃 용융 금속으로부터 보호한다. 또한, 상기 노즐 보호 캡은 절단 동안 플라즈마 제트 주위에 한정된 분위기를 생성한다.

예를 들어, 합금강(alloy steels)을 플라즈마 절단하는 동안, 대기에 존재하는 산소가 핫 컷 에지(hot cut edges)와 접촉하고 산화하는 것을 방지하기 위해, 질소가 2차 가스로 종종 사용된다. 또한, 질소는 용융물의 표면 장력을 감소시키고 따라서 커프(kerf)로부터 보다 효율적으로 배출시키는 효과가 있다. 버프리 컷(Burr-free cuts)이 형성된다.

또한, 구조용 강(structural steels)의 절단을 위한 플라즈마 가스로서 산소의 사용과 함께, DE 10 2006 018 858 A1에 기술된 바와 같이, 2차 가스의 상이한 조성(예를 들어 질소 및 산소 분율이 상이)을 사용하여 절단 품질과 관련된 상이한 효과를 얻을 수 있다.

마찬가지로, 작은 구멍을 먼저 절단하고 큰 윤곽을 절단하기 위해, 개별 절단 작업 사이에서 2차 가스의 조성을 변경하는 것이 알려져있다. 여기서, 스위칭은 절단이 수행되지 않는 시간주기에서 일어난다.

또한, 밸브, 바람직하게는 전자기적으로 작동되는 밸브가 2차 매체를 전환 또는 조절하는 장치가 알려져있다. 이 장치는 플라즈마 토치의 가스 호스와 가스 공급용 공급 호스 사이의 커플링 유닛(coupling unit)에 위치한다.

종래 기술의 단점은 다음과 같다:

- 보조 매체를 신속하게 활성화 및 비활성화할 수 없다.

- 다른 매체로 신속하게 전환할 수 없다.

- 절단이 진행되는 동안, 예를 들어 절단, 플런지 절단, 피어싱의 시작 동안, 또는 절단 종료 시에 2차 매체의 전환에 의해 커프가 지나가기 때문에 절단 공정 중 변경 사항에 신속하게 대응할 수 없다.

- 두 절단 공정을 신속하게 전환할 수 없다.

밸브와 플라즈마 토치 사이의 라인이 그 원인이다. 이것은 산화(산소, 공기) 가스 및 비산화 가스 또는 가스 혼합물과 같은 상이한 2차 매체 사이를 전환할 필요가 있는 경우 특히 중요하다. 공통 피더(common feeder), 예를 들어 호스를 사용할 때 가스는 먼저 그 안에 남아있는 모든 액체를 퍼지해야하기 때문에, 액체(예를 들어, 물, 에멀젼, 오일, 에어로졸)와 가스 사이의 전환도 중요하다. 이 작업에는 약 100ms가 소요될 수 있다.

플라스마 토치 축에 밸브를 끼워 넣는 것은 가이드 시스템에 고정하기에 불리하며, 특히 피봇 어셈블리의 경우에는 방해가 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마 토치의 제어 또는 조절된 작동의 비활성화, 전환 또는 변경 시 2차 매체의 공급 조건을 개선할 수 있는 가능성을 명시하는 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 토치, 특히 플라즈마 절단 토치의 경우에, 적어도 하나의 2차 매체는 플라즈마 토치의 하우징을 통과하는 적어도 하나의 피더에 의해 노즐 보호 캡 개구로 및/또는 노즐 보호 캡에 마련된 다른 개구로 가이드된다. 개구들은 노즐 보호 캡에 제공된다. 적어도 하나의 피더에서, 피더를 개폐하기 위한 적어도 하나의 밸브가 플라즈마 토치의 하우징 내에 직접 마련된다.

피더는 바람직하게는 2차 매체가 노즐 보호 캡 개구 및/또는 다른 개구의 방향으로 흐르는 적어도 2개의 병렬 피더로 분할되며, 각각의 분할된 피더를 개폐하기 위해 각각 개별적으로 작동 가능한 적어도 2개의 밸브가 하우징 내에 마련되어서, 밸브들 중 하나가 자체적으로 2차 매체의 피더를 개방하거나, 2차 매체가 2개의 분할된 피더에서 동시에 흐르게 하거나, 하나의 피더에서 다른 분할된 피더로의 전환이 수행되도록 하는 것이 가능하다.

어퍼처(aperture), 스로틀(throttle), 또는 각각의 다른 분할된 피더의 자유 단면과 관련하여 각각의 피더의 자유 단면을 변화시키는 요소가 분할된 피더 중 적어도 하나에서 사용될 수 있어서, 2차 매체의 분할 피더에서의 다른 유동 저항, 2차 매체의 상이한 유속 및 압력을 실현할 수 있다.

특히 유리하게는, 2개의 상이한 2차 매체를 위한 2개 이상의 피더가 플라즈마 토치의 하우징을 통해 노즐 보호 캡 개구로 안내될 수 있고/있거나 노즐 보호 캡에 마련된된 다른 개구로 안내될 수 있으며, 각각의 경우에 각각의 피더를 개폐하기 위한 적어도 하나의 밸브가 하우징 내의 하나의 2차 매체를 위한 피더에 마련될 수있다.

피더는, 하나의 2차 매체에 대한 분할된 피더의 병합, 또는 상이한 2차 매체에 대한 피더의 병합이 플라즈마 토치의 하우징 내에서, 플라즈마 헤드의 노즐 또는 노즐 캡과 상기 노즐 보호 캡으로 형성된 공간에서 이루어지고, 분할된 피더로부터의 상기 2차 매체 스트림의 합류가 바람직하게 상기 플라즈마 토치(1)의 가스 가이드(27)를 플라즈마 토치의 가스 가이드를 통과하기 전, 도중 또는 통과한 후에 수행될 수 있도록 설계되어야 한다. 따라서, 합류는 하우징 또는 플라즈마 헤드 내에서 발생해야 한다.

각각의 2차 매체/매체들을 가이드하는 적어도 2개의 개구 또는 2개의 개구 그룹이 가스 가이드 상에 마련되어야 한다. 이러한 개구로, 개구를 빠져나가는 2 차 매체에 대한 목표된 영향이 달성될 수 있다. 이 목적을 위해, 개구는 상이한 크기 및 기하학적 형상의 자유 단면을 가질 수 있고/있거나 상이한 축 방향으로 향할 수 있다. 서로 다른 그룹의 개구는 서로에 대해 방사상으로 어긋나게 배치될 수 있다. 또한, 개구의 수는 개별 그룹에서 다르게 선택될 수 있다.

하우징 내에 배치된 밸브는 전기식, 공압식 또는 유압식으로 작동될 수 있으며, 특히 바람직하게는 축 방향 밸브로서 설계될 수 있다.

하우징 내에 배치된 밸브의 최대 외부 직경 또는 최대 평균 표면 대각선(maximum average surface diagonal)은 15 mm, 바람직하게는 11 mm 이하, 및/또는 최대 길이는 50 mm, 바람직하게는 40 mm 이하, 특히 바람직하게는 30 mm 이하여야 하며, 및/또는 하우징의 최대 외부 직경은 52 mm이어야 하고, 및/또는 밸브의 최대 외부 직경은 하우징의 외부 직경 또는 최대 평균 표면 대각선의 1/4 이하, 바람직하게는 1/5 이하여야 하며, 및/또는 그 작동을 위해 10 W, 바람직하게는 3 W, 특히 바람직하게는 2 W의 최대 소비 전력을 필요로한다.

하나 이상의 전기식으로 작동 가능한 밸브(들)의 경우, 각각의 2차 매체 또는 플라즈마 가스는 냉각 효과를 실현하기 위하여 코일(S)의 권선(winding)을 통해 흘러야 한다.

유리하게는, 플라즈마 토치가 플라즈마 토치 헤드로부터 분리 가능한 플라즈마 토치 생크를 갖는 신속 교환 토치로서 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 다른 기계 가공 작업으로 빠르고 쉽게 변경될 수 있다.

노즐 보호 캡 개구 또는 노즐 보호 캡의 홀더 외에, 노즐 보호 캡은 2차 매체의 적어도 일부분이 흐르는 적어도 하나의 개구를 가져야한다. 몇 개의 개구가 제공되는 경우, 각각의 경우에 하나의 2차 매체는 작업물 표면의 방향으로 하나 이상의 선택된 개구를 통해 빠져나갈 수 있다. 그러나, 이미 논의된 바와 같이, 2 차 매체가 하나의 개구 그룹을 통해 흘러 나오고, 또 다른 2차 매체가 다른 그룹에 할당된 개구를 통해 흘러 나오는 것이 가능하다. 2개의 상이한 2차 매체로부터 형성된 2차 매체 혼합물이 빠져나갈 수 있는 하나 이상의 개구가 제공될 수도 있다.

기체 및/또는 액체의 2차 매체가 사용될 수 있다. 이들은 예를 들어 산소, 질소 및 불활성 가스 중에서 선택되는 2개의 상이한 가스; 예를 들어 물, 에멀젼, 오일 및 에어로졸로부터 선택된 2개의 상이한 액체; 또는 가스 및 액체 2차 매체일 수 있다. 그러나, 동일한 가스 및/또는 액체로 각각 형성된 2개의 2차 매체 혼합물을 사용할 수도 있으며, 여기서, 각각의 혼합물을 형성하는 2차 매체의 분율 만이 서로 상이하다. 이것은 예를 들어 2차 매체 혼합물에 함유된 다른 분율의 산소일 수 있다.

2차 매체용 피더에 배치된 밸브는 전기적 차단 전류(electrical cutting current)의 적어도 일부가 작업물을 통해 흐를 때 개방되어야하며, 이 작동 상태에서 2차 매체가 작업물 표면의 방향으로 플라즈마 토치로부터 유출될 수 있다. 파일롯 아크(pilot arc)가 형성되는 기간에는 밸브가 닫혀있어야 한다. 이것은 바람직하게는 데이터베이스에 접속된 컨트롤러에 의해 달성될 수 있다.

작업물의 재료 내로의 플라즈마 제트의 플런지 절단 동안, 액체 또는 액체-가스 혼합물이 2차 매체로서 사용될 수 있고, 절단을 위해 가스 또는 가스 혼합물이 2차 매체로서 사용될 수 있다.

2차 매체용 피더에 배치된 밸브(들)은, 2차 매체가 작업물로의 플런지 절단 중에 작업물이 적어도 1/3, 바람직하게는 절반, 및 이상적으로는 완전히 관통되는 시점에 가장 먼저 노즐 보호 캡 보어로부터 흘러나올 수 있도록 개방되어야 한다.

2차 매체용 피더에 배치된 적어도 하나의 밸브는 커프의 교차 시 또는 절단의 종료 시, 2개의 절단부 사이에서 절단을 시작하는 동안 활성화, 비활성화될 수 있어야한다. 여기에는 이러한 기계가공 작업 중 또는 도중에 2차 매체용으로 2개의 다른 피더에 배치된 2개의 밸브를 전환 할 수있는 가능성이 있다. 즉, 지금까지 열린 밸브를 닫을 수 있고 지금까지 닫힌 밸브를 열 수 있다.

플라즈마 제트에 의한 절단의 시작 시, 플런지 절단 또는 시동 절단(starting cut)이 수행될 수 있다.

윤곽의 절단 중에, (전술한 바와 같은) 2차 매체의 매개 변수의 변경이 수행 될 수 있고, 플라즈마 절단 공정의 적어도 하나의 추가 매개 변수가 변경될 수 있다. 이는 예를 들어, 전기적 매개 변수의 적응, 진행 속도의 적응, 체적 유량의 적응, 작업물까지의 플라즈마 토치의 간격, 및/또는 플라즈마 가스의 조성일 수 있다. 이 목적을 위해, 모든 매개 변수는 데이터베이스에 저장되어 플라즈마 토치의 컨트롤러에 의한 자동 작동이 가능하도록 사용될 수 있다. 언급된 매개 변수 이외에도, 작업물의 각 가공에 대한 매개 변수가 데이터베이스에 제공되어 사용될 수도 있다.

본 발명은 이하의 실시예에 의해 설명될 것이다. 도면들에 도시되고 설명된 개별적인 특징들은 각각의 예 또는 각각의 도면과 독립적으로 서로 조합될 수 있다.

도 1은 밸브를 갖는 2차 매체 피더와 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 2는 2개의 밸브를 갖는 2차 매체 피더와 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 3은 2개의 밸브를 갖는 2차 매체 피더와 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 추가 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 4는 2개의 밸브를 갖는 2차 매체 피더와 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 추가 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 5a와 5b는 2차 매체용 가이드를 도시한다;
도 6은 2개의 밸브를 갖는 2개의 2차 매체 피더와 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 7은 2개의 밸브를 갖는 2개의 2차 매체 피더와 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 추가 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 8은 2개의 밸브를 갖는 2개의 2차 매체 피더와 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 추가 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 9는 2개의 밸브를 갖는 2개의 2차 매체 피더; 및 밸브와 환기 밸브(ventilation valve)를 갖는 플라즈마 가스 피더;를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 10은 2개의 밸브를 갖는 2개의 2차 매체 피더; 및 2개의 밸브와 환기 밸브를 갖는 플라즈마 가스 피더를 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다;
도 11은 본 발명의 경우에 사용될 수 있는 축방향 밸브를 통한 단면도를 도시한다.
도 12는 플라즈마 토치의 하우징 내의 밸브의 배열 가능성을 도시한다.
도 13은 플라즈마 토치의 하우징 내의 밸브의 추가 배열 가능성을 도시한다.
도 14는 플라즈마 토치의 하우징 내의 밸브의 추가 배열 가능성을 도시한다.
도 15a 및 15b는 크고 작은 부분(윤곽)을 갖는 절단 윤곽을 도시한다.
도 16a 및 16b는 수직 및 비스듬한 절단부를 갖는 절단 윤곽을 도시한다.
도 17은 작업물에 대한 플라즈마 토치의 위치를 도시한다.

도 1은 노즐(21), 전극(22) 및 노즐 보호 캡(25)을 갖는 플라즈마 토치 헤드(2);와, 플라즈마 가스(PG1)용 피더(34), 2차 매체(SG1)용 피더(61) 및 하우징(30)을 갖는 플라즈마 토치 생크(3);가 구비된 플라즈마 토치(1)를 도시한다.

본 발명의 경우, 즉 본 발명에 속하는 다른 모든 실시예에서도, 플라즈마 토치 생크(3)는 일체형으로 형성되고, 필수 구성 요소가 마련되고 형성될 수 있는 대응적으로 구성된 하우징(30)으로만 형성될 수 있다.

피더(61)는 하우징(30) 외부에서, 2차 매체(SG1)의 공급을 위해 커플링 유닛(5)에 연결된 가스 호스(gas hose)일 수 있다. 가스 호스는, 하우징(30) 내에 배치된 피더(61)의 또 다른 부분과 밸브(63)에 인접해 있다.

피더(34)는 하우징(30) 외부에서, 플라즈마 가스(PG1)의 공급을 위해 커플링 유닛(5)에 연결된 가스 호스일 수 있다. 가스 호스는 하우징(30) 내에 형성된 피더(34)의 또 다른 부분에 인접해있다.

노즐(21) 내에 공간(24)이 형성되도록, 전극(22)과 노즐(21)은 가스 가이드(23)에 의해 서로 이격되도록 배치된다. 플라즈마 가스(PG1)의 피더(34)는 공간(24)에 연결된다.

노즐(21)은 전기적 차단 전류에 의존하여 20A의 경우 0.5mm에서 800A의 경우 7mm까지 직경이 변할 수 있는 노즐 보어(nozzle bore, 210)를 갖는다. 가스 가이드(23)는 마찬가지로 플라즈마 가스(PG1)가 통과하는 개구 또는 보어(미도시)를 갖는다. 이들은 또한 상이한 크기 또는 직경 및 개수로 구성될 수 있다.

노즐 보호 캡(25) 내에 공간(26, 28)이 형성되도록, 노즐(21)과 노즐 보호 캡(25)은 서로로부터 이격되도록 배치된다. 공간(26)은 2차 매체(SG1)의 흐름 방향에서 볼 수 있듯이 가이드(27)의 앞쪽에 위치하며, 공간(28)은 가이드(27)와 노즐 보호 캡 개구(250) 사이에 배치된다. 가스 가이드(27)의 도움으로, 예를 들어 가스, 가스 혼합물, 액체 또는 가스-액체 혼합물과 같은 2차 매체(SG1)의 흐름은 균형을 이루고 회전하도록 설정될 수 있다.

예를 들어 2차 매체(SG1)가 회전하는 것을 원하지 않는 경우 가이드(27)를 사용하지 않는 것도 가능하다. 또한, 노즐(21)은 노즐 캡 또는 기타 등등(미도시)에 의해 고정될 수 있다. 그 후, 노즐 캡과 노즐 보호 캡이 공간(26, 28)을 형성한다.

따라서, 2차 가스(SG1)가 플라즈마 토치 생크에 배치된 피더(61)와 밸브(63)를 통해 공간(26)으로 안내되며, 가이드(27)에 의해 균형을 이루고 회전하도록 설정된다. 그 후, 2차 가스(SG1)는 공간(28)으로 흐른 다음, 노즐 보호 캡 개구(250)를 빠져나간다. 또한, 하나 이상의 추가 보어(250a)가 노즐 보호 캡(25) 또는 노즐 보호 캡(25)용 홀더에 위치될 수 있으며, 이 추가 보어를 통해 2차 매체(SG1)가 흘러 나오게 된다.

밸브(63)는 작은 구조 형태의 축방향 밸브로서 설계된다. 예를 들어, 밸브(63)의 외부 직경 D는 11mm이며 길이 L은 40 mm이다. 밸브(63)는 하우징(30)의 발열을 줄이기 위해, 작동을 위한 낮은 전력, 예를 들어 약 2W를 필요로한다.

아크의 점화 시 및 절단 공정 중에, 플라즈마 가스(PG1)는 개방된 밸브(51)와 피더(34)를 통해 하우징(30) 내로 유입되고, 전극(22)과 노즐(21) 사이의 공간(24)으로 유입되어, 최종적으로 노즐 보어(210)와 노즐 보호 캡 개구(250)를 통해 흘러나온다. 절단 공정 후, 밸브(51)는 다시 폐쇄되며, 플라즈마(PG1)의 공급부(34)는 비워진다.

2차 매체, 예를 들어 가스(2차 가스(SG1))는 플라즈마 가스(PG1)의 밸브(51)와 동시에 밸브(63)에 의해 전환될 수 있다. 플라즈마 토치 생크(3) 내의 및 플라즈마 토치 헤드(2)에 인접한, 밸브(63)의 본 발명에 따른 배열로 인해, 2차 매체(SG1)는 다른 시점에서 활성화 및 비활성화될 수 있다. 플라즈마 절단 공정 중에, 먼저 파일롯 아크는 전극(22)과 노즐(21) 사이에서 연소하는 작은 전류, 예를 들어 10 내지 30 A로 점화된다. 파일롯 아크에 의해 생성된 플라즈마 제트(6)가 절단될 작업물(W)과 접촉할 때, 아크는 노즐(21)에서 작업물(W)까지 전달된다. 플라즈마 절단 시스템의 제어부는 센서 수단에 의해 이를 감지하고, 기계 가공 영역의 작업물 두께에 따라 요구되는 값으로 전류를 30A에서 600A까지 증가시킨다.

파일롯 아크가 연소하는 동안, 2차 매체(SG1)는 아직 필요하지 않다. 상기 2차 매체는 상기 플라즈마 제트 상에서 측 방향으로 충돌하기 때문에, 상기 2차 매체는 노즐(21)로부터 나오는 플라즈마 제트(6)를 방해하고 단축시킨다. 따라서, 플라즈마 토치(1)는 노즐 보호 캡 개구(250) 및/또는 개구(250a)가 작업물(W)에 더 가깝게 위치되어야 한다. 이는 용융된 재료를 상방향으로 고온 분사하여 노즐 보호 캡(25)과 노즐(21)이 위험에 처하게한다. 이러한 위험은, 전기적 차단 전류의 적어도 일부분이 작업물 W를 통해 흐르고 아크가 적어도 부분적으로 작업물 W로 전달되는 시점까지 활성화되지 않은 2차 매체(SG1)에 의해 해결된다. 따라서, 한편으로는 플라즈마 토치(1)의 노즐 보호 캡 개구(250)은 플런지 절단 공정을 위해 작업물의 상부 표면으로부터 충분히 멀리 떨어져 배치될 수 있고, 아크는 그럼에도 불구하고 전달된다. 반면에, 2차 매체(SG1)의 밸브(63)의 활성화 후에, 단지 약간의 시간 지연으로 빠른 공급 및 유동을 보장하는 본 발명에 따른 장치에 의해, 노즐 보호 캡(25) 및 노즐(21)는 가공될 작업물(W)의 상방향 분사 용융 고온 재료(upward-spraying molten hot material)로부터 보호된다. 두께가 약 20 mm이상인 두꺼운 작업물의 경우 특히 중요하다.

비교적 얇은 작업물(W)의 경우에, 작업물(W)이 플라즈마 제트(6)에 의해 부분적으로 또는 완전히 관통될 때까지 2차 매체(SG1)가 노즐 보호 캡 개구(250)를 통해 흐르지 않는 것이 종종 더 좋다. 홀 피어싱 공정(hole piercing process)의 일부 시간 또는 홀 피어싱 공정의 전체 시간 동안, 즉 작업물(W)을 완전히 관통하는데 필요한 시간 동안 2차 가스가 흐르지 않으면, 더 작은 플런지 절단 홀이 실현 될 수 있다. 이는 절단 공정을 방해 할 수있는 작업물 표면에 슬래그가 침적되는 것을 줄인다.

파일롯 아크가 이미 비교적 큰 간격의 존재 하에 작업물(W)로 이송되고 보다 확실하게 절단 공정을 시작하기 때문에, 모서리에서 절단이 시작된 경우에도, 2차 매체(SG1)를 흐르게 하지 않고 밸브(63)를 폐쇄 상태로 유지하지 않는 것이 바람직하다.

절단 공정 자체 동안, 2차 매체(SG1)는 그 영향력에 의해 차례로 절단 품질을 개선하는데 필요하다. 이것은 절단 과정 초기부터 좋은 절단 품질을 얻기 위해 구멍을 뚫거나 절단을 시작한 직후에 발생해야한다. 절단 품질에는 직각도(perpendicularity) 및 각도 허용 오차, 거칠기 및 버 부착(burr attachment) 및 그루브 드래그(groove drag)(DIN EN ISO 9013)가 포함된다.

비-유동 2차 매체(SG1)는 커프 F의 교차 시 또는 코너 또는 라운딩 절단 시에 긍정적 효과를 가질 수 있다. 플라즈마 제트(6)의 진동 또는 맥동은 감소될 수있다.

도 2는 도 1과 유사한 구성을 도시하지만, 병렬로 연결된 2개의 밸브(63, 64)가 플라즈마 토치(1)의 하우징(30) 내의 2차 매체(SG1)용 피더(61)에 위치해 있다. 따라서, 2차 매체(SG1)의 피더(61)는 밸브(64)를 갖는 피더(61a)와 밸브(63)을 갖는 피더(61b)로 분리된다. 따라서,도 1과 관련한 설명에서 언급한 시점에서 2차 매체(SG1)의 흐름을 활성화 및 비활성화 할 수 있을 뿐만 아니라 간단한 방법으로 체적 흐름을 신속하게 변화시킬 수있다. 여기에서, 일례로서, 어퍼쳐(65)가 피더(61a)에 설치되어, 피더(61)과 비교하여 체적 흐름을 감소시키며, 이는 2차 매체(SG1)가 흐를 수 있는 대응적으로 더 작은 자유 단면에 의해 달성될 수 있다. 2차 가스(SG1)의 2차 매체(SG1a)(SG1b)의 부분 가스 스트림의 피더(61a)(61b)는 다시 플라즈마 토치 생크(3)에서 합쳐진다. 따라서, 2차 매체(SG1)를 위한 플라즈마 토치 헤드(2)에 오직 하나의 피더(61)만이 제공될 필요가 있다. 이것은 특히 신속- 교환 헤드를 갖는 플라즈마 토치(1)에 유리하다.

2차 매체 흐름의 감소는, 도 1에 따른 예에서 설명된 바와 같이, 2차 매체 (SG1)를 흐르지 않는 부분과 동일한 시점에서 긍정적 효과를 갖는다.

2 차 매체(SG1)의 흐름의 신속한 활성화 및 비활성화 뿐만 아니라 상이한 크기의 체적 유동을 설정하는 추가 가능성 때문에, 플라즈마 절단 공정은 특히 플런지 절단, 절단 개시, 커프(F) 무시, 코너 또는 라운딩 절단과 같은 전이 공정에서 더욱 개선될 수 있다.

또한, 도 1에 따른 예와 대조적으로, 노즐(21)은 노즐 캡(29)에 의해 고정된다. 이는 냉각 매체, 예를 들어 냉각수가 노즐(21)과 노즐 캡(22) 사이의 공간에서 흐르게 한다(미도시).

도 3은 일례로서 도 2와 유사한 구성을 도시하지만, 2차 매체(SG1a, SG1b)의 피더(61a, 61b)가 먼저 플라즈마 토치 헤드(2) 내에 2차 매체(SG1)을 형성하도록 병합다. 이 예에서, 2차 매체(SG1)의 흐름 방향에서 보았을 때 2차 매체의 가이드 (27)의 상류에서 병합이 일어난다.

도 4도 마찬가지로 2차 매체(SG1)의 피더(61a, 61b)가 플라즈마 토치 헤드(2)에서 처음 병합되는 구성을 도시한다. 이 예에서, 병합은 2차 매체(SG1)의 흐름 방향으로 2차 매체의 가스 가이드(27)의 하류에서, 노즐 보호 캡(25)과 노즐 캡(29)으로부터 일어난다. 가스 가이드(27)는 2개의 개구 그룹, 즉 2차 매체(SG1a)를 위한 하나의 그룹 및 2차 매체(SG1b)를 위한 다른 그룹을 갖는다. 바람직하게, 개구부는 그들의 설계, 치수 및/또는 그들의 중심 축선(일점 쇄선)의 방향이 상이하며, 예를 들어 반경 방향으로부터의 오프셋과 관련하여 상이하다. 그룹의 개구(271, 272)는 상이한 평면에 배치될 수 있으며, 각각의 경우 평면에서 서로에 대하여 오프셋될 수 있다. 이것은 도 5에 도시되어있다. 따라서, 2차 매체(SG1)는 궁극적으로 플라즈마 제트(6) 주위로 흐르는 2개의 상이하게 회전하는 2차 매체 스트림(SG1a, SG1b) 및 (SG1 및 SG2)으로 분할될 수 있다.

작업물(W)의 재료로의 플런지 절단 중에, 흐르는 2차 매체(SG1)의 회전이 바람직하지 않은 경우가 종종 있지만, 절단 공정 중에 보다 강렬한 회전이 유리한 경우가 종종있다. 반경 방향으로부터의 더 큰 오프셋(g)에 의해, 빠져나가는 2차 매체 유동의 회전이 증가된다. 2차 매체(SG1a, SG1b)의 흐름을 전환하거나 공동으로 활성화시킴으로써 절단 공정 중에 절단 품질에 영향을 줄 수 있는 가능성이 추가로 있다. 이 경우, 유출되는 2차 매체(SG1)의 강한 회전과 높은 진행 속도로 긴 직선 부분이 절단되고, 유출되는 2차 매체(SG1)의 덜 강한 회전과 낮은 진행 속도로 작은 부분이 절단된다. 긴 부분은 통상적으로 절단될 작업(W)의 두께의 적어도 2배에 해당하는 길이이지만, 길이는 적어도 10 mm이다. 예를들어, 2차 매체 (SG1)의 흐름의 보다 큰 각속도(angular velocity)로 보다 강하게 회전하면, 절단은 더 빠르게 수행될 수 있고, 덜 강하게 회전하면 절단이 더 천천히 수행되어야 한다. 그러나, 보다 낮은 진행 속도는 작은 부분, 예를 들어 작업물(W), 톱니, 모서리 길이가 해당 가공 영역에서 작업물(W)의 두께의 2배 보다 작은 4각형 윤곽을 절단하는데 유리하다. 상대적으로 낮은 진행 속도로 인해, 가이드 시스템은 수행된 이동의 방향 변화의 경우에도 플라즈마 토치(1)를 보다 정확하게 가이드한다. 또한, 플라즈마 제트(6)는 드래그되지 않으며, 그루브 드래그는 감소되어 내부 윤곽(도 17)의 모서리 및 내부 모서리에 긍정적인 효과를 갖는다. 긴 부분의 경우, 이것은 중요하지 않으며, 여기서 절단은 2차 매체(SG1)의 흐름의 강한 회전 및 비교적 높은 진행 속도로 수행될 수있다.

도 5a 및 5b는 일례로서 2차 가스(SG1, SG2, SG1a, SG1b)로 표시된 예시적인 가스에 의한 2차 매체용 가이드(27)를 도시한다. 보어(271)의 그룹은 2차 매체 (SG1 또는 SG1a)에 대한 그룹이며, 보어의 그룹(272)는 2차 매체 (SG2 또는 SG1b)에 대한 그룹이다. 보어의 그룹은 하나의 평면에 배열된다. 보어(271)의 그룹은, 일례로서, 3mm의 반경에 대하여 오프셋을 갖고, 보어(272)의 그룹은 반경에 대해 오프셋되지 않는다. 이 가이드(27)가 도 4의 플라스마 토치(1)에 설치되면, 공급기(61a) 및 보어(271) 그룹을 통해 공급되는 2차 매체(SG1a)의 흐름은, 피더(61b) 및 보어(272) 그룹을 통해 공급되는 2차 매체(SG1b)의 흐름 보다 큰 각속도로 더 극심한 회전을 나타낸다.

보어(271, 272)로서, 예를 들어 그루브, 정사각형, 반원형 또는 각진 형상과 같은 다른 개구들 또한 가능하다. 마찬가지로, 개구는 2차 매체가 빠져 나갈 수 있는 상이한 크기의 자유 단면을 가질 수 있다.

도 6에 따른 구성은 도 1에 따른 일례의 특징을 갖지만, 2차 매체(SG1)용 피더(61)외에, 2차 매체(SG2)용 피더(62)를 갖는다. 피더(61, 62)는 하우징(30) 외부에서, 2차 매체(SG1, SG2)의 공급을 위해 커플링 유닛(5)에 연결된 가스 호스(gas hose)일 수 있다. 호스는 각각의 경우 피더(61, 62)의 또 다른 부분 및 각각의 경우 하우징(30)내에 배치된 밸브(63, 64)에 인접해 있다.

2차 매체(SG1, SG2)의 피더(61, 62)는 이 경우에는 플라즈마 토치 생크(3)에 다시 병합된다. 따라서, 2차 매체(SG1, SG2)를 위해, 플라즈마 토치 헤드(2)에 대해 하나의 피더(66)만 제공될 필요가 있다. 이는 신속-교환 헤드를 갖는 플라즈마 토치(1)에 특히 유리하다. 이러한 구성에 의해, 빠른 활성화 및 비활성화 및 2차 매체 스트림의 체적 흐름의 빠른 변경 외에, 빠져나가는 2차 매체의 조성이 밸브(63, 64)의 전환 또는 동시 작동에 의해 수행될 수 있다.

따라서, 구조용 강철으 구성된 작업물(W)에서, 작은 윤곽 또는 작은 부분은 큰 부분의 경우보다 질소; CO₂, 공기 또는 아르곤 분율에 비해 더 높은 산소 분율을 갖는 2차 매체 혼합물로 절단된다. 도 4의 설명에서 만들어진 진술이 여기에 적용된다. 일례로서, 이러한 윤곽은 또한 도 15a 및 도 15b에 도시된다. 산소 분율은 40 부피% 이상이다. K3은 작은 부분이고 K1과 K5 부분은 비교적 큰 부분이다.

구조용 강철으로의 플런지 절단 중에, 플런지 절단이 유일한 보조 매체로서 산소를 사용하여 수행되는 경우에도 마찬가지로 유리하다. 이러한 방식으로 용융물이 더 비점성으로 만들어지며 플런지 절단이 보다 신속하게 이루어진다. 절단 공정 자체에서, 과도하게 높은 산소 분율은 다시 절단 모서리 또는 표면에 요철을 형성 할 수 있다. 이 경우에도 빠른 전환이 유리하다.

또 다른 용도는 사용된 2차 매체 중 하나로서 액체, 예를 들어 물의 사용이다. 따라서, 구조용 강철로의 플런지 절단을 위한 2차 매체(SG1)로서 물의 흐름이 유리하게 가능하다. 이는 상방으로 분사하는 고온 금속 스퍼터링을 방지 또는 감소시켜 플라즈마 토치(1) 및 주변을 보호한다. 작업물(W)을 관통한 후에, 물은 턴-오프되고, 가스 또는 가스 혼합물은 2차 매체(SG2)로서 흐른다. 이 방법은 고 합금강 및 비철 금속에도 사용할 수 있다.

또한 2차 매체 또는 2차 매체 혼합물은 수직 절단에서 경사 절단(bevel cutting)으로 전환될 때 유속, 부피 유량, 회전 및 접합과 같은 매개 변수와 관련하여 변경될 수 있다. 경사 절단의 경우, 플라즈마 토치(1)(중심 축)는 수직 절단의 경우와 같이 작업물 표면에 대해 직각이 아니며, 오히려 소정의 각도로 절단 에지를 형성하도록 기울어져있다. 이는 추가 가공, 일반적으로 후속 용접 공정에 유리하다. 절단될 작업물(W)의 유효 두께가 수직 절단에서 경사 절단으로의 전환에 따라 변화(증가)하기 때문에, 변경된 매개 변수는 더 높은 절단 품질을 위해 바람직하다. 경사 절단에서 수직 절단(감소)으로 전환하는 경우에도 원칙적으로 적용된다.

또한 작업물(W)의 절단 후 절단 윤곽에 있지 않은 부분, 예를 들어 절삭 시작 시 이동했던 모서리, 절단 종료 시 커프 또는 "폐기물 조각"의 다른 부분을 통과하는 부분에서 매개 변수의 변경이 발생하는 경우에도 유리하다.

도 7은 일례로서 도 6과 유사한 구성을 도시하지만, 2차 매체(SG1, SG2)의 피더(61, 62)가 플라즈마 토치 헤드(2)에서 처음 병합된다. 이 예에서, 2차 매체(SG1, SG2)의 흐름 방향에서 볼 수 있듯이 2차 매체용 가이드(27)의 상류에서 병합이 이루어진다.

도 8은 마찬가지로 2차 매체(SG1, SG2)의 피더(61, 62)가 플라즈마 토치 헤드(2)에서 처음 병합되는 구성을 도시한다. 도 8은 도 6에 따른 일례의 모든 장점을 갖는다.

다른 장점들이 아래에서 설명될 것이다. 이 예에서, 2차 매체(SG1, SG2)의 병합은 2차 매체(SG1, SG2)의 흐름 방향으로 노즐 보호 캡(25) 및 노즐 캡(29)의 상류 및 2차 매체용 가이드(27)의 하류에서 발생한다. 가이드(27)는 2차 매체(SG1)에 대한 하나의 그룹과 2차 매체(SG2)에 대한 다른 그룹의 두 그룹의 개구를 갖는다.

유리하게, 개구(271, 272)는이 경우 예를 들어 반경 방향으로부터의 오프셋과 관련하여 그 설계 측면에서 상이하다. 이는 도 5a에 도시되어 있다, 따라서, 2차 매체(SG1)는 궁극적으로 플라즈마 제트(6) 주위로 흐르는 2차 매체(SG2)와는 상이하게 회전하는 2차 매체를 형성한다.

작업물 재료로의 플런지 절단 동안, 2차 매체(SG1, SG2)의 회전은 적절하지 않거나, 절삭 공정 중에 상대적으로 높은 각속도로 상대적으로 강한 회전이 바람직하지 않은 경우가 종종있다. 반경 방향에서 더 큰 오프셋을 통해 회전이 증가한다. 2차 매체(SG1, SG2)의 흐름을 전환하거나 공동으로 활성화함으로써 절단 공정 중에 절단 품질에 영향을 줄 수 있는 추가적인 결과가 발생할 수 있다. 이 경우, 긴 직선 부분은 강한 회전과 고속으로 절단되고, 작은 부분은 덜 강한 회전과 낮은 속도로 절단된다. 긴 부분은 통상적으로 각각의 가공 영역에서 절단될 작업물(W)의 두께의 적어도 2 배에 해당하는 길이에서 시작하지만, 길이는 적어도 10 mm이다. 2차 매체/매체들의 흐름이 보다 강하게 회전할 때, 절단은 더 빠르게 수행될 수 있고 약하게 회전할 때는 절단이 더 천천히 수행되어야한다. 그러나, 보다 낮은 진행 속도는 작은 부분, 예를 들어 작업물(W), 톱니, 모서리 길이가 해당 가공 영역에서 작업물(W)의 두께의 2배 보다 작은 4각형 윤곽을 절단하는데 유리하다. 상대적으로 낮은 진행 속도로 인해, 가이드 시스템은 수행된 이동의 방향 변화의 경우에도 플라즈마 토치(1)를 보다 정확하게 가이드한다. 또한, 플라즈마 제트(6)는 드래그되지 않으며, 그루브 드래그는 감소되어 내부 윤곽(도 17)의 모서리 및 내부 모서리에 긍정적인 효과를 갖는다. 긴 부분의 경우, 이것은 중요하지 않으며, 여기서 절단은 2차 매체/매체들의 흐름의 강한 회전로 수행될 수있다. 이러한 배열의 경우, 존재하는 2차 매체 또는 2차 매체 혼합물은 유속, 체적 흐름, 흐름의 회전 및 조성과 같은 변수에 관해서 변할 수있다.

도 9는 플라즈마 가스(PG1)의 피더(34)에서, 플라즈마 토치 생크(3)의 하우징 내의 플라즈마 가스(PG1)을 활성화 및 비활성화하는 밸브를 도시한다. 밸브(33)는 특히 플라즈마 가스(PG1)의 신속한 유출을 보장하기 위해 절단의 마지막에 필요한 공동(11)을 환기시키는 역할을 한다.

도 10은 도 9 외에, 가스 호스(35) 및 플라즈마 가스(PG1)와 유사한 밸브(31)를 통해 공급되는 추가 플라즈마 가스(PG2)의 피더(35)를 추가한 것을 도시한다. 이 방식으로, 밸브(31, 32)를 전환 및 활성화시킴으로써, 플라즈마 가스(PG1, PG2)의 변경이 공정 상태에 따른 방식으로 수행될 수 있다. 마찬가지로, 밸브(33)은 공동(11)을 환기시키는 역할을 한다.

도 11은 2차 매체 및 플라즈마 가스용 피더에서 본 발명에서 사용될 수 있는 것과 같은 축방향 솔레노이드 밸브의 매우 단순화된 구성을 도시한다. 상기 밸브 몸체의 내부에는 권선된 코일(S)이 배치되어 있으며,이 코일을 통해 플라즈마 가스가 입구(E)에서 출구(A)로 흐를 수 있다. 개폐 메커니즘은 내부에도 배치된다다. 솔레노이드 밸브의 몸체는 길이 L과 외경 D를 갖는다. 여기에 도시된 솔레노이드 밸브의 길이 L는 25mm이고 직경은 10mm이다.

도 12는 밸브(31, 63, 64)의 가능한 공간을 절약하는 배열을 도시한다. 상기 밸브는 중심선(M)에 수직인 평면에 120°의 각도(α1)로 배열되도록 하우징(30)에 배열된다. 이 각도에서 벗어난 각도는 ± 30°를 넘지 않아야한다. 그 결과, 이러한 배열는 공간을 절약하여 하우징(30) 또는 플라즈마 토치 생크(3) 내에 배열될 수 있다. 밸브 (31, 32, 33) 사이의 중심 종 방향 축(L1, L2, L3)의 간격은 각각 20mm 이하이다. 밸브 (31, 32, 33) 중에서, 적어도 하나의 밸브는 다른 밸브에 대해, 즉 그 출구(A)에 대해 반대 방향에 있는 입구(E) 쪽으로 배향된다. 반대 방향의 밸브는 도시된 예에서 공동(11) 내의 밸브(33)이다.

도 13은 4개의 밸브(31, 33, 63, 64)의 배열을 도시한다. 상기 밸브는 중심 선(M)에 수직인 평면에 90°의 각도 α1, α2, α3, α4로 배열되도록 하우징(30)의 내부에 배열된다. 이 각도에서 벗어난 각도는 ± 30°를 넘지 않아야한다. 그 결과, 이러한 배열는 공간을 절약하여 하우징(30) 또는 플라즈마 토치 생크(3) 내에 배열될 수 있다. 밸브 (31, 33, 63, 64) 사이의 중심 종 방향 축(L1, L2, L3, L4)의 간격은 각각 20mm 이하이다. 밸브 (31, 33) 중에서, 적어도 하나의 밸브는 다른 밸브에 대해, 즉 그 출구(A)에 대해 반대 방향에 있는 입구(E) 쪽으로 배향된다.

도 14는 밸브(31, 33, 63, 64) 뿐만 아니라 추가 밸브(32)의 배열을 도시한다. 상기 밸브는 중심 선(M)에 수직인 평면에 72°의 각도 α1, α2, α3, α4, α5로 배열되도록 하우징(30)의 내부에 배열된다. 이 각도에서 벗어난 각도는 ± 15°를 넘지 않아야한다. 그 결과, 이러한 배열는 공간을 절약하여 하우징(30) 또는 플라즈마 토치 생크(3) 내에 배열될 수 있다. 밸브 사이의 중심 종 방향 축(L1, L2, L3, L4, L5)의 간격은 각각 20mm 이하이다. 밸브 (31, 32, 33) 중에서, 적어도 하나의 밸브는 다른 밸브에 대해, 즉 그 출구(A)에 대해 반대 방향에 있는 입구(E) 쪽으로 배향된다.

도 15a는 작업물(W)을 상부에서 볼 때, 윤곽를 절단하기 위한 플라즈마 토치의 윤곽 안내를 개략적으로 도시하고, 도 15b는 투시도로 형성된 작업물을 도시한다. 두 개의 긴 부분인 윤곽 K1, K5 및 몇 개의 짧은 부분인 윤곽 K3을 사용하여 작업물을 절단하는 것은 여기에서의 의도이다. 부분 K0는 이 경우 절단의 시작이다; 여기서 작업물로 플런지 절단이 수행된다. 부분 윤곽 K2 및 K4는 날카로운 모서리를 얻기 위해 절단 기술에 필요하며, 소위 "웨이스트 부(waste part)"에 위치한다; 이들은 절단된 작업물의 일부가 아니다.

플런지 절단 중에는 다음과 같은 가능성이 있다:

a. 파일롯 아크 작동시 2차 매체는 아직 필요하지 않다. 상기 2차 매체는 상기 플라즈마 제트상에서 측방향으로 충돌하기 때문에, 상기 2차 매체는 노즐(21)로부터 나오는 플라즈마 제트(6)를 혼란시키고 단축시킨다. 따라서, 플라즈마 토치(1)는 작업물 표면(도 17, 간격 d)에 비교적 작은 간격으로 노즐 보호 캡 개구(250)와 함께 위치되어야 한다. 이는 노즐 보호 캡(25) 및 노즐(21)이 용융된 고온의 용융 재료에 의해 위험에 처하게한다. 이러한 위험은 전기적 차단 전류의 적어도 일부가 작업물을 통해 흐르고 아크가 적어도 부분적으로 작업물로 전달되는 시점까지 활성화되지 않은 2차 매체에 의해 해결된다. 따라서, 한편으로는 플라즈마 토치(1)의 노즐 보호 캡 개구(250)는 플런지 절단 공정을 위한 작업물 표면에 비교적 큰 간격(d)으로 위치될 수 있고 아크는 그럼에도 불구하고 전달된다.

상대적으로 유속이 빠른 2차 매체(SG1)의 흐름으로 인해, 노즐 보호 캡(25) 및 노즐(21)은 가공될 작업물을 용융된 고온의 용융 재료로부터 보호한다. 이는 각 가공 영역에서 약 20 mm보다 큰, 두꺼운 작업물을 절단할 경우 특히 중요하다. 각 가공 영역에서 20 mm. 이를 위해, 도 1 내지 도 10에 대응하는 플라즈마 토치(1)가 사용될 수 있다.

b. 상대적으로 얇은 작업물 두께의 경우, 작업물이 부분적으로 또는 완전히 관통될 때 2차 매체가 먼저 노즐 보호 캡 개구(250)를 통해 흐르는 것이 더 편리하다. 홀 피어싱 공정(hole piercing process)의 일부 시간 또는 홀 피어싱 공정의 전체 시간 동안, 즉 작업물(W)을 완전히 관통하는데 필요한 시간 동안 2차 가스가 흐르지 않으면, 더 작은 플런지 절단 홀이 실현될 수 있다. 그 결과, 절단 공정을 방해 할 수있는 작업물 표면에 슬래그가 침적되는 것을 줄인다.

2차 매체는 작업물로 플런지 절단하는 동안 작업물이 적어도 1/3, 바람직하게는 1/2, 그리고 이상적으로는 완전히 관통된 시점에서 가장 먼저 노즐 보호 캡 개구(250)에서 나와야한다. 이를 위해, 예를 들어 도 1 내지 도 10에 대응하는 플라즈마 토치를 사용할 수 있다.

c. 상기 a. 및 b.에서 설명된 가능성이 결합되는 경우에 특히 유리하다. 이러한 목적으로, 예를 들어도 8에 따른 플라즈마 토치가 사용될 수 있다.

d. 이러한 배열의 경우, 2차 매체 또는 2차 매체 혼합물은 유속, 체적 흐름, 흐름의 회전 및 조성과 같은 파라미터와 관련하여 변경될 수 있다.

e. 원칙적으로, 절단 공정 동안, 및 특히 바람직하게 "웨이스트 부(waste part)"을 통해 이동하는 동안, 2차 매체 또는 2차 매체 혼합물을, 예를 들어 유속, 체적 흐름, 흐름의 회전, 및 조성과 같은 하나 이상의 매개변수의 관점에서 변화시키는 것이 바람직할 수 있다.

설명된 매개 변수 중 하나의 변경이 웨이스트 부(waste part)의 영역에서 발생하면, 즉 잘라낼 작업물의 절단 모서리가 아니라면, 이 가공물의 절단 모서리에는 절단 품질의 변화 또는 차이가 없다. 그러나 작업물의 절단 모서리의 일부분에서 매개변수를 변경하는 것도 가능하다.

이 목적을 위해서, 그러나 2차 매체뿐만 아니라 플라즈마 절단 공정, 전진 속도, 간격, 플라즈마 토치 - 작업물 표면(노즐 보호 캡 - 작업물 표면), 전기적 차단 전류 및/또는 전기적 차단 전압의 적어도 하나의 추가 매개 변수를 변경하는 것이 필요하다.

그러나, 커프 F를 통해 이동할 때 설명된 2차 매체의 변경 중 하나가 실현될 수도 있다.

절단 부분 K10에서, 절단 공정이 종료된다. 여기서도 유출되는 2차 매체 또는 2차 매체 혼합물의 매개변수가 다시 한번 변경될 수 있다.

2차 매체 또는 2차 매체들의 적어도 하나의 매개 변수의 전술한 변화들 중 하나 후에, 작은 부분을 갖는 윤곽(K3)은 그것에 가장 적합한 매개 변수(들)로 절단된다.

긴 윤곽 K5가 있는 부분의 매개 변수가 변경되면 부분 윤곽 K2의 변경과 유사하게 "웨이스트 부(waste part)"의 영역 K4에서 발생한다.

도 16a 및 도 16b는 마찬가지로 절단된 구성 요소를 도시한다. 이 경우도 도 15a 및 도 15b에서 설명한 바와 같이 유출되는 2차 매체의 변경 형태가 부분 K1 및 K3 및 K5 사이의 부분 K2와 K4에서 일어난다. 부분(K3)에서 소정의 각도, 예를 들면 45°로 경사져 절단되기 때문에, 부분에 대해 유출되는 2차 매체의 매개 변수는 부분(K21)과 관련하여 변경된다. 이것은 또한 도 6과 관련된 마지막 단락에 설명되어 있다.

도 17은 일례로서 노즐 보호 캡(25)과 작업물(W) 사이의 간격(d)으로 작업물에 대하여 위치하는 플라즈마 토치(1)을 도시한다.

1 플라즈마 토치(Plasma torch)
2 플라즈마 토치 헤드(Plasma torch head)
3 플라즈마 토치 생크(Plasma torch shank)
5 커플링 유닛(Coupling unit)
6 플라즈마 제트(파일럿 또는 절단 아크)
11 공동(Cavity)
21 노즐(Nozzle)
22 전극(Electrode)
23 가스 가이드(Gas guide)
24 공간(전극-노즐 사이)
25 노즐 보호 캡(Nozzle protection cap)
26 공간(노즐-노즐 보호 캡 사이)
27 매체들 가이드(Media guide) SG1, SG2, SG1a, SG2a
28 노즐 팁(nozzle tip) 쪽으로의 공간(노즐-노즐 보호 캡 사이)
29 노즐 캡(Nozzle cap)
30 하우징(Housing)
31 밸브 PG1
32 밸브 PG2
33 밸브 환기부(Valve ventilation)
34 피더 PG1
35 피더 PG2
37 라인(Line)
51 밸브
61 피더 SG1
61a 피더 SG1a
61b 피더 SG1b
62 피더 SG2
63 밸브 SG1, SG1a
64 밸브 SG2, SG1b
65 어퍼쳐
66 피더
210 노즐 보어(Nozzle bore)
250 노즐 보호 캡 개구(Nozzle protection cap opening)
250a 추가 보어(Further bore)
271 2차 매체(SG1, SG1a)용 매체 가이드(27)의 보어
272 2차 매체(SG2, SG1b)용 매체 가이드(27)의 보어
A 배출구
D 직경
D 플라즈마 토치 - 작업물 사이 공간
E 입구
F 커프(Kerf)
g 오프셋(Offset)
K 절단 작업물의 윤곽(Contour of the cut workpiece)
K0 절단, 플라즈마 절단의 시작
K1 부분 윤곽(Portion contour) 1
K2 2개의 부분 사이의 부분
K3 부분 윤곽 3
K4 2개의 부분 사이의 부분
K5 부분 윤곽
K10 절단 종료
L 길이
플라즈마 토치의 중심 축
PG1 플라즈마 가스 1
PG2 플라즈마 가스 2
SG1 2차 매체 1

Claims

적어도 하나의 플라즈마 가스용 피더(34)를 갖는 플라즈마 토치(1)로서,
상기 플라즈마 토치(1)에, 추가적으로, 제1 2차매체(SG1) 및 제2 2차매체(SG2) 중 적어도 하나가 상기 플라즈마 토치(1)의 하우징(30)을 통과하는 제1 피더(61) 및 제2 피더(62) 중 적어도 하나에 의해 노즐 보호 캡 개구(250) 및/또는 노즐 보호 캡(25)에 마련된 하나 이상의 추가 개구(250a)로 가이드되고,
상기 제1 피더(61) 및 상기 제2 피더(62) 중 적어도 하나에 있어서, 상기 제1 피더(61) 및 상기 제2 피더(62)를 각각 개폐하기 위한 제1 밸브(63) 및 제2 밸브(64) 중 적어도 하나는 상기 플라즈마 토치(1)의 상기 하우징(30) 내에 직접 마련되고
상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)의 합류를 위한 제1 분할피더(61a) 및 제2 분할피더(61b)의 병합, 또는 상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)의 합류를 위한 상기 제1 피더(61) 및 상기 제2 피더(62)의 병합은 상기 플라즈마 토치(1)의 상기 하우징(30) 내 플라즈마 헤드(2)의 노즐 또는 노즐 캡과 상기 노즐 보호 캡으로 형성된 공간에서 이루어지는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 제1 피더(61)는 상기 제1 2차매체(SG1)가 상기 노즐 보호 캡 개구(250) 및/또는 상기 하나 이상의 추가 개구(250a)의 방향으로 흐르는 상기 제1 분할피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b)로 적어도 분할되며,
각각의 상기 제1 분할피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b)를 개폐하기 위해 각각 개별적으로 작동 가능한 상기 제1 밸브(63) 및 상기 제2 밸브(64)는 상기 하우징(30) 내에 적어도 마련되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제2항에 있어서,
각각의 상기 제1 분할피더(61a) 및 제2 분할피더(61b)의 자유 단면과 관련하여 상기 제1 분할피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b) 중 적어도 하나에는 각각의 상기 제1 분할피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b)의 상기 자유 단면을 변화시키는 어퍼쳐(65), 스로틀 또는 요소가 마련되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)에 대해 상기 제1 피더(61) 및 상기 제2 피더(62)는 상기 플라즈마 토치(1)의 상기 하우징(30)을 통해 상기 노즐 보호 캡 개구(250)로 적어도 안내되며, 및/또는 상기 노즐 보호 캡(25)에 마련된 상기 하나 이상의 추가 개구(250a)로 안내되고,
상기 하우징 내의 상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2) 중 하나에 대해 상기 제1 피더(61) 및 상기 제2 피더(62)에는 각각의 상기 제1 피더(61) 및 상기 제2 피더(62)를 개폐하기 위한 상기 제1 밸브(63) 및 상기 제2 밸브(64) 중 적어도 하나가 마련되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 제1 분할 피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b) 및/또는 상기 제1 피더(61) 및 상기 제2 피더(62)를 통한 상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)의 스트림의 합류는 상기 플라즈마 토치(1)의 가스 가이드(27)를 통과하기 전, 도중 또는 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제5항에 있어서,
상기 가스 가이드(27)에는 각각의 상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)를 가이드 하는 제1 그룹의 개구(271) 및 제2 그룹의 개구(272)가 적어도 마련되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제6항에 있어서,
상기 제1 그룹의 개구(271) 및 상기 제2 그룹의 개구(272)는 상이한 크기 및 기하학적 형상의 자유 단면을 가지며, 및/또는 상이한 축 방향으로 향하거나,
상기 제1 그룹의 개구(271) 및 상기 제2 그룹의 개구(272)는 서로에 대하여 반경 방향으로 오프셋되고, 및/또는 상기 제1 그룹의 개구(271) 및 상기 제2 그룹의 개구(272)의 개수는 개별 그룹에서 다르게 선택되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 플라즈마 가스용 피더(34)에 연결되는 적어도 하나의 공동(11)이 상기 하우징(30) 내에 마련되고,
상기 공동(11)에는 개구를 개폐하는 제3 밸브(33)가 마련되어, 상기 적어도 하나의 플라즈마 가스용 피더(34)로부터 노즐 개구(210)로의 플라즈마 가스의 배출은 상기 제3 밸브(33)가 개방 상태에 있을 때 실현될 수 있는, 플라즈마 토치.
제8항에 있어서,
상기 하우징(30)에 배치된 상기 제1 밸브(63), 상기 제2 밸브(64) 및 상기 제3 밸브(33)는 전기식, 공압식 또는 유압식으로 작동 가능하며, 축방향 밸브로 마련되고, 15mm 이하의 최대 외부 직경 또는 최대 평균 표면 대각선과 50mm의 최대 길이를 가지며, 및/또는
상기 하우징의 최대 외부 직경은 52mm이고, 및/또는
상기 밸브의 최대 외부 직경은 상기 하우징(30)의 상기 최대 외부 직경 또는 상기 최대 평균 표면 대각선의 1/4이하이며, 및/또는
상기 제1 밸브(63), 상기 제2 밸브(64) 및 상기 제3 밸브(33)는 작동을 위하여 10 W의 최대 소비 전력을 필요로 하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제9항에 있어서
전기적으로 작동 가능한 상기 제1 밸브(63), 상기 제2 밸브(64) 또는 상기 제3 밸브(33)에서는 각각의 상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2) 또는 플라즈마 가스가 코일(S)의 권선을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 토치(1)는 플라즈마 토치 헤드(2)로부터 분리 가능한 플라즈마 토치 생크(3)를 갖는 신속 교환 토치로서 마련되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 노즐 보호 캡 개구(250) 또는 상기 노즐 보호 캡(25)의 홀더 외에, 상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2) 중 하나의 적어도 일부(fraction)가 흐르는 상기 하나 이상의 추가 개구(250a)를 마련하며,
상기 하나 이상의 추가 개구(250a)가 마련되는 경우, 상기 제1 2차매체(SG1) 또는 상기 제2 2차매체(SG2)는 각각의 경우에 작업물 표면의 방향으로 상기 하나 이상의 추가 개구(250a)를 통해 빠져나가는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)는 기체 및/또는 액체의 형태인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 토치(1)는,
상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)에 대해 상기 제1 피더(61), 상기 제2 피더(62), 상기 제1 분할피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b)에 배치된 상기 제1 밸브(63) 또는 상기 제2 밸브(64)는 전기적 차단 전류의 적어도 일부가 작업물(W)을 통해 흐를 때 개방되고, 이러한 개방 상태에서 상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)가 상기 작업물의 표면의 방향으로 상기 플라즈마 토치(1)를 빠져나가며, 파일롯 아크가 형성되는 시간에 상기 제1 밸브(63) 또는 상기 제2 밸브(64)는 폐쇄 상태를 유지하도록 마련되고, 및/또는
상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)에 대해 상기 제1 피더(61), 상기 제2 피더(62), 상기 제1 분할피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b)에 배치된 상기 제1 밸브(63) 또는 상기 제2 밸브(64)는 작업물로서의 플런지 절단 시 상기 작업물(W)의 적어도 1/3이 관통하는 시점에서 가장 먼저 개방되도록 마련되고, 및/또는
상기 제1 2차매체(SG1) 및 상기 제2 2차매체(SG2)에 대해 상기 제1 피더(61), 상기 제2 피더(62), 상기 제1 분할피더(61a) 및 상기 제2 분할피더(61b)에 배치된 상기 제1 밸브(63) 또는 상기 제2 밸브(64) 중 적어도 하나는 2개의 절단부(K2) 사이에서 절단을 시작(K0)시, 커프(F)를 교차할 시, 또는 절단의 종료 시(K10) 활성화, 비활성화되도록 마련되는, 컨트롤러에 연결되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제14항에 있어서,
상기 작업물(W)은 1/2로 관통되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.
제14항에 있어서,
상기 작업물(W)은 완전히 관통되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치.