用于等离子切割工件的组件和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于等离子切割工件的组件和方法。
【背景技术】
[0002] 热高温导电气体被称为等离子，其由正离子和负离子、电子以及受激励的和中性 的原子和分子构成。
[0003] 不同的气体可用作为等离子气体，例如单原子的氩气和/或双原子的气体（氢气、 氮气、氧气）、或空气。所述气体通过等离子电弧离子化和分解。
[0004] 等离子射流在其参数方面可通过喷嘴和电极的设计而受到强烈影响。等离子射流 的参数例如是气体的射流直径、温度、能量密度和流速。
[0005] 对于等离子切割，等离子通过可气体冷却或水冷却的喷嘴成束。其中，喷嘴具有喷 嘴孔，等离子射流流动通过该喷嘴孔。由此可以实现达2X106W/cm2的能量密度。在等离子 射流中出现达30, 000°C的温度，其结合气体的高流速实现在所有导电工件上的非常高的切 割速度。
[0006] 当前，等离子切割是一种切割导电工件的开创的方法，其中，根据切割目的而使用 不同的气体和气体混合物。
[0007] 对于该方法，工件通过高能量密度在小空间上经受高温。在该步骤之后，切割面的 特征在于硬化，其高于工件的初始硬度。
[0008] 对于非合金钢（结构钢）S235JR的工件，根据EN10025,基础硬度根据依据维氏硬 度的测量方法在200 (HVlO)之下。DIN1090-2从2011年8月允许该钢种类具有380 (HVlO) 的最大硬化程度。然而，在切割之后，硬度超过400 (HVlO)，而由此硬度太高。
[0009] 这对于后续的加工步骤，例如焊接、去棱角或涂层可能是不利的。因此，在焊接时 可能导致形成气孔，在去棱角时可能导致裂纹，或在涂层时可能导致层的附着变差。
[0010] 减小该硬化的一个解决方案可以是对工件进行预加热和后加热，例如通过火焰方 法（气体加热）。这是非常昂贵的，且持续时间很长，且成本很高，伴随生产率损失。而这对 于等离子切割是不利的，通过等离子切割至50_的厚度的非合金钢和低合金钢，可快于通 过火焰切割来分开。对于直至该板厚，针对等离子切割的典型的切割速度超过lm/min。
[0011] 当额外地在工件的上侧与切割面之间形成边缘锋利的边缘时，涂层是特别有问题 的。对于现代等离子切割方法，特别对于具有改善的成束的方法，根据DVS规则2107,切割 面通过根据DIN EN ISO 9013的很小的垂直度和倾斜公差以及通过很小的粗糙度而实现。 然而，该好的结果通常也伴随边缘锋利的过渡部。在此，为了更好的涂层附着，边缘的去棱 角或至少一次"折断"是有利的。
[0012] 使用传统的等离子切割燃烧器可形成去棱角的边缘，然而这导致更大的垂直度和 倾斜公差，且由此导致更差的切割质量。针对硬化的值同样过高。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于，在等离子切割时减小切割面硬化程度，且在此也保持切割面 的尽可能好的质量，特别地，保持小的垂直度和倾斜公差。当可能时，工件上侧面与切割面 之间的上边缘应被断开地去棱角，使得其不再是边缘锋利的。
[0014] 同时，应保持等离子切割的生产率，特别地，应保持切割速度，且根据可能性而不 需要额外对工件进行预加工和后加工。
[0015] 在此，根据本发明的组件被这样地构建，使得所述组件具有至少两个等离子燃烧 器，在所述等离子燃烧器上分别有至少一个电极和一个喷嘴，所述组件存在至少一个电源。 在加工工件期间，等离子燃烧器相继地且相互间隔地相对于其运动方向/送刀轴方向被布 置。在此，离子燃烧器可在相同的驱动方式下被驱动。这是下文中还需说明的直接驱动方 式和间接驱动方式。在此，相同的驱动方式应理解成驱动等离子燃烧器，其中，等离子燃烧 器直接地或间接地被驱动，或等离子燃烧器直接地且至少另一等离子燃烧器主要直接地被 驱动。然而，一个等离子燃烧器可间接地被驱动，且另一个等离子燃烧器可主要间接地被驱 动。主要直接地被驱动或间接地被驱动的等离子燃烧器应优选地在运动方向/送刀轴方向 被布置直接或间接驱动被驱动的等离子燃烧器之后，其等离子射流被定向进入之前以在运 动方向/送刀轴方向上布置的等离子燃烧器构建的切口。
[0016] 在另一根据本发明的替选方案中，第一等离子燃烧器被这样地构建，使得在借助 于从其喷嘴的喷嘴孔中出来的等离子射流切割工件的绝大部分时间期间，所述第一等离子 燃烧器以直接驱动方式或以主要直接驱动方式被驱动，在直接驱动方式中，流动通过第一 等离子燃烧器的电极的电流全部流动通过工件4,或者，在主要直接驱动方式中，流动通过 第一等离子燃烧器的电极的电流的50 %以上的电流流动通过工件至电源。
[0017] 在此，至少一个第二等离子燃烧器以间接驱动方式被驱动，在间接驱动方式中，流 动通过第二等离子燃烧器和/或第三等离子燃烧器的各电极的电流全部不流动通过工件 至电源。然而，所述至少一个第二等离子燃烧器可通过下述方式以主要间接驱动方式被驱 动，即，流动通过第二等离子燃烧器和/或第三等离子燃烧器的各电极的电流的50%以下 的电流流动通过工件至电源。
[0018] 至少两个等离子燃烧器可被这样地布置，使得在工件中构建两个相邻布置的切 口。由此存在下述可能性，即，这样切割的工件的两个获取的部分可用于进一步加工。
[0019] 在根据本发明的组件中，从第二等离子燃烧器或另一等离子燃烧器的喷嘴的喷嘴 孔中出来的等离子射流被这样地定向，即，等离子射流被引导进入由第一等离子燃烧器在 工件中构建的切口。单独地或额外地，在切面上的等离子射流可在由第一等离子燃烧器在 工件中构建的切口中去除在工件上的材料部分。
[0020] 有利地，可这样地构建等离子燃烧器，使得至少两个使用的等离子燃烧器的等离 子气体PG和/或二级气体的旋转是相反的。在此，等离子燃烧器中的一个等离子燃烧器可 以以直接驱动方式或主要直接驱动方式被驱动，且至少另一个等离子燃烧器可以以间接驱 动方式或主要间接驱动方式被驱动。在此，等离子燃烧器的等离子射流应相互间隔地碰撞 到工件表面上。
[0021] 等离子气体PG和/或二级气体的旋转方向也可有利地用于构建具有高质量切口 的切边。对此旋转的等离子射流可这样地定向进入切口，使得等离子射流接触或至少几乎 接触构建的切口的两个切面中的一个。应这样地选择旋转方向，使得在该切边上的旋转运 动的向量朝向相反于运动方向/送刀轴方向。
[0022] 第一等离子燃烧器和第二等离子燃烧器和/或另一等离子燃烧器的各等离子 射流从其中出来的喷嘴孔应被相互布置成间隔最大60mm，优选最大45mm，特别优选最大 27_。通过该相对小的间隔，可非常简单、可靠、低花销和低成本地实现对通过等离子切割 提高的工件硬度的所期望的减小。在此，可使用在构建切口时的余热。
[0023] 所使用的等离子燃烧器的喷嘴孔的中间线应相互平行或相互以最大75°的角度 β倾斜地定向。
[0024] 在根据本发明的用于等离子切割工件的方法中，应首先在加工工件期间，至少两 个等离子燃烧器相继地且相互间隔地相对于其运动方向/送刀轴方向被移动，其中，第一 等离子燃烧器的等离子射流在所述工件中构建切口，且切割所述工件。
[0025] 通过至少一个另一等离子燃烧器的等离子射流减小在切口上的至少一个切面的 至少一个区域中的材料的硬度。
[0026] 在此，在借助于从喷嘴的喷嘴孔中出来的等离子射流切割工件的绝大部分时间期 间，至少第一等离子燃烧器以直接驱动方式或以主要直接驱动方式被驱动，在直接驱动方 式中，流动通过第一等离子燃烧器的电极的电流全部流动通过工件4，
[0027] 或者
[0028] 在主要直接驱动方式中，流动通过第一等离子燃烧器的电极的电流的50%以上的 电流流动通过工件至电源。
[0029] 至少一个第二等离子燃烧器以间接驱动方式或以主要间接驱动方式被驱动，在间 接驱动方式中，流动通过第二等离子燃烧器和/或第三等离子燃烧器的各电极的电流全部 不流动通过工件至电源，或者，在主要间接驱动方式中，流动通过第二等离子燃烧器和/或 第三等离子燃烧器的各电极的电流的50 %以下的电流流动通过工件至电源。
[0030] 在以主要直接驱动方式驱动的第一等离子燃烧器中，流动通过电极的电流的至少 70%的电流也应流动通过工件，且在以主要间接驱动方式驱动的第二等离子燃烧器中，流 动通过电极的电流的最多30 %的电流应流动通过工件。
[0031] 保持主要直接驱动的等离子燃烧器和/或主要间接驱动的等离子燃烧器的流动 通过电极的电流IJI^I 1. i与流动通过工件的电流12之间的差，该电流差在各等离子燃烧 器的喷嘴上流动（电流I1)和/或在额外电极上流动（电流Iu)。
[0032] 移动等离子燃烧器，使得其跟随相同的运动方向/送刀轴方向，或等离子燃烧器 相互平行地移动，从而可以保持所期望的切割轮廓，其中，由于通过第一等离子燃烧器的切 割而在围绕切口的区域中提高的工件的材料硬度通过另一等离子燃烧器的随后指向工件 的另一等离子射流的影响再次减小到允许的硬度值。这也可应对于构建被构建的切口的曲 线或半径而实现。
[0033] 当在切割构建两个切口时，在切割时应保持切口的切面的最小间隔，该切面分别 在面对另一切口的一侧上被构建，该间隔最大为各更宽的切口的宽度bl、b2的五倍，优选 为三倍。
[0034] 所使用的等离子燃烧器应以一定速度相对于工件移动，所述移动速度的最大相互 偏差为20 %，优选相互偏差小于10 %。特别优选地，等离子燃烧器应以相同的速度运动。在 各情况下，应实现共同的且同时的移动。
[0035] 第一等离子燃烧器应通过被极化作为阴极的电极被驱动，且第二等离子燃烧器或 第三等离子燃烧器应通过被极化作为阴极或阳极的电极被驱动，第一等离子燃烧器通常在 运动方向/送刀轴方向上通过其等离子射流首先影响工件。
[0036] 有利地，保持在切割加工的绝大部分时间期间流动通过电极的电流i与以 直接驱动方式或主要直接驱动方式驱动的第一等离子燃烧器的喷嘴的喷嘴孔的最小直径 的商，大于在切割加工的绝大部分时间期间流动通过第二等离子燃烧器和/或第三等离子 燃烧器的电极的电流IJIfI 1.i与以间接驱动方式或主要间接驱动方式驱动的第二离子燃 烧器或第三等离子燃烧器的喷嘴的喷嘴孔的最小直径的商。该商应大于至少25%，优选大 于 50%。
[0037] 也存在下述可能，即，保持在用于切割加工的绝大部分时间期间流动通过第一等 离子燃烧器的电极的电流i与通过以直接驱动方式或主要直接驱动方式驱动的第 一等离子燃烧器的喷嘴的喷嘴孔的最小直径形成的面的面积的商大于2