专利名称：借助于等离子切割设备和脉冲电流等离子切割工件的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于借助于等离子切割设备等离子切割工件的方法，该等离子切割设备包括等离子电流源和等离子燃烧器，该等离子燃烧器具有电极和喷嘴，该喷嘴与等离子燃烧器下端部上的电极具有较小的间距，用以在其之间形成等离子腔。
背景技术：
由热学地高度加热的导电气体被称作等离子，这种气体由正离子和负离子、电子以及受激发且中性的原子和分子组成。采用不同的气体、比如单原子的氩气和/或双原子的气体氢气、氮气、氧气或空气作为等离子气体。这些气体通过电弧的能量被电离和离解。通过喷嘴束紧的电弧被称作等离子束。等离子束在其参数上可能会通过喷嘴和电极的造型受到很大影响。等离子束的这些参数比如是束直径、温度、能量密度和气体流动速度。在等离子切割中，比如将等离子通过能够气冷或水冷的喷嘴被束紧。由此可以达到最大hl06W/cm2的能量密度。在等离子束中产生最大30000°C的温度，其结合较高的气体流动速度实现了非常高的材料切割速度。等离子切割设备通常至少由电流源、等离子燃烧器和供气装置组成。由于喷嘴的热负荷非常高，喷嘴通常由金属材料、优选由于较高的导电率和导热率由铜制成。同样的也适用于电极夹持器，但其也可以由银制成。这样，该喷嘴被应用于等离子燃烧器中，该等离子燃烧器的主要组成部分是等离子燃烧器头部、喷嘴罩、等离子气体引导件、喷嘴、喷嘴保持器、电极容纳装置、具有发射部件的电极夹持器以及在现代的等离子燃烧器中是喷嘴护罩保持装置和喷嘴护罩。电极夹持器固定由钨制成的尖锐的电极部件，其适用于采用非氧化的气体作为等离子气体、比如氩氢混合物。所谓的扁平电极(其发射部件比如由锆或铪制成)也适于采用氧化气体作为等离子气体、比如空气或氧气。针对含氧的等离子气体可以采用锆。不过由于其更好的热特性更适用的是铪，因为其氧化物耐热。为了实现喷嘴和电极的较高的使用寿命，经常以液体、比如水冷却，但其还能够以气体冷却。就此而言，分为液体冷却和气体冷却的等离子燃烧器。为了实现电极的较高使用寿命，将高温材料作为发射部件置入管座中，然后冷却管座。最有效的冷却类型是液体冷却。电弧在电极的发射部件与喷嘴和/或在待切割的工件之间燃起。在运行中，发射部件逐渐磨损且向电极钻出一个孔。总是会发生电弧也传递到电极夹持器上且将其毁坏。这特别是在发射部件深于Imm回燃的情况下发生。这样，整个电极被损毁且必须更换。在等离子切割中使用的电流源主要是具有强烈下降的特征曲线或恒定电流特征曲线的直流电源。因此，由工艺造成的切割电压的波动不会或仅轻微地影响到切割电流。这些波动比如通过与工件的不同燃烧器间距、通过气体供给中的波动以及通过等离子燃烧器的构件磨损造成。针对具有强烈下降的特征曲线的示例是具有后置的整流器的漏磁场变压器或漏磁铁心变压器。在此，下降的特性通过变压器的线圈的布置产生。在现代的直流电源中，恒定电流特征曲线通过借助于功率电子部件、比如可控硅和晶体管调节切割电流实现。原则上可以在此区分为电网输送的电流源和具有提高的频率的电流源。其调节作用时间通过供电网电压的频率及其过零点确定的电流源被称作电网输送的电流源。一种变型是具有后置的可控硅控制的整流器的变压器。向整流器中的可能的最小调节作用时间根据电路变型的不同在3脉冲桥接电路的情况下为6. 6ms且在12脉冲桥接电路的情况下为1.6ms。具有提高的频率的电流源具有实质上更小的调节作用时间，这是因为频率明显高于电网电压的频率。在此，作用时间根据电流源频率的不同位于IOOys至5μ s之间。一种变型由变压器、未调节的二极管整流器和后置的晶体管开关组成，也被称作斩波器，其调节电流。另一种变型通常被称作逆变器，由未调节的二极管整流器、换流器、晶体管和二极管整流器组成。用于斩波器和换流器的频率采用10至200kHz之间的频率。根据现有技术，需要(不考虑不希望的、但不可避免的噪音或不希望的高次谐波)用于较好的切割质量的尽可能平滑的直流电以及等离子燃烧器的易损件的较长的使用寿命。为此，大多将感应的构件(扼流圈)连接到切割电流的电路中，用以减小通过电网和电流源的开关进程造成的波动。以更高的频率工作的电流源与电网输送的电流源不同可以调节由电网电压的频率造成的直流波动，这是因为电流源的频率明显高于电网电压的频率。此类电流源常常具有受限制的功率、比如10至20kW。因此，将多个电流源并联。还可以将电网输送的和具有提高的频率的电流源并联。
发明内容
本发明的目的在于，提高电极的使用寿命。按照本发明，该目的根据本发明的一个方面通过一种用于借助于等离子切割设备等离子切割工件的方法实现，该等离子切割设备包括等离子电流源和等离子燃烧器，该等离子燃烧器具有电极和喷嘴，该喷嘴与等离子燃烧器的下端部上的电极具有微小的间距，用以在该喷嘴与该电极之间形成等离子腔，其特征在于，由等离子电流源产生的且流过等离子燃烧器的电流I至少在等离子切割过程的一个时间分段期间有目的性地或可控地被置于以能够自由选择的、位于30Hz至500Hz、优选35Hz至500Hz、特别优选55Hz至400Hz的范围内的频率f脉动(Pulsieren)。特性优选的是，该频率位于65Hz至300Hz的范围内。此外，该目的根据本发明的第二个方面通过一种用于借助于等离子切割设备等离子切割工件的方法实现，该等离子切割设备包括等离子电流源和等离子燃烧器，该等离子燃烧器具有电极和喷嘴，该喷嘴与等离子燃烧器的下端部上的电极具有微小的间距，用以在该喷嘴与该电极之间形成等离子腔，其特征在于，由等离子电流源产生的且流过等离子燃烧器的电流I至少在等离子切割过程的一个时间分段期间有目的性地或可控地被置于以能够自由选择的、位于0. IHz至30Hz、优选0. IHz至^Hz、特别优选0. IHz至20Hz的范围内的频率f脉动。脉冲可以具有任意的信号形状、比如矩形、锯齿形等等。此外，脉冲既在时间上也在算术平均值或初始值(基础值)方面是非对称的且完全在一侧的，比如从算术平均值或初始值出发向下。在根据第一个方面的方法中可以设置，脉动的切割电流Is以至少一个能够自由选择的、位于5%至70%、优选10%至50%的范围内的峰值Imin和/或Imax围绕其算术平均值 Im波动。根据按照第一个方面的方法的一个特殊的实施方式，切割电流Is的峰值Imax和/ 或Imin与算术平均值Im的最小偏差为5A、优选10A、最优选20A。此外可以设置，切割电流Is的峰值Imax和/或Imin与算术平均值Im的最大偏差为 200A、优选 IOOA0有利的是，切割电流Is的最大电流变化速度dl/dt的值为400A/ms和/或切割电流Is的最小电流变化速度dl/dt的值为2A/ms。根据本发明的另一个特殊的实施方式，切割电流Is的占空比(Tastverhaltnis)D = tImax/T位于0. 1至0. 9、优选0. 3至0. 7之间。在按照本发明的第二个方面的方法中又可以设置，脉动的切割电流Is的每一切割电流脉冲都具有一个低电平持续时间timin和一个高电平持续时间tlmax，其中，tlmin+tlmax = T其中的周期持续时间T = Ι/f且tlmin或tlmax小于周期持续时间T的25%，优选 tlmin或tlmax小于周期持续时间T的15%。可替换地还可以考虑，脉动的切割电流Is的每一切割电流脉冲都具有一个低电平持续时间timin和一个高电平持续时间timax，其中，tlmin+tlmax < T其中，周期持续时间T = Ι/f且tlmin+tlmax小于周期持续时间T的50 %，优选 tlfflin+tlfflax小于周期持续时间T的30%。有利的是，在按照本发明的第一和第二个方面的方法中，切割电压的算术平均值具有在90V至250V、优选120V至220V的范围内的值。有利的是，等离子气体(PG)的体积流量保持恒定。特别是可以将电极设计为扁平电极。此外还可以设置，等离子气体在等离子腔中旋转。有利的是，采用含氧的等离子气体。最后，切割电流Is的算术平均值有利地具有在25A至500A的范围内的值。本发明借助于试验得出了即使是在平滑的直流电中也能够出现上述电极夹持器的坏损且由此使得电极的使用寿命不是很高。但令人惊奇地确定了以交流叠加直流切割电流或切割电流的脉动积极地影响到了使用寿命。特别是在利用含氧等离子气体进行等离子切割的过程中，在具有所谓的扁平电极 (其至少由可承受高热的发射部件和电极夹持器组成)的等离子燃烧器中实现了大于双倍的使用寿命。经证明，电弧附着点(Lichtbogenansatzpimkt)更好地保持在发射部件上且不会过渡到电极夹持器上。由此，发射部件可以继续“向下燃烧”且发射部件可以更久且更好地被利用。据推测，脉冲电流导致电弧附着点在发射部件上的更好的定中。电流的变化可以通过预设相应的额定值且通过相应设计电流源实现。对此可参见下列示例性的值15mm结构钢的等离子切割可以比如以下列参数实现
等离子气体氧气
等离子气体压力 9bar等离子气体体积流量15001/h次级气体氮气
次级气体压力6bar
次级气体体积流量 22001/h切割速度2.7m/min
切割电压平均值 135V切割电流平均值 160A最小切割电流Imm 140A最大切割电流Imax 180A频率83Hz
喷嘴孔直径1.4mm优选在频率和振幅Imax (最大切割电流)Ifflin (最小切割电流)方面的值应该如下选择，即电流波动性不会反映在沟槽(Riefen)形状的截面上。电极的使用寿命可以从3小时提高到8小时。即使是在电流为360A时，使用寿命也可以从2小时提高到6小时。本发明的其它特征和优点从下面的描述中得出。
下面，参照附图描述本发明的多个实施例。其中，图1示出了按照现有技术的等离子切割设备的示意图；图2示出了按照现有技术的等离子切割方法的示意性流程图；图3示出了按照本发明的一个特殊实施方式的等离子切割方法的示意性流程图；图4-9示出了按照本发明的第一个方面的等离子切割方法的特殊的实施方式；图10-18示出了按照本发明的第二个方面的等离子切割方法的特殊的实施方式；图19示出了具有扁平电极的等离子燃烧器的截面图；以及图19a示出了额外具有等离子气体和次级气体的旋转的图19的等离子燃烧器。
具体实施例方式图1示出了按照现有技术的等离子切割设备的示意图，其具有等离子电流源1，等离子电流源的组成部件是电流源1. 1、点火器1. 2、电阻1. 3和触头1. 4。电流源的负极利用导线10. 5与等离子燃烧器4的电极4. 1连接，正极通过导线10. 7与工件5连接且通过电阻1. 3、点火器1. 2以及触头1. 4经导线10. 6与等离子燃烧器4的喷嘴4. 2连接。等离子电流源通常由三相交流电网、比如400V/50HZ供电。等离子燃烧器的供气在此通过气体控制台2实现，在气体控制台中可以具有阀门、比如磁阀和/或调节阀(未示出)，用于切换气体、特别是等离子气体PG和次级气体SG。供气在该示例中通过用于等离子气体的气瓶2. 1和用于次级气体的气瓶2. 2实现。在切割非合金和较少合金的钢时经常采用氧气作为等离子气体，但也可以采用含氧气体、比如空气或气体混合物、比如氮气/氧气。在相同情况下可以同样采用氧气作为次级气体，但也可以采用含氧气体、比如空气或气体混合物、 比如氮气/氧气或氮气。等离子气体PG通过气体管道10. 3被引导到电极4. 1与喷嘴4. 2 之间的空腔、等离子腔中，以及次级气体SG通过气体管道10. 4被引导到喷嘴4. 2或喷嘴罩 4. 4(未示出)与喷嘴护罩4. 5之间的空腔中。下面，结合图2描述按照现有技术的等离子切割的流程。首先，等离子燃烧器4借助于引导系统、比如CNC控制的xy坐标引导机或机器人以与工件5定义的距离定位。由引导系统向等离子电流源发送的信号“开启燃烧器”启动进程。之后，由气体控制台控制的等离子气体PG和次级气体SG流过等离子燃烧器4。在一定的时间、比如400ms之后，点火器 1. 2以高压点燃导引电弧(Pilotlichtbogen)，其在电极4. 1与喷嘴4. 2之间燃烧且离解等离子燃烧器4与工件5之间的路径。导引电流(Pilotstrom)、^通过电阻1.3限定。针对导引电流的典型的值为12至35A。电阻1. 3同时产生喷嘴4. 2与工件5之间的压降，这有助于阳极附着点从喷嘴到工件的转换。在电流I转移之后，断开触头1. 4，电流I在时间 tup(50ms至500ms的区域中)期间提高到所需的切割值上，形成切割电流Is，其在时间ts期间流动。用于切割电流Is的值根据待切割的板厚(通常位于1至200mm之间)的不同位于 20至1000A之间。根据现有技术，在该时间内流过的电流应该尽可能地平滑。电流I流动直到信号“开启燃烧器”关闭，之后，电流I在时间td_期间减小和断开。针对这一时间的通常的值为50ms至500ms，但也可以在不经过这段时间的情况下马上断开电流。等离子气体和次级气体向下流动，用以继续冷却等离子燃烧器。现有技术也同样以不同的等离子气体和次级气体以及不同的压力和气体量在进程阶段中工作。与现有技术相反，图3按照本发明的一个特殊的实施方式示出了仅示例性示出的、限定地波动的、时间％期间的切割电流Is。为了实施按照本发明的一个特殊的实施方式的等离子切割方法还可以采用图1的等离子切割设备。图4至9示出了按照本发明的切割电流曲线的实施例，其中，图4涉及图3中示出的切割电流的曲线。图4示出了在时间ts期间流动的电流Is的片段。电流的算术平均值Im在此为 160A，其最大电流Imax为180A以及最小电流Imin为140A。值Imax和Imin与算术平均值Im的偏差在此大小相同且为20A且由此为12.5%。叠加直流电的交流电被设计为梯形。电流变化速度dl/dt、即在一定时间内电流变化的值是恒定的，该时间被需要用于从算术平均值Im达到最大的切割电流Imaxdl/dt! = ι (Imax-Im) A1
从最大的切割电流Imax达到算术平均值Imdl/dt2 = (Ifflax-Iffl) |/t2从算术平均值Im达到最小的切割电流Imindl/dt3 = (Ifflax-Iffl) |/t3从最小的切割电流Imin达到算术平均值Imdl/dt4 = I (Imax-Im) |/t4，电流变化速度是恒定的，因为最大的切割电流与切割电流的算术平均值之间以及最小的切割电流与切割电流的算术平均值之间的差值分别为20A且各时间{132、{3、14大小相同且分别为0.51^。电流变化速度为40A/ms。dl/d、=(Imax-Im)/ti = (180A-160A) /0. 5ms = 40A/ms周期持续时间T为12ms且频率f为83Hz。以该电流曲线实现了多于双倍的使用寿命(参见上面的15mm结构钢的等离子切割)。图5示出了三角形的电流曲线，其中，周期持续时间、频率、最小和最大的切割电流以及切割电流算术平均值与图4相同。电流变化速度以6. 6A/ms更小且大小相同。图6示出了正弦形的电流曲线，具有6ms的周期持续时间和166Hz的频率。电流的算术平均值Im在此为300A，最大电流Imax为350A且最小电流Imin为250A。值Imax和Imin与算术平均值Im的偏差大小相同且为50A且因此为16%。电流变化速度为33A/ms且大小相同。图7示出了与e功能类似的电流曲线。周期持续时间为^is且频率为250Hz。电流的算术平均值Im在此为300A，最大电流Imax为400A且最小电流Imin为200A。值Imax和Ifflin与算术平均值Im的偏差大小相同且为100A且因此为33%。电流变化速度在该示例中是不同的且具有下列值dl/dti = dl/dt3 = 100A/1. 7ms = 59A/msdl/dt2 = dl/dt4 = 100A/0. 3ms = 333A/ms图8示出了梯形的电流曲线，这次，最大的切割电流Imax与切割电流Is的算术平均值Im之间的偏差以及最小的切割电流Imin与切割电流Is的算术平均值Im之间的偏差、还有时间tImax(2ms)和tImin(4ms)都是大小不同的Imax-Im = 260A-160A = 100AI Lnin-Iml = I 110A-160A| = 50A周期持续时间T为6ms且频率为166Hz。电流变化速度在此示例中大小相同且为200A/msodl/dti = dl/dt2 = 100A/0. 5ms = 200A/msdl/dt3 = dl/dt4 = 50A/0. 25ms = 200A/ms图9同样示出了梯形的电流曲线，其中，最大的切割电流Imax与切割电流Is的算术平均值Im之间的偏差以及最小的切割电流Imin与切割电流Is的算术平均值Im之间的偏差、还有时间tImax(aiiS)和tlmin(3ms)都是大小不同的且切割电流是关于其算术平均值Im的时间I Imax-Iml = |235A_160A| = 75AI Lnin-Iml = I 110A-160A| = 50A周期持续时间T为6ms且频率为166Hz。电流变化速度在此示例中大小相同且为大约 200A/ms。dl/dti = dl/dt2 = 100A/0. 37ms = 200A/msdl/dt3 = dl/dt4 = 50A/0. 25ms = 200A/ms图10至13示出了按照本发明的第二个方面的特殊的实施方式。替代用交流叠加直流，在这些情况下切割电流可以描述为周期性重复的脉冲序列。在图10和11中，信号形状随周期持续时间(T = (Ι/f)具有从基础值出发向下(图10)的矩形脉冲或向上(图11) 的矩形脉冲。相反，在图12和13中，信号形状既包括向上的也包括向下的矩形脉冲，其中， 这些信号形状在图12和13中仅在向上和向下的矩形脉冲之间的时间间隔上是不同的。在图14中示出了针对图10的实施方式的具体的数例，而在图15中示出了针对按照图11的实施方式的具体实施例。在这两种情况下适用timax(即高电平持续时间)和 tlmin(即低电平持续时间)的总和，且持续时间T tlmin+tlmax = T，其中，T为 5OOms, tlmax 为 WOms 且 tlmin 为 3Oms。针对 Imax(高电平)=300A 且 Ifflin(低电平)=220A得到了大小为的切割电流的算术平均值Im。在图15中示出的情况为周期持续时间T( = 1/f)同样是500ms，但tlmax为30ms 且tlmin为470ms。通过Imax = 400A且Imin = 300A得到了大小为306A的切割电流Is的算术平均值Im。图16和17示出了下列情况，在这些情况中，针对切割电流Is的脉冲适用于tlmin+tlmax < Τ。图16示出了针对按照图13的实施方式的数例，而图17示出了针对按照图14的实施方式的数例。在图16中，周期持续时间T为500ms，而tlmax和tlmin都明显更小，即分别为25ms。因此，对于Imax = 400A和Imin = 200A得到了 300A的切割电流Is的算术平均
值Im0在图17中，周期持续时间T为650ms，而tlmax和tImin都明显更小，即分别为50ms。 因此，对于最大的电流Imax为450A和最小的电流Imin为250A的情况下得到了 350A的算术平均值Im。在图18所示的切割电流Is的信号曲线中，又涉及到具有周期持续时间T(= 400ms) = tlmin+tlmax的脉冲序列，其中，tlmax为300ms且tlmin为100ms。周期性的信号形状不具有矩形脉冲，而是类似齿状或倒钩状的曲线。tlmin相当于切割电流13与Imax( = 300A) 不同的时间。在最小的电流Imin为200A时，得到了的切割电流Is的算术平均值Im。最后，图19示出了穿过具有扁平电极4. 2的等离子燃烧器4的侧视截面图，在该扁平电极中能够特别有利地使用按照本发明的方法。等离子燃烧器4 (仅示出等离子燃烧器头部)的主要示出的组成部分是扁平电极形式的电极4. 1和具有喷嘴孔4. 2. 1的喷嘴4. 2，其中，电极包括电极夹持器4. 1. 1和发射部件(EmissionseinsatzM. 1.2，喷嘴4. 2和电极4. 1在其之间形成等离子腔4. 7。等离子气体PG通过等离子气体弓I导件4. 3 (其将等离子气体通过合适设置的孔置于旋转中)引导到等离子腔4. 7中，在等离子腔中，等离子气体通过等离子电弧电离且形成等离子束6 (未示出，参见图1)。喷嘴4. 2通过喷嘴罩4. 4固定。在由喷嘴和喷嘴罩围成的空腔中，冷却剂从冷却剂始流WV2流到冷却剂回流WR2中且冷却喷嘴4. 2和喷嘴罩4. 4。内部空心地设计的电极4. 1 (冷却管4. 8耸入该电极4. 1中)同样通过冷却剂冷却。该冷却剂从冷却剂始流WVl穿过冷却管4. 8向电极4. 1的空腔流到电极尖部且然后在冷却管4. 8与电极4. 1之间流回到冷却剂回流WR1。作为冷却剂可以采用蒸馏水，其可配有防冻添加剂。有利的是水循环冷却(未示出)，其借助于换热器(未示出)或制冷机(未示出)冷却冷却剂且通过泵(未示出)再次输送给等离子燃烧器。此外，冷却剂的体积流和温度能够被监控和/或控制。次级气体SG流到喷嘴罩4. 4与喷嘴护罩4. 5之间的空腔中且由次级气体引导装置4. 6通过合适的孔置于旋转中且输送到等离子束6中。次级气体SG结合喷嘴护罩4. 5特别是防止喷嘴4. 2和喷嘴罩4. 4在插入到工件5 (参见图1)中时被高速喷射的材料损坏。图19a额外示出了由各气体引导装置产生的等离子气体PG和次级气体SG的旋转。本发明的其它方面可以是电流I周期性地、即以恒定的频率f波动；频率不取决于切割电压和/或被保持恒定；电流I在整个进程(导引、转移(tup)、切割(ts)、在切割结束(td_)时电流下降)期间围绕其算术平均值波动；电流在切割(ts)、转移(tup)和/或电流下降(td_)期间围绕其算术平均值波动；电流I在达到为切割而设置的算术平均值之后才围绕该算术平均值波动；电流I在达到为切割而设置的算术平均值一秒钟之后之后才围绕该算术平均值波动；喷嘴孔4. 2. 1的表面的平均电流密度位于30-150A/mm2之间，喷嘴孔4. 2. 1的表面的平均电流密度位于60-150A/mm2之间，等离子气体PG通过气体引导装置在电极4. 1与喷嘴4. 2之间的空腔中被置于旋转中；等离子气体PG的体积流位于700-70001/h的范围中；等离子气体PG在电极4. 1与喷嘴4. 2之间的空腔中压力位于2. 5_8bar之间；等离子气体PG是氧气、含氧气体或气体混合物；等离子气体PG至少由分子构成的气体、如氧气、氮气、氢气组成；等离子气体PG至少30个体积百分比由分子构成的气体、如氧气、氮气、氢气组成；其具有用于等离子燃烧器4的水冷却；其具有数据库，在该数据库中，至少定义材料、切割电流、切割速度和等离子气体作为切割参数；用于等离子燃烧器4的电极4. 1，电极夹持器4. 1. 1内部是空心的且形成内表面；电极4. 1被设计为扁平电极；电极4.1是水冷却的；发射部件4. 1. 2具有0. 9_8mm的直径；喷嘴孔4. 2. 1具有0. 4-7mm的直径；喷嘴4. 2是水冷却的；
在电极4. 1与喷嘴4. 2之间的空腔中存在气体引导件；存在喷嘴护罩4. 5;在喷嘴护罩4. 5与喷嘴罩4. 4或喷嘴4. 2之间存在气体引导环；气体引导环将次级气体SG置于旋转中。在本发明的说明书、附图以及权利要求中公开的本发明的特征既可以单独地也可以以任意的组合的形式实现本发明的各种不同的实施方式。附图标记列表1等离子切割电流源1. 1电流源1.2点火器 ZG1.3电阻1.4开关触头2气体控制台2.1具有等离子气体的气瓶2.2具有次级气体的气瓶4等离子燃烧器4. 1电极4. 1. 1发射部件4.1.2电极夹持器4.2喷嘴4.2.1喷嘴孔4.3等离子气体引导装置4.4喷嘴罩4.5喷嘴护罩4.6次级气体引导装置4.7等离子腔4.8冷却管5工件6等离子束10. 1冷却剂始流管道10.2冷却剂回流管道10.3等离子气体管道10.4次级气体管道10.5至电极的电流导线10.6至喷嘴的电流导线10.7 至工件的电流导线D占空比 D = tlmax/Tf频率dl/dt 电流变化速度
I电流
Iffl切割电流的算术平均值
Is切割电流
Imin最小的切割电流
Imax最大的切割电流
T周期持续时间
tm时间Iffl
t Imin时间Imin
t Imax时间Imax
ts切割时间
tpilot导引电弧的时间
tup电流上升时间
^down电流下降时间
tl时间1(1-至1_)
t2时间2 (Imax至Im)
t3时间3 (Im至Imin)
t4时间4 (Imin至Im)
WVl冷却剂始流1
WV2冷却剂始流2
WRl冷却剂回流1
WR2冷却剂回流权利要求
1.一种用于借助于等离子切割设备等离子切割工件(5)的方法，所述等离子切割设备包括等离子电流源(1)和等离子燃烧器G)，所述等离子燃烧器具有电极(4. 1)和喷嘴2)，所述喷嘴与等离子燃烧器的下端部上的电极(4. 1)具有微小的间距，用以在所述喷嘴与所述电极之间形成等离子腔(4. 7)，其特征在于，由等离子电流源(1)产生的且流过等离子燃烧器(4)的电流I至少在等离子切割过程的一个时间分段期间有目的性地或可控地被置于以能够自由选择的、位于30Hz至500Hz、优选35Hz至500Hz、特别优选55Hz至400Hz的范围内的频率f脉动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，脉动的切割电流Is以至少一个能够自由选择的、位于5%至70%、优选10%至50%的范围内的峰值Imin和/或Imax围绕其算术平均值Im波动。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，切割电流Is的峰值Imax和/或Imin与算术平均值Im的最小偏差为5A、优选10A、最优选20A。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，切割电流Is的峰值1_和/或Ifflin与算术平均值Im的最大偏差为200A、优选100A。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，切割电流Is的最大电流变化速度dl/dt的值为400A/ms和/或切割电流Is的最小电流变化速度dl/dt的值为2A/ms。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，切割电流Is的占空比D= tlmax/T位于0. 1至0.9、优选0.3至0.7之间。
7.一种用于借助于等离子切割设备等离子切割工件(5)的方法，所述等离子切割设备包括等离子电流源(1)和等离子燃烧器G)，所述等离子燃烧器具有电极(4. 1)和喷嘴2)，所述喷嘴与等离子燃烧器的下端部上的电极(4. 1)具有微小的间距，用以在所述喷嘴与所述电极之间形成等离子腔(4. 7)，其特征在于，由等离子电流源(1)产生的且流过等离子燃烧器(4)的电流I至少在等离子切割过程的一个时间分段期间有目的性地或可控地被置于以能够自由选择的、位于0. IHz至30Hz、优选0. IHz至^Hz、特别优选0. IHz至20Hz的范围内的频率f脉动。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，脉动的切割电流Is的每一切割电流脉冲都具有一个低电平持续时间tlmin和一个高电平持续时间tlmax，其中，tlmin+tlmax T其中的周期持续时间τ = l/f，tlmin或tlmax小于周期持续时间T的25%，优选tlmin或tlmax小于周期持续时间T的15%。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，脉动的切割电流Is的每一切割电流脉冲都具有一个低电平持续时间timin和一个高电平持续时间tlmax，其中，tT +tT < THmin ι 丄 max1其中的周期持续时间τ = 1/f，tlmin+tlmax小于周期持续时间T的50%，优选tlmin+tlmax小于周期持续时间T的30%。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，切割电压的算术平均值具有在90V至250V、优选120V至220V的范围内的值。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，等离子气体(PG)的体积流量保持恒定。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电极(4.1)是扁平电极。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，等离子气体(PG)在等离子腔(4.7)中旋转。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，采用含氧的等离子气体(PG)。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，切割电流Is的算术平均值具有在25A至500A的范围内的值。
全文摘要
本发明涉及一种用于借助于等离子切割设备等离子切割工件的方法，所述等离子切割设备包括等离子电流源和等离子燃烧器，所述等离子燃烧器具有电极和喷嘴，所述喷嘴与等离子燃烧器的下端部上的电极具有微小的间距，用以在所述喷嘴与所述电极之间形成等离子腔，其特征在于，由等离子电流源产生的且流过等离子燃烧器的电流I至少在等离子切割过程的一个时间分段期间有目的性地或可控地被置于以能够自由选择的、位于30Hz至500Hz、优选35Hz至500Hz、特别优选55Hz至400Hz的范围内的频率f脉动，或者由等离子电流源产生的且流过等离子燃烧器的电流I至少在等离子切割过程的一个时间分段期间有目的性地或可控地被置于以能够自由选择的、位于0.1Hz至30Hz、优选0.1Hz至29Hz、特别优选0.1Hz至20Hz的范围内的频率f脉动。
文档编号B23K10/00GK102574236SQ201080044469
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年10月1日
发明者延斯·奥曼, 延斯·弗里德尔, 格哈德·伊尔冈, 沃尔克·科林克 申请人:谢尔贝格芬斯特瓦德电子及机械有限公司