[发明专利]等离子切割装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子切割装置及方法，特别涉及对提供给等离子喷枪的气体组成的改进。

背景技术

众所周知，在使用氧、空气或者氧和氮的混合气体等作为等离子气体(也称为工作气体、主气体或一次气体)对软钢、低合金钢或低碳钢进行切割的等离子切割中，通过在从喷枪喷出的等离子弧周围供给含有一定比例氧的辅助气体(也称为二次气体)，可以提高切割质量，尤其可以减少附着在工件背面的浮渣(熔融金属未被吹走而附着凝固在工件上)。公开了使用含氧的辅助气体的文献例如有以下文献。

专利文献1公开了在等离子弧周围吹送氧浓度相对较高的气体作为二次气体，二次气体的氧纯度为40％以上。然后，通过富氧的二次气体可以减少在切割面上形成的阻碍焊接的氮化层。

专利文献2公开了在将氧作为等离子气体的等离子弧周围供给氧帘(纯氧的二次气体)。然后，通过氧的二次气体增加熔融金属的流动性，减少附着在工件背面的浮渣，同时促进熔融金属的参加并改善浮渣的剥离机制。

专利文献3公开了使用非氧化性气体和氧化性气体的混合气体作为二次气体，氧化性气体的比例至少在40％以上，其中非氧化性气体为氮或氩，氧化性气体为氧或空气。

专利文献4公开了使用氮气和氧气的混合气体作为二次气体，以及氧气的氮比例至少为25％。

专利文献5公开了使用含氧的气体分别作为等离子气体(一次气体)、二次气体及三次气体。设等离子气体的氧浓度为Np、二次气体的氧浓度为N2、三次气体的氧浓度为N3，则Np＞N2以及N2＜N3。

此外，等离子切割从在钢板上开孔的工序(也称为穿孔工序)开始。在穿孔工序中，等离子弧熔化钢板，熔化的金属液体通过等离子射流喷向钢板上方的等离子喷枪直至孔被贯穿(这样的熔融金属称为飞溅)。喷枪前端的喷嘴或者覆盖喷嘴的防护罩有可能被从孔中喷出来的飞溅烧损。另外，从孔中喷出来的熔融金属的一部分在孔周围作为浮渣附着凝固并堆积。当产品的切割结束，喷枪回到切割开始位置时，有可能喷枪端部会触到堆积在切割开始位置的孔周围的浮渣从而使切割工序中断。为了避免发生这种现象，可以使穿孔位置远离产品，但是如果这样做，就延长了切割路径。例如已知有与该问题相关的以下技术。

专利文献6公开了使穿孔工序中的二次气体流量大于切割工序中的二次气体流量，通过大流量的二次气体来保护喷枪不受从孔中喷出的飞溅的烧损。

专利文献7公开了在穿孔工序开始前，通过从喷枪在穿孔的预定位置喷射涂布浮渣附着防止剂，以减少孔周围附着的浮渣。

此外，在等离子切割中的穿孔工序及后续切割工序中，通过等离子喷枪内的电极(负极)与钢板(正极)之间的电弧放电形成等离子弧(也称为主电弧)。等离子弧被喷嘴勒细从而成为高温高速的等离子射流吹向钢板，将钢板熔化。在穿孔工序开始之前，首先进行点燃电弧的工序(也称为维弧工序)。在维弧工序中，电极为负极，喷嘴为正极，在电极和喷嘴之间形成称为维弧的电弧放电。维弧向钢板移动。维弧到达钢板并转换为主电弧之后，与喷嘴相连的电路被断开，只有钢板成为正极，穿孔工序开始。

在维弧工序中，喷嘴的孔出口会被维弧烧损。由于维弧的存在时间短，为数毫秒至数十毫秒，因此每一次点火工序的喷嘴损伤较小。但是，喷嘴的孔出口的烧损程度随着点火次数的增加而发展。反复数百次的点火之后，喷嘴的孔出口的损伤很大，从而等离子弧的状态发生变化，导致切割质量下降。到此，喷嘴的寿命到了尽头。

关于这种状况，专利文献8公开了当维弧点燃时等离子气体中流动非氧化性气体，同时二次气体中也流动非氧化性气体，在喷嘴的孔出口附近形成非氧化性气体氛围气。然后，与维弧向主电弧转换基本上同时地将等离子气体从非氧化性气体转换为氧气或者含氧的气体以进入切割工序。通过点火工序中的非氧化性气体氛围气，可以降低由维弧引起的喷嘴孔出口的损伤。

专利文献1：特开昭53-123349号公报

专利文献2：特开昭59-229282号公报

专利文献3：特表平6-508793号公报

专利文献4：特开平7051861号公报

专利文献5：特开2000-31293号公报

专利文献6：特表平2-504603号公报

专利文献7：特开2004-188485号公报

专利文献8：特开平8-215856号公报

发明内容

发明要解决的课题