DE2544402A1

DE2544402A1 - Plasma-schneidbrenner

Info

Publication number: DE2544402A1
Application number: DE19752544402
Authority: DE
Inventors: Michail E Dantschenko; Daniil A Dudko; Eduard M Esibian; Walerij A Koschema; Wassilij B Malkin
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1974-10-28
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-04-29
Also published as: DE2544402C2; JPS5252845A; FR2289285A1; SE415541B; FR2289285B1; SU493097A1; SE7511997L; GB1507336A

Description

Institut Elektroswarki Imeni E.O. Patona P 63 257 Akademii Nauk Ukrainskoj SSR ³* ^Okt' ¹⁹⁷⁵

Kiew/UdSSR ^L/Br

HiASMA-SCHNEIDBRENIiER

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auÄ Plasma-Lichtbogenbrennschneiden von Metallen und betrifft Plasma-Schneidbrenner·

Die Erfindung läßt sich erfolgreich in Plasmaschneidbrennern mit Wirbelzufuhr des plasmabildenden Gases verwenden.

Bekannt ist ein Plasm«schneidbrenner mit Wirbelzufuhr des plasmabildenden Gases, enthaltend eine Elektrode mit einem Kathodeneinsatz und eine Brenndüse· Die genannte Elektrode» welche eine Hülse darstellt, wird gewöhnlich aus Kupfer hergestellt und mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gekühlt. Der Durchmesser dieser Elektrode wird nach dem Lichtbogenstrom gewählt, welcher seinerseits durch das vorgegebene technologische Schneidverfahren bestimmt wird. Dabei ist zu beachten, daß mit steigender Stromstärke die Leistung

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der in der Elektrode entwickelten Wärme entsprechend größer wird, wobei die Konstruktion der Kühleinheit der Elektrode, die deren maximale Arbeitedauer gewährleistet, von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Der Werkstoff des hochschmelzenden Einsatzes wird je nach der Art des jeweils angewandten plasmabildenden Gases gewählt. Beispielsweise für Luft^werden^Einsätze aus Zirkonium bzw. Hafnium verwendet.

Die Elektrode hat eine flache Stirnseite, die mit der Seitenfläche der Elektrode durch einen Abschnitt verbunden ist, welcher einen Teil der Außenfläche eines Torus darstellt« Dagegen hat die Innenfläche der Brenndüse einen zylindrischen und einen kegelförmigen Abschnitt, deren Verbindung einen Teil der Innenfläche eines Torus darstellt. Dabei grenzt der zylindrische Abschnitt, dessen Länge nach dem Lichtbogenstrom ausgehend von der Bedingung der Vermeidung der Bildung eines doppelten Lichtbogens gewählt wird, an die Düsenstirnfläche an, während der kegelförmige Abschnitt der Düse der flachen Stirnseite der Elektrode zugekehrt ist.

Der durch die genannten Oberflächen der Elektrode und der Brenndüse begrenzte Teil des Raumes bildet die Kammer des Schneidbrenners, in welcher das Formieren des Plasmastrahls erfolgt, und welche nachstehend die Pormierkammer genannt wird.

Zwischen dem Abschnitt der Elektrodenoberfläche, der

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einen Teil der Außenfläche eines Torus darstellt und dem kegelförmigen Abschnitt der Düseninnenfläche ist ein Ringspalt zum Durchgang des plasmabildenden Gases vorgesehen.

versetzte

Das mit Hilfe eines Wirbiers zuvor ⁱⁿ Drall Q_as passiert den genannten Ringspalt und gelangt als Wirbelstrom in die Formi e rkamme r.

Von der geometrischen Form der Forioierkammer und den Llaßverhältnissen ihrer Teile hängen bekanntlich sowohl die Arbeits dauer d_er Elektrode und der isrenndüse, als auch die Jj'orinierungsqualität des schneidenden Plasmastrahlsund folglich auch die Qualität des Liet allschneid ens ao. Bekannt sind zwei Haupttypen von Formierkammer der Piasmaschneidbrenner u.zw.

1. eine Kammer, begrenzt durch eine flache Stirnseite der Elektrode mit einer scharfen bzw. gebrochenen Kante und durch eine Düse, deren kegelförmige Innenfläche in die zylindrische schroff übergeht;

2. eine Kammer, begrenzt durch die stromlinienförmigen Oberflächen der Elektrode und der Düse- z.B. sphärisch oder parabolisch für die Elektrode und toroidal oder sich stetig verjüngend für die Düse.

In "beiden Kammertypen wird der in der Kammer eingescnlossene Abschnitt der Lichtbogensäule durch den zugeführten Gaswirbelstrom zusammengedrückt und räumlich stabilisiert, wobei der Grad der Zusammendrückung und der

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räumlichen Stabilisierung dieses Säulenabschnitts in der Axialrichtung sich je nach der Kennlinie des Gaswirbelstroms ändert, die durch die Oberflächenform der Elektrode und der Brenndüse bestimmt wird. Unter der räumlichen Stabilisierung des Lichtbogenstützflecks ist die Fähigkeit des Schneidbrenners zu verstehen, den Lichtbogenstützfleck (d.ft. die Kontaktstelle des Lichtbogens mit der Elektrode) auf der Arbeitsstirnseite des Einsatzes längs der Achse der Elektrode festzuhalten. Aus der Kennlinie des Gasstroms in der Formierkammer der ersten Ausführungsart läßt sich ohne weiteres feststellen, daß die Stelle der maximalen Zusammendrückung der Lichtbogensäule sich von der Elektrode weit entfernt befindet, während diese Stelle im zweiten Typ der Formierkammer möglichst nahe an die Elektrode herankommt. Dabei ist die Konzentration des von der Lichtbogensäule zur Elektrode gelangenden Wärmestroms, unter welcher die auf eine Flächeneinheit der flachen Elektrodenstirnseite bezogene Y/ärmemenge zu verstehen ist, für den ersten Typ der Kattun er minimal und für den zweiten maximal· Außerdem ist die räumliche Stabilisierung des Lichtbogenstützflecks längs der Achse der Elektrode im ersten Typ der Formierkaiamer geschwächt, während sie in der Kammer der β weit en Ausführungsart verstärkt ist· Davon zeugt die an den beiden Kammertypen beobachtete eigenartige Form des Brosionskraters, welcher im Brennverlauf des Lichtbogens ander Elektrode

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gebildet wird. In der Kammer der ersten Ausführungsart ist das Verhältnis des Durchmessers der Kratersohle zu dessen Höhe-maximal, während es in der Kammer des zweiten Typs minimal ist. In der Kammer des ersten Typs ist infolge der geringen Konzentration des von der Lichtbogensäule zur Elektrode gelangenden Wärmestroms die .ftrosionsgeschwindigkeit des hochschmelzenden Einsatzes minimal. Dabei ist unter der Erosionsgeschwindigkeit des hochschmelzenden Einsatzes dessen LinearverDrauch pro Zeiteinheit zu verstehen. Infolge der Schwächung des Effekts der räumlichen stabilisierung aes Lichtbogenstützflecks an der Elektrode nach der Bildung einer geringen Erosionstiefe des .einsatzes wird jedoch ein Wandern des Kathodenflecks an der gesanrcen Krateroberfläche festgestellt, welches ein intensives Abschmelzen der Kupferhülse hervorruft. Dabei wird die emittierende Oberfläche des Einsatzes mit einer Kupferschicht überzogen, wodurch die räumliche Stabilisierung der Lichtbogensäule völlig gestört wird; es entsteht ein Doppellichtbogen, und die Möglichkeit einer wiederholten Einschaltung des schneidenden Lichtbogens wird ausgeschlossen. Folglich kann πι an feststellen, daß die Arbeitsdauer der Elektrode, die bekanntlich durch, die Erosionsgeschwindigkeit des Einsatzes und dessen maximal

begrenzt ist. zulässige Verbrauchslänge in der Kammer des ersten Typs gering ^ist; · Unter der kritischen Verbrauchslänge ist eine.* solche Länge des hochschmelzenden Einsatzes au verstehen,

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bei welcher der Schneidbrenner den Lichtbogenstützfleck auf der Arbeitsfläche des Einsatzes in der Axialrichtung der Elektrode nicht mehr festhalten kann.

In der Kammer des zweiten Typs ist die Erosionsgeschwindigkeit des Einsatzes infolge der hohen Konzentration des Wärmestroms von der Lichtbogensäule zur Elektrode inaximal, wobei infolge des kleinen Kraterdurchmessers in bestimmter Tiefe ein Parallelschalten der Lichtbogensäule durch die Kupferwandung des Kraters aufuritt, deren Abschmelzen gleichfalls ein stabiles Brennen behindert, wodurch ein erneutes Zünden des schneidenden Lichtbogens ausgeschlossen wird. Demnach ist die Arbeite dauer der Elektrode für den fall der Anwendungjeiner Formierkammer des zweiten Typs auch gering.

Der Düsenteil der Kammern - sowohl der ersten als auch der zweiten Ausführungsart- kann keine hohe Formierungsgüte des Plasmastroms gewährleisten.

Im ersteren Falle verursacht die scharfe Stoßkante der kegelförmigen Düsgnoberflache mit der zylindrischen das Entstehen sprunghafter Verdichtungen des Gasstroms, welche den Piasiaastrahl am Düsenausgang verwirbeln* Der Plasmastrahl wird zum Verbrauch des plasmabildenden Gases kritisch, was unter den Betriebsbedingungen einen stabilen Schnitt von hoher Qualität ausschließt bzw. zum Abreißen des Lichtbogens führt. Darüber hinaus stellt die genannte scharfe Stoßkante

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der Düsenoberflächen einen Paktor dar, welcher die Bildung eines doppelten Lichtbogens begünstigt. Eine verbesserte Formierung des Plasmastrahls im Teil des Brenners außerhalb der iDu.se könnte man im Falle des Einsatzes der Kammer der ersten Ausführungsart durch entsprechende Verlängerung des zylindrischen Abschnitts der Düse erreichen. Dadurch wäre jedoch die Wahrscheinlichkeit der Bildung eines doppelten Lichtbogens noch vergrößert. Die für die Kammer des ersten Typs kennzeichnende Düse arbeitet bekanntlich am zuverlässigsten, wenn die Länge des zylindrischen Kanals seinem Durchmesser gleich ist.

Im zweiten Falle, wenn die Düsenoberfläche keinen zy-

(SU-

lindrischen Abschnitt hat Urheberschein ) fehlt einerseits eine Begrenzung

oder es wird bestenfalls die strecke dieses am steifsten formierten Teils der idchtDogensäule außerhalb der Düse, dessen Rolle in der Gewährleistung vertikaler Schnittkant en bei minimaler Schnittbreite bestimmend ist, scharf Degrenzt. Im letzteren Falle läßt jedoch die stromlinienform der Arbeitsfläche der Düse Verbrauchsänderungen des plasmabildenden Gases i:a weiten Unfanj zu, und ermöglicht es die Wahrscheinlichkeit sowohl der Bildung eines Doppellichtbogens, als auch eines Abreißens des Lichtbogens auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Besonders zu betrachten ist die Möglichkeit der Ver-

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«β-

wendung einer Düse mit stetig sich verjüngender Arbeitsfläche in Verbindung mit einer Elektrode von der obenbeschriebenen Konstruktion. Die Verwendung einer solchen Düse könnte zu einer verbesserten Formierung des Plasmastrahls beitragen. Doch verursacht dabeijdie unvermeidliche übermäßige Ausdehnung des Teils der Lichtbogensäule innerhalb des Schneidbrenners unproduktive Verluste an elektrischer Leistung und eine scharfe Verkürzung der Standzeit der Düse infolge ' Wärme-

Die beiden aus der Vielzahl der bekannten Schneidbrenner entnommenen Typen von Formierkammern bilden im bestimmten Spinne Grenzfälle, welche die Möglichkeit bieten, die Effekte der Einwirkung der geometrischen Form der Kammer auf die Arbeitsd-au-er _: der Elektrode, der Düse sowie auf das Formieren des Plasmastrahls in vollem Umfang festzustellen. Dabei sind zwei Flasmaschneidbrenner, welche der vorliegenden Erfindung am na 8ten stehen, allgemein bekannt. Der erste Schneidbrenner enthält eine Elektrode mit einer entwickelten flachen Stirnseite, deren scharfe Kante durch den Außenteil einer Torusoberfläche ersetzt ist, welche einen allmählichen übergang von der flachen Stirnseite zur Seitenfläche der Elektrode ermöglicht. Die Torusoberfläche gewährleistet hauptsächlich günstige Bedingungen zum Anzünden des Hilfslichtbogens zwischen Elektrode und Düse· Doch ist der Einfluß dieser Oberfläche auf den Umströmungsprozeß der Elektrode

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durch den Gaswirbelstrom nicht wesentlich, da das Verhältnis ihres Krüjnmumgsradius zum Durchmesser der flachen Stirnseite gering ist und 0,2 nicht übersteigt. Die Richtigkeit der durchgeführten Analyse der Erscheinungen für den ersten der beiden Schneidbrenner wird noch dadurch bekräftigt, daß die geometrische J?orm des Ausbrennungskraters der Elektrode sich von der im obenbetrachteten falle angewandten Kammer des ersten Typs praktisch nicht unterscheidet.

Der andere Schneidbrenner enthält eine Düse, deren

r
innere Oberflächenabschnitt zügig in einen Kanal übergeht.

Ein Nachteil einer solchen Düse ist die willkürliche Wahl des Krümmungsradius der Oberfläche des zügigen Übergangs, welche sowohl auf die Axiallage in der Formierkammer der Stelle des maximalen Zusammendrückens der Lichtbogensäule innerhalb des Schneidbrenners, als auch auf die Wahrscheinlichkeit der Bildung eines doppelten Lichtbogens einen wesentlichen Einfluß ausübt.

Grundlage der Erfindung ist die Aufgabe, einen

Plasmaschneidbrenner zu schaffen, bei dem die V/ahl der

es optimalen Abmessungen der Elektrode und der Düse ermöglich*»

eine Formierkammer zu bilden, welche hohe Arbeitsdauer - <ier Elektrode und der iKise gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei - einem .fla smaschneidtrenner mit Wirbelzufuhr des plasmabildenden Gases . enthaltend eine Elektrode von einem Durchmesser, dessen

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Größe nach dem Lichtbogenstrom gewählt wird, ausgeführt mit Binem hochschmelzenden Einsatz, woDei die Elektrode eine flache Stirnseite hat, weicue mit der Seitenfläche dieser Elektrode durch einen Abschnitt verbunden ist, der einen Teil der Außenfläche eines Torus darstellt, ferner eine Düse mit einer Innenfläche, bestehend aus miteinander verbundenen - einem zylindrischen Abschnitt, dessen Länge nach dem Lichtbogenstrom gewählt wird und der an die Stirnfläche der Düse angrenzt, und einem kegelförmigen Abschnitt, zugekehrt der flachen Stirnseite der Elektrode, und die Verbindung dieser beiden Abschnitte einen Teil der Innenfläche

dadurch gelöst, daß

eines Torus darstellt, erfindungsgemäß der Durchmesser der flachen Stirnseite der Elektrode im wesentlichen 0,4-0,5 des Durchmessers der Elektrode selbst beträgt, und da bei der Düse der Verbindungsradius ihres zylindrischen und kegelförmigen Abschnitts im wesentlichen der Länge ihres zylindrischen Abschnitts entspricht.

Die zweckmäßige Wahl des Durchmessers der flachen Stirnseite der Elektrode und der entsprechende Verbindungsradius des zylindrischen mit dem kegelförmigen "Abschnitt der Düse ermöglichen die Gestaltung einer lOrmierkammer, welche hohe Arbeitslauer der Elektrode und der Düse gewährleistet, die die Arbeits dauer der Elektrode und der Düse der bekannten Plasma schneidbrenner von gleicher Art wesentlich übersteigen.

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Um eine hohe Konzentration der Wärmeleistung des Leichtbo^ens in dessen Längsrichtungjvon der Düse bis zum Bearbeitun^siaetall zu erreichen, ist es zweckmäßig, die flache Stirnseite der Elektrode ,/!von der Stirnseite der Düse>in einer Entfernung anzuordnen, welche ^{ewa aem}

1,5 fachen Durchmesser der flachen Stirnseite der Elektrode entspricht.

Im folgenden "wird die Erfindung anhand

der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert,

es zeigt:

eines Fig.i teilweise Gesamtansicht erfindungsgemäßen

Plasmaschneidbrenners im Längsschnitt;

Fig.2 Formierkammer, erfindungsgeiaäß gebildet durch die Oberflächen der Elektrode und der Düse im Längsschnitt. Der Plasma schneidbrenner enthält eine Elektroae 1 (i'ig.1) mit einem hochschmelzenden Einsatz 2 und

Die Elektrode 1 ist in einem Elektrodenhalter 4 koaxial

mit dem letzteren mit Hilfe einer Überwurfmutter 5 befestigt und mit dem Pol (in der Zeichnung nicht dargestellt) einer Speisequelle durch den Elektrodenhalter 4 verbunden. Die Düse 3 ist an einem Düsenhalter 6 mit Hilfe einer Sahrauben-. verbindung 7 befestigt · Der Düsenhalter 6 ist mit dem Elektrodenhalter 4 durch Zwischenteile 8 mittels einer Reihe von

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Schraubenverbindungen 9 verbunden und von dem letzteren durch ein Dielektrikum 10 elektrisch isoliert. Der Düsenhalter 6 ist seinerseits mit dem anderen Pol der Stromquelle elektrisch verbunden.

Die Elektrode 1 ist als Hohlkörper mit einem Boden 11 ausgeführt. Die Innenfläche 12 des Bodens 11 ist in einer Form, ähnlich einem Paraboloid ausgeführt, mit einem Scfcu-eitel, der dem Inneren des Hohlraums 13 cLer Elektrode Ί zugekehrt ist. Dieser Kohlraum 1J5 ist mit einem Zufuhrsystem (in der Zeichnung nicht dargestellt) fur ein Kältemittel verbunden und dient für die unmittelbare Zuleitung des Kältemittels an die JSleictrode 1. i>er hochschmelzende Einsatz 2, der aus Zirkonium, Hafnium bzw. aus anderen hochschmelzenden ttietallen hergestellt sein kann, ist im Boden 11 der Elek trode 1 in deren Axialrichtung befestigt und grenzt mit dem einen EnJ.e an die äußere Stirnfläche der Elektrode 1 an und tritt mit dem anderen Ende in den Hohlraum 12 hinein. Dank dieser Anordnung befindet sich der hochschmelzende Einsatz im unmittelbaren Kontakt mit dem Kältemittel, wodurch die Wärmeabfuhr vom Einsatz 2 während, des Brennen des Lichtbogens gesteigert wird. Pur die Ableitung des Kältemittels von der Elektrode 1 ist im Hohlraum 1J der Elektrode, koaxial mit ihr ein Rohr 14 angeordnet, wobei zwischen der inneren Seitenfläche der Elektrode 1 und der Außenfläche des

Eohres 14 ein Ringspalt 15 vorgesehen ist. Der genannte*

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Kingspalt ist mit einem System (in der Zeichnung nicht

angegeben) für die Ableitung des Kältmittels vom Schneidbrenner verbunden.

Sür die Wärmeabfuhr von der Düse 3 ist im Düsenhalter ein ringförmiger Hohlraum 16 vorgesehen, welcher ebenfalls mit dem System für die Zufuhr des Kältemittels verbunden ist. Die hermetische Abdichtung des Hohlraums 16 und des

Ringspalts 15, in welchen das Kältemittel fließt, wird bett
kannter eise mit Hilfe einer Reihe von Ringdichtungen 17

erreicht.

Um eine Wirbelzuführ des pla smabi ld end en Gases zu erzeugen, ist im Schneidbrenner ein Wirbler 18 vorgesehen, der ein mehrgängiges Schraubengewinde darstellt, welches Kanäle bildet, die an der Außenfläche des Elektrodenhalters verlaufen. Diese Kanäle sind von einer Seite mit dem System für die Zufuhr des plasmabildenden Gases (in der Zeichnung nicht dargestellt)- und von der anderen Seite mit einem Spalt 19 zwischen der Elektrode 1 uikI der Düse J5 verbunden.

eine
Die Elektrode 1 hat . flache Stirnseite 20 (Fig.2) die

ist
verbunden mit der äußeren Seitenfläche 21 der Elektrode 1 durch einen Abschnitt 22, welcher einen Teil der Außenfläche eines Torus darstellt. Der Durchmesser der Elektrode 1 wird nach dem Lichtbogenstrom gewählt, welcher seinerseits durch das vorgegebene technologische Schneidverfahren (abhängig

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von der Lietallart, dessen Dicke und der Schnittgeschwindigkeit) bestimmt wird.

Die innere Seitenfläche der Düse 3 b-at zwei miteinander verbundene Abschnitte - einen zylindrischen Abschnitt 23, dessen Länge gleichfalls nach dem Lichtbogenstrom gewählt wird und an die Stirnseite 24 der Düse 3 angrenzt, sowie einen kegelförmigen Abschnitt ü5, zugekehrt der flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1. Die Verbindung des zylindrischen Abschnitts 22 mit dem kegelförmigen Abschnitt 25 stellt einen Teil der Innenfläche eines Torus dar. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser der flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1

dem fachen

im wesentlichen gleich 0,4-0,5 des Durchmessers der Elektrode 1 selbst. Der Verbindungsradius des zylindrischen Abschnitts 23 der Düse 3 ait deren kegelförmigen Abschnitt ist im wesentlichen gleich der Lange des zylindrischen Abscnnitts 23· -üie angeführten Verhältnisse ermöglichen die Bildung einer Formierkammer 26 von solchen geometrischen Abmessungen, welche maximal mögliche Arbeite dauer ^er Elektrode 1 und der Düse 3 bei sonst gleichen Bedingungen (Kühlsystem, Art und Verbrauch des plasmabildenden Gases) im Vergleich zu den bekannten Schneidbrennern ' ähnlicher Art gewährleisten.

Bei einem Durchmesser der flachen Stirnseite 20 über ^dem -fachen

0,5 des Durchmessers der Elektrode 1 ist die Konzentration des Wärmestroms, der von der Lichtbogensäule zur

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flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1 gelangt, minimal, was durch einen hohlen Brennkrater der

Elektrode 1 gekennzeichnet wird. Doch ist die räumliche Stabilisierung des Lichtbogenstützflecks in A Yi al richtung der Elektrode dabei geschwächt. In diesem Falle bewirkt die geringe Konzentration des Wärmestroms von der Lichtbogensäule zur Elektrode 1 eine entsprechend kleine Erosionsgeschwindigkeit des hochschmelzenden Einsatzes 2, was eigentlich eine Vergrößerung der Arbeitsdauer .der Elektrode 1 hervorrufen müßte· Infolge der Schwächung des Effekts der räumlichen Stabilisierung des Lichtbogenstützflecks an der Elektrode 1 ist Qedoch der Verbrauch, des hochschmelzenden Einsatzes 2 in der Längsrichtung scharf begrenzt, was seinerseits die Arbeitsressourcen der Elektrode 1 entsprechend vermindert .

Wird ein Schneidbrenner verwendet, in dem der Durchmesser, der flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1 kleiner als 0,4

Durchmesser der Elektrode 1 ist, steigt die Konzentration des »Värmestroms zur flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1 wesentlich an, was einen entsprechenden Anstieg der Erosionsgeschwindigkeit des hochschmelzenden Einsatzes 2 hervorruft·

Obwohl in diesem Falle die räumliche Stabilisierung

des Lichtbogens ansteigt, dennochVbeschr^n^^- die Bildung eines

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-reschmalen Ausbrennungskraters der Elektrode 1 das Ausbrennen (den Verbrauch) des Einsatzes 2 in dessen Längsrichtung, weil hierbei ein Parallelschalten der Lichtbogensäule durch die Kraterwandung erfolgt, so daß ein weiteres Brennen des Lichtbogens unmöglich wird, was ebenfalls die Arbeite dauer der Elektrode 1 verringert.

Wie.bereits betont wurde, ist. die Arbeite dauer der Düse 3 in dem Pail am höchsten, wenn der Verbindungsradius des zylindrischen Abschnitts 23 mit dem kegelförmigen Abschnitt 25 im wesentlichen der Länge deren zylindrischen Abschnitts 23 entspricht. Wird diese Bedingung nicht eingehalten, in dem Fall , wenn der Verbindungsradius kleiner ist, als die Länge des zylindrischen Abschnitts 23, _so steigt^die Wahrscheinlichkeit der Bildung eines doppelten Lichtbogens, und die Arbeitsiauer . der Düse 3 ^wird

entsprechend verringert, und im anderen Falle - wenn der Verbindungsradius größer ist, als die Länge des zylindrischen Abschnitts 23, steigt der Wärmestrom zur Düse 3 an, was zu einem unproduktiven Verlust der Wärmeleistung des Schneidbrenners, oder sogar zu einer Zerstörung der Düse 3 führt.

Vom obendargelegten ausgehend, kann man zur Schlußfolgerung gelangen, daJi zur . Arbeitsdauer des Schneidbrenners sowohl aie Arbeitsdauer der Elektrode 1 als auch die Arbeite dauer der Düse 3 gehör*·

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. Eine hone Konzentration der Wärmeleistung des Lichtbogens in dessen Längsrichtung von der Düse J> zum itearoeitungsmetall gewänrleistet Deüanntlich eine hohe Schnittgeschwindigkeit und eine hohe öchnittgüte· Im Zusammenhang daaiit konnte, man feststellen, daß man die flache Stirnseite 20 der Elektrode 1 in einem Abstand von der Stirnseite 24

sollte
der Düse 3 anordnen der etwa ^ ^ Durchmesser der flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1 beträgt. Ist dieser Abstand größer als der genannte, so entsteht ein unproduktiver Verlust an Wärmeleistung des Schneidbrenners, wodurch die Schnittgeschwindigkeit vermindert wird, während bei einem kleineren Abstand als der genannte - eine Verringerung der Konzentration der Wärmeleistung in der Längsrichtung des Lichtbogens von der Düse 3 zum Bearbeitungsmetäll erfolgt, das zu einer Verschlechterung der Schnittgüte führt.

Nachstehend wird die Erfindung durch . .

Beispiele - erläutert, welche in der folgenden Tafel angeführt sind.

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Schneiddicke Schnitt- Schnitt- Abmessungen, mm

von niedrig- strom geschwind- fj T T ^

gekohltem A igkeit,
Stahl, mm m/min

10	200	4 '	11	5	3	3	7
100	400	0,2	16	8	5	5	12

wobei:

D - Durchmesser der Elektrode;

d - Durchmesser der flachen Stirnseite der Elektrode; 1 - Länge des zylindrischen Abschnitts der Düse;

R - Verbindungsradius des kegelförmigen mit dem zylindrischen Abschnitt der Düse;

h - Abstand zwischen der flachen Stirnseite der Elektrode und der Stirnseite der Düse.

bedeuten.

Die Arbeit des erfindungsgemäßen Plasmaschneidbrenners verläuft folgendermaßen:

In den Hohlraum 13 der Elektrode 1 und in den ringförmigen Hohlraum 16 des Düsenhalters 6 wird zunächst

eingeleitet.
Kältemittel . Aus dem Zufuhrsystem für plasmabildende Gas wird nun dem Wirbler 18 Gas zugeführt. Aus dem Wirbler 18 gelangt das Gas in den Spalt 19 zwischen der Elektrode 1 und der Düse 3 und umströmt den zylindrischen Ab schnitt 23 der Düse 3.

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Daraufhin wird zwischen der Elektrode 1 und der Düse 3 im Spalt 19 ein Hilfslichtbogen erregt, der seinerseits zum Erzeugen des schneidenden Lichtbogens zwischen der Elektrode 1 und dem Bearbeituncsme Jail dient. Dabei drückt das plasmabildende Gas in der EOrmierkammer 26 den Lichtbogen zusammen, um einen hochkonzentrierten Wärme strom, gerichtet auf das Bearbeitungsmetall zu erzeugen, wobei das Schneiden des Metalls bewerkstelligt wird·

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Claims

25444G2

P 63 257

\0 3.Okt.1975

L/Br

PATENTANSPRÜCHE

1J Plasmaschneidbrenner mit Wirbelzufuhr des plasmabilaenden Gases, enthaltend eine Elektrode von einem Durchmesser, dessen Größe nacii dem Lichtbogenstrom gewählt wird, ausgeführt mit einem hochschmelzenden Einsatz und einer flachen Stirnseite, die mit der Seitenfläche der Elektrode durch einen Abschnitt verbunden ist, welcher einen Teil der Außenfläche eines Torus darstellt, und eine Düse mit einer Innenfläche, bestehend aus zwei miteinander verbundenen Abschnitten - einem an die Stirnseite der Düse andrenζenaen zylindrischen Abschnitt, dessen Länge nach dem Lichtbogenstrom gewählt wird, und einem kegelförmigen Abschnitt, zugekehrt der flachen Stirnseite der Elektrode, wobei die verbindung dieser beiden Abschnitte einen Teil der Innenfläche eines Torus darstellt, dadurch gekennzeich net, daß der Durchmesser der flachen Stirnseite 20

-fache

der Elektrode 1 etwa das 0,4-0,5 des Durchmessers der

Elektrode 1 selbst beträgt, und der Yerbindungsradius des zylindrischen Abschnitts 23 der Düse iait dem kegelförmigen Abschnitt 25 etwa - . ier Länge ihres zylindrischen Abschnitts 23 entspricht.

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2. - Plasmasciineld.br enner nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1 von der Stirnseite der Düse etwa ι ^ Durchmesser der flachen Stirnseite 20 der Elektrode 1 beträgt.
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