Zariadenie a spôsob rezania obrobku plazmou s prídavnou taviteľnou elektródou vedenou medzi dýzou a obrobkom

Číslo patentu: E 8292

Dátum: 05.08.2006

Autori: Rückert Roland, Laurisch Frank, Krink Volker, Madeja Klaus

Je ešte 9 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Zariadeníe a spôsob rezania obrobku plazmou s prídavnou taviteľnou elektródou vede nou medzi dýzou a obrobkom0001 Vynález sa týka zariadenia a spôsobu rezania obrobkov plazmou, tiež pre obrobky, ktoré sú vytvorené z elektricky nevodivého, alebo len čiastočne vodivého materiálu, podľa predvý znakovej časti nárokov l a 15 (viď napríklad spis US 3 312 566).0002 Ako plazma sa označuje tepelne vysoko ohriaty, elektricky vodivý plyn, ktorý pozostávaz pozitívnych a negatívnych íónov, elektrónov, ako aj excitovaných a neutrálnych atómov a0003 Ako plazrnový plyn sa používajú rôzne plyny, napríklad jednoatómový argón a/alebo dvojatómové plyny vodík, dusík, kyslík, alebo vzduch. Tieto plyny ionizujú a dísociujú pomo cou energie plazmového elektrického oblúku.0004 Parametre plazmového lúča môže byť silne ovplyvnený vyhotovením dýzy a elektródy. Týmito parametrami plazmového lúča sú napríklad priemer lúča, teplota, hustota energie a0005 Pri rezaní plazmou sa napríklad plazma vplyvom dýzy, ktorá môže byt chladené plynomalebo vodou, zúži. Tým môžu byt dosiahnuté hustoty energie až 2 x 106 W/cmz. V plazmovom lúči vznikajú teploty až 30 000 °C, ktoré v spojení s vysokou rýchlosťou prúdenia plynu reali zujú na všetkých elektricky vodivých materiáloch vysoké rezné rýchlosti.0006 Rezanie plazmou je dnes etablovaným spôsobom rezania elektricky vodivých materiá lov, pričom sa vždy podľa úlohy rezania používajú rôzne plyny a zmesi plynov.0007 Obvyklé usporiadanie je znázomené na obr. 1. Pritom prúd na rezanie tečie od napájacieho zdroja 1 k plazmovému horáku 2, cez plazmový lúč 3 k obrobku 4, a potom späť k napá jaciemu zdroju.0008 Plazmový horák pozostáva v podstate z hlavy plazmového horáka so systémom generovania lúčov, pozostávajúcím z elektródy 2.1, dýzy 2.2, prívodu 2.3 plynu a telesa horáka, ktorý realizuje privádzanie médií (plyn, chladiaca voda a prúd) a zabezpečuje v systéme generovanie lúčov. Doplnkovo môže byť okolo dýzy 2.2 plazmového horáka umiestnená hlavica 2.4 sekundárneho plynu na privádzanie sekundámeho média, napríklad plynu. U elektródy 2.1 plazmo vého horáka sa jedná o neodtaviteľnú elektródu 2. l, ktorá v podstate pozostáva z materiálu odo 2lávajúceho vysokým teplotám, ako je napríklad volfrám, zirkónium alebo hafnium, a tým máveľmi dlhú životnosť. Dýza väčšinou pozostáva z mede aizužuje plazmový lúč 3.0009 Pre proces rezania sa najprv zapáli pilotný oblúk, ktorý horí medzi katódou 2.1 a dýzou 2.2 s malým prúdom (napríklad 10 - 30 A), a tým malým výkonom, napríklad pomocou vysokého napätia, ktoré sa generuje pomocou zážihového prístroja 1.3. Prúd pilotného oblúka je obmedzený pomocou odporu 1.2. Tento na energiu chudobný pilotný elektrický oblúk pripravuje na základe čiastočnej ionízácie dráhu medzi plazmovým horákom a obrobkom 4 pre hlavný oblúk. Ak sa pilotný oblúk dotkne obrobku 4, dôjde na základe rozdielu potenciálov medzi dýzou 2.2 a obrobkom 4, vytvoreným odporom 1.2, k vytvoreniu rezacieho elektrického oblúka. Ten potom horí medzi elektródou 2.1 a obrobkom 4 väčšinou s väčším prúdom (napríklad 20 900 A), a tým tiež väčším výkonom. Spínací kontakt 1.4 sa otvorí, a dýza 2.2 od napájacieho zdroja 1.1 zostane bez potenciálu. Tento spôsob prevádzky sa tiež označuje ako priamy spôsob prevádzky. Pritom sa obrobok 4 vystavuje tepelnćmu, kinetickému a elektrickému pôsobeniu plazmového lúča 3. Tým je spôsob veľmi efektívny, a môžu byť rezané kovy až do veľkýchhxúbok, napríklad 180 mm pri rezacom prúde 600 A, s rýchlosťou rezania 0,2 m/min.0010 Nevýhodou tohto spôsobu je to, že môžu byť rezané len elektricky vodivé materiály,pretože prúdz napájacieho zdroja 1.1 tečie cez vodiče k elektróde 2.1 plazmového horáka, cez plazmový lúč 3, cez obrobok 4, pripojený k napájaciemu zdroju 1.1, späť. Problémy vzniknú tiež vtedy, keď elektricky vodivý materiál môže byť k prípoju obrobku zariadenia na plazmové rezanie pripojený len ťažko, napríklad pri ťažkej prístupnosti. To môže byť medzi iným prípadom v kontaminovaných alebo zamorených oblastiach, ak sa plazmový horák vedie pomocou0011 Ďalšou nevýhodou tohto spôsobu je to, že maximálna hrúbka materiálu určeného na rezanie je obmedzená na 180 mm. Principiálne môžu byť rezané aj hrubšie kovy. Avšak rýchlosť rezania je potom tak malá, že horná strana obrobku je už pred prerezaním tak ďaleko vymletá, že hlavný elektrický oblúk už nenájde k obrobku 4 žiadny kontakt, tým sa odtrhne a potom0012 Na rezanie elektricky nevodivých obrobkov sa môžu plazmové horáky používať v nepriamom spôsobe prevádzky. Pritom sa nepriamy oblúk zažne ako pilotný oblúk a horí medzielektródou 2.1 a dýzou 2.2 plazmového horáka. Jeho výkon sa mení a pracuje sa tiež s o niečoväčšími prúdmi výkonu (napríklad až 100 A), než u pilotného oblúka. Obrobok 4 sa potom vy stavuje len tepelnému a kinetickému pôsobeniu plazmového lúča 3 a reže sa.0013 Tento spôsob je vzhľadom na veľkosť možných prúdov obmedzený, pretože prúdová zaťažiteľnost dýzy 2.2 je obmedzená a pri príliš veľkých prúdoch sa táto rýchlo opotrebováva. Pri opotrebení dochádza k poškodeniu kanála dýzy, a plazmový lúč sa už nezväzkuje tak, ako je to potrebné na rezanie. Dôsledkom je špatná kvalita rezu, ktorá sa prejaví v šikmých plocháchrezu, širokých škárach rezu a pomalej rýchlosti rezania.0014 V spise DD 244 260 je opísaný spôsob a zariadenie na rezanie plazmou nekovových materiálov. Tu horí plazmový lúč medzi plazmovým horákom a netavíteľnou a rotujúci anódou,ktorá je pomocou ozubenej tyče spojená so skriňou plazmového horáka. Anóda sa nachádza pod obrobkom určeným na rezanie a vedie sa spolu s plazmovým horákom. Nevýhodou tohto spôsobu je to, že veľkosť konštrukčných dielov určených na spracovanie je vzhľadom na spojenie medzi plazmovým horákom a netaviteľnou elektródou silne obmedzená. Ďalej sú značne náklady na usporiadanie, ako napríklad nutné chladenie anódy vodou a jej rotácia. Navzdory týmto opatreniam je anóda vystavená vysokému zaťaženiu a tým vysokému opotrebovávaniu. Okrem toho je nemožné vpichnutie do materiálu a rezanie materiálov, ktorých spodná alebozadná strana je prístupná len podmienečne, napríklad pri podložke pod obrobok.0015 Zo spisov US 3,312,566 a US 2,982,845 sú známe dýzy na nanášanie materiálu s podporou plazmy. Pritom sa prídavný materiál bočne zavádza do vytvorenej plazmy a tým sa taví. V spise US 2,982,845 sa tiež zmieňuje pilotný oblúk, ktorý má tiež horieť v dýze medzi dvoma0016 Zo spisu EP 0 747 161 A 1 je známy spôsob a zariadenie na rezanie betónu plazmou. Pritom sa majú používať dve elektródy, z ktorých jedna je vnútri dutá. Cez vnútri dutú elektródusa vedie druhá elektróda a plyn, aby sa vytvorila plazma na rezanie.0017 V spise DD 277 028 A 1 sa opisuje zariadenie na tavné zváranie elektrickým oblúkom nekovových materiálov. Tiež sa tu používajú dve elektródy, aby sa vytvoril elektrický oblúk. Okrem toho sa Využíva lúč plynu.0018 Preto je úlohou vynálezu navrhnúť možnosti, pomocou ktorých je realizovateľne rezanie plazmou elektricky nevodivých obrobkov, špatne vodivých obrobkov, alebo obrobkov, ktorémôžu byt neelektricky vodivo spojené so zariadením na rezanie plazmou.0019 Podľa vynálezu sa táto úloha rieši zariadením, ktoré má znaky nároku l, a spôsobom podľa nároku 15. Výhodné uskutočnenia a ďalšie varianty vynálezu môžu byť dosiahnuté0020 Zariadenie podľa vynálezu je V podstatných bodoch vytvorené analogicky s obvyklými riešeniarni. Používa sa ale prídavná elektróda, ktorá je vedená do plazmového lúča medzi dýzou, z ktorej vystupuje zúžený plazmový lúč, a obrobkom určeným na rezanie. Prídavná elek tróda by pritom mala byť zavedená svojou prednou špičkou do plazmového lúča.0021 Pretože materiál prídavnej elektródy sa pri procese rezania spotrebováva, malo by byť možné jeho privádzanie, respektíve dopĺňanie. Tak sa môže prídavná elektróda použiť ako drôt,alebo v tvare tyčí. Drôt tak môže byt odvíjaný z bubna drôtu, a tak prednú špičku prídavnej elektródy pridržiavat V oblasti plazmového lúča. U tyčí sa môžu použiť obdobné privádzacie za riadenia, napríklad tiež so zásobníkom na prijatie množiny tyčových prídavných elektród.0022 Prídavná elektróda môže byť priložená na zemný potenciál, výhodne ale tiež elektrickyvodívo pripojená na napájací zdroj, respektíve zvláštny napájací zdroj.0023 V tomto prípade môže elektrický prúd tiecť od napájacieho zdroja cez elektródu plazmového lúča a prídavnú elektródu, ako aj prípadne tiež cez obrobok. Pólovanie je pritom ľubo volné, takže smer toku prúdu môže prebiehať adekvátne pólovaniu.0024 Elektrický prúd tečúci cez príslušný obrobok a cez prídavnú elektródu, alebo aj príslušný elektrický výkon, môžu byt rôzne veľké. Dodržanie môže byt realizované pomocou riadenia alebo regulácie. S tým cieľom sa môžu použiť vhodné elektronické riadenia, respektíve regulá cie, alebo tiež vhodné elektrické odpory.0025 Elektrický prípoj prídavnej elektródy môže byt realizovaný pomocou na nej usporiada ného a na ňu zaberajúceho prúdového kontaktného nadstavca.0026 Na zariadení je podľa vynálezu usporiadané ústrojenstvo na vytváranie pilotného elek trického oblúka. Pomocou pilotného elektrického oblúka a s tým spojenej ionizácie sa vytvára0027 Prídavná elektróda sa podľa vynálezu zavádza až po vytvorení pilotného elektrickéhooblúka alebo plazmového lúča.

MPK / Značky

MPK: B23K 9/32, B23K 9/013, B23K 10/00, B23K 9/29

Značky: vedenou, elektródou, zariadenie, přídavnou, rezania, taviteľnou, obrobkom, medzi, obrobků, plazmou, dýzou, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/17-e8292-zariadenie-a-sposob-rezania-obrobku-plazmou-s-pridavnou-tavitelnou-elektrodou-vedenou-medzi-dyzou-a-obrobkom.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zariadenie a spôsob rezania obrobku plazmou s prídavnou taviteľnou elektródou vedenou medzi dýzou a obrobkom</a>

Podobne patenty