等離子體切割方法及等離子體切割裝置的製作方法

2023-06-15 13:32:36 1

專利名稱：等離子體切割方法及等離子體切割裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種切割方法以及等離子體切割裝置，所述切割方法是在 切割以鋼板為代表的被切割材料時將切割面的上緣和下緣切割成曲面狀 的切割方法，所述等離子體切割裝置可以選擇性地實施將切割面的上緣和 下緣切割成曲面狀的切割、和將其垂直切割及坡口切割。
背景技術：
例如以橋梁為代表的鋼鐵構造體如下這樣構成將鋼板切割成希望的 形狀得到切割材料，對得到的切割材料進行焊接，形成多個構造部件，對 這些構造部件進行組裝。因此，構成各個構造部件的切割材料的端部被分 類為焊接到其它切割材料上的焊接面和不進行焊接而露出的露出面。
構成鋼鐵構造體的構造部件的切割材料採用氣割法或等離子體切割 法進行切割。此時，對作為焊接面的部位實施具有與切割材料的厚度對應 的角度的坡口切割，對露出面實施切割面相對於鋼板的表面成直角的垂直 切割。尤其，在是將目標切割材料焊接到已經焊接了肋的部件上的結構、 且是具有避開該肋的功能的結構時，有時在一次切割工序(一切割線)中 連續實施坡口切割和垂直切割。
另一方面，在鋼鐵構造體中，因為構造部件的大部分暴露在空氣中， 所以為防止生鏽而對表面進行塗裝。在這種情況下，雖然露出面也進行塗 裝，但是因為該露出面是垂直切斷鋼板而形成的，所以構成露出面的切斷 面與鋼板的表背面的交點(緣)近似成直角，存在塗膜容易以該緣為起點 脫落的問題。
為防止上述的以露出面和表背面的緣為起點的塗膜的脫落，利用打磨 機或倒角機沿露出面對該緣實施二次加工，使其變為鈍的角度，之後實施 塗裝。
如上所述，由於沿著從鋼板切斷的切斷材料的露出面對上下的緣進行二次加工，所以需要大量的時間和勞力。特別是在避開肋的露出面、由人
孔(manhole)或配管用的孔等的曲線構成的露出面，操作者不得不手動 使用打磨機進行二次加工，在縮短工期方面存在較大問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種在利用等離子體焰炬切割被切割材料的 過程中將切割面的上緣和下緣切割成曲面狀的等離子體切割方法，以及可 以選擇性地實施相對於被切割材料進行垂直切割、坡口切割、將切割面的 上緣和下緣製成曲面狀的切割的等離子體切割裝置。
為解決上述課題，本發明的切割方法，在對等離子體焰炬的電極周圍 供給等離子體氣體、同時從噴嘴噴射等離子體電弧來切割被切割材料時， 將切割面的上緣和下緣切割成曲面狀，
所述切割方法的特徵在於，
通過使選自下述多個條件中的至少一個條件變化，使切割面的上緣和 下緣熔融而成為曲面狀，
所述多個條件是將被切割材料的上緣和下緣垂直切割成近似直角時 的切割電流、切割速度、等離子體焰炬的高度、等離子體焰炬的角度以及 等離子體氣體的流量。
另外，本發明的等離子體切割裝置，其對被切割材料進行垂直切割、 或者對被切割材料進行垂直切割及坡口切割、或者對被切割材料進行坡口 切割，
所述等離子體切割裝置具有
等離子體焰炬，其對電極的周圍供給等離子體氣體，同時從噴嘴噴射 等離子體電弧來切割被切割材料，
移動裝置，其使所述等離子體焰炬按目標切割路徑移動，
控制裝置，其控制施加在所述等離子體焰炬的電極上的切割電流、等 離子體氣體流量、等離子體焰炬的移動速度、等離子體焰炬距離被切割材 料的高度及等離子體焰炬相對於被切割材料的傾斜角度，
所述等離子體切割裝置的特徵在於，
所述控制裝置具有存儲部，其存儲有將切割面的上緣和下緣切割成曲面狀時的切割電 流、切割速度、等離子體焰炬的高度、等離子體焰炬的角度及等離子體氣 體流量構成的切割條件，
輸入裝置，其指定將應切割的形狀中的切割面的上緣和下緣切割成曲 面狀的區域，以及
判別部，其判別由所述輸入裝置指定的將切割面的上緣和下緣切割成 曲面狀的區域。
發明效果
在關於本發明的等離子體切割方法中，通過使選自下述多個條件中的 至少一個條件變化，強制使切割面的上緣和下緣熔融，由此，可以將所述 上緣和下緣切割成曲面狀(以下稱"圓角切割")，其中所述多個條件是: 將被切割材料的上緣和下緣垂直切割成近似直角時的切割電流、切割速 度、等離子體焰炬的高度、等離子體焰炬的角度以及等離子體氣體的流量。
另外，在關於本發明的等離子體切割裝置中，預先在控制裝置的存儲 部中存儲由進行圓角切割時的切割電流、切割速度、等離子體焰炬的高度、 等離子體焰炬的角度及等離子體氣體的流量構成的切割條件，通過由輸入 裝置指定在應該切割的形狀中進行圓角切割的區域，再由判別部對由輸入 裝置指定的進行圓角切割的區域進行判別，可以在對被切割材料進行等離 子體切割時，在等離子體焰炬到達進行圓角切割的區域時，讀出相對於該
圓角切割的切割條件而進行圓角切割。
因此，在目標切割路徑中的切割線上的希望區域，可以選擇性地組合 垂直切割、坡口切割、圓角切割來進行連續的切割。


圖1是說明切割裝置的結構的模式圖； 圖2是說明等離子體焰炬的構成的模式圖； 圖3是控制系統的機架圖4是說明切割被切割材料時的切割面的形狀的圖； 圖中-
A —切割裝置；B —等離子體焰炬；C一被切割材料；D —移動裝置；1一電極；2 —噴嘴；3 —保護噴嘴(shieldnozzle) ; 2a， 3a—流路；2b， 3b 一軟管；2c， 3c—電磁閥；2d， 3d —流量調整器、氣體流量控制裝置；4 一焰炬主體；5 —氣體供給裝置；6a， 7a—導電部件；6b， 7b —絕緣電線 (cabtire) ; 8—電源；ll一軌道；12 —機架；13 —橫行滑動架；14一行駛 電機；15 —橫行電機；16 —上下電機；17 —焰炬角度軸電機；18 —控制盤； 21—控制裝置；21a—計算部；21b —程序存儲部；21c—臨時存儲部；21d
一判別部；21e—輸入輸出部；22—輸入裝置；31 33 —切割面；31a 33a 一上緣；31b 33b —下緣。
具體實施例方式
下面，對關於本發明的等離子體切割方法(以下稱"切割方法")及 等離子體切割裝置(以下稱"切割裝置")的優選的實施方式進行說明。
關於本發明的切割方法是在切割被切割材料時實施使切割面的上緣 和下緣形成圓角狀(R狀)的切割的方法。通常在等離子體切割中，盡可 能地使切割面的上緣相對於表面呈直角。相對於此，本發明則積極地將切 割面的上緣和下緣切割成圓角狀。然後，通過將上緣和下緣切割成R狀， 在對被切斷的切割材料的露出面實施塗裝時，可以防止以該緣為起點的塗 膜的脫落。
在本發明中，將切割面的上下緣切割成曲面狀並不一定僅限於熱化學 性切割，也包括通過利用等離子弧的熱來熔融存在於上下緣的母材而形成 曲面狀的技術。
實施例1
下面，結合附圖對本發明的切割裝置的優選實施方式及切割方法進行 說明。圖l是說明切割裝置的結構的模式圖。圖2是說明等離子體焰炬的 構成的模式圖。圖3是控制系統的框圖。圖4是說明切割被切割材料時的 切割面的形狀的圖。
首先，結合圖4對利用構成切割裝置A的等離子體焰炬B切割被切 割材料C時的切割面的形狀進行說明。圖4 (a)是切割被切割材料C並 將切割面31的上緣31a及下緣31b以曲面狀進行圓角切割的圖。在各緣 31a、 31b處的曲面的半徑沒有特別的限定，只要是在塗裝時塗膜不容易脫落的曲面即可。構成這樣的曲面的半徑最小也需要2mm 3mm，只要是 具有這以上的半徑的曲面即可。
圖4 (b)表示通常垂直切割被切割材料C而得到的切割面32，在該 切割面32上，要求上緣32a、下緣32b各自成直角。
圖4 (c)表示按規定的角度坡口切割被切割材料C而得到的切割面 33，該切割面33構成為具有對應於被切割材料C的板厚而設定的角度的 傾斜面，要求上緣33a、下緣33b是具有分別設定的角度與直角的合成角 度的鋒利邊緣。
下面，結合圖1 圖3對切割裝置A的結構及等離子體焰炬B的結構 進行說明。
如圖2所示，等離子體焰炬B在中心配置有電極1，在該電極l的周 圍設置有噴嘴2及保護噴嘴3。所述電極l、噴嘴2、保護噴嘴3分別被可 以拆裝地安裝在焰炬主體4上。另外，在焰炬主體4上形成的等離子體氣 體的流路2a在電極1與噴嘴2之間開口，在焰炬主體4上形成的保護氣 體的流路3a在噴嘴2與保護噴嘴3之間開口 。
並且，為使切割條件變化，雖然未圖示，但是電極1及噴嘴2構成為 被水冷的結構。
在焰炬主體4上形成的等離子體氣體的流路2a上連接有軟管2b，該 軟管2b與電磁閥2c、流量調整器2d連接。另外，在保護氣體的流路3a 上同樣連接有與電磁閥3c、流量調整器3d連接的軟管3b。所述各流量調 整器2d、 3d從由氣瓶5a或工場配管等及壓力調整器5b構成的氣體供給 裝置5接受氣體的供給。
並且，流量調整器2d、 3d可作為氣體流量控制裝置而發揮作用，分 別對應於來自後述的控制裝置21的信號而可以改變應供給的流量。
在電極1上連接有被配置在焰炬主體4上的導電部件6a，在噴嘴2上 同樣連接有被配置在焰炬主體4上的導電部件7a。導電部件6a通過絕緣 電線6b與電源8連接，導電部件7a通過絕緣電線7b與切換部件9連接、 進而與電源8連接。另外，被切割材料C通過絕緣電線10與切換部件9 連接、進而與電源8連接。
並且，電源8構成為對應於來自後述的控制裝置21的信號可以改變應施加在電極1上的電流值。
在上述構成的等離子體焰炬B中，使氣體供給裝置5動作，供給已調
整到預先設定的壓力的氣體，開放電磁閥2c向電極1與噴嘴2間供給等 離子體氣體，在進行了規定時間的提前送氣(pre-flow)後，對電極1和 噴嘴2通電，形成引弧(pilot arc)。向被切割材料C噴射該引弧，在該 電弧與被切割材料C接觸時，開放電磁閥3c以向噴嘴2和保護噴嘴3間 供給密封氣體，同時使切換部件9動作來向電極1及被切割材料C間通電， 並且停止電極1與噴嘴2間的通電，從而形成用於切割被切割部件C的主 電弧(main arc)。
切割裝置A具有搭載上述等離子體焰炬B並使被切割材料C的區域 移動的移動裝置D。如圖1所示，該移動裝置D構成為具備 一對被平行 鋪設的軌道11;具有能夠行駛地裝載在軌道11上的滑動座架12a和在與 軌道11的鋪設方向垂直的方向上配置的橫梁12b的門形機架12;以及沿 機架12的橫梁12b可以橫行地被裝載的橫行滑動架13。
在機架12的滑動座架12a上設置有使機架12沿軌道11行駛的行駛 電機14，在橫行滑動架13上設置有使該滑動架13在與軌道11垂直的方 向上橫行的橫行電機15。
另外，在橫行滑動架13上搭載有等離子體焰炬B，同時設置有上下 電機16和焰炬角度軸電機17，上下電機16使等離子體焰炬B在該等離 子體焰炬B的軸向上移動並使其相對於被切割材料C遠離或接近;焰炬角 度軸電機17使等離子體焰炬B的傾斜角度對應於目標坡口角度傾斜。
因此，通過驅動焰炬角度軸電機17及上下電機16來調整等離子體焰 炬B相對於被切割材料C的傾斜角度和高度，之後同步驅動控制行駛電機 14、橫行電機15，就可以使等離子體焰炬B二維移動。
並且，在圖1中，18是組裝了後述的控制裝置的控制盤。另外，向等 離子體焰炬B供給各氣體的氣體供給裝置5以及對電極1和被切割材料C 間通電的電源8未搭載在機架12上，而是設置在軌道11附近的規定位置 上。並且，本發明中的移動裝置D並不是必須採用門形的機架12，只要 是可以使等離子體焰炬B二維移動而能夠一筆寫下來將被切割部件C切斷 為多個部件即可。下面，結合圖3對本實施例的控制切割裝置A的控制裝置進行說明。
在圖中，21是控制裝置，其構成為具備計算部21a;程序存儲部21b， 其寫入有用於切割的程序及切割圖4所示的切割面31 33時的切割條件; 臨時存儲部21c，其臨時存儲如下信息，包括相對於從被切割材料C應該
切割的部件的切割開始位置和切割結束位置的信息、被切割材料c的板厚
等被切割材料信息以及從輸入裝置22輸入的有關切割區域的信息；判別 部21d，其判定從輸入裝置22輸入的有關切割區域的信息，並判定下一切 割區域是應進行圓角切割的區域還是應進行垂直切割或坡口切割的區域。
22是鍵盤等輸入裝置，是輸入包括從被切割部件C上切割的部件的 信息、板厚在內的對切割條件有影響的信息等信息的裝置。從該輸入裝置 22輸入的信息通過輸入輸出部21e傳遞。
寫入程序存儲部21b的切割條件是施加在等離子體焰炬B的電極1 上的切割電流，與被切割材料C的板厚對應的切割速度，等離子體焰炬B 距離被切割材料C的高度，等離子體焰炬B的傾斜角度，向等離子體焰炬 B的電極l及噴嘴2間供給的等離子體氣體的流量。而且，構成所述切割 條件的各個數據被寫入按每個被切割材料C的板厚及圖4所示的切割面 31 33的形狀而設定的矩陣中。
因此，通過由輸入裝置22輸入被切割材料C的板厚信息及切割面31 33的信息，讀出對應於被輸入的信息的切割條件的數據，基於該數據，獨 立或者同步地驅動流量調整器2d、流量調整器3d、電源8、各電機14 17。
作為相對於被切割材料C的切割條件，圖4 (b)所示的垂直切割被 切割材料C時的值為基準數據。另外，圖4 (c)所示的坡口切割被切割 材料C時的切割條件由如下部分構成:指定等離子體焰炬B的傾斜角度的 坡口角度；伴隨等離子體焰炬B的傾斜的、與等離子體焰炬B到被切割材 料C的距離對應的等離子體B的高度；以及與坡口角度對應的、對應於外 表上的板厚的切割速度。
如上所述的垂直切割所要求的切割條件和坡口切割所要求的切割條 件中，等離子體焰炬B的傾斜角度、等離子體焰炬B離被切割材料C的 高度及切割速度不同，其它條件即切割電流及等離子體氣體流量相同。另外，如圖4 (a)所示，在被切割材料C上形成作為圓角切割的切 割面31的情況下，相對於上述基準數據，使選自切割電流、切割速度、 等離子體焰炬B的高度、等離子體焰炬B的角度及等離子體氣體的流量中 的至少一個條件變化。例如，在使切割電流變化的情況下，通過使變化後 的切割電流比垂直切割時的切割電流還上升，可以實現圓角切割。另外， 在使切割速度變化的情況下，同樣通過使切割速度上升，可以實現圓角切 割。另外，在使等離子體焰炬B的高度變化的情況下，通過該高度上升， 可以實現圓角切割。另外，在使等離子體焰炬B的角度變化的情況下，通 過使該等離子體焰炬B從被切割材料C的表面側到背面側以進入產品側的 方式(以切割面向與圖4 (c)的傾斜方向相反的方向傾斜的方式)傾斜， 可以實現圓角切割。並且，在使等離子體氣體流量變化的情況下，通過使 該流量增加，可以實現圓角切割。
在上述那樣實施圓角切割時，雖然只要使至少一個切割條件變化即 可，但是不僅限於一個，當然也可以同時改變兩個或者三個切割條件。例 如，通過在增加切割電流的同時使等離子體焰炬B的角度改變、或進而在 所述兩個切割條件的基礎上使等離子體氣體的流量增加，由此可以在穩定 的狀態下實現將切割面31的上緣31a、下緣31b進行圓角切割使其成曲面 狀。
在本實施例的切割裝置A中，預先通過輸入裝置22輸入沿著從被切 割材料C進行切割的目標形狀的等離子體焰炬B的路徑信息以及等離子體 焰炬B在路徑中的垂直切割區域、坡口切割區域、圓角切割區域的切割區 域信息。被輸入的路徑信息及切割區域信息被傳遞至控制裝置21，並臨時 存儲在臨時存儲部21c中。
若從輸入裝置22輸入要開始切割的主旨的信息，則對應於該信息在 判別部21d中，判別要切割的區域是垂直切割區域、還是坡口切割區域、 還是圓角切割區域，從程序存儲部21b讀出對應於判別結果的切割條件的 矩陣，同時按照讀出的數據控制等離子體電源8、焰炬角度軸電機17、上 下電機16以及氣體流量控制裝置2d、 3d。同時基於等離子體焰炬B的路 徑信息，控制行駛電機14及橫行電機15的驅動。
在判別部21d中時刻判別下一切割區域是垂直切割區域、坡口切割區域、圓角切割區域中的哪一個，根據判別的結果讀出對應的切割條件的矩 陣，對應讀出的切割條件來控制等離子體電源8，焰炬角度軸電機17，上
下電機16以及氣體流量控制裝置2d、 3d。
因此，即使在一個切割路徑(切割線)中垂直切割區域、坡口切割區
域及圓角切割區域混雜的情況下，也可以由控制裝置21的判別部21d進 行正確地判斷，可以基於判斷結果連續地切割各個切割區域，同時執行所 要求的垂直切割、坡口切割、圓角切割。 工業實用性
本發明的切割方法因為可以使切割面的上下緣形成為曲面狀，所以形 成的塗膜不會以緣為起點而脫落。因此，在切割構成必須進行塗裝的鋼鐵 結構體的部件時有很大實用性。
另外，本發明的切割裝置因為可以對被切割材料C連續地進行垂直切 割、坡口切割、圓角切割，所以用於實現上述切割方法很有利。
權利要求
1.一種切割方法，在對等離子體焰炬的電極周圍供給等離子體氣體、同時從噴嘴噴射等離子體電弧來切割被切割材料時，將切割面的上緣和下緣切割成曲面狀，所述切割方法的特徵在於，通過使選自下述多個條件中的至少一個條件變化，使切割面的上緣和下緣熔融而成為曲面狀，所述多個條件是將被切割材料的上緣和下緣垂直切割成近似直角時的切割電流、切割速度、等離子體焰炬的高度、等離子體焰炬的角度以及等離子體氣體的流量。
2. —種等離子體切割裝置，其對被切割材料進行垂直切割、或者對被 切割材料進行垂直切割及坡口切割、或者對被切割材料進行坡口切割，所述等離子體切割裝置具有等離子體焰炬，其對電極的周圍供給等離子體氣體，同時從噴嘴噴射 等離子體電弧來切割被切割材料，移動裝置，其使所述等離子體焰炬按目標切割路徑移動，控制裝置，其控制施加在所述等離子體焰炬的電極上的切割電流、等 離子體氣體流量、等離子體焰炬的移動速度、等離子體焰炬距離被切割材 料的高度及等離子體焰炬相對於被切割材料的傾斜角度，所述等離子體切割裝置的特徵在於，所述控制裝置具有存儲部，其存儲有將切割面的上緣和下緣切割成曲面狀時的切割電 流、切割速度、等離子體焰炬的高度、等離子體焰炬的角度及等離子體氣 體流量構成的切割條件，輸入裝置，其指定將應切割的形狀中的切割面的上緣和下緣切割成曲 面狀的區域，以及判別部，其判別由所述輸入裝置指定的將切割面的上緣和下緣切割成 曲面狀的區域。
全文摘要
本發明提供的切割方法通過使選自下述多個條件中的至少一個條件變化而使切割面(31)的上緣(31a)和下緣(31b)熔融而製成曲面狀，所述條件有垂直切割被切割材料(C)時的切割電流、切割速度、等離子體焰炬的高度、等離子體焰炬的角度以及等離子體氣體的流量。切割裝置(A)具備等離子體焰炬(B)、按目標切割路徑使該等離子體焰炬移動的移動裝置(D)以及控制施加在電極(1)上的切割電流、等離子體氣體流量、等離子體焰炬的移動速度、等離子體焰炬距離被切割材料的高度及等離子體焰炬的傾斜角度的控制裝置(21)，該控制裝置具有存儲由進行圓角切割時的切割電流、切割速度、等離子體焰炬的高度、等離子體焰炬的角度及等離子體氣體流量構成的切割條件的存儲部和指定進行圓角切割的區域的輸入裝置(22)以及判別進行圓角切割的區域的判別部(21d)。
文檔編號B23K10/00GK101541464SQ20078003667
公開日2009年9月23日 申請日期2007年10月12日 優先權日2006年10月12日
發明者古城昭, 小池哲夫, 平井隆太 申請人:小池酸素工業株式會社