SE444902B

SE444902B - SKERBRENNARE

Info

Publication number: SE444902B
Application number: SE8305331A
Authority: SE
Inventors: Adolf Gunnar Gustafson
Original assignee: Adolf Gunnar Gustafson
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1986-05-20
Also published as: EP0188425B1; SE8305331L; SE8305331D0; WO1985001462A1; EP0188425A1; DE3479711D1

Description

15 20 25 30 8305331-4 2 För att uppfylla ovanstående syften karakteriseras skärbrännaren enligt beskrivningsinledningen enligt föreliggande uppfinning av att åtminstone en del av kylmediet är inrättad tvångsstyrd in i ett av skärbrännaren als- trat snitt i arbetsstycket och av att ett ' slutet utrymme är åstadkommet mellan brännaren och arbetsstycket medelst en i brännarens utloppsände för ljus- bågen placerad, värmetålig, elektriskt isolerad kropp, vilken är utförd ringformad och vars centrum är placerat mitt för ljusbågens överförings- riktning. En ytterligare fördelaktig utföringsform av uppfinningstanken är - där ändhylsan är utformad av ett lämpligt värmeledande material - om, enligt föreliggande uppfinning, den ringformade, värmetåliga kroppen är anordnad i ändhylsans öppning och att kylmediet är styrt att strömma utefter en icke oväsentlig del av ändhylsan. Andra fördelaktiga utföranden av-uppfinningstanken framgår av bifogade patentkrav och av den beskrivning som följer nedan; Uppfinningen beskrives närmare nedan i anslutning till en såsom exempel ' vald utföringsform av uppfinningen som åskådliggöres medelst bifogad rit- ning, vars §Ég¿_l visar ett snitt genom ett utförande av en skärbrännaren enligt uppfinningen och fig¿_§ visar ett förstorat delsnitt genom skärbrän- naren enligt fig. 1 och då närmast dess undre del. In order to fulfill the above objects, the cutting torch according to the description introduction according to the present invention is characterized in that at least a part of the coolant is arranged forcibly guided into a section of the workpiece generated by the cutting torch and in that a closed space is provided. between the burner and the workpiece by means of a heat-resistant, electrically insulated body placed in the outlet end of the burner, which is made annular and whose center is located opposite the direction of transmission of the arc. A further advantageous embodiment of the inventive idea is - where the end sleeve is formed of a suitable heat-conducting material - if, according to the present invention, the annular, heat-resistant body is arranged in the opening of the end sleeve and that the coolant is controlled to flow along a not insignificant part of the end sleeve. Other advantageous embodiments of the inventive concept appear from the appended claims and from the description which follows below; The invention is described in more detail below in connection with an exemplary embodiment of the invention which is illustrated by means of the accompanying drawing, the section of which shows a section through an embodiment of a cutting torch according to the invention and Figs. according to Fig. 1 and then closest to its lower part.

Den i fig. l visade skärbrännaren är försedd med ett icke närmare visat handtag eller hållare 19, genom vilken löper ett tillförselrör 18 för en plasmaalstrande gas 7 och ett tillförselrör 17 för ett gasformigt kylmedium 8. Exempel på plasmaalstrande gas 7 som kan nyttjas är argon, argon och väte eller kväve och exempel på gasformigt kylmedium_är koldioxid, syrgas och tryckluft men givetvis kan andra lämpade gaser användas. Vidare kan erforderliga spänningar respektive potentialer tillföras genom handtaget 19, exempelvis medelst en elektrisk ledare 20 och medelst metallhöljet nos tillförselz-öret 17.The cutting torch shown in Fig. 1 is provided with a handle or holder 19 (not shown), through which a supply pipe 18 for a plasma-generating gas 7 and a supply pipe 17 for a gaseous cooling medium 8 run. Examples of plasma-generating gas 7 which can be used are argon , argon and hydrogen or nitrogen and examples of gaseous refrigerants are carbon dioxide, oxygen and compressed air, but of course other suitable gases can be used. Furthermore, the required voltages and potentials, respectively, can be supplied through the handle 19, for example by means of an electrical conductor 20 and by means of the metal housing of the supply pipe 17.

Genom den synnerligen koncentrerade ljusbåge som erhålles enligt före- liggande uppfinning kan i många tillämpningar behovet av att nyttja kväve, som ger relativt obehagliga restprodukter men högre värme än vad exempelvis argon ger, undvikas. .' Det medelst tillförselröret 17 tíllförda, gasformiga kylmediet 8, exem- pelvis syrgas under ett visst tryck eller tryckluft, tillföres först en i skärbrännaren anordnad kylkammare 13,_vi1ken väsentligen är avgränsad 10 15 20 25 30 8305331-4 3 av ett övre, av lämpligt elektriskt och värmeledande material bestående hölje 12, exempelvis av koppar eller mässing, av en isolerande kropp 22, en isolerande hylsa 16 av exempelvis teflon som tål ca 250°C och av en av elektriskt ledande material bestående styranordning 23 för en centralt i sistnämnda placerad elektrod 2, vilken via exempelvis en skruvhylsa 24 och en vridknopp 21 är inrättad att fixera elektroden 2. Vridknoppen 21 är avtätad och självlåsande via en tätning 28 mot den isolerade kroppen 22.Due to the highly concentrated arc obtained according to the present invention, in many applications the need to use nitrogen, which gives relatively unpleasant residual products but higher heat than, for example, argon, can be avoided. . ' The gaseous refrigerant 8 supplied by means of the supply pipe 17, for example oxygen under a certain pressure or compressed air, is first supplied to a cooling chamber 13 arranged in the cutting torch, which is substantially delimited by an upper, of suitable electrical and heat-conducting material consisting of a housing 12, for example of copper or brass, of an insulating body 22, an insulating sleeve 16 of, for example, Teflon which can withstand about 250 ° C and of a control device 23 consisting of electrically conductive material for a electrode 2 placed centrally in the latter , which via, for example, a screw sleeve 24 and a rotary knob 21 is arranged to fix the electrode 2. The rotary knob 21 is sealed and self-locking via a seal 28 against the insulated body 22.

Kylkammaren 13 mynnar i flera hål 15 i den isolerande hylsan 16, vil- ken på lämpligt sätt är fixerad i det övre höljet 12. Inuti nämnda hål 15_är en med genomgående kanaler 27 försedd, av lämplig metall bestående anordning 26 placerad, relativt vilken en av lämplig, elektriskt ledande material utförd styrhylsa 9 är fixerad. I den isolerande hylsan 16 är vida- re - på avstånd från det övre höljet 12 - fastsatt en ändhylsa 1 bestående av ett lämpligt, värmeledande material, exempelvis koppar eller mässing. Ändhylsan 1 är i sin undre - sett i figurerna - del försedd med en ring- formad kropp 3, vilken med fördel är utförd av ett keramiskt material som tål höga temperaturer utan.att ändra form eller egenskaper. Självfallet kan - om så befinnes lämpligt - ändhylsan 1 och kroppen 3 i stället utföras _i ett stycke av exempelvis ett keramiskt material.The cooling chamber 13 opens into several holes 15 in the insulating sleeve 16, which is suitably fixed in the upper housing 12. Inside said hole 15, a device 26 provided with through-going channels 27, of suitable metal, is placed, relative to which one of suitable, electrically conductive material made of guide sleeve 9 is fixed. Furthermore, in the insulating sleeve 16 - at a distance from the upper housing 12 - an end sleeve 1 consisting of a suitable, heat-conducting material, for example copper or brass, is attached. The end sleeve 1 is in its lower part - seen in the figures - partly provided with an annular body 3, which is advantageously made of a ceramic material which can withstand high temperatures without changing shape or properties. Of course, if appropriate, the end sleeve 1 and the body 3 can instead be made in one piece of, for example, a ceramic material.

Elektroden 2 är - såsom framgår av fig. 1 - i sin övre ände styrd av styranordningen 23 och på relativt stort avstånd därifrån av en hålförsedd elektrodstyrhylsa 25} vilken via exempelvis gängor är fixerad i styranord- ningen 23. Styranordníngen 23 är försedd med ett hålrum, till vilket plas- maalstrande gas 7 tillföres via tillförselröret 18. Röret 18, som även är matad med exempelvis en minuspotential och - om så erfordras respektive önskas - en högfrekvent växelström, är tätt fixerat i den av ett elektriskt ledande material bestående styranordningen 23, varigenom den plasmaalstran- de gasen 7 matas runt elektroden 2 genom elektrodstyrhylsans 25 hål fram till ett utlopp 30 i en styrhylsa 9. Denna 9 kan - om så.önskas respektive erfordras - vara matad med en högfrekvent växelström från elledningen 20 via metallanordningen 26 för att underlätta ljusbâgens tändning och med en likspänningspotential som är något mindre negativ än vad elektrodens 2 potential är. Denna likspänningsskillnad kan nyttjas för att hålla en mindre pilotlåga brinnande mellan elektroden 2 och styrhylsan 9. Styr- hylsans 9 - se speciellt fig. 2 - inneryta 10 och utloppet 30 stryper ihop 10 15 20 25 30 8305331-4 4 den under tryck satta plasmagasen 7, ett arbetsstycke 4, som skall skäras med ett snitt 6, är matat med en positiv likspänningspotential, varför den av likspänningspotentialen mellan elektroden 2 och styrhylsan 9 alstra- de pilotlågan överföres via den plasmaalstrande gasen 7 såsom en ljusbåge mellan elektroden 2 - med negativ likspänningspotential - och arbetsstycket d - med positiv likspänningspotential. Andra potentíaler kan givetvis väl- jas i stället.As can be seen from Fig. 1, the electrode 2 is guided at its upper end by the guide device 23 and at a relatively large distance therefrom by a perforated electrode guide sleeve 25} which is fixed via, for example, threads in the guide device 23. The guide device 23 is provided with a cavity , to which plasma-generating gas 7 is supplied via the supply pipe 18. The pipe 18, which is also supplied with, for example, a negative potential and - if required or desired - a high-frequency alternating current, is tightly fixed in the control device 23 consisting of an electrically conductive material. whereby the plasma generating gas 7 is fed around the electrode 2 through the hole of the electrode guide sleeve 25 to an outlet 30 in a guide sleeve 9. This 9 can - if desired or required - be supplied with a high frequency alternating current from the power line 20 via the metal device 26 to facilitate the ignition of the arc and with a DC voltage potential that is slightly less negative than the potential of the electrode 2. This DC voltage difference can be used to keep a smaller pilot flame burning between the electrode 2 and the guide sleeve 9. The guide sleeve 9 - see especially Fig. 2 - the inner surface 10 and the outlet 30 throttles the pressurized plasma gas 10 8 305331-4 4 7, a workpiece 4 to be cut with a cut 6, is supplied with a positive DC potential, so that the pilot flame generated by the DC potential between the electrode 2 and the guide sleeve 9 is transmitted via the plasma generating gas 7 as an arc between the electrode 2 - with negative DC voltage potential - and workpiece d - with positive DC potential. Other potentials can of course be chosen instead.

Nämnda alstrade líusbåge har en relativt stor diameter, sett tvärs över- föringsriktningen för ljusbågen från elektroden 2 till arbetsstycket 4, varför en del Bb av nämnda kylmedium 8 - tillfört vig utloppet 30 - är matad mellan, å ena sidan, ändhylsans 1 och den ringformade, av keramiskt material bestående kroppens 3 innerytor la och 3a och, å andra sidan, styr- hylsans 9 ytteryta 1l_i sned riktning mot ljusbâgen, exempelvis riktad mellan 15 och 75° mot sistnämnda. Nämnda innerytor la, 3a och nämnda ytter- yta ll är så riktade, att de styr nämnda del Bb av kylmediet 8 att träffa ljusbågen strax innan sistnämnda träffar arbetsstycket 4, dvs nämnda del 8b av kylmediet 8 stryper ihop ljusbågens tvärsnitt. Den ringformade krop- pens 3 undre - sett i fig. 2 - yta är avpassad att tätande anligga mot arbetsstycket 4, varför nämnda del Bb av kylmediet 8 tvingas in i den av ljusbågen alstrade smältan i arbetsstycket 4 och bidrar därvidlag till att forsla bort smältan i snittet 6.Said generated arc has a relatively large diameter, seen transversely to the direction of transfer of the arc from the electrode 2 to the workpiece 4, so that a part Bb of said cooling medium 8 - supplied to the outlet 30 - is fed between, on the one hand, the end sleeve 1 and the annular , of the inner surfaces 1a and 3a of the body 3 consisting of ceramic material and, on the other hand, the outer surface 111 of the guide sleeve 9 in an oblique direction towards the arc, for example directed between 15 and 75 ° towards the latter. Said inner surfaces 1a, 3a and said outer surface 11 are so directed that they guide said part Bb of the coolant 8 to hit the arc just before the latter hits the workpiece 4, i.e. said part 8b of the coolant 8 restricts the cross section of the arc. The lower surface of the annular body 3 - seen in Fig. 2 - is adapted to abut sealingly against the workpiece 4, so that said part Bb of the coolant 8 is forced into the melt generated by the arc in the workpiece 4 and thereby contributes to transporting the melt away. in section 6.

Resterande del 8a av kylmediet borttransporteras - om så erfordras - under ytterligare kylning av ändhylsans l-inneryta la genom hål 29 i änd- hylsans 1 övre del på sådant avstånd från arbetsstycket 4, att den reste- rande delen 8a av kylmediet B icke kyler arbetsstycket 4. Eventuellt kan ena delen 8b av kylmediet matas ut genom öppningar löpande i en vridande riktning mellan ytorna 11 och 3a så att en virvel hos den ena delen Bb av kylmediet 8 åstadkommas för att ytterligare strypa ljusbâgens tvärsnitt.The remaining part 8a of the coolant is transported away - if required - during further cooling of the inner surface 1a 1a of the end sleeve through holes 29 in the upper part of the end sleeve 1 at such a distance from the workpiece 4 that the remaining part 8a of the coolant B does not cool the workpiece Optionally, one part 8b of the coolant can be discharged through openings running in a rotating direction between the surfaces 11 and 3a so that a vortex of one part Bb of the coolant 8 is provided to further restrict the cross section of the arc.

Den ringformade kroppens 3 styrande-inneryta 3a utbreder sig - såsom framgår speciellt av fig. 2 - sett i ljusbågens utbredníngsriktning från elektroden 2 till arbetsstycket 4 betydligt närmare arbetsstycket 4 än vad styrhylsans 9 ytteryta 11 gör, varigenom kylmediets Bb på ljusbågens tvärsnitt strypande verkan blir stor och kylmediet Bb medbringar samtidigt ljusbågen genom ejektorverkan.The guide inner surface 3a of the annular body 3 extends - as can be seen especially from Fig. 2 - seen in the direction of propagation of the arc from the electrode 2 to the workpiece 4 much closer to the workpiece 4 than the outer surface 11 of the guide sleeve 9, whereby the cooling medium Bb large and the coolant Bb simultaneously carries the arc through the ejector action.

Det övre höljet 12 kan med fördel vara matat med en potential som över- ensstämmer med arbetsstyckets 4 potential. 8305331-4 5 Ändhylsans 1 nedre del lb är företrädesvis utformad rak, varigenom den kan tjänstgöra såsom styryta vid och för brännarens framförande på det arbetsstycke 4 som skall skäras. 10 20 25 30The upper housing 12 can advantageously be supplied with a potential which corresponds to the potential of the workpiece 4. The lower part 1b of the end sleeve 1 is preferably designed straight, whereby it can serve as a guide surface at and for the performance of the burner on the workpiece 4 to be cut. 10 20 25 30

Claims

1.. A cutting torch for generating from an electrode (2) placed in the torch an electric arc transmitted to a workpiece (4), which comprises a plasma generating gas and is controlled by a gaseous medium (s), which is also arranged to cool the burner, characterized in that at least a part (Bb) of said medium (8) is arranged forcibly controlled into a cut (6) generated by the cutting torch in the workpiece (4) and in that a closed space is provided between the burner and the workpiece (4) by means of a heat-resistant, electrically insulated body (3) placed at the outlet end of the burner, which is made annular and whose center is located in the middle of the transmission direction of the arc.

Cutting torch according to claim 1, characterized in that said body (3) with some part (Ba) thereof is arranged to control said part (Bb) of the medium (8).

A cutting torch according to any one of the preceding claims, which torch uses an excess (8a) of the coolant in relation to the part (Bb) thereof which controls the arc, characterized in that said excess (Ba) of the coolant (8) is also used to cool the burner.

Cutting torch according to one of Claims 1 to 3, with an end sleeve (1) of suitable heat-conducting material, characterized in that the annular, heat-resistant body (3) is arranged in the opening of the end sleeve (1) and in that the coolant (8) is controlled to flow along a not insignificant part of the end sleeve (1).

Cutting torch according to claim 4 with an annular flow of coolant (8b) around the arc, characterized in that one part (8b) of the coolant (8) is controlled by the end sleeve (1) and the annular, heat-resistant body (3) and that the remaining part (Ba) of the cooling medium (8) is controlled to flow along the end sleeve (1) and away from it at such a distance that the remaining part (8a) of the cooling medium (8) partly cools the end sleeve (1), partly does not affect the workpiece (4), at least not the generated cut (6) in the workpiece (4).

A cutting torch according to any one of the preceding claims 1-5 with a guide sleeve (Q) consisting of a suitable, electrically conductive material consisting of the electrode (2), the inner surface (10) of which is suitably arranged to guide it. plasma generating gas (7), characterized in that the outer surface (11) of the guide sleeve (9) is also arranged to guide said part (8b) of the medium, the outer surface (11) of the guide sleeve (9) and the inner surface (Sa) of the body (3) are adapted so that the said part (3a) of the body (3), preferably its inner surface (3a), extends to a position closer to the workpiece (4), seen in the transmission direction of the arc, than the outer surface of the guide sleeve (9) does, seen in same direction.

Cutting torch according to any one of claims 2-6 ,. characterized in that said part of the body (3), preferably its inner surface (3a), is arranged to direct said part (8b) of the coolant (8) to the edge of the cut closest to the burner generated by the burner. .

Cutting torch according to any one of the preceding claims with the gaseous coolant (8) supplied to the outlet end of the torch from the opposite end of the torch, characterized by a cooling chamber (13), which encloses the electrode (2) and the plasma generating gas ( 7) and which is delimited by a casing (12) consisting of suitable, heat-conducting and electrically conductive material, which is electrically insulated from the electrode (2) and from the latter's supply, and which cooling chamber (13) is provided with a supply opening ( 14) and discharge opening (15) for the refrigerant (8). s. cutting torch according to claim a, characterized in that said housing (12) is connected to the end sleeve (1) by means of an insulated sleeve (16). Cutting torch according to claim 8 with the electrode (2) supplied with a certain potential and the workpiece (4) supplied with an opposite potential, characterized in that the housing (12) is supplied with said opposite potential.