等离子体切割方法及等离子体切割装置的制作方法

专利名称：等离子体切割方法及等离子体切割装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种切割方法以及等离子体切割装置，所述切割方法是在 切割以钢板为代表的被切割材料时将切割面的上缘和下缘切割成曲面状 的切割方法，所述等离子体切割装置可以选择性地实施将切割面的上缘和 下缘切割成曲面状的切割、和将其垂直切割及坡口切割。
背景技术：
例如以桥梁为代表的钢铁构造体如下这样构成将钢板切割成希望的 形状得到切割材料，对得到的切割材料进行焊接，形成多个构造部件，对 这些构造部件进行组装。因此，构成各个构造部件的切割材料的端部被分 类为焊接到其它切割材料上的焊接面和不进行焊接而露出的露出面。
构成钢铁构造体的构造部件的切割材料采用气割法或等离子体切割 法进行切割。此时，对作为焊接面的部位实施具有与切割材料的厚度对应 的角度的坡口切割，对露出面实施切割面相对于钢板的表面成直角的垂直 切割。尤其，在是将目标切割材料焊接到已经焊接了肋的部件上的结构、 且是具有避开该肋的功能的结构时，有时在一次切割工序(一切割线)中 连续实施坡口切割和垂直切割。
另一方面，在钢铁构造体中，因为构造部件的大部分暴露在空气中， 所以为防止生锈而对表面进行涂装。在这种情况下，虽然露出面也进行涂 装，但是因为该露出面是垂直切断钢板而形成的，所以构成露出面的切断 面与钢板的表背面的交点(缘)近似成直角，存在涂膜容易以该缘为起点 脱落的问题。
为防止上述的以露出面和表背面的缘为起点的涂膜的脱落，利用打磨 机或倒角机沿露出面对该缘实施二次加工，使其变为钝的角度，之后实施 涂装。
如上所述，由于沿着从钢板切断的切断材料的露出面对上下的缘进行二次加工，所以需要大量的时间和劳力。特别是在避开肋的露出面、由人
孔(manhole)或配管用的孔等的曲线构成的露出面，操作者不得不手动 使用打磨机进行二次加工，在縮短工期方面存在较大问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种在利用等离子体焰炬切割被切割材料的 过程中将切割面的上缘和下缘切割成曲面状的等离子体切割方法，以及可 以选择性地实施相对于被切割材料进行垂直切割、坡口切割、将切割面的 上缘和下缘制成曲面状的切割的等离子体切割装置。
为解决上述课题，本发明的切割方法，在对等离子体焰炬的电极周围 供给等离子体气体、同时从喷嘴喷射等离子体电弧来切割被切割材料时， 将切割面的上缘和下缘切割成曲面状，
所述切割方法的特征在于，
通过使选自下述多个条件中的至少一个条件变化，使切割面的上缘和 下缘熔融而成为曲面状，
所述多个条件是将被切割材料的上缘和下缘垂直切割成近似直角时 的切割电流、切割速度、等离子体焰炬的高度、等离子体焰炬的角度以及 等离子体气体的流量。
另外，本发明的等离子体切割装置，其对被切割材料进行垂直切割、 或者对被切割材料进行垂直切割及坡口切割、或者对被切割材料进行坡口 切割，
所述等离子体切割装置具有
等离子体焰炬，其对电极的周围供给等离子体气体，同时从喷嘴喷射 等离子体电弧来切割被切割材料，
移动装置，其使所述等离子体焰炬按目标切割路径移动，
控制装置，其控制施加在所述等离子体焰炬的电极上的切割电流、等 离子体气体流量、等离子体焰炬的移动速度、等离子体焰炬距离被切割材 料的高度及等离子体焰炬相对于被切割材料的倾斜角度，
所述等离子体切割装置的特征在于，
所述控制装置具有存储部，其存储有将切割面的上缘和下缘切割成曲面状时的切割电 流、切割速度、等离子体焰炬的高度、等离子体焰炬的角度及等离子体气 体流量构成的切割条件，
输入装置，其指定将应切割的形状中的切割面的上缘和下缘切割成曲 面状的区域，以及
判别部，其判别由所述输入装置指定的将切割面的上缘和下缘切割成 曲面状的区域。
发明效果
在关于本发明的等离子体切割方法中，通过使选自下述多个条件中的 至少一个条件变化，强制使切割面的上缘和下缘熔融，由此，可以将所述 上缘和下缘切割成曲面状(以下称"圆角切割")，其中所述多个条件是: 将被切割材料的上缘和下缘垂直切割成近似直角时的切割电流、切割速 度、等离子体焰炬的高度、等离子体焰炬的角度以及等离子体气体的流量。
另外，在关于本发明的等离子体切割装置中，预先在控制装置的存储 部中存储由进行圆角切割时的切割电流、切割速度、等离子体焰炬的高度、 等离子体焰炬的角度及等离子体气体的流量构成的切割条件，通过由输入 装置指定在应该切割的形状中进行圆角切割的区域，再由判别部对由输入 装置指定的进行圆角切割的区域进行判别，可以在对被切割材料进行等离 子体切割时，在等离子体焰炬到达进行圆角切割的区域时，读出相对于该
圆角切割的切割条件而进行圆角切割。
因此，在目标切割路径中的切割线上的希望区域，可以选择性地组合 垂直切割、坡口切割、圆角切割来进行连续的切割。


图1是说明切割装置的结构的模式图； 图2是说明等离子体焰炬的构成的模式图； 图3是控制系统的机架图4是说明切割被切割材料时的切割面的形状的图； 图中-
A —切割装置；B —等离子体焰炬；C一被切割材料；D —移动装置；1一电极；2 —喷嘴；3 —保护喷嘴(shieldnozzle) ; 2a， 3a—流路；2b， 3b 一软管；2c， 3c—电磁阀；2d， 3d —流量调整器、气体流量控制装置；4 一焰炬主体；5 —气体供给装置；6a， 7a—导电部件；6b， 7b —绝缘电线 (cabtire) ; 8—电源；ll一轨道；12 —机架；13 —横行滑动架；14一行驶 电机；15 —横行电机；16 —上下电机；17 —焰炬角度轴电机；18 —控制盘； 21—控制装置；21a—计算部；21b —程序存储部；21c—临时存储部；21d
一判别部；21e—输入输出部；22—输入装置；31 33 —切割面；31a 33a 一上缘；31b 33b —下缘。
具体实施例方式
下面，对关于本发明的等离子体切割方法(以下称"切割方法")及 等离子体切割装置(以下称"切割装置")的优选的实施方式进行说明。
关于本发明的切割方法是在切割被切割材料时实施使切割面的上缘 和下缘形成圆角状(R状)的切割的方法。通常在等离子体切割中，尽可 能地使切割面的上缘相对于表面呈直角。相对于此，本发明则积极地将切 割面的上缘和下缘切割成圆角状。然后，通过将上缘和下缘切割成R状， 在对被切断的切割材料的露出面实施涂装时，可以防止以该缘为起点的涂 膜的脱落。
在本发明中，将切割面的上下缘切割成曲面状并不一定仅限于热化学 性切割，也包括通过利用等离子弧的热来熔融存在于上下缘的母材而形成 曲面状的技术。
实施例1
下面，结合附图对本发明的切割装置的优选实施方式及切割方法进行 说明。图l是说明切割装置的结构的模式图。图2是说明等离子体焰炬的 构成的模式图。图3是控制系统的框图。图4是说明切割被切割材料时的 切割面的形状的图。
首先，结合图4对利用构成切割装置A的等离子体焰炬B切割被切 割材料C时的切割面的形状进行说明。图4 (a)是切割被切割材料C并 将切割面31的上缘31a及下缘31b以曲面状进行圆角切割的图。在各缘 31a、 31b处的曲面的半径没有特别的限定，只要是在涂装时涂膜不容易脱落的曲面即可。构成这样的曲面的半径最小也需要2mm 3mm，只要是 具有这以上的半径的曲面即可。
图4 (b)表示通常垂直切割被切割材料C而得到的切割面32，在该 切割面32上，要求上缘32a、下缘32b各自成直角。
图4 (c)表示按规定的角度坡口切割被切割材料C而得到的切割面 33，该切割面33构成为具有对应于被切割材料C的板厚而设定的角度的 倾斜面，要求上缘33a、下缘33b是具有分别设定的角度与直角的合成角 度的锋利边缘。
下面，结合图1 图3对切割装置A的结构及等离子体焰炬B的结构 进行说明。
如图2所示，等离子体焰炬B在中心配置有电极1，在该电极l的周 围设置有喷嘴2及保护喷嘴3。所述电极l、喷嘴2、保护喷嘴3分别被可 以拆装地安装在焰炬主体4上。另外，在焰炬主体4上形成的等离子体气 体的流路2a在电极1与喷嘴2之间开口，在焰炬主体4上形成的保护气 体的流路3a在喷嘴2与保护喷嘴3之间开口 。
并且，为使切割条件变化，虽然未图示，但是电极1及喷嘴2构成为 被水冷的结构。
在焰炬主体4上形成的等离子体气体的流路2a上连接有软管2b，该 软管2b与电磁阀2c、流量调整器2d连接。另外，在保护气体的流路3a 上同样连接有与电磁阀3c、流量调整器3d连接的软管3b。所述各流量调 整器2d、 3d从由气瓶5a或工场配管等及压力调整器5b构成的气体供给 装置5接受气体的供给。
并且，流量调整器2d、 3d可作为气体流量控制装置而发挥作用，分 别对应于来自后述的控制装置21的信号而可以改变应供给的流量。
在电极1上连接有被配置在焰炬主体4上的导电部件6a，在喷嘴2上 同样连接有被配置在焰炬主体4上的导电部件7a。导电部件6a通过绝缘 电线6b与电源8连接，导电部件7a通过绝缘电线7b与切换部件9连接、 进而与电源8连接。另外，被切割材料C通过绝缘电线10与切换部件9 连接、进而与电源8连接。
并且，电源8构成为对应于来自后述的控制装置21的信号可以改变应施加在电极1上的电流值。
在上述构成的等离子体焰炬B中，使气体供给装置5动作，供给已调
整到预先设定的压力的气体，开放电磁阀2c向电极1与喷嘴2间供给等 离子体气体，在进行了规定时间的提前送气(pre-flow)后，对电极1和 喷嘴2通电，形成引弧(pilot arc)。向被切割材料C喷射该引弧，在该 电弧与被切割材料C接触时，开放电磁阀3c以向喷嘴2和保护喷嘴3间 供给密封气体，同时使切换部件9动作来向电极1及被切割材料C间通电， 并且停止电极1与喷嘴2间的通电，从而形成用于切割被切割部件C的主 电弧(main arc)。
切割装置A具有搭载上述等离子体焰炬B并使被切割材料C的区域 移动的移动装置D。如图1所示，该移动装置D构成为具备 一对被平行 铺设的轨道11;具有能够行驶地装载在轨道11上的滑动座架12a和在与 轨道11的铺设方向垂直的方向上配置的横梁12b的门形机架12;以及沿 机架12的横梁12b可以横行地被装载的横行滑动架13。
在机架12的滑动座架12a上设置有使机架12沿轨道11行驶的行驶 电机14，在横行滑动架13上设置有使该滑动架13在与轨道11垂直的方 向上横行的横行电机15。
另外，在横行滑动架13上搭载有等离子体焰炬B，同时设置有上下 电机16和焰炬角度轴电机17，上下电机16使等离子体焰炬B在该等离 子体焰炬B的轴向上移动并使其相对于被切割材料C远离或接近;焰炬角 度轴电机17使等离子体焰炬B的倾斜角度对应于目标坡口角度倾斜。
因此，通过驱动焰炬角度轴电机17及上下电机16来调整等离子体焰 炬B相对于被切割材料C的倾斜角度和高度，之后同步驱动控制行驶电机 14、横行电机15，就可以使等离子体焰炬B二维移动。
并且，在图1中，18是组装了后述的控制装置的控制盘。另外，向等 离子体焰炬B供给各气体的气体供给装置5以及对电极1和被切割材料C 间通电的电源8未搭载在机架12上，而是设置在轨道11附近的规定位置 上。并且，本发明中的移动装置D并不是必须采用门形的机架12，只要 是可以使等离子体焰炬B二维移动而能够一笔写下来将被切割部件C切断 为多个部件即可。下面，结合图3对本实施例的控制切割装置A的控制装置进行说明。
在图中，21是控制装置，其构成为具备计算部21a;程序存储部21b， 其写入有用于切割的程序及切割图4所示的切割面31 33时的切割条件; 临时存储部21c，其临时存储如下信息，包括相对于从被切割材料C应该
切割的部件的切割开始位置和切割结束位置的信息、被切割材料c的板厚
等被切割材料信息以及从输入装置22输入的有关切割区域的信息；判别 部21d，其判定从输入装置22输入的有关切割区域的信息，并判定下一切 割区域是应进行圆角切割的区域还是应进行垂直切割或坡口切割的区域。
22是键盘等输入装置，是输入包括从被切割部件C上切割的部件的 信息、板厚在内的对切割条件有影响的信息等信息的装置。从该输入装置 22输入的信息通过输入输出部21e传递。
写入程序存储部21b的切割条件是施加在等离子体焰炬B的电极1 上的切割电流，与被切割材料C的板厚对应的切割速度，等离子体焰炬B 距离被切割材料C的高度，等离子体焰炬B的倾斜角度，向等离子体焰炬 B的电极l及喷嘴2间供给的等离子体气体的流量。而且，构成所述切割 条件的各个数据被写入按每个被切割材料C的板厚及图4所示的切割面 31 33的形状而设定的矩阵中。
因此，通过由输入装置22输入被切割材料C的板厚信息及切割面31 33的信息，读出对应于被输入的信息的切割条件的数据，基于该数据，独 立或者同步地驱动流量调整器2d、流量调整器3d、电源8、各电机14 17。
作为相对于被切割材料C的切割条件，图4 (b)所示的垂直切割被 切割材料C时的值为基准数据。另外，图4 (c)所示的坡口切割被切割 材料C时的切割条件由如下部分构成:指定等离子体焰炬B的倾斜角度的 坡口角度；伴随等离子体焰炬B的倾斜的、与等离子体焰炬B到被切割材 料C的距离对应的等离子体B的高度；以及与坡口角度对应的、对应于外 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条件和坡口切割所要求的切割条 件中，等离子体焰炬B的倾斜角度、等离子体焰炬B离被切割材料C的 高度及切割速度不同，其它条件即切割电流及等离子体气体流量相同。另外，如图4 (a)所示，在被切割材料C上形成作为圆角切割的切 割面31的情况下，相对于上述基准数据，使选自切割电流、切割速度、 等离子体焰炬B的高度、等离子体焰炬B的角度及等离子体气体的流量中 的至少一个条件变化。例如，在使切割电流变化的情况下，通过使变化后 的切割电流比垂直切割时的切割电流还上升，可以实现圆角切割。另外， 在使切割速度变化的情况下，同样通过使切割速度上升，可以实现圆角切 割。另外，在使等离子体焰炬B的高度变化的情况下，通过该高度上升， 可以实现圆角切割。另外，在使等离子体焰炬B的角度变化的情况下，通 过使该等离子体焰炬B从被切割材料C的表面侧到背面侧以进入产品侧的 方式(以切割面向与图4 (c)的倾斜方向相反的方向倾斜的方式)倾斜， 可以实现圆角切割。并且，在使等离子体气体流量变化的情况下，通过使 该流量增加，可以实现圆角切割。
在上述那样实施圆角切割时，虽然只要使至少一个切割条件变化即 可，但是不仅限于一个，当然也可以同时改变两个或者三个切割条件。例 如，通过在增加切割电流的同时使等离子体焰炬B的角度改变、或进而在 所述两个切割条件的基础上使等离子体气体的流量增加，由此可以在稳定 的状态下实现将切割面31的上缘31a、下缘31b进行圆角切割使其成曲面 状。
在本实施例的切割装置A中，预先通过输入装置22输入沿着从被切 割材料C进行切割的目标形状的等离子体焰炬B的路径信息以及等离子体 焰炬B在路径中的垂直切割区域、坡口切割区域、圆角切割区域的切割区 域信息。被输入的路径信息及切割区域信息被传递至控制装置21，并临时 存储在临时存储部21c中。
若从输入装置22输入要开始切割的主旨的信息，则对应于该信息在 判别部21d中，判别要切割的区域是垂直切割区域、还是坡口切割区域、 还是圆角切割区域，从程序存储部21b读出对应于判别结果的切割条件的 矩阵，同时按照读出的数据控制等离子体电源8、焰炬角度轴电机17、上 下电机16以及气体流量控制装置2d、 3d。同时基于等离子体焰炬B的路 径信息，控制行驶电机14及横行电机15的驱动。
在判别部21d中时刻判别下一切割区域是垂直切割区域、坡口切割区域、圆角切割区域中的哪一个，根据判别的结果读出对应的切割条件的矩 阵，对应读出的切割条件来控制等离子体电源8，焰炬角度轴电机17，上
下电机16以及气体流量控制装置2d、 3d。
因此，即使在一个切割路径(切割线)中垂直切割区域、坡口切割区
域及圆角切割区域混杂的情况下，也可以由控制装置21的判别部21d进 行正确地判断，可以基于判断结果连续地切割各个切割区域，同时执行所 要求的垂直切割、坡口切割、圆角切割。 工业实用性
本发明的切割方法因为可以使切割面的上下缘形成为曲面状，所以形 成的涂膜不会以缘为起点而脱落。因此，在切割构成必须进行涂装的钢铁 结构体的部件时有很大实用性。
另外，本发明的切割装置因为可以对被切割材料C连续地进行垂直切 割、坡口切割、圆角切割，所以用于实现上述切割方法很有利。
权利要求
1.一种切割方法，在对等离子体焰炬的电极周围供给等离子体气体、同时从喷嘴喷射等离子体电弧来切割被切割材料时，将切割面的上缘和下缘切割成曲面状，所述切割方法的特征在于，通过使选自下述多个条件中的至少一个条件变化，使切割面的上缘和下缘熔融而成为曲面状，所述多个条件是将被切割材料的上缘和下缘垂直切割成近似直角时的切割电流、切割速度、等离子体焰炬的高度、等离子体焰炬的角度以及等离子体气体的流量。
2. —种等离子体切割装置，其对被切割材料进行垂直切割、或者对被 切割材料进行垂直切割及坡口切割、或者对被切割材料进行坡口切割，所述等离子体切割装置具有等离子体焰炬，其对电极的周围供给等离子体气体，同时从喷嘴喷射 等离子体电弧来切割被切割材料，移动装置，其使所述等离子体焰炬按目标切割路径移动，控制装置，其控制施加在所述等离子体焰炬的电极上的切割电流、等 离子体气体流量、等离子体焰炬的移动速度、等离子体焰炬距离被切割材 料的高度及等离子体焰炬相对于被切割材料的倾斜角度，所述等离子体切割装置的特征在于，所述控制装置具有存储部，其存储有将切割面的上缘和下缘切割成曲面状时的切割电 流、切割速度、等离子体焰炬的高度、等离子体焰炬的角度及等离子体气 体流量构成的切割条件，输入装置，其指定将应切割的形状中的切割面的上缘和下缘切割成曲 面状的区域，以及判别部，其判别由所述输入装置指定的将切割面的上缘和下缘切割成 曲面状的区域。
全文摘要
本发明提供的切割方法通过使选自下述多个条件中的至少一个条件变化而使切割面(31)的上缘(31a)和下缘(31b)熔融而制成曲面状，所述条件有垂直切割被切割材料(C)时的切割电流、切割速度、等离子体焰炬的高度、等离子体焰炬的角度以及等离子体气体的流量。切割装置(A)具备等离子体焰炬(B)、按目标切割路径使该等离子体焰炬移动的移动装置(D)以及控制施加在电极(1)上的切割电流、等离子体气体流量、等离子体焰炬的移动速度、等离子体焰炬距离被切割材料的高度及等离子体焰炬的倾斜角度的控制装置(21)，该控制装置具有存储由进行圆角切割时的切割电流、切割速度、等离子体焰炬的高度、等离子体焰炬的角度及等离子体气体流量构成的切割条件的存储部和指定进行圆角切割的区域的输入装置(22)以及判别进行圆角切割的区域的判别部(21d)。
文档编号B23K10/00GK101541464SQ20078003667
公开日2009年9月23日 申请日期2007年10月12日 优先权日2006年10月12日
发明者古城昭, 小池哲夫, 平井隆太 申请人:小池酸素工业株式会社