等離子弧柱壓縮器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種等離子弧柱壓縮器，包括壓縮系統(tǒng)和配套的切割系統(tǒng)，其中，壓縮系統(tǒng)包括壓縮電流源、壓縮套筒和壓縮導(dǎo)線，完成對原有等離子弧柱的壓縮；配套的切割系統(tǒng)包括原有切割電流源、切割導(dǎo)線、割炬以及工件，完成對金屬管板的切割。本發(fā)明可以壓縮等離子弧柱更細(xì)，能量更加集中，因而帶來響應(yīng)速度快、切口更窄、運行可靠平穩(wěn)等優(yōu)勢，使得切割質(zhì)量更加接近精細(xì)切割、類激光切割下限水平。
【專利說明】等離子弧柱壓縮器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子切割領(lǐng)域與電力電子變換領(lǐng)域的一種等離子切割用割炬輔助裝置，具體地，涉及一種等離子弧柱壓縮器。
【背景技術(shù)】
[0002]不論是手動、半自動，還是全自動切割，等離子切割裝置是由機械設(shè)備、電控設(shè)備、供氣設(shè)備等組成，其中電控設(shè)備包括電源系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、割炬系統(tǒng)和ECAN總線，電源系統(tǒng)又包括等離子切割電源、引弧箱、氣控箱、冷卻系統(tǒng)、管線等主要部分。割炬系統(tǒng)包括割炬、水平伺服控制器和調(diào)高器控制器。
[0003]等離子切割裝置的功率電路逐漸增加，切割電流已經(jīng)由130A、260A、400A、530A、650A、800、1000A發(fā)展，用于切割更厚的金屬板材和管材，功率等級也由22kW超175kW方向增加。另一個方面，對金屬工件切割的質(zhì)量要求也越來越高。影響切割質(zhì)量指標(biāo)的因素有多種，包括割炬水平運動精度、割炬垂直運動精度、保護(hù)氣與切割氣的穩(wěn)定度、切割電流的精度等等。等離子切割裝置的切割精度高于火焰切割精度，其原因之一就是等離子切割裝置的切割弧柱具有機械收縮、熱收縮和磁收縮，使得切割弧柱變得更加精細(xì)，能量密度更高，弧柱速度可到57km/s，因此切割質(zhì)量好，而且切割速度快。目前世界上能夠生產(chǎn)割炬的企業(yè)較多，包括海寶、維克多、凱爾貝等企業(yè)。割炬設(shè)計的好壞是影響切割的最后一步，割炬由負(fù)極(負(fù)電極)、割嘴(割嘴)、渦流環(huán)、護(hù)套、上套筒和下套筒等組成，其中有保護(hù)氣、切割氣、冷卻液、電流等流動，割炬的結(jié)構(gòu)設(shè)計直觀重要，可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)然也可以設(shè)計新型電磁裝置，利用電磁設(shè)計，增強切割弧柱能量密度，改善切割質(zhì)量。
[0004]經(jīng)過對等離子割炬和弧柱方面現(xiàn)有技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)主要有以下代表性文獻(xiàn):
[0005]李波發(fā)表的“直流等離子弧切割炬的優(yōu)化和設(shè)計”(中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，碩士學(xué)位論文，2007年)，該文獻(xiàn)探討了等離子弧切割炬的優(yōu)化和設(shè)計，沒有給出其他方面的考慮。
[0006]綜合以上，對等離子割炬現(xiàn)有技術(shù)的檢索后發(fā)現(xiàn)，還沒有文獻(xiàn)給出利用磁收縮技術(shù)來改善弧柱品質(zhì)的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種等離子弧柱壓縮器，支持輸出直流電流可達(dá)260A，控制簡單，動態(tài)響應(yīng)快速，輸出直流電流紋波低。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的等離子弧柱壓縮器，包括:一壓縮系統(tǒng)，用于完成對原有等離子弧柱的壓縮；一配套的切割系統(tǒng)，用于完成對金屬管板的切割。
[0009]所述壓縮系統(tǒng)包括壓縮電流源、壓縮導(dǎo)線和壓縮套筒；所述切割系統(tǒng)包括切割電流源、切割導(dǎo)線、割炬和工件；其中，所述兩根壓縮導(dǎo)線的一端分別連接壓縮電流源的正極和負(fù)極，它們的另一端分別連接壓縮套筒的上下端，所述壓縮套筒罩在割炬的負(fù)極以下和工件以上部分，套筒為導(dǎo)體材料；所述兩根切割導(dǎo)線的一端分別連接切割電流源的正極和負(fù)極，它們的另一端分別連接到割炬的負(fù)極和工件；所述割炬的負(fù)極經(jīng)過一根切割導(dǎo)線連接切割電流源的負(fù)極；所述工件經(jīng)過另一根切割導(dǎo)線連接切割電流源的正極，工件相當(dāng)于正極。
[0010]本發(fā)明的工作原理是:壓縮電流源輸出無紋波的直流電流，直流電流流經(jīng)套筒，方向由上倒下，形成靜止環(huán)形磁場，俯視時在套筒內(nèi)部形成順時針方向。切割電流會流經(jīng)工件，然后在工件和割炬的割嘴之間產(chǎn)生等離子弧柱，最后由割嘴內(nèi)負(fù)極以直流電流形式流回切割電流源。等離子弧柱包含正電荷和電子，弧柱方向由上到下，速度高達(dá)67km/s。等離子弧柱也形成環(huán)形靜止磁場，在該磁場的作用下，正電荷和電子趨向于向弧柱中心移動，這就是等離子弧柱磁收縮(磁壓縮)效應(yīng)。等離子弧柱中正電荷和電子在壓縮電流形成的靜止環(huán)形磁場作用下，阻止向弧柱外圍移動。結(jié)果，在切割電流(等離子弧柱)和壓縮電流形成磁場的作用下，等離子弧柱更加精細(xì)，完整，能量密度更高，穿透力更強，割縫更細(xì)，切割質(zhì)量越聞。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:等離子弧柱更細(xì)，能量密度更高，帶來切割工藝的改變和切割質(zhì)量的提升；考慮問題如下:收縮套筒的設(shè)計不應(yīng)影響弧柱的形成,收縮套筒的材質(zhì)應(yīng)該耐受高溫。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0013]圖1為本發(fā)明原理圖；
[0014]圖2為本發(fā)明套筒結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖中:壓縮電流源I，壓縮套筒2，壓縮導(dǎo)線3，切割電流源4，切割導(dǎo)線5，割炬6，工件7，割嘴8。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供一種等離子弧柱壓縮器，包括壓縮系統(tǒng)和切割系統(tǒng)，其中壓縮系統(tǒng)包括壓縮電流源1、壓縮套筒2和壓縮導(dǎo)線3，完成對原有等離子弧柱的壓縮；配套的切割系統(tǒng)包括原有切割電流源4、切割導(dǎo)線5、割炬6以及工件7，割炬6內(nèi)部具有負(fù)極8，割炬6最下端為割嘴，完成對金屬管板的切割。圖中Il為切割電流源的電流，12為壓縮電流源的電流，二者的方向相反。
[0018]所述兩根壓縮導(dǎo)線3的一端分別連接壓縮電流源I的正極和負(fù)極，另兩端分別連接壓縮套筒2的上下端，所述壓縮套筒2罩在割炬6的負(fù)極8以下和工件7以上部分，套筒2為足夠低阻值的導(dǎo)體材料(目的在于降低套筒本身的發(fā)熱，提高效率);所述兩根切割導(dǎo)線5的一端分別連接切割電流源4的正極和負(fù)極，另兩端分別連接到割炬6的負(fù)極8和工件7 ;所述割炬6的負(fù)極8經(jīng)過一根切割導(dǎo)線5連接切割電流源4的負(fù)極；所述工件7經(jīng)過另一根切割導(dǎo)線5連接切割電流源4的正極，工件7相當(dāng)于正極。
[0019]本實施例中，所述壓縮電流源I為一個直流電流源，電流幅度連續(xù)可調(diào)，范圍為O ?260A。
[0020]本實施例中，所述壓縮導(dǎo)線3為兩條粗銅線，兩條銅線一端分別連接壓縮電流源I的正極和負(fù)極。
[0021]本實施例中，所述壓縮套筒2為銅制套筒，罩在割炬6的負(fù)極以下和工件7以上部分，套筒具有很多形狀、尺寸和質(zhì)地，套筒實際上也為導(dǎo)體，套筒為耐高溫的導(dǎo)電材料，自身熱損失盡量低。套筒的形狀和尺寸可以根據(jù)需要確定，如圖2所示，可以為上下一致的空心圓柱形、中間細(xì)的空心圓柱形、上粗下細(xì)的空心圓柱形或上細(xì)下粗的空心圓柱形。
[0022]本實施例中，所述切割電流源4為一個直流電流源，電流幅度連續(xù)可調(diào)，輸出直流范圍為O?260A，輸出直流電壓150V。
[0023]本實施例中，所述切割導(dǎo)線5為兩條粗銅線，兩條銅線一端分別連接切割電流源4的正極和負(fù)極。
[0024]本實施例中，所述割炬6為現(xiàn)有割炬產(chǎn)品。
[0025]本實施例中，所述工件7為被加工板材。
[0026]本實施例中，壓縮電流源I輸出無紋波的直流電流，直流電流流經(jīng)套筒，方向由上到下，形成靜止環(huán)形磁場，俯視時在套筒內(nèi)部形成順時針方向。切割電流會流經(jīng)工件7，然后在工件7和割炬6割嘴8之間產(chǎn)生等離子弧柱，最后由割嘴內(nèi)負(fù)極以直流電流形式流回切割電流源4。等離子弧柱包含正電荷和電子，弧柱方向由上到下，速度高達(dá)67km/s。等離子弧柱也形成環(huán)形靜止磁場，在該磁場的作用下，正電荷和電子趨向于向弧柱中心移動，這就是等離子弧柱磁收縮(磁壓縮)效應(yīng)。等離子弧柱中正電荷和電子在壓縮電流形成的靜止環(huán)形磁場作用下，阻值向弧柱外圍移動。結(jié)果，在切割電流(等離子弧柱)和壓縮電流形成磁場的作用下，等離子弧柱更加精細(xì)，完整，能量密度更高，穿透力更強，割縫更細(xì)，切割質(zhì)量越聞。
[0027]以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子弧柱壓縮器，包括:一壓縮系統(tǒng)，用于完成對原有等離子弧柱的壓縮；一配套的切割系統(tǒng)，用于完成對金屬管板的切割；其特征在于: 所述壓縮系統(tǒng)包括壓縮電流源、壓縮導(dǎo)線和壓縮套筒； 所述切割系統(tǒng)包括切割電流源、切割導(dǎo)線、割炬和工件； 其中，兩根所述壓縮導(dǎo)線一端分別連接壓縮電流源的正極和負(fù)極，它們的另一端分別連接壓縮套筒的上下端，所述壓縮套筒罩在割炬的負(fù)極以下和工件以上部分，套筒為導(dǎo)體材料；兩根所述切割導(dǎo)線一端分別連接切割電流源的正極和負(fù)極，它們的另一端分別連接到割炬的負(fù)極和工件；所述割炬負(fù)極連接切割電流源的負(fù)極；所述工件連接切割電流源的正極，工件相當(dāng)于正極； 所述壓縮電流源輸出無紋波的直流電流，直流電流流經(jīng)壓縮套筒，方向由上倒下，形成靜止環(huán)形磁場，俯視時在套筒內(nèi)部形成順時針方向；切割電流源會流經(jīng)工件，然后在工件和害I]炬的割嘴之間產(chǎn)生等離子弧柱，最后由割嘴內(nèi)負(fù)極以直流電流形式流回切割電流源；等離子弧柱包含正電荷和電子，弧柱方向由上到下，等離子弧柱也形成環(huán)形靜止磁場，在該磁場的作用下，正電荷和電子趨向于向弧柱中心移動，這就是等離子弧柱磁收縮效應(yīng)；等離子弧柱中正電荷和電子在壓縮電流形成的靜止環(huán)形磁場作用下，阻止向弧柱外圍移動，在等離子弧柱和壓縮電流形成磁場的作用下，等離子弧柱更加精細(xì)，完整，能量密度更高，穿透力更強，割縫更細(xì)，切割質(zhì)量越高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子弧柱壓縮器，其特征在于所述壓縮套筒的形狀為上下一致的空心圓柱形、中間細(xì)的空心圓柱形、上粗下細(xì)的空心圓柱形或上細(xì)下粗的空心圓柱形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子弧柱壓縮器，其特征在于所述壓縮電流源為一個直流電流源，電流幅度連續(xù)可調(diào)，范圍為O?260A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子弧柱壓縮器，其特征在于所述切割電流源為一個直流電流源，電流幅度連續(xù)可調(diào)，輸出直流范圍為O?260A，輸出直流電壓150V。
【文檔編號】B23K10/00GK103737164SQ201410003006
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】楊喜軍, 陸飛, 唐厚君 申請人:上海交通大學(xué)