ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ Российский патент 1995 года по МПК B23K9/167 

Изобретение относится к горелкам для дуговой сварки в среде защитных газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности и строительства.

Известна горелка для дуговой сварки в защитных газах по [1] содержащая кольцевую накопительную камеру, сопло для подачи газа в зону сварки и пористую перегородку, установленную между накопительной камерой и входным отверстием со- пла, с суммарной площадью отверстий Σ S_o и площадью поперечного сечения S_п, находящихся в соотношении
Σ S_o= (0,7÷ 0,907)S_п что соответствует пористости П 0,41 0,48
Недостатками этой горелки являются повышенные габаритные размеры и сложность конструкции за счет подачи газа в накопительную камеру через отверстия центральной аксиальной подводящей газ трубки и использования сопла со сложенной внутренней поверхностью проточной части, состоящей из конического и цилиндрического участков, а также невозможность выполнения сварки на повышенных вылетах электрода из сопла горелки (вылет до 15 мм) за счет увеличенных значений пористости (0,41-0,48) и недостаточного выравнивания скорости истечения газа по периметру выходного отверстия сопла.

Известна также горелка для дуговой сварки в защитных газах [2] содержащая кольцевую накопительную камеру, разделенную на две части перегородкой с отверстиями, штуцер с цилиндрическим каналом для подачи газа в накопительную камеру под перегородкой с отверстиями, сопло для подачи газа в зону сварки и пористую перегородку, выполненную из четырех металлических сеток и установленную между накопительной камерой и входным отверстием сопла.

Недостатками данной горелки являются сложность конструкции, выраженная в наличии двух перегородок и четырех сеток в пористой перегородке, а также невозможность выполнения сварки на повышенных вылетах электрода из сопла горелки (вылет не более 6 мм).

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является горелка для дуговой сварки в среде защитных газов [3] принятая за прототип и содержащая корпус с кольцевой накопительной камерой, штуцер с цилиндрическим каналом для подачи газа в накопительную камеру, сопло для подачи газа в зону сварки с входным и выходным отверстиями, а также перегородку с газораспределительными отверстиями, установленную между кольцевой накопительной камерой и входным отверстием сопла.

Недостатками этой горелки являются сложность конструкции, выраженная в наличии диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков внутренней проточной части сопла и сложной конфигурации перегородки с газораспределительными отверстиями, невозможность выполнения сварки на повышенных вылетах электрода из сопла, а также ограниченный обзор рабочей зоны.

Целью изобретения является повышение качества газовой защиты сварочной ванны и улучшение обзора рабочей зоны при сварке неплавящимся электродом на повышенных его вылетах из сопла горелки за счет образования мелкомасштабного потока газа с 0,5% интенсивностью турбулентности и равномерности распределения скорости истечения газа по периметру выходного отверстия сопла в пределах 0,25-2,0 м/с, а также упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что перегородку выполняют из двух металлических сеток с общей пористостью, находящейся в пределах 0,2-0,3, кольцевую накопительную камеру длиной не менее трех диаметров канала штуцера для подачи газа в камеру, а площадь поперечного сечения канала штуцера выбирают 0,1-0,15 от площади поперечного сечения накопительной камеры.

На фиг. 1 представлена горелка; на фиг.2 зависимость содержания азота в процентах в металле шва от длины накопительной камеры (фиг.2,а) и соотношения площадей поперечных сечений кольцевой накопительной камеры и канала штуцера (фиг.2,б); на фиг.3 зависимость содержания азота в процентах в металле шва от количества металлических сеток в пористой перегородке (фиг.3, а) и пористости перегородки (фиг.3, б).

Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов содержит корпус 1 с кольцевой накопительной камерой 2, штуцер 3 с каналом 4 для подачи газа в камеру 2, сопло 5 для подачи газа в зону сварки с входным отверстием 6 и выходным отверстием 7, выполненное из термостойкого электроизоляционного материала, перегородку 8 с газораспределительными отверстиями и цангу 9 для зажима электрода 10 в корпусе 1. Корпус 1 и штуцер 3 покрыты электроизоляционным термостойким покрытием 11, а цанга 9 оснащена термостойким электроизолятором 12.

Горелка работает следующим образом.

Защитный газ через канал 4 подают в кольцевую накопительную камеру 2, в которой поток поступающего газа подвергают повороту вдоль периметра внутренней поверхности камеры. Преобразованный поток газа через перегородку 8 поступает в коническую проточную часть сопла 5 через входное отверстие 6. В конической части сопла 5 поток газа подвергают выравниванию по скорости истечения по периметру выходного отверстия 7 и тем самым снижают интенсивность его турбулентности. При этом длина накопительной камеры 2 должна быть не менее трех диаметров канала 4 штуцера 3. Указанное соотношение получено экспериментальным путем. При длине камеры 2 менее трех диаметров канала 4 не обеспечивается выравнивание скорости истечения газа перед входом перегородки 8, выполненной из двух металлических сеток с общей пористостью 0,2-0,3. Указанная величина пористости перегородки 8 обеспечивает выравнивание скорости газа по периметру выходного отверстия 7 сопла 5 и создание мелкомасштабного турбулентного потока газа низкой интенсивности турбулентности. Установлено экспериментально, что оптимальная величина пористости перегородки 8, равная 0,2-0,3, достигается при интенсивности турбулентности 0,5% в диапазоне скоростей истечения газа из выходного отверстия 7 сопла 5, равных 0,25-2,0 м/с. Замеры скоростей истечения осуществляли термоанемометром.

За критерий оценки качества защиты сварочной ванны при проведении экспериментальных работ было принято процентное содержание азота металле сварного шва. Эффективность качества газовой защиты определялась минимальным содержанием азота, которое устанавливали методом наплавки в вакууме. Установлено, что качество защиты сварочной ванны повышается с увеличением величины соотношения длины Н_к кольцевой накопительной камеры 2 к диаметру d_к канала 4 штуцера 3 (фиг.2, а), а также с увеличением величины соотношения площади поперечного сечения S_к кольцевой накопительной камеры 2 к площади поперечного сечения s_к канала 4 штуцера 3 (фиг.2, б). Результаты экспериментов показали, что наименьшее содержание азота в металле шва при величине соотношения более 3 и при величине соотношения равном 7-10, или наоборот при величине соотношения равном 0,1-0,15.

Экспериментальным путем установлено также влияние количества m сеток в перегородке 8 и величины пористости П перегородки 8 на качество защиты металла сварочной ванны. Установлено, что качество защиты сварочной ванны достигается при наличии двух сеток в перегородке 8. Установлено также, что качество защиты не повышается при увеличении количества m сеток свыше двух (фиг.3, а) и приводит лишь к повышению гидравлического сопротивления перегородки 8, а следовательно, к повышению давления газа в кольцевой накопительной камере 2, что влечет за собой мероприятия по улучшению герметизации газовых коммуникаций горелки. Эксперименты показали, что при величине пористости П перегородки 8 более 0,3 эффективность газовой защиты снижается (фиг.3, б), а уменьшение пористости П менее 0,2 приводит к повышению давления в кольцевой накопительной камере 2, что также влечет за собой мероприятия по улучшению герметизации газовых коммуникаций горелки.

Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов обеспечивает получение на срезе выходного отверстия 7 сопла 5 мелкомасштабного струйного потока защитного газа с низкой интенсивностью турбулентности и высокой равномерностью распределения скорости истечения по периметру выходного отверстия 7 сопла 5. Струйный поток газа, характеризующийся такими параметрами, устойчив к длинноволновым возмущениям и обеспечивает надежную защиту металла сварочной ванны при сварке на вылете электрода 10 из сопла 5 до 25 мм.

Конструкция проточной части горелки обеспечивает простоту конструкции всей горелки, низкие ее габаритные размеры и технологичность изготовления.

Использование: дуговая сварка в среде защитных газов в различных отраслях промышленности и строительства. Сущность изобретения: газ подают в кольцевую накопительную камеру 2 корпуса 1 через канал 4 штуцера 3; через пористую перегородку 8 с пористостью 0,2 - 0,3 газ поступает в сопло 5 с интенсивностью турбулентности 0,5% в диапазоне скоростей истечения из выходного отверстия 7, равных 0,25 - 2,0 м/с, при соотношении длины накопительной камеры 2 к диаметру канала 4 более 3 и соотношение площадей поперечного сечения канала 4 и накопительной камеры 2, равном 0,1 - 0,15; горелка обладает простой конструкцией, малыми габаритами и обеспечивает качество газовой защиты сварочной ванны при сварке на вылетах электрода из среза 7 сопла 5 до 25 мм. 3 ил.

ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ, содержащая корпус с кольцевой накопительной камерой, штуцер с цилиндрическим каналом для подачи газа в накопительную камеру, сопло для подачи газа с входным и выходным отверстиями, а также перегородку с газораспределительными отверстиями, установленную между кольцевой накопительной камерой и входным отверстием сопла, отличающаяся тем, что перегородка выполнена в виде двух металлических сеток с общей пористостью 0,2 0,3, кольцевая накопительная камера выполнена длиной не менее трех диаметров канала штуцера для подачи газа, а соотношение площади поперечного сечения канала штуцера и площади поперечного сечения накопительной камеры выбрано в пределах 0,1 0,15.