ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ Российский патент 1995 года по МПК B23K9/16 B23K9/167 

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

Известна горелка для дуговой сварки в защитных газах (патент Германии N 2732756, кл. В 23 К 9/16), 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 сваpки и пористую пеpегородку, выполненную из четырех металлических сеток и установленную между накопительной камерой и входным отверстием сопла.

Недостатком известной горелки является 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).

Известна горелка для дуговой сварки в среде защитных (авт. св. N 996130, кл. В 23 К 9/16, 1983) содержащая газовую линзу, выполненную с кольцевой периферийной зоной шириной 1/6-1/5 диаметра линзы, изготовленной из шариков диаметром 0,004-0,11 внутреннего диаметра сопла, а высота линзы равна 0,1-0,3 внутреннего диаметра сопла.

Недостатком этого изобретения является невозможность практически создать требуемый профиль скорости и обеспечить низкий уровень интенсивности турбулентности, необходимый для обеспечения надежной защиты переплавляемого дугой металла.

Известна горелка для дуговой сварки в среде защитных газов (авт.св. N 1207682, кл. В 23 К 9/167, 1986), содержащая корпус с кольцевой накопительной камерой, штуцер с цилиндрическим каналом для подачи газа в накопительную камеру, сопла для подачи газа в зону сварки с входным и выходным отверстиями, а также пористую перегородку, установленную между кольцевой накопительной камерой и входным отверстием сопла.

Недостатком этой горелки является сложность конструкции, выраженная в наличии диффузорного и цилиндрического участков внутренней проточной части сопла и сложной конфигурации пористой перегородки, невозможность выполнения сварки на повышенных вылетах электрода из сопла, а также ограниченный обзор рабочей зоны.

Известна горелка для дуговой сварки в среде защитных газов, содержащая корпус с кольцевой накопительной камерой, штуцер с цилиндрическим каналом для подачи газа, а также сопло, в полости которого расположена ячеистая перегородка с увеличивающейся по радиусу длиной каналов.

Недостатком известной горелки является недостаточно надежная защита сварочной ванны, в частности при сварке на ветру, а также изделий с узкими глубокими разделками.

Технической задачей изобретения является повышение надежности защиты переплавляемого дугой металла и расширение использования горелки для сварки на больших вылетах электрода при сварке на ветру, а также в узкие глубокие разделки за счет образования мелкомасштабного потока газа с интенсивностью турбулентности 0,4-0,9% и показательным профилем скорости течения газа, имеющим плавно изменяющийся по радиусу градиент средней скорости в пределах от 0,25 до 5 м/с и стабильный для каждого значения текущего радиуса по периметру.

Это достигается тем, что в горелке, содержащей корпус с кольцевой накопительной камерой, штуцер с цилиндрическим каналом для подачи газа в накопительную камеру, сопло для подачи газа в зону сварки с входными и выходным отверстиями, ячеистую перегородку, установленную между кольцевой накопительной камерой и входным отверстие сопла, ячеистая перегородка выполнена в виде набора тонких протяженных каналов, разделенных перегородкой и расположенных по окружности с гидравлическим диаметром ячеек каналов 0,35.0,5 мм, толщиной стенок 0,1.1,8 мм и переменной по радиусу длиной каналов перегородки, при этом площадь поперечного сечения канала штуцера и площадь поперечного сечения накопительной камеры находятся в соотношении 0,16.0,20.

На фиг.1 представлена горелка, общий вид; на фиг.2 пример профилирования перегородкой скорости на срезе сопла; на фиг.3 зависимость содержания азота в металле шва от скорости ветра (при определенном профиле скорости на срезе сопла); на фиг.4 то же, от параметров ячеистой перегородки.

Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов, состоит из корпуса 1 с кольцевой накопительной (газовой) камерой 2, штуцера 3 с каналом 4 для подачи газа в камеру, сопла 5 для создания защиты зоны сварки с входным отверстием 6 и выходным 7, выполненным из термостойкого электроизоляционного материала. Между кольцевой камерой 2 и водным отверстием 6 сопла 5 установлена ячеистая перегородка, включающая набор тонких протяженных каналов, разделенных перегородкой и расположенных по окружности с гидравлическим диаметром ячеек каналов 0,35.0,5 мм, толщиной стенок 0,1.1,8 мм и переменной по радиусу длиной каналов. При этом площади поперечных сечений канала 4 штуцера 3 и камеры 2 находится в соотношении 0,16-0,20. Корпус снабжен колпачком 9 для зажима электрода 10. Корпус 1, штуцер 3 и колпачок 9 покрыты электроизоляционным термостойким покрытием 11.

Принцип работы горелки.

Защитный газ через канал 4 попадает в кольцевую накопительную камеру 2, в которой поступающий поток газа совершает поворот на 90^о, имея при этом вращательную составляющую. Далее через перегородку 8 газ поступает в коническую проточную часть сопла 5 через входное отверстие 6, при этом формирование газового потока происходит за счет конструктивного выполнения перегородки 8 (фиг.2).

Создание мелкомасштабного потока с интенсивностью турбулентности 0,4. 0,9% обеспечивается при гидравлическом диаметре ячеек каналов 0,35-0,5 м и толщине перегородок между ними 0,1-0,18 мм. При этом площади поперечных сечений канала штуцера и накопительной камеры находятся в соотношении 0,16-0,20. Измерения газового потока производили термоане- мометром.

Указанная конструкция перегородки позволяет получить на срезе перегородки и сопла показательный профиль скорости U/U₁ m с плавноизменяющимся по радиусу градиентом средней скорости dU/dr, где U₁ максимальное значение скорости в струе; m отношение скорости в сформированной струе; U,r текущие значения скорости и радиуса кольцевой струи; Н ширина слоя сдвига при одновременном обеспечении высокой стабильности значений U f(r) по периметру.

Особенностью показательного профиля является постоянство безразмерного параметра t , характеризующего развитие возмущений по сечению слоя сдвига при постоянном значении координаты х от срезы сопла.

Эффективность защиты переплавляемого дугой металла в реальных условиях сварки оценивали по остаточному содержанию азота в металле шва.

Ветровые потоки создавали с помощью аэродинамической трубы.

Было установлено, что качество защиты с уменьшением гидравлического диаметра ячеек и толщиной стенок каналов улучшается (фиг.4).

Меньшие значения для ячеистой перегородки получить сложно из-за технологии изготовления хонейкомба, при этом необходимо учитывать также возрастающее давление в газовых коммуникациях. Большие 0,5 мм значения гидравлического диаметра неприемлемы из-за высокого содержания азота в наплавленном металле (фиг.3).

Допустимые по нормам значения, содержания азота в металле шва обеспечивались при гидравлическом диаметре ячеек в пределах 0,35-0,5 м и толщине стенок 0,1.0,18 мм.

Эксперименты с горелками в аэродинамической трубе (сварка стыковых соединений) показали, что при средней скорости истечения газа на срезе сопла 2,8. 3,0 см/с можно обеспечить качественную защиту переплавляемого дугой металла (содержание азота в шве не более 0,02%) при скорости ветра до 3,5 м/с (фиг.3).

Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов обеспечивает получение на срезе выходного отверстия 7 сопла 5 мелкомасштабного струйного потока газа с показательным профилем скорости с низкой интенсивностью турбулентности и стабильным для каждого значения текущего радиуса по периметру распределение скорости на срезе сопла 5. Струйный поток газа, характеризующийся такими параметрами, устойчив к длинноволновым возмущениям и боковым ветровым нагрузкам.

Использование: в энергетическом строительстве, судостроении и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: горелка включает накопительную камеру, штуцер с каналом для подачи газа в камеру, сопло для подачи газа в зону сварки с входным и выходным отверстиями. Между накопительной камерой и входным отверстием сопла установлена ячеистая перегородка с диаметром ячеек 0,35 ... 0,5 мм, толщиной стенок 0,1 ... 0,18 мм и переменной по радиусу длиной каналов перегородки. Площади поперечных сечений канала штуцера и накопительной камеры находятся в соотношении 0,16 ... 0,20. Горелка обеспечивает надежность защиты переплавляемого дугой металла и позволяет ее использовать для сварки на больших вылетах электрода при сварке на ветру, а также в узкие глубокие разделки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ, содержащая корпус с кольцевой накопительной камерой, штуцер с цилиндрическим каналом для подачи газа, а также сопло и ячеистую перегородку с увеличивающейся по радиусу длиной каналов, отличающаяся тем, что ячеистая перегородка установлена между кольцевой накопительной камерой и входным отверстием сопла, при этом диаметр ячеек каналов перегородки составляет 0,35-0,5 мм, толщина стенок каналов - 0,1-0,18 мм, а отношение площадей поперечного сечения канала штуцера и накопительной камеры составляет 0,16-0,20. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что торцевая поверхность перегородки со стороны нерабочего торца сопла выполнена вогнутой.