ОТСЕКАТЕЛЬ ГАЗА Российский патент 1995 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к сварке, а именно к технологическому оборудованию, регулирующему расход защитного газа.

Известно устройство для подачи защитного газа в зону сварочной дуги, содержащее последовательно связанные между собой редуктор, электрогазовый клапан, предохранительный клапан с регулируемым дросселем и ротаметр, при этом предохранительный клапан выполнен в виде подпружиненного цилиндрического поршня с глухим дном со стороны подвода газа, имеющего на наружной поверхности кольцевую проточку, соединенную с каналом выхода газа к ротаметру, причем на наружной поверхности поршня от края глухого дна и до кольцевой проточки выполнены пазы переменного сечения с увеличением в сторону выхода газа к ротаметру [1]
Недостатком известного устройства является его конструктивная сложность.

Известно дистанционное рычажное устройство для включения сварочного тока при полуавтоматической сварке в защитном газе, располагаемом на электродержателе, содержащее штоки, из которых один имеет кольцевую выточку для прохода защитного газа, а второй контакты для замыкания цепей управления подачи проволоки и контактора сварочного тока [2]
Устройство вмонтировано в электрододержатель, что значительно увеличивает его массу и, кроме того, оно недолговечно в эксплуатации.

Известен отсекатель газа (прототип), включающий корпус, состоящий из верхней и нижней крышек, соединенных между собой с образованием успокоительной камеры, при этом в нижней крышке выполнены отверстия для входа и выхода газа из успокоительной камеры, а на верхней крышке выполнено направляющее отверстие под подпружиненный шток, взаимодействующий с газопроводящим отверстием посредством привода, выполненного в виде рычага, шарнирно установленного на стойке, прикрепленной к верхней крышке [3]
Недостатками известного отсекателя являются большой расход защитного газа, вызванный постоянным сечением газопроводящего канала, и невозможность регулирования проходного сечения канала в зависимости от режимов сварки.

Цель изобретения сокращение расхода защитного газа путем регулирования проходного сечения газопроводящего канала в зависимости от режимов сварки.

Поставленная цель достигается тем, что в отсекателе газа, включающем корпус, состоящий из верхней и нижней крышек, соединенных между собой с образованием успокоительной камеры, при этом в нижней крышке выполнены отверстия для входа и выхода газа из успокоительной камеры, а на верхней крышке выполнено направляющее отверстие под подпружиненный шток, взаимодействующий с газопроводящим отверстием посредством привода, выполненного в виде рычага, шарнирно установленного на стойке, прикрепленной к верхней крышке, шток снабжен дроссельной иглой, взаимодействующей с ответной поверхностью отверстия для входа газа в успокоительную камеру, при этом на стойке соосно штоку установлен взаимодействующий с ним упорный винт, снабженный шкалой, а успокоительная камера выполнена со следующими геометрическими размерами: H D₁: (3.5); D₁ (12.20)D₂, где Н высота камеры, D₁ диаметр камеры, D₂ диаметр входного в камеру отверстия, причем (1,2.3) D₂ D₃, где D₃ диаметр выходного из камеры отверстия.

Отсекатель газа характеризуется наличием следующих существенных отличительных признаков:
шток снабжен дроссельной иглой, взаимодействующей с ответной поверхностью отверстия для входа газа в успокоительную камеру. Данный признак обеспечивает надежное перекрытие входного отверстия, исключающее поступление газа в успокоительную камеру, т.е. перекрытие газоподающего канала в периоды прекращения процесса сварки, исключая тем самым излишний расход защитного газа; однако данный признак широко известен в технике и используется по своему прямому назначению, поэтому не обладает новизной;
на стойке соосно штоку установлен взаимодействующий с ним упорный винт, снабженный шкалой, что обеспечивает регулирование величины хода штока с дроссельной иглой в осевом направлении и тем самым осуществляет регулирование проходного сечения входного в успокоительную камеру отверстия в зависимости от режимов сварки, т.е. при одних режимах в зону сварки поступает одно количество газа, а при других режимах другое количество газа, при этом величина расхода газа контролируется визуально по шкале, нанесенной на головку винта; данный признак как и признак "а" общеизвестен и не обладает новизной;
в) успокоительная камера выполнена с определенными геометрическими размерами, а именно высота Н D₁ (диаметр камеры): (3-5); D₁ (12-20)D₂ (диаметр входного в камеру отверстия), при этом (1,2-3) D₂ D₃ (диаметр выходного из камеры отверстия).

Данный признак обеспечивает спокойное (ламинарное) истечение защитного газа в зону сварки, осуществляя таким образом надежную защиту сварочной ванны от атмосферного воздуха. При выполнении успокоительной камеры с размерами, отличными от заявляемых, например с меньшими размерами, кольцевой поток защитного газа, врываясь под давлением 5-6 атмосфер в успокоительную камеру, разбивается о верхнюю крышку, но не успокаивается, а трансформируется в турбулентный поток, и в таком виде поступает в зону сварки, в результате вокруг сварочной ванны образуется рваная газовая завеса, пропускающая атмосферный кислород к расплавленному металлу, ухудшающему качество сварного шва. Если размеры успокоительной камеры больше заявленных, то отсекатель газа проявляет значительную инерционность, т.е. от момента его включения и до выхода газа из сопла сварочной горелки в зону сварки проходит много времени, которое сварщик должен бездействовать, что нерационально. Если размеры успокоительной камеры выполнены произвольными, т.е. где больше, а где меньше заявленных пределов, то возникает ряд технологических причин, в силу которых эффективность отсекателя газа сводится к нулю и от его использования приходится отказаться. В настоящее время проходят апробацию партия отсекателей с различными геометрическими размерами успокоительной камеры; хорошие результаты получены у тех, успокоительные камеры которых выполнены с заявленными размерами, что подтверждает правильность теоретического их обоснования.

В результате исследований по патентной и научно-технической литературе были выявлены аналогичные технические решения, однако признак "в" в них отсутствует. Отсюда можно сделать вывод, что предлагаемый отсекатель газа обладает новизной и отвечает критерию "изобретательский уровень".

Лабораторное, а затем и промышленное использование отсекателей показало их работоспособность и эффективность.

На чертеже приведена принципиальная конструктивная схема отсекателя газа.

Отсекатель включает корпус, состоящий из верхней 1 и нижней 2 крышек. В крышках 1 и 2 выполнены углубления, образующие при соединении крышек успокоительную камеру 3. В нижней крышке 2 выполнены отверстия 4 и 5 для входа и выхода газа соответственно в и из камеры 3. На верхней крышке 1 выполнено направляющее отверстие 6 под подпружиненный в осевом направлении пружиной 7 шток 8. Возвратно-поступательное перемещение штока 8 производится вниз при помощи привода в виде рычага 9, шарнирно установленного на стойке 10, прикрепленной к верхней крышке 1, и вверх возвратной пружиной 7. Рычаг 9 приводится в движение массой сварочной горелки (не показана), которую вешают на крюк 11 при прекращении процесса сварки. Для исключения утечки газа в местах соединения крышек 1 и 2 и штока 8 в отверстии 6 установлены уплотнения 12 и 13 соответственно. Шток 8 снабжен дроссельной иглой 14, взаимодействующей с ответной поверхностью отверстия 4 для входа газа в успокоительную камеру 3. На стойке 10 соосно штоку 8 установлен упорный винт 15, снабженный головкой 16, на которой нанесена шкала 17. При вращении головки 16 винт 15 взаимодействует с торцем штока 8, ограничивая его осевое перемещение на определенную величину, за которой можно визуально наблюдать по шкале 17, тем самым регулируется максимальное проходное сечение между дроссельной иглой 14 и седлом 18, т.е. ответной поверхностью отверстия 4. Успокоительная камера 3 выполнена с определенными геометрическими размерами. Так высота камеры 3 (4) меньше ее диаметра (D₁) в 3-5 раз, а диаметр камеры больше диаметра (D₂) входного отверстия 4 в 12-20 раз, при этом должна сохраняться зависимость, при которой диаметр (D₃) входного отверстия 5 больше диаметра (D₂) входного отверстия в 1,2-3 раза. Геометрические размеры успокоительной камеры 3 были предсказаны теоретически и подтверждены лабораторными испытаниями, а затем промышленным использованием. При выполнении успокоительной камеры 3 с заявляемыми размерами (в пределах заявленных размеров) защитный газ, поступающий от источника (баллона высокого давления, цеховой магистрали и т.п.) в зону сварки, ведет себя следующим образом: через кольцевой зазор между поверхностью дроссельной иглы 14 и седлам 18 газ под определенным давлением врывается в успокоительную камеру 3 и, ударяясь в верхнюю крышку 1, завихряется, в результате чего перемещается, т.е. становится более однородным, а затем успокаивается, потому что в успокоительной камере 3 его давление падает в несколько раз и к выходному отверстию 5 газ поступает однородным спокойным потоком; физическое состояние и поведение газового потока в трубопроводе (гибком шланге), соединяющим выходное отверстие 5 со сварочной горелкой, фактически сохраняется, что подтверждается исследованиями, и за этого обеспечивает плотную защиту сварочной ванны от атмосферного воздействия.

Если геометрические размеры успокоительной камеры 3 будут выполнены меньше заявленных пределов, то поведение газового потока изменится. После того, как он поступит в полость камеры 3, газ перемешается, но не успокоится, так как размеры меньше и в таком состоянии, т.е. в виде турбулентного потока, поступит в зону сварки. Такой поток газа не гарантирует качественную защиту сварочной ванны, а следовательно, и качественный сварной шов.

Если геометрические размеры успокоительной камеры 3 будут выполнены больше заявленных пределов, то поведение газового потока улучшится с точки зрения защиты сварочной ванны, но зато увеличится время, необходимое для прохождения газа от источника до зоны сварки, что влечет за собой неоправданный простой сварочного оборудования и сварщика, а это скажется на производительности труда.

Если геометрические размеры успокоительной камеры 3 выполнены где больше, а где меньше заявленных пределов, то поведение газового потока непредсказуемо, а значит качество сварки и производительность труда тоже непредсказуемы.

Корпус отсекателя газа при помощи кронштейна 19 крепится вблизи рабочего места.

Отсекатель газа работает следующим образом.

В исходном положении, когда сварочная горелка находится на крюке 11, отсекатель газа закрыт, т.е. дроссельная игла 14 перекрывает отверстие 4 и газ не поступает в успокоительную камеру 3. После задания режимов сварки или наплавки, производят регулирование максимального проходного сечения между иглой 14 и седлом 18 при помощи винта 16, осуществляя визуальный контроль по шкале 17. Затем включают сварочный аппарат и снимают горелку с крюка 11. В результате этого под действием пружины 7 шток 8 вместе с дроссельной иглой 14 перемещается вверх до упора в винт 15, открывая тем самым проходное сечение между иглой 14 и седлом 18 на величину ранее установленную по шкале 17. Пока сварщик подносит горелку к зоне сварки, защитный газ от источника подается в успокоительную камеру 3 через выходное отверстие 5 и трубопровод к соплу сварочной горелки. Таким образом во время начала процесса сварки сварочная ванна уже защищена завесой защитного газа, что осуществляется до окончания сварки и возврата горелки на крюк 11. Под действием массы сварочной горелки рычаг 9 опускается, сжимая пружину 7, перемещая шток 8 с иглой 14 вниз до тех пор, пока последняя не прижмется к седлу 18, перекрывая подачу газа в отсекатель, т.е. производится отсекание газа от источника его подачи до сопла сварочной горелки.

Использование предлагаемого отсекателя газа в сравнении с прототипом позволяет значительно сократить расход защитного газа, при этом обеспечивается хорошая защита сварочной ванны и настройка расхода защитного газа в зависимости от режимов сварки как в процессе сварки, так и до ее начала.

Использование: для регулирования расхода защитного газа при сварке. Сущность изобретения: отсекатель газа включает корпус, состоящий из верхней и нижней крышек, соединенных между собой с образованием успокоительной камеры. В нижней крышке выполнены отверстия для входа и выхода газа из успокоительной камеры. На верхней крышке выполнено направляющее отверстие под подпружиненный шток, взаимодействующий с газопроводящим отверстием посредством привода. Шток снабжен дроссельной иглой, взаимодействующей с ответной поверхностью отверстия для входа газа в успокоительную камеру. На стойке соосно штоку установлен взаимодействующий с ним упорный винт, снабженный шкалой. Успокоительная камера имеет высоту, меньшую диметра камеры. Диаметр камеры больше диаметра входного отверстия камеры, а последний составляет 1,3 3 диаметров входного отверстия камеры. 1 ил.

ОТСЕКАТЕЛЬ ГАЗА, включающий корпус, верхнюю и нижнюю крышки, соединенные между собой с образованием успокоительной камеры, при этом в нижней крышке выполнены отверстия для входа и выхода газа из успокоительной камеры, а на верхней крышке выполнено направляющее отверстие для подпружиненного штока, оснащенного приводом, выполненным в виде рычага, шарнирно установленного на стойке, прикрепленной к верхней крышке, отличающийся тем, что шток снабжен дроссельной иглой, установленной с возможностью взаимодействия с ответной поверхностью отверстия нижней крышки для входа газа в успокоительную камеру, при этом на стойке соосно со штоком установлен с возможностью взаимодействия с ним упорный винт, снабженный шкалой, а успокоительная камера выполнена со следующими геометрическими размерами: высота камеры от 3 до 5 раз меньше, чем диаметр камеры, диаметр камеры от 12 до 20 раз больше диаметра входного отверстия камеры, а диаметр входного отверстия камеры составляет 1,2 3 диаметра выходного отверстия камеры.