Горелка для электродуговой сварки в защитных газах Советский патент 1983 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к сварочному оборудованию и п|нлн;1значено для электродуговой сварки в среде защитных газов. Известна сварочная горелка, в которой повышение термической стойки достигает-. ся тем, что защитный газ подводится к ней под давлением 40-50 кгс/см. Кольцеобразное сопло подачи защитного газа выполнено с дроссельным устройством. Выходные отверстия дроссельного устройства выведены в паз, соприкасающийся со стенкой мундп1тука. Сжатый защитный газ, истекая из выходных отверстий дроссельного устройства, расширяется и охлаждается (эффект Джоуля-Томпсона) и далее омывает наиболее теплонагруженные детали горелки Ij. Недостаток известной горелки состоит в том, что энергия сжатого защитного газа используется нерационально, поскольку эффект дросселирования (эффект ДжоуляТомнсона) характеризуется наименьн1им11 температурным и энергетическим КПД по сравнению с другими известны.ми охлаждающими устройствами (детандер, вихревая труба). Кроме того, для подвода к горелке защитного газа под давление.м 40 50 кгс/см необходимо использовать гибкие щланги, трубки и уплотнения специальной конструкции, что усложняет и удорожает конструкцию горелки. Известна также горелка для электродуговой сварки в защитных газах с отсосом вредных выделений из зоны сварки, содержащая корпус, в котором встроен эжектор, имеющий установленное на токоподводящей трубке концентричной ей сопло для подачи рабочего газа, а также сопло для подачи защитного газа и охватывающую его насадку для отсоса вредных выделений из зоны сварки. При этом выходной канал сопла для подачи рабочего газа образован его внутренней поверхностью и наружной поверхностью трубки для подачи рабочего газа, а трубка для подачи рабочего газа установлена снаружи токоподводящей трубки концентрично ей на радиальных ребрах. Вакуум в -аспирационной насадке создается за счет энергии рабочего (эжектйрующего) газа, подаваемого к соплу эжектора по трубке для подачи рабочего газа. Сж;гтый эжектирующий газ омывает токополво. , отбирая часть выде,;ню цстося тепла. На выходе сопла эжек.ора происходит расщирение рабочего газа и. как следствие, резкое снижение его температуры. В результате образуется зона сильно охлажденного газа. При это.м теплосъем с токоподводящей трубки осуществляется через ребра, обеспечиваюихие контакт токоиодводящей трубки с трубкой для подачи заи1итиого газа и дном сопла эжектора. Кроме того, удаляемый загрязненный воздух и защитный газ, омывая теплонагружениые элементы горелки, также охлаждают их 2. Так как сопло для подачи защитного газа в соответствии с требованиями техники безопасности всегда изолировано от токоподводящей трубки, то его охлаждение в горелке обеспечивается потоком удаляемого загрязненного воздуха и защитным газом, а холодный эжектирующий поток непосредственно в теплосъеме с аспирационного сопла не участвует. Температура удаляемого загрязненного воздуха относительно велика и при больших сварочных токах составляет 100-200°С. Охлаждение сопла зац.1итным газом в данном случае также малоэффективно, так как, во-первых, конструкция горелки не предусматривает подвода защитного газа под высоким давлением и, во-вторых, о.хлаждение защитного газа происходит вследствие его расщирения при истечении из отверстий в трубке нодвода защитного газа в сопло подачи защитного газа. Как отмечалось, температурный эффект такого охлаждения невелик и при небольщом избыточном давлении защитного газа (0,5-1 кгс/см) не обеспечивает необходимой термической стойкости сопла при сварочных токах 500А и более. Кроме того, известна горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной внутри токоведущей трубкой и эжектором, сопло которого установлено на токоподводящей трубке концентричной ей, отсасывающую насадку, охватывающую сопло для подачи защитного газа, рукоятку, а также второй эжектор, последовательно соединенный с первым, и адиабатную вихревую трубу. При это.м сопло первого эжектора расположено в зоне рукоятки и его полость соединена с выходным отверстием «горячего конца вихревой трубы, а сопло второго эжектора расположено на отсасывающей насадке концентрично ей и его полость соединепа с выходным отверстием «холодного конца вихревой трубы. На выходе «горячего конца вихревой трубы ycтaF oвлeн ре гулируемый дроссель 3. Охлаждение сопла для подачи защитного газа в ряде случаев недостаточно, так как осуществляется в основном отсасываемым потоком загрязненного воздуха и лишь в незначительной мере потоком защитного газа. Температура отсасываемого воздуха относительно велика, а расход защитного газа по сравнению с объемом удаляемого воздуха мал и в конструкции i-орелки не предусмотрено его спиральное охлаждение. Охлаждение муиди тука, являющегося наиболее приближенным к сварочной дуге трковедущим элементом, осуществляется лишь потоком защитного газа, что малоэффективно. Вследствие недостаточного охлаждения этих элементов, наиболее близко расположенных к сварочной дуге, при сварке на токах 500 А и более наб.тюдается их интенсивное обгорание и выход из строя. Кроме того, энергия сжатого газа используется нерационально, поскольку при истечении из газоподводящей трубки в сопло его охлаждение достигается только за счет эффекта дросселирования, который характеризуется низкими термературным и энергетическим КПД. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому. эффекту является горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с установленной в нем токоподводящей трубкой -и мундштуком, сопло для подачи защитного газа, охватывающую сопло отсасывающую насадку, соединенную с аспирационным каналом, а также рукоятку. Горелка снабжена вихревой трубой, на «горячем конце которой установлена экранирующая обечайка, образующая с наруж, НОИ поверхностью вихревой трубы кольцевую полость для сообщения с окружающей средой, и установленным на сопле для подачи защитного газа отражателем, сопряженным со стенкой отсасывающей насадки и образующим совместно с поверхностью токоподводящей трубки, выполненной с ребг рами, и корпусом горелки для отвода охлаждающей среды, соединенный в зоне отсасывающей насадки с выходным отверстием «холодного конца вихревой трубы и в зоне рукоятки с аспирационным каналом. При этом корпус горелки выполнен с полым экранирующим выступом, полость которого соединена с каналом для отвода охлаждающей среды и с кольцевой полостью для сообщения с окружающей средой, а вихревая труба закреплена в полом экранирующем выступе. Канал для отвода охлаждающей среды выполнен сужающимся в зоне рукоятки 4. Основной охлаждающей средой является сжатый газ (воздух), не участвующий в технологическом процессе сварки. Это усложняет конструкцию горелки, так как требуется дополнительный канал для его подвода к горелке, и требует дополнительных эксплуатационных затрат, связанных с получением и транспортированием сжатого воздуха. Охлаждение мундштука, являющегося наиболее приближенным к сварочной дуге токоведущим элементом, осуществляется лишь потоком защитного газа, что малоэффективно. Вследствие недостаточного охлаждение мундштука при сварке на повыщенных сварочных токах происходит его интенсивное обгорание и преждевременный выход из строя. Энергия сжатого защитного газа используется нерационально, поскольку при истечении его из подводящего канала в сопло охлаждение сопла достигается только за счет эффекта дросселирования, который характеризуется низкими температурным и энергетическим КПД. Цель изобретения - повышение срока службы горелки путем эффективного охлаждения нагревающихся элементов и повышепис эффективности использования эпергии сжатого занлитного газа. Указанная цел1 достигается тем, что в горелке для электродуговой с;варки п защитных газах с отсосом газоиылсвыделений из зоны сварки, содержап1ий корпус с расположенной в нем токоподводяпгей трубкой и мундп1туком, установленным внутри сопла для подачи зап1итного газа, охватывающую сопло отсасывающую насадку, соединенную с аспирационным каналом,трубку для подачи защитного газа и неадиабатную вихревую трубу, «холодный конец вихревой трубы образован соплом для подачи защитного газа, сопло вихревой трубы установлено на конце сопла для подачи защитного газа, противоположном его вы. отверстию, и соединен с трубкой для подачи защитного газа, а «горячий конец вихревой трубы расположен в аспирационном канале. Сопло для подачи защитного газа сопряжено с отсасывающей насадкой продольными ребрами. На фиг. 1 показана горелка, продольный разрез, совпадающий с плоскостью разъема корпуса; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1. Горелка содержит разъемный корпус 1 с аспирационным каналом 2. В корпусе I зафиксированы токоподводящая трубка 3 с мундштуком 4 и трубка 5 для подачи защитного газа. Горелка имеет сопло 6 для подачи защитного газа и отсасывающую насадку 7, охватывающую сопло 6 и сопряженную с ним посредством ребер 8. Мундштук 4 выполнен с ребрами 9. Внутри корпуса установлена неадиабатная вихревая труба, зафиксированная своим оребренным «горячим концом 10 посредством ребер 11 в аспирационном канале 2. «Холодный конец вихревой трубы (трубки для выхода холодного потока) образован соплом 6. На конце сопла 6, противоположном его выходному отверстию, установлены диафрагма 12 и сопло 13 вихревой трубы, которые зафиксированы во втулке 14 гайкой 15. Сопловой ввод 16 вихревой трубы соединен с трубкой 5 для подачи защитного газа. Горелка работает следующим образом. В процессе сварки электродная проволока по токоподводящей трубке 3 и мундштуку 4 непрерывно подается в зону дуги.

Защитный газ по трубке 5 для подачи защитного газа поступает в сопловой ввод 16 и далее в сопло 13 вихревой трубы. Сжатый защитный газ, расщиряясь в сопле 13, разгоняется до звуковых скоростей. В результате этого его температура понижается. Далее защитный газ с низкой температурой и с больщой скоростью входит в «горячий конец 10 вихревой трубы. Так как канал сопла 13 выполнен спиральным, газ приобретает сложное вихревое движение. Внещние слои газа, вращаясь, продвигаются в осевом направлении от сопла 13 вдоль «горячего конца вихревой трубы к его дну.

Внутренние слои, вращаясь в ту же сторону, движутся в осевом направлении в противоположную сторону - от заглущенного «горячего конца 10 вихревой трубы к диафрагме 12. В результате вихревого процесса, происходящего в вихревой трубе, тепловая энергия от внутреннего потока передается внещнему потоку. При этом внутренний поток охлаждается, а внещний нагревается и отдает свое тепло стенкам «горячего конц-а 10 вихревой трубы. Холодный поток защитного газа через диафрагму 12 поступает в сопло 6 для подачи защитного газа, которое по сути является «холодны.м

А-А

Фиг. 2

6-5

Фиг.д

1. ГОРЕЛКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ с отсосом газопылевыделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной в нем токоподводящей трубкой и мундштуком, установленн)1м внутри сопла для подачи защитного газа, охватывающую сопло отсасывающую насадку, соединенную с аспирационным каналом, трубку для подачи защитного газа и неадиабатную вихревую трубку, отличающаяся тем, что, с целью повыщения срока службы горелки путем эффективного охлаждения нагревающихся элементов и повыщения эффективности использования энергии сжатого защитного газа, «холодныйо конец вихревой трубы образован соплом для подачи защитного газа, сопло вихревой трубы установлено на конце сопла для подачи защитного газа, противоположном выходному отверстию, и соединено с трубкой для подачи защитного газа, а «горячий конец вихревой трубы расположен в аспирационном (Л канале. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что сопло для подачи защитного газа сопряжено с отсасывающей насадкой продольными ребрами. о:) а | ю