Горелка для дуговой сварки в защитных газах Советский патент 1989 года по МПК B23K9/16 

. ;

Изобретение относится к дуговой сварке в защитных газах с отсосом сварочного аэрозоля и может быть использовано для оснащения сварочных автоматов и горелок для полуавтоматической сварки в различных отраслях промышленности.

Целью изобретения является улучшение условий труда и повьппение ка- чества сварки,

На фиг с, показана схема взаиморасположения сопла для отсоса сварочного аэрозоля и сопла для подачи защитного газа горелки; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг„3 - развертка сопла для отсоса сварочного аэрозоля; на фиг„4 - зависимость аэродинамическою сопротивления сопла для отсоса сварочного аэрозоля от со отношения площадей его поперечного сечения и спиралевидных каналов

Цилиндрический корпус сопла 1 для отсоса сварочного аэрозоля ра.споло- жен концентрично соплу 2 для подачи защитного газа и образует с последним кольцевой вакуумный канал 3, На торце корпуса сопла 1, обращенном к зоне сварки, расположены наклонные к оси сопла лопатки 4, перекрывающие одна другую на половину своей длины и в совокупности перекрывающие полностью с торца корпуса сопла кольцевой вакуумный канал 3.

В межлопаточном пространстве рас- положены спиралевидные каналы 5, которые, выходя на боковую поверхность корпуса сопла 1, охватывают сопло 2 для подачи защитного газа. Ширина каналов 5 составляет не более 1/10 вну треннего диаметра всасывающего сопла 1 о

Наклонные лопатки 4 всасывающего сопла 1 расположены от торца сопла 2 для подачи защитного газа на рас- стоянии 0,8 - 1,1 внутреннего диаметра всасывающего сопла. I

В процессе работы горелки всасывающее сопло 1 благодаря наличию множества спиралевидных каналов 5, вы- ходящих на боковую поверхность корпуса,- создает вокруг последнего в плоскости расположения лопаток 4 узкий закрученный отсасываемьм поток, интенсивность которого резко снижается по мере удаления от указанной плоскости в ту или иную .сторону вдоль оси горелки

Выполнение торца рабочего сопла с множеством спиралевидных каналов к тому же перекрывающих один другой позволяет более интенсивно произвести эакрутку отсасываемого потока за счет наложения спектров скоросте всасывания каждого отдельного спиралевидного канала друг на друга, что увеличивает аэродинамическую устойчивость отсасываемого потока.

Ширина межлопаточного пространства и количество лопаток 4 выбраны таким образом, чтобы составляющая скорости отсасываемого потока, направленная перпендикулярно к оси сопла, была преобладающей в любой точке околосоплового пространства. Наибольший эффект закручивания достигается при неограниченном количестве лопаток 4, но практически конструкции с очень большим количеством лопаток неприемлемы, потому что это уменьшает суммарную площадь спиралевидных каналов 5 и приводит к значительному росту аэродинамического сопротивления всасывающего сопла 1.

Учитывая это, ширина межлопаточного пространства и количество лопаток 4 выбраны таким образом, чтобы суммарная площадь SOFUL спиралевидньЕс каналов 5 составляла 0,35-0,40 от площади кольцевого вакуумного канала 3, т.е.

оби

0,45Г(К - г).

где R - внутренний радиус всасывающего сопла; г - наружный радиус сопла для

подачи защитного газа. С другой стороны, суммарная площадь спиралевидных каналов 5 (Sos)

равна,

4

-оБ-Ц

(R - г) i R

где () - высота одного канала; - ширина канала 5 в меж5 ТО °

лопаточном пространст- ве; Z - количество лопаток,

равное количеству спиралевидных каналов 5. Приравняв оба соотношения и решив равенство относительно Z, получим количество лопаток 4;

(R-r) 0,2 ,4 fr(R --r );

Z - f (К + г) .

J1

Ширина спиралевидных каналов 5 в межлопаточном пространстве не допускает больших отклонений от указанного выше соотношения. При увеличении Соотношения резко возрастает аэродинамическое сопротивление сопла уменьшение равноценно удалению сопла 1 от зоны сварки о Кроме того, умень- шение соотношения изменяет угол на- клона лопаток 4, что приводит к возникновению потока, направленного под острым углом к оси горелки, который взаимодействует с защитным потоком, вызьюая его нестабильность,

Выбор указанных соотношений параметров горелки обусловлен рядом поставленных экспериментов и изучением наиболее перспективных конструкций горелок с отсосом сварочного аэро- золя. Так, например, в практике наиболее часто встречаются соотношения диаметров сопла защитного газа и сопла для отсоса в пределах 1,5-2,5. Нижний предел ограничен энергетичес- кими соображениями для принятого стереотипа конструкций, верхний - ус- .лоВИЯМИ производства.

В данной конструкции горелки предполагается сохранение указанных со- отношений, при которых в соответствии с-расчетом минимального количества лопаток 4 обеспечивается наложение спектров скоростей всасывания соседних спиралевидных каналов, так как создаются условия для получения сплошного потока, закрученного вокруг оси горелки.

В указанньр пределах, например при R 2г, количество лопаток будет равно

911Г . 9 1ГГ. 4i10

Г7 2Г.,.. . .„ . 2jr- Зг (R+r)2;(2r+r)- --Поскольку лопатки перекрьшают од- на другую наполовину, то длина лопатки (1) будет равна удвоенной длине окружности сопла для отсоса сварочного аэрозоля, деленной на количество лопаток 4, т.е.

t

2.rD

При рассчитанном количестве, лопаток

1 2.1..P.. о,2.д D

Отклонение от перпендикулярности потока (оС) определяется соотношением

ш 15

0

0 5

О

5 п

5

599

длины лопатки 4 и ширины межлопаточного пространства 5 (cS) . При , 1 D

f-sHs-if .

с/. 10

Перпендикулярная оси сопла состав ляющая скорость в любой точке должна быть преобладающей. Характеризовать соотношение скоростей лучше всего величиной котангенса угла :

ctg 10 «i 5,6713,

т.е. перпендикулярная оси сопла составляющая скорость в любой точке околосоплового пространства более чем в пять раз больше осевой составляющей скорости.

Указанные вьш1е соотношения позволяют рассчитать параметры сопла 1, исключив из расчетов угловые размеры, что более удобно.

Суммарная площадь всасывающего сопла 1 Sos 0,40, (), т„е. в 2,5 раза меньше сечения вакуумного канала, равного 5Г(). Увеличение площади всасывающего сопла 1 может быть достигнуто за счет сокращения количества лопаток или уменьшения длины лопаток 4. Как показано выше, это неприемлемо..

Уменьщение суммарной площади всасывающего сопла нецелесообразно по энергетическим соображениям ввиду увеличения аэродинамического сопротивления. На фиг.4 показана зависимость аэродинамического сопротивлений сопла (Р, кПа) от соотношения площадей поперечного сечения вакуумного канала и суммарной площади спиралевидных каналов всасьшающего сопла.

. Для обеспечения надежной защиты сварочной ванны скорость отсоса в точке сварки не должна превьш1ать 0,5 м/с.

Практически, если принять такую скорость отсоса (0,5 м/с) в точке сварки, срыва защиты не происходит, но струя защитного газа теряет стабильность от неучтенных факторов (сквозняки, экраны, поэтому в конструкции горелки допустимая скорость отсоса (не более 0,5 м/с} принята на срезе сопла для подачи защитного газа, т.е. созданы более благоприятные условия для сохранения струи за щитного газа.

При расположении сопла для отсос сварочного аэрозоля от торца сопла дош защитного газа на расстоянии одного диаметра (D) сопла для отсоса скорость всасывания загрязненного воздуха на торце сопла для защитног газа будет в 20 раз меньше скорости всасывания в сопле для отсоса„ Осевая скорость отсоса сварочного аэрозоля (при необходимом количестве отсасываемого воздуха, рассчитанном известными способами) у среза сопла для защитного газа составит 0,38 - 0,39 м/с, что обеспечивает надежность защиты сварочной ванны и качество сварного шва. В. то же время результирующая осевой и поперечной скоростей - полная скорость отсоса - у торца сопла для защитного газа составит 2,1 - 2,2 м/с, что способствует достижению максимально высоко го коэффшдиента улавливания.

Испытания горелки показали, что изменение расстояния от торца защитного сопла до сопла для отсоса загрязненного воздуха в пределах (0,8- 1,1) D не ухудшает эксплуатационных характеристик заявляемого устройства При выходе этого параметра за указанные пределы необходимо регулиро- в.ать количество отсасываемого загрязненного воздуха (что нежелательно), так как при приближении сопла к зоне сварки нарушается стабильность защиты сварочной ванны, при удалении снижается коэффициент улавливания сварочного аэрозоля.

При эксплуатации горелки нарушений защиты не наблюдается даже при значительном увеличении производительности отсоса, превосходящей производительность известный конструкций в 2 - 2,5 раза, что позволяет значительно повысить коэффициент улавливания сварочного аэрозоля и улуч3996

шить санитарно-гигиенические условия труда сварщиков. Повышение коэффициента улавливания обусловлено также

тем, что отсос загрязненного воздуха производится не узким параллельным оси сопла потоком, а из более широкого пространства вокруг сопла.

Указанные преимущества позволяют

отказаться от устройств регулирования процесса отсоса, что упрощает конструкцию горелки и делает ее более удобной в работе и обслуживании.

Формула изобретения

Горелка для дуговой сварки в защитных газах, содержащая внутреннее сопло для подачи защитного газа,внешнее всасьшающее сопло, завихритель сварочного аэрозоля и кольцевой вакуумный канал, образованньй внешним и внутренним соплами, отличающаяся тем, что, с целью улучшеНИН условий труда и повьппения качества сварки, завихритель выполнен в виде ряда наклонных к оси сопла лопаток, расположенных на рабочем торце всасывающего сопла и установленных с перекрытием каждой из двух соседних лопаток на половину их длины, образующих спиралевидные каналы, ширина которых составляет не более 1/10 внутреннего диаметра сопла, причем коЛнчество лопаток Z выбрано по формуле

Z |Г (R ,)

где R - внутренний радиус всасываю- щего сопла;

г - наружный радиус сопла для

подачи защитного газа, всасывающее сопло расположено от Орца внутреннего сопла на расстоя- ИИ, равном 0,8 - 1,1 внутреннего иаметра всасывающего сопла

ВидА

Изобретение относится к дуговой сварке в защитных газах с отсосом сварочного аэрозоля и может при- менятьсй в сварочных автоматах в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - улзд1шение уело- ВИЙ труда и повышение качества сварки. Горелка содержит сопло 1 для от coca сварочного аэрозоля с завихри- телем, расположенным на торце сопла4 Завихритель содержит наклонные лопатки 4, перекрывающие друг друга на половину своей длины и в совокупности торец сопла I, В межлопаточном пространстве расположены спиралевидные каналы 5, которые, выходя на боковую поверхность корпуса сопла 1, охватывают сопло 2 для подачи защитного газа. В процессе работы горелки отсасывающее сопло 1 создает интенсивный закрученный отсасьшаемый поток, не нарушающий защиту сварочной ванны. Горелка обеспечивает .удалё- ние 80-85% сварочного аэрозоля при стабильной защите сварного шва,4 ил. I (О

/

Фие. J

Ф//г. 2

5

P,KfJa

0,20,250,33 0,5 Фил. 4f

« SoSut.

П()