СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ЭЛЕКТРОДА Советский патент 1996 года по МПК B23K10/00 

Изобретение относится к технологии плазменной резки, а именно к способам контроля износа электродов плазмотрона.

Целью изобретения является упрощение контроля износа катода плазмотрона для резки.

В способе контроля износа катода в процессе работы плазмотрона, включающем измерение текущих значений параметров технологического процесса резки и сравнение их с эталоном, согласно изобретению измеряют температуру охлаждающей жидкости на входе и выходе плазмотрона, а в качестве эталона принимают величину, рассчитываемую по формуле
Δt_эт (2±0,3)·Δ t_нач. где Δt_эт эталонная разность температур между входом и выходом плазмотрона с изношенным катодом;
Δt_нач разность температур охлаждающей жидкости между входом и выходом плазмотрона с неизношенным катодом.

Повышенная точность при данном способе контроля достигается благодаря тому, что в отличие от напряжения дуги температура нагрева воды не зависит от неконтролируемых изменений рабочего давления газа, подаваемого в плазмотрон.

При работе плазмотрона катод подвергается эрозионному износу. При этом в зоне привязки дуги на катоде в плазмотроне с вихревой стабилизацией дуги образуется лунка, глубина и диаметр которой увеличивают с течением времени работы.

Столб дуги в плазмотроне вращается вместе с газовым вихрем и располагается вблизи оси вихря.

Катодное пятно дуги перемещается по внутренней поверхности эрозионной лунки, углубляясь внутрь тела катода по мере увеличения глубины лунки. Тепловой поток Q от дуги в тело катода складывается из теплового потока Q_к, поступающего из зоны части столба дуги, находящейся внутри эрозионной лунки (катодная зона зона, в которой происходят поверхностные процессы: эмиссионные процессы, а также ускорение ионов в прикатодном падении потенциала и удары их о поверхность катода).

Тепловыделение в катодном пятне не зависит от длины дуги, а определяется только величиной силы тока I
Q_n a ·I, где а коэффициент пропорциональности.

Тепловыделение от части дуги, находящейся внутри лунки, зависит так от силы тока I, так и от длины части дуги, находящейся внутри лунки, т.е. от глубины лунки h
Q_h b· i· h где b коэффициент пропорциональности.

Отсюда Q_к Q_n + Q_h a ·l + b· I· h
Кроме того, при увеличении размеров лунки происходит все большее отклонение дуги от оси сопла. Дуга приближается к стенке сопла и сильнее нагревает его. Поэтому тепловой поток в сопло также как и тепловой поток в катод зависит как от силы тока I, так и от глубины лунки h в катоде и может быть описан формулой
Q_c c· I + d· I· h, где с, d коэффициенты пропорциональности.

Суммарный тепловой поток, воспринимаемый водой, охлаждающей плазмотрон, будет равен сумме тепловых потоков, поглощаемых катодом и соплом.

Q_Σ= Q_k + Q_c a· I + b· I· h + c· I + d· I x x h (a + c)· I + (b + d) ·I· h.

Все тепло, воспринимаемое катодом и соплом, воспринимается охлаждающей плазмотрон водой, которая последовательно омывает сначала катод, а затем сопло.

Температура нагрева охлаждающей плазмотрон воды равна тепловому потоку, поглощаемому охлаждающей водой отнесенному к массовому расходу воды, умноженному на ее теплоемкость
Δt A+Bh, где A B
В начальный момент резки при неизношенном катоде глубина лунки равна нулю, т.е. h 0, отсюда следует, что Δt_нач А.

В соответствии с отраслевым стандартом ОСТ 5,9526-87 "Режимы тепловой резки" предельно допустимая глубина эрозионной лунки катода равна h_max 3 мм, т.е. величина фиксированная.

Предельно допустимое значение разности температур воды между входом и выходом плазмотрона равно Δt_кон А + В·h_max.

При этом отношение
1 + • h_max
Поскольку a, b, c, d некоторые постоянные величины, то и отношение - также величина постоянная.

Экспериментально установлено, что при предельно допустимой величине износа катода h_max 3 мм разность температур между входом и выходом плазмотрона связана с разностью температур между входом и выходом плазмотрона с неизношенным катодом по следующему соотношению:
Δt_кон Δt_нач(2±0,3).

Это соотношение справедливо для всех типов плазмотронов для механизированной плазменной резки листового металла, поскольку несмотря на конструктивные различия плазмотронов дуговые камеры плазмотронов определяются процессом резки, поэтому обладают геометрическим подобием и подобием физических и технологических параметров.

Численное значение начальной разницы температур
Δt_нач (3±6)^оС.

Таким образом, величину Δt_кон принимают в качестве эталона Δt_кон Δt_эт измеряют значения температур охлаждающей жидкости на входе и на выходе плазмотрона, определяют их разность Δt, сравнивают эту разность Δt с эталоном Δt_эт и таким образом судят о степени износа катода.

На фиг.1 показана схема расположения дуги в плазмотроне; на фиг.2 схема контроля износа катода плазмотрона; на фиг.3 зависимость разницы Δt температур между входом и выходом плазмотрона от износа катода.

П р и м е р. После установки нового катода в плазмотрон 1 в начальный момент процесса резки измеряют значения температур охлаждающей жидкости (воды) на входе и на выходе плазмотрона 1 датчиками 2 и 3, определяют разность Δt_нач этих значений с помощью датчика 4 разности температур для неизношенного плазмотрона, принимают в качестве эталона величину, равную
Δt_эт (2±0,3) ·t_нач. и фиксируют ее с помощью устройства эталонного сигнала.

В ходе процесса резки измеряют значения температур охлаждающей жидкости на входе и выходе плазмотрона 1 с помощью датчиков 2 и 3, определяют текущее значение разности этих значений температур с помощью датчика разности температур и с помощью устройства 5 сравнения производят сравнение текущего значения разности Δt температур с эталонной величиной Δt_эт, зафиксированной в устройстве 6 эталонного сигнала.

При достижении текущего значения разности Δt температур равенства значению Δt_эт эталонного сигнала происходит включение индикатора 7, позиций 8 источник питания, 9 свариваемое изделие.

Экономическую эффективность заявляемого изобретения определяем следующим образом. В настоящее время замена катода производится в любом случае отклонения работы плазмотрона от нормальной. Поскольку у оператора-плазморезчика нет возможности точно установить эту причину при работающем плазмотроне, при этом изымается из работы значительное количество малоизношенных и практически неизношенных катодов. Определение износа катода по датчику позволит более полно использовать ресурс работы катодов и сократить их расход примерно в 2 раза.

Сущность изобретения: в способе контроля износа катода плазмотрона для резки, включающем измерение текущих значений параметров работы плазмотрона и сравнение их с эталоном, в качестве текущего параметра работы плазмотрона используют температуру охлаждающей жидкости на входе и на выходе плазмотрона, а в качестве этанола принимают величину, рассчитываемую по формуле Δt_эт= (2 ± 0,3)•Δt_нач где Δt_эт - эталонная разность температур на входе и выходе плазмотрона с изношенным катодом: Δt_нач - разность температур охлаждающей жидкости на входе и на выходе неизношенного плазмотрона. 3 ил.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ЭЛЕКТРОДА, при котором измеряют текущее значение параметра работы сварочного устройства и сравнивают его с эталоном, отличающийся тем, что, с целью упрощения контроля износа катода плазмотрона для резки, в качестве текущего значения параметра работы плазмотрона используют температуру охлаждающей жидкости на входе и выходе плазмотрона, а в качестве эталона принимают величину Δt_эт, которую рассчитывают по формуле
Δt_эт=(2± 0,3)Δt_нач,
где Δt_эт - эталонная разность температур охлаждающей жидкости на входе и выход плазмотрона с изношенным катодом;
Δt_нач - разность температур охлаждающей жидкости на входе и выходе неизношенного плазмотрона.