Горелка для резки сжатой дугой Советский патент 1979 года по МПК B23K31/10 

1

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к устройствам для разделительной плазменно-дуговой резки, и может быть использовано при резке металлов толщиной до 5-6 мм в различных отраслям народного хозяйства.

Известна горелка для плазменно-дуговой резки, которая обеспечивает так называемую тангенциальную подачу плаз мообразующего газа в камеру плазмотрона. При выполнении процесса резки сопломи с диаметром канала более 1,52,0 мм газовый поток сохраняет вихревую закрутку и в канале сопла, а на выходе из него имеет место так называемая отсечка плазмообразунлцего газа., при которой этот поток газа благодаря его тангенциальной подаче и высокой температуре нагрева, обусловленной конвективным теплообменом плазмообразующего газа с внутренней полостью камеры, уходит в окружающую атмосферу. При этом возрастает производительность обработки, так как газ не оказывает охлаждающего воздействия на ванну расплавленного металла в полости реза 1.

Недостатксм известного устройства при его использовании для обработки

малых толщин, которую в свою очередь выполняют соплами с диаметром канала не более 0,8-1,0 мм, является то, что газовый поток дросселируется соплом плазмотрона, в связи с -чем в канале сопла не сохраняется закрутка газа несмотря на наличие вихревой подачи газа в камеру, и на выходе из сопла газовый поток направлен практически аксиально, т,е, параллельно столбу дуги. Нагрев при этом плазмообразующего газа, вследствие его конвективного теплообменас внутренней полостью камеры канала сопла, весьма несущественен, так как при этом излучающая способность дуги существенно ниже, что обусловлено выполнением процесса резки на малых токах (не более 30-40 А). Газовый поток, будучи направленным аксиально, охлаждает столб дугового разряда на участке отсреды сопла до обрабатьюаемого металла, снижая тем самым его прорезающую способность. Попадая же в полость реза, практически холодный газ охлаждают ванну расплавленного металла, что в свою очередь обусловливает снижение производительности обработки.

Вследствие того, что скорости пристеночного потока газа в канале сопла являются весьма значительными, при ис пользовании сопел малого диаметра дав ление в камере составляет 7-12 кгс/см Газовый поток, будучи направленным, на выходе из сопла аксиально отражается от наружной поверхности обрабаты ваемого изделия, создает разрежение п оси канала сопла,а так как давление дуги на ванну расплавленного металла весьма незначительно из-за мальих рабочих токов, то металл, расплавлен ный в полости реза, вследствие наличия разрежения в струе газа, засасывается в виде капель на наружную поверхность обрабатываемого изделия. Эти капли металла перемещаются с плазмотроном по направлению его движения. Наличие в пространстве между срезом сопла -плазмотрона и наружной поверхностью обрабатываемого изделия капель расплавленного металла снижает эксплуатационную надежность резательной аппаратуры ввиду возможного замыкания этих капель о наружную поверхность сопла и возникновения при этом двойного дугообразования. Кроме того, шунтирование тока каплями выплавленного металла обусловливает, ухудшение режущих свойств плазменной дуги. Вследствие периодического всасывания металла из полости реза на наружную поверхность Обрабатываемого изделия искажается траектория газового потока на выходе из сопла, что в свою очередь вызывает отклонение стол ба дуги, способствуя тем самым пол уче нию непараллельных кромок реза. В струе газа на выходе из сопла плазмотрона возникают пульсации давления, обусловливающие появление заметных рисок на боковых кромках реза. Известна также горелка для плазменно-дуговой резки, в которой камера формирования плазменной дуги связана с окружающей атмосферой посредством дополнительных отверстий параллельных каналу сопла 2. Недостатком данног устройства является то, что .за счет увеличения расхода плазмообразующего газа не может быть обеспечено существенное повышение плотности тока в кадалр сопла, формирующего плазменную дугу, так как часть потока газа, прак . тически не оказывая влияния на сжати дуги в камере, выходит через дрполнительные отверстия в окружающую атмосферу. Между тем, необходимым условием эффективного выполнения про цесса резки малоамперной дугой явля- ется его выполнение при повышенных плотностях тока в канале сопла плаз. мотрона.Поэтому при использовании данной горелки для резки малых толщи имеет место образование натеков выплавленного металла на нижних кромка реза. Известна также горелка для резки сжатой дугой, содержащая корпус. электрод и сопло с выполненными в нем формирующим дугу каналом и дополнительными отверстиями, расположенными под углом 25-30° к оси сопла и выходящими на рабочий торец сопла 3. Недостатком данного устройства является то, что для исключения подсоса потоков плазмообразующего газа, например кислорода, из окружающей атмосферы требуется дополнительный поток газа (или воды). ,- Целью настоящего изобретений является повышение качества кромок при разделительной резке химически активных металлов и уменьшение деформаций обрабатываемых изделий малых толщин путем использования одного потока газа. Указанная цель достигается тем, что дополнительные отверстия выведены в формирующий канал сопла, а суммарная площадь дополнительных отверстий равна площади поперечного сечения канала сопла.. На фиг. 1 изображена горелка в разрез.е; на- фиг.. 2 - сечение по А-А на фиг.: 1. . Горелка имеет во.41Ьфрамовый стержневой электрод 1,.который установлен в камере 2 горелки. Всопловой вста.вке 3 выполнены дополнительные отверстия 4, которые расположены под углом сС по отношению к каналу отверстия 5 сопловой вставки 3. Сопловая вставка 3 установлена по jcoHycy Морзе в корпусе б горелки. Суммарная площадь поперечного сечения дополнительных отверстий 4 равна плсщади поперечного сечения отверстия канала 5. Значение угла d между осью дополнительных отверстий 4 и осью канала сопла 5, формирующего плазменную дугу, равно 5-30. Горелка работает следующим образом. При горении плазменной дуги между вольфрамовым катодом 1, находящимся в камере 2 корпуса 6 горелки, и обрабатываемым изделцем .-плазмообразующий газ подают в камеру.2. Обтекая вольфрамовый электрод, газ обеспечивает сжатие столба дуги на участке от конца электрода 1 до входа в отверстие цилиндрического канала 5, который выполнен в -сопловой вставке 3. Поток плазмообразующего газа также обеспечивает соответствующее сжатие столба дуги на начальном участке цилиндрического канала 5. Поток газа, пройдя указанный участок, поступаетв дополнительные отверстия 4, через которые ча.сть потока газа выходит в окружающую атмосферу. Так как дополнительные отверстия располагают под углом сС- 25-30° по отношению к каналу сопла, то поток газа, вышедший через эти отверстия, воздействует на поверхность обрабатываемого изделия и

охлаждает ее. Так как этот поток газа попадает на поверхность изделия на расстоянии около-2-3 мм от края реза, то его охлаждающее воздействие способствует уменьшению деформаций изделий, выреза:нных плазменной резкой.

Направление газового потока под данным углом приводит к тому, что он отражается от наружной поверхности обрабатываемого изделия и уходит в окружающую атмосферу, что исключает его попадание знурь полости реза. Наличие вокруг столба дуги потока плазмообразующего газа в виде кольцевой завесы, подаваемой через дополнительные отверстия 4, уменьшает возможный подсос кислорода из окружающей .атмосферы, что в свою очередь уменьшает количество кислорода, поЬтупающего в полость реза и обеспечивает повышение качества кромок реза при обработке титановых сплавов.

Суммарную площадь поперечного се. чения дополнительных отверстий принимают равной площади поперечного сечения отверстия канала сопла, формирующего плазменную дугу. Увеличение площади поперечного сечениядополнительных отверстий, обусловливает уменьшение скорости потока празмообразующего газа, обтекающего наружную поверхность обрабатываемого изделия, что в свою очередь уменьшает охлаждающее воздействие потока газа, подаваемого через дополнительные отверстия. Кроме того, это приводит .к тому, что через дополнительные отверстия будет выходить весь плазмообразующий газ , что ухудшает условия работы канала сопла, формирующего плазменную дугу на выходном его участке.

Несмотря на то что через выход-гное отверстие канала 5 сопла выхо|Цит только часть плазмообразующего газа, подаваемого в камеру 2 горелки данное обстоятельство не оказывает существенного влияния на ухудшение условий работы выходного, участка канала. Этому способствует, во-первых, то, что длину данного участка, т.е. расоюяние от среза канала сопла до его пересечения с дополнительньш/ш. отверстиями, принимают не более 0,5- 0,6 от общей длины канала сопла, что не оказывает существенного влияния на работоспособность Данного участка канала. Во-вторых, так как данная горелка предназначена для выполнения процесса резки на токах не более 50 то плазменные дуги на таких токах

относительно слабо расширяются при снижении расхода плазмообразующего газа.

Увеличению диаметра столба дуги в радиальном направлении (что обусловливает вероятность двойного дугообразования) также препятствует эффективное сжатие столба на близко расположенном к электроду участке канала сопла,

Значение угла oL- 25-30° выбирают

0 исходя из необходимости подачи газа через дополнительные отверстия в область, расположенную на незначительном расстоянии от края реза. Увеличение этого угла ведет к ухудшению

5 охлаждающего воздействия потока газа, подаваемого через дополнительные отверстия Уменьшение этого угла вызывает нежелательное поступление данного потока газа внутрь полости реза.

0

Испытания предлагаемой горелки показали, что при резке титанового сплава ВТ-1 толщиной 3,О мм имеет место уменьшение деформаций, обусловленное термическим воздействием плазменной

5 дуги на кромку реза. Кромки реза,. при использовании в качестве плазмог образующей среды технического азота, могут быть использованы для последующей аргоно- дуговой сварки без допол0нительной механической обработки.

Формула изобретения

5

Горелка для резки сжатой дугой, содержащая корпус, электрод и сопло с выполненными в нем формирующим дугу каналом и дополнительными отверстиями, расположенными-под углом 25030° к оси сопла и выходящими на рабочий торец сопла, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества кромок при разделительной резке химически активных металлов и уменьшения деформаций обрабатывае5мых изделий малых толщин при использовании одного потока газа, дополнительные отверстия выведены в формирующий канал сопла, а суммарная площадь поперечного сечения дополнитель0ных отверстий равна площади поперечного сечения канала сопла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

5 273030, кл. В 23 К 31/10, 1966.

2.Патент США № 3148263, кл. 219-75, 1971.

3.Патент ГДР № 73941, кл. 49 h 9/00, 1970.