Горелка для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа

Горелка для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

7Р ,с., Я

Союз .Советскнх

Соцнапнстнческнх

Республик

«и.698735 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06 0 8 76(2 1 ) 2 3 9 8 3 71/2 5-2 7 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— (51)М. Кл.

В 23 К 9/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 251179. БюллЕтень Мо 43

Дата опубликования описания 28.1 179 (53) УДК 621.791. .754(088.8) (72) Авторы изобретения

С .С . Алексеев, Д.Г . Выховский, В .Н, Киселев, А . Я .Медведев и В.Г. Соболев (71) заявитель (5 4 ) ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕНЛАВЯЩИМСЯ

ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ ЗАЩИТНОГО ГАЗА

Изобретение относится к горелкам для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа и может найти применение при сварке алюминия и его сплавов в среде защитного газа на постоянном токе обратной полярности, в частности при ручной сварке.

Кроме того, предлагаемая горелка может быть использована для наплавки, исправления дефектов, литья, снятия сварочных напряжений и других проц"ссов, связанных с нагревом или плавлением металла.

В качестве защитных газов в пред- 1э лагаемой горелке могут быть использованы аргон, гелий или их смеси.

Известны горелки для механизированной и ручной сварки алюминия и его сплавов неплавяющимся вольфрамовым электродом в средне инертных газов на переменном токе.

Находят применение горелки для механизированной сварки алюминия и его сплавов неплавящимся вольфрамовым электродом в среде гелия на постоянном токе прямой полярности.

Известны горелки для сварки алюми ния и его сплавов неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона на постоянном токе обратной полярности, содержащие стеариновый вольфрамовый электрод, защитное сопло и систему подачи защитного газа. Электрическая дуга горит между электродом и изделием, производя сварку с одновременным разрушением окисной пленки.

Однако известные горелки для свар ки алюминия и его сплавов на переменном токе могут работать только со сложными источниками питания, снабженными электронными устройствами для стабилизации дуги переменного тока.

Кроме того, возникает повышенный износ вольфрама в периоды, когда электрод является анодом. При этом увеличение интенсивности охлаждения в ольфрамов ого элек тр ода р ез к о с нижает стабильность горения дуги в пеl риоды, когда электрод является катодом .

Процесс сварки, осуществляемый горелками для сварки алюминия и его сплавов на постоянном токе прямой полярности, может проходить только в атмосфере дефицитного и дорогого гелия при .точном соблюдении параметров режима сварки (расстояние от

698735

60-80

100-150

160-235

225-325

300-425

400-525

500-700

10-60

50-100

100-160

15О-210

200-275

250-350

325-475

15-0

70-150

150-250

250-400

400-500

500-800

1,0

10-20

15-30

25-40

40-55

55"80

1,6

2,4

3,2

4,0

4,7

800-1100 80-125

6,4 электрода до изделия, ток дуги, скорость сварки) .

При работе горелок для сварки алюминия и его сплавов на постоянном токе обратной полярности наплавляющий вольфрамовый электрод при раббте в качестве анода (обратная полярность) допускает токи в 10 раз меньИз таблицы видно, что известные горелки для сварки алюминия на постоянном токе обратной полярности не могут 3 конкурировать с горелками, работающими на переменном токе.

Работу известных горелок для сварки на постоянном токе обратной полярности характеризует низкая простран- 3 ственная стабильность "сварочной дуги, низкая эффективность газовой защиты сварочной ванны и, как следствие этого, низкое качество сварных швов.

Это объясняется тем, что стержне- 4 вой вольфрамовый анод не оказывает стабилизирующего воздействия на при. анодную область сварочной дуги. Из-за повышенных тепловых нагрузок стержневой вольфрамовый анод разогревается 4 до высокой температуры, достигаю ей

500-600©С на расстоянии равном 5-6 диаметрам от рабочего торца . В результате вокруг стержневого вольфра мового анода развивается тепловой слой нагретого защитного газа, который. расширясь, вступает во взаимодействие с .относительно более холодным пристеночным слоем, развивающимся от внутренней поверхности сопла. Это взаимодействие приводит к турбулизации потока защитного газа, что нарушает как . пространственное положение сварочной дуги, так и защиту сварочной ванны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к 6 изобретению является горелка для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа, содержащая сопла., установленный концентрично ему цилиндрический медный водоохлаждаемый ше, чем при его работе в качестве катода (прямая полярность) и в 4-8 раз меньше, чем при его работе на переменном токе.

В таблице приведены допустимые токи на стержневые вольфрамовые электроды при разных диаметрах. электрод и кольцеобразный канал для формирования газового потока, образоОванный внутренней поверхностью сопла и наружной поверхностью электрода(1).

Эта горелка не обеспечивает необходимую стабилизацию дуги при ведении процесса сварки на постоянном токе об5 ратной полярности, а кроме того, геометрия канала для формирования газового потока не позволяет обеспечить надежную защиту сварочной ванны.

Целью изобретения является повы0шение стабилизации дуги и обеспечение надежности защиты сварочной ванны одним потоком защитного газа при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Это достигается тем, что в горелке для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа, содержащей сопла, установленный концентрично ему цилиндрический медный водоохлаждаемый электрод и кольцеобразный канал для формирования газового потока, образованный внутренней поверхностью сопла и наружной поверхностью электрода, упомянутый канал от входного отверстия выпслйен с постоянным

5поперечным сечением на длине не менее 1, 5 наружного диаметра электрода, а отношение наружного диаметра канала к наружному диаметру электрода равна 1,1-2, при этом на рабочем

О торце электрода размещена вольфрамовая вставка, образующая с наружной поверхностью электрода тело вращения с плавной образующей, причем вылет вольфрамовой вставки из медного электрода не превышает ее диаметра.

698735

На фиг. 1 показана предлагаемая горелками на фиг. 2 — конкретный пример горелки для ручной сварки алюминия и его сплавов; на фиг. 3 — сечение по A-А на фиг. 1.

Водоохлаждаемый медный электрод 1 с вольфрамовой вставкой 2 расположен соосно и концентрично водоохлаждае-, мому медному соплу 3. Между электродом 1 и соплом 3 установлен изолятор

4 с отверстиями 5 для прохода плазмообразующего и защитного газа. Электрод 1 и сопло 3 установлены так, что внутренняя поверхность сопла 2 и наружная поверхность электрода 1 образуют кольцеобразный канал б шириной дР для формирования газового потока.!5

При этом канал б от входного отверстия выполнен с постоянным поперечным сечением на длине не менее 1,5 наруж ного диаметра электрода 1, внутренняя поверхность сопла 3 и наружная 7() поверхность электрода 1 сохраняют соответственно постоянные диаметры

D H Рэ "а длине H >1 5 Рэ.

Кроме того, вольфрамовая вставка

2 образует с наружной поверхностью 25 медного электрода 1 тело вращения с плав гой образующей, причем вылет вольфрамовой вставки Н,г из электрода 1 не превышает ее диаметра.

Электрическая дуга 7 горит в потоке защитного стабилизирующего газа 8 между водоохлаждаемым электродом 1 (анодом) и изделием 9. Одновременно со сваркой происходит разрушение.окисной пленки 10.

При сварке на постоянном токе обратной полярности для стабилизации сварочной дуги и защиты сварочной ванны одним потоком газа необходимо одновременно, во-первых, обеспечить устойчивую без разрушения работу вольфрамового электрода (анода) при токах свыше 150 а, во-вторых исключить вплоть до выхода за нижний срез сопла возмущение потока инертного газа за счет нагрева деталей rope - 45 ки, в-третьих, организовать поток при таком расходе газа, чтобы стабилизировать прианодную область и столб сварочной дуги, не нарушая формироваг ия и защиты сварочной ванны. 50

Для устойчивой работы вольфрамового электрода (анода) при токах свыше

150 A необходимо использовать конструкцию водоохлаждаемого медного электрода 1 с помещенной в него вольфрамо- 55 вой вставкой 2.

Для исключения возмущающегося действия при нагревании развивающихся тепловых пограничных слоев. электрод 1 и сопло 3 выполнены с водным охлаждением, так что поток газа 8 вплоть до

60 выхода за нижний срез сопла 3 находится в контакте только с охлаждаемыми деталями горелки.

Для одновременной стабилизации прианодной области и столба сварочной дуги 7 и защиты сварочной ванны одним потоком газа 8 необходима определнная конфигурация кольцеобразного канала б, образованного внутренней поверхностью ,сопла 3 и наружной поверхностью электрода 1. Для создания ламинарного потока газа 8, обеспечивающего как стабилизацию сварочной дуги 7, так и защиту сварочной ванны, внутренняя поверхность сопла 3 и наружная поверхность электрода 1 должны иметь постоянный диаметр Рс - и Р з на длине Н не менее

1,5 наружных дйаметров D> электрода 1, начиная от входного отверстия канала б, или от изолятора 4.

Таким образом, кольцеобразный канал должен иметь постоянное попереч»ое сечение на длине не менее 1,5 D причем D э = Const. при Н > 1,5 Dэ для электрода 1, сопло 3 может сохранять

D = Const вплоть до среза.

Для получени я положительного эффекта кольцеобразный канал б дР должен иметь определенную ширину. При очень узком зазоре дР практически невсзможно создать поток газа 8, ассиметричный с электродом 1 и вольфрам<У-. вой вставкой 2. Начиная с некоторой величины, увеличение зазора дР приводит к необходимости резкого увеличения расхода газа для стабилизации сварочной дуги 7, но при этом нарушается защита и формирование сварочной ванны. Положительный эффект достигается при отношении внутреннего диаметра D сопла 3 к наружному диаметру

D электрода 1, выбранном в пределах

1,1 — 2.

Данные соотношения, найденные экспериментальноо, отличаютс я от известных горелок, в которых отношение внутреннего диаметра сопла к диаметру стержневого вольфрамового электрода составляет 2, 5-9.

Для получения положительного эффекта приведенные условия являются необходимыми, но не достаточными.

Оказалось, что для стабилизации прианодной области сварочной дуги еще необходимо на рабочем торце электрода 1 установить вольфрамовую вставку 2, образующую с наружной поверхностью электрода 1 тело вращения с плавн ой образующей .

Это вытекает из необходимости исключить cpbIB noToKB газа, обтекающего электрод, так как срыв потока нарушает. стабилизацию прианодной области сварочной дуги 7.

Для получения оптимального теплового режима вылет Н8 вольфрамовой вставки 2 из медного электрода 1 не должен превосходить диаметра Рд вольфрамовой вставки 2. При такой конфигурации рабочего тела электрода

1 и вольфрамовой вставки 2 создаются оптимальные условия для стабилизации

698735

15 ной до 50 мм

40

Формула изобретения прианодной области дуги 7 газовым ,потоком 8, а также за счет перегрева осевой области вольфрамовой вставки

2 исключается перегрев и разрушение участков медного электрода 1, кон-. тактирующих с вольфрамовой вставкой 2.

Таким образ ом, установлены необходимые условия для стабилизации сварочной дуги и защиты сварочной ванны одним потоком газа при сварке на постоянном токе обратной полярнос ти.

Необходимым и достаточным условием достижения поставленной цели является одновременное выполнение всех найденных экспериментально и сформулированных выше условий.

Горелка для ручной сварки алюминия и его сплавов неплавящимся элект- родом в среде аргона включает медный нодоохлаждаемый электрод 1 с вольфрамовой вставкой 2, водоохлаждаемое медное сопло 3, изолятор 4 с отверстиями 5 для прохода защитного и стабилизирующего газа. Сопло 3 и электрод 1 расположены соосно и концентрично, так что внутрення поверхность сопла 3 и наружная поверхность электрода 1 образуют кол пеной канал 6. Электрод 1 крепи.,;.и на резьбе в держателе ll к которому подведены трубки 12 и 13 для охлаждающей воды.

Сопло 3 крепится на резьбе в держателе 14, к которому по трубкам 15 и

16 подводится охлаждающая вода.

Защитный и стабилизирующий газ . подводятся по трубке 17. Исследование показали, что при диаметре медного электрода 1 в диапазоне D + = — 8-12 мм при ручной сварке алюминия кольцеобразный канал 6 должен иметь величину: где — рабочий ток снарки равный

70-380 A.

Полученная зависимость является результатом обработки экспериментальныХ данных, согласно которым - при потоке 3» 70 A ни при каких условиях 50 не удается н данной горелке получить устойчивый дуговой разряд, при токе

70 A «» Л»380 A унеличение ширины кольцеобразного канала 6 свыше 4 мм

+инодит к необходимости резко увели- 55 чить поток защитного газа, что приводит к нарушению формирования сварного шва при токе 70 A» J» 380 A уменьшение ширины кольцеобразного канала 6 ниже значений б0

,Ы д= -+ — -2 приводит к нарушению стабилизации дуги в результате малейшей несоосности электрода 1 и сопла 3.

Таким образом, была установлена зависимость, при которой выполняются соотношения

7r со ь1, Z3 сопз1 ири Н,5о.В э

2 :Э =1,1- . 2.

Для качественной сварки угловых и тавровых соединений необходимо также, чтобы рабочий торец электрода 1 с вольфрамовой вставкой 2 выступал за срез сопла 3.

В этом случае появляется возможность вести сварку короткой дугой с хорошим формированием корня сварочного шва.

Образцы описываемой горелки изготовлены и испытаны в лабораторных условиях при сварке алюминия и сплавов

АШГ6, АШЦ, АДО. Производилась сварка стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых соединений листов толщиной от 2 до 12 мм на токах от 70 до 380 A.

Кроме того, пронодилась многопроходная сварка н разделку листов толщиИспытания показали высокую надежность горелки и хорошее качество сварных соединений. Прй всех испытаниях использовались стандартные источники постоянного тока. о

Технико-экономический эффект от использования предлагаемой горелки заключается в использовании простых и более дешевых источников питания постоянного тока, а также в расширении диапазона свариваемых толщин н сравнении с известными горелками для сварки на постоянном токе обратной полярности.

Горелка для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа, содержащая сопло, установленный концентрично ему цилиндрический медный нодоохлаждаемый электрод и кольцеобразный канал для формирования газового .потока, образованный внутренней поверхностью сопла и наружной поверхностью электрода, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения стабилизации дуги и обеспечения надежной защиты сварочной ванны одним потоком защитного газа при свар-. ке на постоянном токе обратной полярности, кольцеобраэный канал для формирования газового потока от входного отверстия выполнен с постоянным поперечным сечением на длине не менее 1,5 наружного диаметра электрода, а отношение наружного диаметра канала к наружному диаметру электрода равно

1,1-2, при этом на рабочем торце электрода размещена вольфрамовая вставка, образующая с наружной по698735

Риг.1 веркностью электрода тела вращения с плавной образующей, причем вылет вольфрамовой вставки из медного электрода не превышает ее диаметра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.1. Патент США 9 2922S68, кл. 219-75, 1960 (прототип) .

698735 ффа 3

Составитель Г. Квартального

Редактор Л. Народная Техред Э, Чужик Корректор R. Горват

Заказ 7139/13 Тираж 1222 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13 03 5, Москва, Ж-3 5, Раушская наб ., д . 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4