Способ плазменно-дуговой резки

Способ плазменно-дуговой резки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

«»707730 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 210377(21) 24б4979/25-27 (51)M. Кл.2

В 23 К 31/10 с присоединением заявки М

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК б2 . 791. 755 (088. 8) Опубликовано05.0 80. Бюллетень Но 1

Дата опубликования описания 050 1.80 (72) Авторы изобретения

М.В. Ткачев, В.В. Ткачев и И.С. Шапиро (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Изобретение относится к способам ллазменно-дуговой резки и может быть использовано как для поверхностной так и разделительной резки в различных отраслях народного хозяйства.

Известен способ плазменно-дуговой резки,при котором газоводяную смесь в камере дугового плазмотрона за счет вихревого эффекта разделяют на два потока:один из них с меньшим содержанием воды выходит через центральное отверстие сопла,а другой, содержащий большую часть воды,по периферийным отверстиям сопла охлаждает центральное (плазмообразующее) отверстие сопла (i).

Укаэанный способ не исключает воэможности попадания воды внутрь полости реза. Кроме того, данный способ резки может быть использован для работы на сравнительно ограниченных по величине рабочих токах, что связано с необходимостью применения только термохимических катодов.

Известен способ плазменно-дуговой резки, при котором охлаждение плаэмотрона производят воздушно-водяной средой, подаваемой на проход в полость между соплом плазмотрона (2).

Этот способ резки обеспечивает достаточно эффективное охлаждение токоведущего сопла плазмотрона, однако вода, содержащая в воздушно-водяной смеси, попадает внутрь полости реза и соприкасается с расплавленным металлом. Испаряясь, она охлаждает расплав, снижая его жидкотекучесть,что приводит к снижению производительности обработки и к появлению натеков на кромках реза при разделительной резке.

Уменьшение содержания воды в воздушно-водяной смеси с целью повышения производительности и качества кромок реза не обеспечивает эффективного охлаждения токоведущего сопла плазмотрона, и оно вследствие перегрева выходит из строя. Кроме того, указанный способ резки не обеспечивает изменения содержания воды в воздушно-водяной смеси при изменении какого-либо иэ режимных параметров процесса (тока, расхода газа, глубины утопления электрода в сопле) .

Целью изобретения является повышение производительности процесса, качества кромок и долговечности сопла путем подачи воды в количестве, 707730 обеспечивающем ее полное испарение при нагреве в полости. Для этого температуру на выходе из полости поддерживают постоянной в пределах

105 115 С, при этом количество воды, подаваемой на охлаждение, определяют из условиЯ Q = (0,1-0,2) 10 0, где Я вЂ” расход воды в л/час, g значение тока режущей дуги в амперах.

На фиг.l показана конструкция плазмотрона, используемого для выполнения данного способа резки; на фиг. 2 — блок-схема устройства для выполнения способа; на фиг. 3 — диаграмма, характеризующая изменение режимных параметров процесса.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Между катодным узлом плазмотрона

2 для резки и обрабатываемым изделием 3 возбуждают плазменную дугу

4 и перемещают плазмотрон 2 вдоль 20 изделия 3. При этом плазмообразующий газ по тан генци ально расположенным каналам 5 подают в камеру б, за счет чего обеспечивают формирование столба дуги 4 в выходном отверстии токоведу- 25 щего сопла 7. Катодный узел 1 при работе на повышенных токах представляет собой медную обойму с запрессованным в нее вольфрамом, которых охлаждают .через медь посредством подачи охлаж- 3{) дающей среды (воды) по трубке 8. Внутреннее (токоведущее) сопло 7 изолируют от катодного узла 1 изолятором 9.

По отверстию 10 в полость 11 между внутренним (токоведущим) соплом 7 и 3$ наружным (электрически нейтральным) соплом 12 подают охлаждающую среду, в качестве которой используют воздушно-водяную смесь. Сопло 12 изолируют от сопла 7 изолятором 13. На выходе из полости 11 устанавливают термопару 14, которая связана с датчиком 15 температуры. По показаниям датчика 15 следят за температурой в полости ll которую поддерживают в пределах 105-115 С. Температуру в 45 полости 11 поддерживают постоянной, подавая определенное наперед заданное количество воды, зависящее от режимов процесса резки и определяемое из условия Q = (0,1-0,2) 10 4 3, 5Р где Q — расход воды в л/час., значение тока режущей дуги в амперах.

Значение температуры в полости 11 и расход воды — величины взаимосвязанные. Только при предлагаемом .рас- 55 ходе воды и данной температуре обеспечивается как полное испарение воды, так и достаточно эффективное охлаждение токоведущего сопла 7. То есть значение температуры принимают равным минимальному значению температуры, -при которой обеспечивается полное испарение воды, содержащейся в воздушно-водяной смеси. Соприкасаясь с нагретыми наружными стенками токоведущего сопла 7, вода испаряется, охлаждая их, и ее разложение происходит по уравнению: 2Н О = 4Н + 0

Продукты разложения воды в газообразной форме (водород и кислород) вместе с воздухом обтекают столб плазменной дуги. При этом воздействие на плазменную дугу 4 газообразного водорода обеспечивает повышение энтальпии дуги, а кислород, попадая в полость реза 16, обеспечивает окисление расплавленного металла и повышает его жидкотекучесть. Повышение значения тока с д„ до 3 обеспеЧивает повышение значения температуры в полости 11 со значения t äo в течение времени Г.

Это обусловлено более высоким нагревом плазменной дугой 4 токоведущего сопла 7 при возрастании рабочего тока.

Повышение температуры фиксируется датчиком 15, от которого сигнал через усилитель 17 поступает на блок

18 сравнения. С блоком 18 соединяют задающее устройство 19, и сигнал от блока 18 через усилитель 20 поступает на исполнительный механизм 21, который представляет собой вентиль или дроссельную заслонку с регулируемым проходным сечением, возрастающим при увеличении тока, что в свою очередь обеспечивает возрастание содержания воды в воздушноводяной смеси. Расход воды при этом возрастает со значения Q. äo значения

Q>. 3a =чет этого возрастания расхода воды обеспечивают снижение темпераратуры в полости 11 в течение времеИ Ф ни Г" от значения . до t ° При этом вся вода, содержащаяся в воздушноводяной смеси, испаряется полностью и выходит из полости 11 в виде газообразного кислорода и водорода.

Соответственно, уменьшение рабочего тока обусловливает менее эффективный нагрев токоведущего сопла 7, что в свою очередь снижает температуру в полости 11. При этом датчик 15 температуры фиксирует данное уменьшение температуры, а исполнительный механизм 21 уменьшает количество воды, подаваемой в полость 11 до тех пор, пока значение температуры в этой полости не. достигнет значения t Аналогичным способом данная система регулировки режима работы плазмотрона

2 реагирует на изменение расхода плазмообразующего газа и глубины утопления электрода в канале сопла 12.

С увеличением глубины утопления электрода возрастает нагрев токоведущего сопла 7 и, соответственно, возрастает расход воды, идущей на образование воздушно-водяной смеси, необходимой для поддержани в полости 11 температуры.

707730

Таким образом, предложенный способ резки обеспечивает эффективное охлаждение сопла плазмотрона, гарантируя отсутствие попадания воды внутрь полости реза. Проверка данного способа в лабораторных условиях показала возможность его реализации при работе на токах до 700-800 A. Кроме повышения производительности, которая при этом имеет место, весьма ценным качеством является возможность создания для работы на повышенных токах конструкций плазмотронов с крайне ограниченными габаритами, что в свою очередь обеспечивает удобство визуального наблюдения за линией реза.

Возможным вариантом реализации данного способа резки является регулирование расхода воды от температуры наружной поверхности токоведущего сопла 7.

Пример осуществления способа.

Способ был опробован применительно к разделительной резке нержавеющей стали толщиной 30 мм. Резка выполнялась с использованием в качестве плазмообразующей среды технического азота. В качестве охлаждающей среды использовалась воздушно-водяная смесь, подаваемая на проход в пространство между внутренним и наружным соплом. Для питания режущей дуги использовали установку

ОПР-6-ЗМ, диаметр сопла, форьирующего плазменную дугу, был принят 3,0 мм. Я

Диаметр наружного, электрически нейтрального сопла 5,0 мм, резка выполнялась на токах 300, 400, 500 A.

При использовании предлагаемого 40 способа было установлено, что для данной конструкции плаэмотрона при расходе воздуха, идущего на создание воздушно-водяной смеси, около

3,0 мз/ч, необходимое значение темпе- 45 ратуры, обеспечивающее как эффективное охлаждение плазмотрона, так и полное испарение воды, составляет 105

В соответствии с этим расход воды, идущей на образование воздушно-во- Я) дяной смеси принимали таковым, чтобы обеспечить поддержание данной температуры.

При использовании известного способа необходим существенно более высокий расход сжатого воздуха, с целью обеспечения достаточно эффективного распыления воды. Этот расход воздуха ъ должен составлять около 10-15 м /ч.

Нижеприведенные данные характеризуют расход воды, необходимый для эффективного охлаждения токоведущего сопла при использовании известного и предлагаемого способа. агаемый л/ч

300

3-4

0,9

400 6-8

500 8-10

2,4

3,75

300

0,6

0,9

400

0,8

1,3

500

1,0

1,7

При использовании предлагаемого способа не было отмечено ни одного случая возникновения двойного дугообразования, в то время как при использовании известного способа оно имело место.

Способ позволяет на 50-70% повысить производительность обработки, а также повышает долговечность резательной аппаратуры.

Способ плазменно-дуговой резки обеспечивает повышение производительности обработки за счет окислительного воздействия обрабатываемого металла газообразным кислородом и повышение энтальпии плазменной дуги за счет подачи в нее водорода. Получение вышеуказанных рабочих газов обеспечивают полным испарением воды в полости между наружным и внутренним соплом. Кроме того, способ устраняет необходимость в ручной настройке режима охлаждения сопла плазмотрона.

Обеспечить эффективное охлаждение токоведущего сопла при использовании известного способа при меньших расходах воды не представляется возможным вследствие выхода сопла из строя.

Эффективное охлаждение токоведущего сопла в предлагаемом способе при существенно малых расходах воды связано с так называемой испарительной системой охлаждения, которая при этом имеет место.

Ниже приводятся данные, характеризующие изменение производительности обработки.

7077 30

Формула изобретения

Способ плазме н но-дуго вой ре з ки, при котором охлаждение плазмотрона производят воздушно-водяной средой, подаваемой на проход в полость между внутренним и наружным соплом плазмотрона, о т .л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, качества кромок и долговечности сопла путем подачи воды в количестве, обеспечи вающем ее полное испарение при нагреве в полости, температуру среды на в я

Тираж 1160, Подписное

Филиал ППП Патент, r.Óærîðoä, ул.Проектная, 4 выходе и з полости поллержи вают постоянной в пределах 109 — 3 15 С, при этом количество волы, подаваемой на охлаждение, о ц>еделяют из условия — (0,1 — 0,2) 10 0 где Q — расход воды в л/час, д — значение тока режущей дуги в амперах.

Источни ки инФормации, принятые во внимани при экспертизе

1. Монтажные и специальные работы в строительстве, l973, NI 11, с. 19-20.

2. Сварочное производство, 1973, У 3, с. 41-43.

/Р