Способ настройки режима плазменнодуговой резки

Способ настройки режима плазменнодуговой резки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ЙСАИИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«»716738

Союз Советскии

Социалистических

Республик (6t ) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 0208-77 (2! ) 2512688/25-27 (5! )М. Кд. с присоединением заявки ге

В 23 К 9/16

В 23 К 31/10

Икудлрстеииим3 кемитет

СССР ае делам изебретеиий и открытий (23) Приоритет—

Олубликовяио 25.0280 Бюллетень М 7 (53) УДК 621.791.

755 (088.8) Дата опубликования описания 25.02ЯО (72) Авторы изобретения

3. М. Баркан, Б. Л. Белкин и И. С. в1апиро (71) заявитель (54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ РЕЖИМА

ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Изобретение относится к способам настр% ки режима при плазменно-дуговой резке и ма жет быть использовано для цепей разделительной резки металлов с обеспечением получения высоких концентраций энергии в канала сопла дугового плаэмотрона, Известен способ режима при плазменно-дуговой резке, при котором расход плазмообразующего газа устанавливают по соотношению Т

@=к - - — +(о- ) i где 0 — расход газа;

I — ток плазменной дуги; а — расстояние от катода до среза сопла;

К вЂ” коэффициент, зависящий от рода газа;

R — радиус сопла, затем после возбуждения дуги между катодом и изделием увеличивают расход плазмообразующего газа до появления первого имцуль са повышения напряжения между соплом и катодом, после чего расход газа снижают иа

5 — 10% (1).

Недостаток известного способа заключается в том, что его выполняют при неизменном значении тока режущей дуги, которое сохраняют постоянным, как для момента начального возбуждения плазменной дуги, так и для момента окончания операции настройки режима.

Известен способ повышения стойкости сопла плазмотрона к двойному дугообраэованию, при котором производят многократную предварительнуто электрическую формовку его сопла, для чего до начала процесса резки ток дуги плавно увеличивают до минимального значения, при котором происходит двойное дугообразование, а затем снижают ток дуги, причем число таких циклов выбирают равным 10 — 20 (2).

При таком способе повышение предельно допустимого значения тока. обеспечивают эа счет "автоприработки" канала сопла дугового плазмотрона; при этом способе происходит сглаживание микронеровностей, обусловленных механической обработкой канала сопла. Одна ко такое повышение предельно допустимого значения тока режущей дуги за счет форми20

3 " 71б73 ровки эффективно только при малых концент. рациях энергии в канале сопла pyroBdfo плаэ. мотрона, т.е. в 1ом случае, когда величина пристеночного зазора между столбом дуги и стенками канала сопла является минимальной.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному способу является способ настройки режима плазменно-дуговой резки, при котором рабо- . чий том плавно увеличивают до возникновения 10 двойного дугообразования, а момент возникно1 вения двойного дугообраэования определяют

l по появлению первого импульса повышения напряжения между электродом и соплом (3).

Недостатком известного способа является то, что момент первого возникновения двойного дугообразования, соответствующий выбору рабочего тока, не характеризует предельнодопустимое значение тока для сопла данного диаметра, так как в этот момент времени газ в камере дугового плаэмотрона практически не прогрет.

Действительно, дальнейшее повышение тока приводит к разрушению канала сопла дугового плазмотрона. Однако при этом выбор тока режущей дуги ниже максимального предельно допустимого значения, что s свою очередь снижает производительность обработки. Между тем

s камере дугового. плазмотрона имеет место так называемый "автоподогрев" плаэмообразующего газа, обусловленный теплообьгеном газа с внутрейней полостью камеры, которая нагревается эа счет излучения плазменной дуги. Это повышение во времени температуры газа в камере плаэмотрона приводит к увеличению ско- ЗБ рости истечения пристеночного потбка газа в канале сопла плазмотрона, что позволяет реализовать при данном значении расхода газа более высокие предельнодопустимые эначейия тока и соответственно повысить производительность 40 обработки., Использование явления "автоподогрева" плазмообразующего газа "позволяет"повысить предельиодопустимое значение тока режущей 11уги и соответственно производительность обработки, 45 гарантируя при этом отсутствие разрушения канала сопла дугового плазмотрона.

Цель изобретения — - повышение производительности процесса плазменно-дуговой резки пу" тем повышения величины предельно допустимо- 50 го рабочего тока для. сопла данного диаметра.

Это достигается тем, что в способе настройки режима плаэменно-дуговой резки,-при котором рабочий ток увеличивают "до момента возникновения двойного дугообраэования, опреде- 5 ляемого по появлению первого импульса повышения напряжения между электродом и соплом, после йоявления импульса плазмотрон прогревают в режиме с рабочим током, соответствующим появлению уйомянутого импульса, до стабильного увеличения напряжения, между соплом н электродом, после чего рабочий ток снова увеличивают до момента возникновения двойного дугообразования и процесс ведут в несколько циклов, а о предельно допустимой величине рабочего тока судят по отсутствию повышения напряжения между соплом и электродом при прогреве плазмотрона рабочим током, соответствующим моменту появления nepsoro импульса повышения напряжения между соплом и электродом в последнем цикле, .

На фиг. 1 дана схема устройства, используемого для выполнения способа настройки режима плазменно-дуговой резки, на фиг. 2 графически показано изменение тока и среднего зна- ° чения напряжения между электродом и соплом.

Устройство содержит электрод 1, плазменную дугу 2, обрабатываемое изделие 3, внутреннюю полость 4 камеры дугового плаэмотроиа; плазмотрон 5 для резки, усилитель 6, вольтметр 7, датчик 8 двойной дуги.

На фиг. 2 показано значение тока I режущей дуги, время t, начальное значение тока I, режущей дуги, предельно допустимое значение тока I, при втором его повышении, предельно допустимое значение тока I, при третьем его повышении, предельно допустимое значение тока I, при четвертом его повышении, предельно допустимое значение тока I „ïðè предпоследнем его повышении, максимальное значение предельно допустимого тока, 1,, значе„ние тока?„+„, обуславливающее возникновение двойной дуги в канале сопла дугового плаэмотрона, время т„горения дуги на начальном значении тока I, время t, возрастания тока. от Х, до тока I,, время t, обеспечения постоянства напряжения между электродом и соплом при горении на токе 1„время t, возрастания напряжения между электродом и colBloM при горении дуги на токе I,, время t, возрастания тока от I, до I,, время t, горения дуги на токе I, при неизменном значении напряжения между электродом и соплом, время t, возрастания напряжения между электродом и; соплом при горении дуги на токе 1„время

t, возрастания тока от I, до I,, âðåìÿ t, горения дуги на токе 1, при неизменном значении напряжения между электродом и соплом, время t„ возрастания напряжения между электродом и соплом при горении дути на токе I„ время tq возрастания,тока от I q до Ттт, время t> горения дуги на токе It,, время

„возрастания тока от Хп до тока двой/ ного дугообразования, время 1 „4.,1горения дуги при наличии двойного дугообразования, на1 пряжение U+ между соплом и электродом

716738 напряжение О, между электродом и соплом и момент начального возбуждения режущей дуги, напряжение О, между электродом и соплом при горении дуги па токе I, h момент времени t,, напряжение U, между электродом и соплом при повышении тока от I, до I <, напряжение 0, между электродом и соплом при горении дуги на токе I, в момент времени t„, напряжение U, между электродом и соплом при повышении тока от I, до 1„напряжение U, между электродом и соплом при горении дуги на токе I в момент времени т,, напряжение U, между электродом и соплом при повышении тока от I, до I,, напряжение

0 на дуге при горении дуги на токе I q

;в момент времени т „„»„, 0 — напряжение на дуге, соответствующее горению дутн при максимальном значении предельно допустимого тока.

Способ осуществляется следующим образом, Между электродом 1, установленным в плазмотроне для резки 5, и обрабатываемым изделием 3 возбуждают на токе I, плазменную дугу 2. При этом вольтметр 7, связанный с усилителем 6, фиксирует изменение напряжения между электродом и соплом плаэмотрона—

0в во времени t. Начальное значение тока

I, выбирают заведомо меньше предельно допустимого значения тока, что гарантирует отсутствие двойного дугообразования при горении дуги на токе I,. Начальному моменту возбуждения дуги на данном токе соответствует напряжение между электродом и соплом О,. lIpa поддержании дуги на этом токе в течение времени t, это напряжение возрастает до значения U Горение дуги на токе I, в течение времени t, обусловливает прогрев дугой поверхности камеры со стороны, обращенной к дуге, за счет ее излучения. При этом плазмообразующий газ, подаваемый во внутреннюю полость камеры 4, нагревается вследствие его конвективиого теплообмена со стенками камеры, нагретыми плазменной дугой. 3а счет этого нагрева возрастает скорость пристеночиого потока газа в канале сопла дугового плазмотрона, что и обуславливает возрастание напряжения

U, которое зависит от скорости пристеночного потока газа. Возрастание напряжения между электродом и соплом плаэмотрона свиде.тельствует о воэможности повышения рабочего тока, который повышают до значения Х, в течение времени t,. Соответствующее значение тока I, и предельно допустимого значения тока для каждого цикла определяют с помощью датчика двойной дуги 8, при фиксировании . которым импульса повышения aaapseeaaa между электродом и соплом, прекращают повышение тока и поддерживают в течение некоторого времени горение дуги нз данном токе.

Напряжение межгу электродом и соплом

U при этом возрастает до значения U,, пос5 ле чего в течение времени t, отсутствует изменение напряжения 0> Повышение напряжения между электродом и соплом в течение времени t, характеризует дроссслирование столбом дуги отверстия сопла плаэмотрона.

Возрастание диаметра столба дуги в канале сопла плазмотрона способствует уменьшению эффективного проходного сечения, определяющего истечение пристеночного потока газа, вследствие чего и возрастает скорость данного потока газа в канале сопла.

Это обстоятельство обусловливает повышение напряжения между электродом и соплом.

Однако при некотором значении тока g„s момент времени t,) скорость прнстеиочного потока газа достигает значения скорости равной скорости звука и при этом напряжение

U, становится постоянным. Постоянство данного значения напряжения ограничивает возможность дальнейшего повышения тока, в связи с чем режим горения дуги на токе Т, в течение времени t, есть предельно допустимый режим для сопла данного диаметра. дальнейшее повышение рабочего тока обусловливает возникновение двойного дугообразования и разрушение канала сопла дугового плазмотрона, Поэтому при отсутствии изменения напряжения между .электродом и соплом плазмотрона прекращают повышение рабочего тока I и поддерживают горение дуги на данном токе I„в течение времени t + t4. При этом эа счет того, что дуга при горении на токе Т, способствует нагреву внутренней полости камеры, то вследствие конвективного теплообмена плаэмообразующего газа с поверхностью камеры происходит дальнейшее повьппение температуры пристеночного потока газа в канале сопла дугового плазмотрона, что и характеризует повышение напряжения между электродом и соплом от

U, до 04. Таким образом, если режим горе ния дуги на токе 3, в течение времени t, характеризует режим поддержания дуги на предельно допустимом значении тока, то к концу участка t, горение дуги на токе I„характеризует условия ее горения на токе ниже предельно допустимого значения.

Поэтому возрастание напряжения между электродом и соплом до значения U, свидетельствует о возможности повышения предельно допустимого значения тока. Поэтому в те55 чение времени t, ток режущей дуги повышают до значения,, значение которого выбирмот, исходя из возможности возрастания напряжения между электродом и соплом. При отсуте

7 71 ствии повышения данного напр"жения U, "пре "кфйцают рост тока и поддерживают ropeíèå дуги на данном токе в течение времени t, +

+ t,. При этом на временном участке t, ток величиной I, является йредельно допустимым для сопл» данного диаметра, в то время как на участке t, величина тока I, ниже предель" нб допуСтимого эйачени» для сопла данного диаметра.

Так как значение скорости потока газа, равйое скорости звука; возрастает с ростом темйературы газа, и в момент времейй t, температура газа в .камере имеет более srrcorcoe значение по сравнению с моментом. времени

t,, то соответственно и предельно допустимое значение тока I, имеет большое. значение по сравнению с током 1,.

Таким образом, достижение предельно допус тимого значения тока при каждом rrrrrcrre свя Зано" с установлением при этом значения ско- -рости пристеночного потока газа, равйой скоростй звуке, чем и обусловлено кратковремен ное прекрЖМение прй этом роста напряжения между электродом н соплом. Поэтому rrrrorlHe допустимо определение соответствующих значе-.. ний U с помощью вольтметра 7, хотя датчик двойной дуги 8 позволяет более быстро

" =пройзв«ойить«это оп1 ед«еленке .

При йоъыше«ййй "йапряжеййя между электродом и соплом до значения U, при горении на токе I, за время t, вновь повышают ток до 1, и йо@дерясиваю«т горение на данном" токе

"в течение времени t, + t„. Вел«ичийу воэрас "=ТИФя«тока устанавлйвают rro характеру изме 11ййя««напряжения между электродом и соплом, " "т.б, тбк" повышают до тех пор, йо«ка Йа«пряжейие на;, дуге не достигент постоянного значения UÄ.Bce йаэвайные операций повторяют многократно. При предпоследнем цикле на токе I> за время t> „напряжение между электродом и соплом возрастает до значения UrI 1.

Дальнейшее повышейи«е тока. за время t до 1п характеризует максимальное зйачение пре-. дельно допустимого тока, при котором напряжение между электродом и соплом О,„имеет ноСтояйное значение и не возрастает во времени. При этом обеспечивают так йаэыва«емое coct orirrrre теплонасьштейия в камере дугового плазмотрона.

В связи с тем, что участки времени,, - т,, t„ и tA;, в течение которых возрастает температура в камере, из-за инерционности npoiree«cd прогрева газа принимают существенно большимй, чем участки, которые харжтериэуют предельно допустимый режим по току t„ t„ и тд. Поэтому, зная длительность участка времени, обуНВЙЙЙВИКбго "й«рогов"«гЖюЪ в ка.

738 8

6 мере плазмотрона, легко определяют максималь. ное значение предельно допустимого тока как — Ф О. При этом сколь велика ни была бы

dU

dtu длительность участка t, Напряжение между электродом и стойлом сохраняет постоянньw свое значение. Дальнейшее повышение тока даже йа отнбсительно небольшую величину по

f сравнению с 1п в течение времени t>+< неизг 0 бежно обусловливает двойное дугообразов ание при горении"дуги на данном токе в течение времени t >+ . Поэтому при достижении током зйаче«ния 1„прекращают дальнейшее повышение тока и процесс резки производят либо на дан15 ном токе, либо с целью обеспечения полного гарайтирования отсутствия двойного дугообра"" эоваЪшя уменьшают рабочее значение тока на

2 — 3% по сравнешпо с I . Эту настройку режима на максимальное значение предельно допус20 тимого тбка "Выполи«яют на начальном участке реза при врезанни дугй в обрабатываемый металл, При выполнении всех последующих реэов условия вывода плаэмотрона на рабочий режим по току сохраняют постоянным. Повторное *зажигание дуги на установлешюм значении тока Irr при данном расходе плазмообразующего" газа беэ учета обеспечейия в камере плазмотрона процесса теплонасыщения, соответствующего току I<, неизбежно обусловливает разрушение ка йла Сопла вследствие двойного ду- гообразования, так как при этом значение ско" рости пристеночйого потока газа недостаточно для электрического и термического отшнуровывания столба дуги от стенок канала сопла.

55 Так как значение U .z не зависит от скоалости пер мещенйя плазмотрона, то условия выбора скорости резки на начальном участке не имеет существенного эна 1ейия. эффектйбность использования предлагаемо40 го способа настройки режима при плаэменно дутовой резке возрастает с ростом диаметра сопла дугового плазмотрона. Так как чем больше диаметр сопла, тем соответственно выше зйачение xorca дуги, горяшей в сопле данного диаметра; то соответственно выше и иэлучающая способность дуги и соответственно до более высокой температуры дуга обеспечивает нагрев внутренней полости камеры. и р и м е р. При использовании для рез- - . ки диаметра сопла, Qopmpyiorrrего плазменную дугу, равного 2,0 мм, при предлагаемом способе настройки режима обеспечено значение тока 45О А, что почти в 2 раза превышает

55 предельно допусшмое значение тока при из" вестном способе резки, При этом данное значение тока обеспечено за 13 циклов; среднее значение времени поддержания дуги при неиз716738

10 менном значении тока в каждом цикле составляет около 0,8 сек.

Как показывают провеМнйые испытания, изменение скорости всзрастания тока по мере роста числа циклов не имеет существенного значения.

При более высоких значениях скорости возрастания тока (уменьшение времени t„ t„

t, и т.д.) необходимо просто большее значение числа циклов п для получения максимального предельно допустимого тока I„, т.е. при использовании предлагаемого способа соответствующее значение тока 1и не зависит от скорости повышения тока при каждом цикле.

В связи с тем, что предлагаемый способ обеспечивает существенное повышение рабочего тока при резке, возрастает производительйость обработки, I ао

При использовании предлагаемого способа при резке таких химически активных металлов, как титановые сплавы, было обеспечено получение кромок резов, пригодных для последующей сварки, без всякой дополнительной об- а5 работки при использовании в качестве плазмообразующей среды технического азота. При этом высокие концентрации энергии в канале сопла дугового плазмотрона обеспечивают такие скорости резки, при которых глубина газонасьнцен- о ного слоя при обработке толщнн до 50 мм не превышает 40 мкм, что практически не оказывает влияния на свойства сварного соединения прй последующей сварке.

Формула изобретения

Способ настройки режима плазменно-дуговой резки, при котором рабочий ток увеличивают до момента возникновения двойного дугообразования, определяемого о появлению первого импульса повышения напряжения между электродом и соплом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса плаэменно-дуговой резки путем повышения величины предельно допустимого рабочего тока для сопла данного диаметра, после появления. импульса плазмотрон прогревают в режиме с рабочим током, соответствующим. появлению упомянутого импульса, до стабильного увеличения напряжения между соплом и электродом, после чего рабочий ток снова увеличивают до момента возникновения двойного дугообразовыия и процесс ведут в несколько циклов, а о предельно допустимой величине рабочего тока судят по отсутствию повышения напряжения между соплом и электродом нри прогреве плазмотрона рабочим током, соответствующим моменту появления первого имнульса повышения напряжения между соплом и электродом в последнем цикле, Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР N 380415, кл. В 23 К 31/10, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР N 283447, кл. В 23 К 9/16, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР N 316294, кл. В 23 К 9/10, 1969 (прототип).

716738

4 .Р

Тираж 1160 Подписное

ЦНИИПИ Государствешюго комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Редактор Н. Катаманина

-)

Заказ 9715/12

Составитель Г, Квартальнова

ТехредА. Алферова Корректор Е. Папи