Способ плазменно-дуговой обработки

Способ плазменно-дуговой обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<,>782973

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено0706.77 (21) 2505225/25-27 (51)М. Кл. с присоединением заявки Йо

В 23 К 31/10 (23) Приоритет

Государствеииый комитет

С С С P ио делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 30.1180. Бюллетень М 44 (53) УДК 621. 791. .945 (088. 8) Дата опубликования описания 30.1 1-80

И.С. Шапиро, 3.N. Баркан, В,A. Кораблев, A. П. Королев и В.N. Ямпольский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОИ ОБРАБОТКИ

Изс1бретение относится к способам дуговой обработки и может быть использовано при плазменно-дуговой резке, выполняемой с изменением режимных параметров в процессе резки.

Известен способ плазменно-дуговой резки, при котором величину тока режущей дуги изменяют по периодичес.кому закону P).

Недостатком известного способа является то, что он может быть эффекТНВНо использован только для обработки металлов ограниченной толщины.

Это связано с тем, что активное пятно дуги на металле как бы привязано !5 к верхней части полости реза, что связано с ограничением временных значений горения дуги на токе импульса и токе паузы. Это также связано с необ,ходимостью отсутствия заметных ри- 20 сок на кромках реза при периодически повторяющемся изменении тока. Кроме того, при работе на предельных режимах среднее значение мощности режущей дуги всегда меньше, чем на 25 постоянном токе, что обусловлено периодически повторяющимся горением дуги на токе, равном току паузы.

Известен способ плазменно-дуговой резки, при котором давление в каме- 30 ре дугового плазмотрона изменяют йо периодическому закону (за счет изменения расхода газа, подаваемого в камеру). При этом при повьхвении расхода газа повышают значение тока режущей дуги, а при уменьшении расхода газа — уменьшают ток (2 ). Этот сйособ обеспечивает также изменение по периодическому закону значения мощности плазменной дуги, вкладываемой в обрабатываемое изделие..

Недостатком такого способа является то обстоятельство, что при работе на предельных режимах уменьшается среднее значение мощности режущей ду,ги.

Известен также способ плаэменнодуговой обработки, при котором электроду сообщают возвратно-поступательные перемещения относительно продольной оси, которые совмещают с уве.- ° личением тока -при перемещении .электрода на спуск и уменьшением тока при перемещении на подъем (3 1.

Периодически повторяющееся изменение столба дугового разряда при колебаниях электрода в камере плаэмотрона обеспечивает изменение напряжения на дуге, что определяет изменение мощности плазменной дуги в процессе рез782973 ки. Это изменение мощности происходит синхронно с частотой колебаний электрода. За счет периодически повторяющегося изменения мощности плазменной дуги обеспечивают импульсное введение тепла в обрабатываемое изделие, что способствует повышению качества кромок реза преимущественно при обработке металлов ограниченной толщины.

Недостатком этого способа при его использовании для целей плазменнодуговой резки является разрушение канала сопла дугового плазмотрона при удлинении столба дуги в камере плазмотрона. Причем, чем больше глубина углубления электрода в сопла, 15 тем больше проявляется данный эффект снижения долговечности резательной аппаратуры из-за возможности образования двойной дуги.

Цель изобретения - повышение про- Щ изводительности путем выполнения процесса на предельно-допустимом режиме по току и увеличение ресурса работы сопла путем исключения его разрушения вследствие двойного дугообразования.

Для этого вначале при любом положении электрода относительно сопла определяют давление в камере формирования дуги, соответствующее предельно-допустимому току для используе-ЗО мого сопла и поддерживают величину этого давления постоянной при перемещениях электрода за счет пропорционального уменьшения и увеличения тоisa. 35

На фиг.1 представлена принципиальная схема процесса резки; на фиг.2 - схема процесса резки при минимальном углублении электрода в collле дугового плазмотрона; на фиг.3 — 4О положение электрода при максималь-, ном его углублении в сопле дугового плазмотрона; на фиг.4 — изменение давления в камере дугового плазмот,рона при неизменном значении тока режущей дуги йри возвратно-пос- 45

:тупательном перемещении электрода; на фиг.5 - изменение тока при возвратно-поступательном перемещении электрода, при котором давление в камере поддерживают постоян- 50 ным путем изменения тока режущей дуГИ.

Обозначения на фигурах:

1 — обрабатываемое изделие1 2 плазмотрон для резки; 3 — электрод установленный внутри камеры плазмотрона> 4 ; внутренняя полость камеры плазмЬтрона; 5 - плазменная дуга; б - полость реза; h4 — минимальноеуглубление электрода в сопле дугового плазмотрона; h - максимальное 60 углубление электрода в сопле дугового плазмотрона; Р - давление в камере дугового плазмотрона; Р— изменение давления в камере при переме1 щении электрода к соплу при неизмен- 65 н зм токе; Р к — изменение давления в камере при перемещении электрода от сопла при неизменном токе; P„, минимальное давление в камере дугового плазмотрона при неизменном токе режущей дуги; Р - максимальмакс ное давление в камере дугового плазмотрона при неизменном токе режущей

ДУги1 Р „ - оптимальное значение давления в камере дугового плазмотрона, обеспечиваемое за счет изменения тока режущей дуги; — значение то- . ка режущей дуги; 3 — значение тока режущей дуги при перемещении электрода к соплу; 3g — изменение тока режущей дуги при перемещении электрода от сопла; Э, „„ — минимальное значение тока режущей дуги; 3 - макмакс симальное значение тока режущей дугин t - время; 1„ - время перемещения электрода к соплу; t - время

Ф перемещения электрода от сопла ° В

В ширина реза по верху; В1, — ширина реза по низу.

Способ осуществляют следующим образом.

В камеру 4 плазмотрона 2 подают плазмообразующий газ и возбуждают плазменную дугу 5, горящую между электродом 3 и обрабатываемым иэделием 1, При этом электроду сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно продольной оси, которые показаны стрелками. При этом при движении электрода к соплу (вниз) его крайнее положение соответствует глубине углубления h<. Соответственно глубина его углубления h< характеризует другое его крайнее йоложение, при движении электрода от сопла (вверх). То есть, амплитуда колебаний электрода составляет Ь - и„. При этом всякое перемещение электрода от сопла (вверх) способствует повышению давления в камере Р при неизменном значении тока. режущей дуги. Поэтому давление в камере в крайней верхней точке траектории движения электрода достигает значения Р, а в крайкмжс ней нижней точке траектории движения электрода давление в камере достигает значения Рк, причей Р мну ® макс

Рк„„„н. Это связайо с.тем фактом, что чем больше длина участка столба дуги, находящегося внутри камеры дугового плазмотрона, тем больше дуга дросселирует отверстие сопла и тем выше давление в камере. ° To есть в течение времени ., которое представляет,время опускания электрода давление в камере Р,падает от

Р до Рк„,„„. Соответственно в течеййе времейи t которое представляет время подъема электрода, давление в камере Рк возрастает от

Р„ дб Pg., Давление в камере дугового плазмотрона является важным режимньва параметром процесса резки .

его значение характеризует как ре782973

Я Я Д ЩЩ. с

Пример выполнения. жущие свойства плазменной дуги, так и долговечность резательной аппаратуры.

При повышении давления сверх некоторого значения, определяемого внутренней геометрией плазмотрона, 5 неизбежно возникновейие двойного ду» гообразования. Поэтому при работе на токах, близких к предельным значениям, выбранным исходя из отсутствия двойного дугообразования при на- 1О хождении конца электрода в крайнем нижнем положении траектории er o движения, неизбежно возникновение двойного дугообразования при движении конца электрода от сопла, что обусловливает его разрушение при неизменном значении тока 1 режущей дуги.

Соответственно выбор тока режущей дуги, исходя из отсутствия двойного дугообразования при нахождении конца электрода в крайнем верхнем положе- . нии, означает снижение производительности обработки при движении электрода к соплу, так как при таком перемещении электрода эти значения тока . являются заниженными по сравнению 35 с предельными значениями для меньших углублений электрода. Поэтому вели.чину тока J< при движении электрода к соплу повышают от 3„ „„ до где Эюмн и 3 „, д« соответственно зна- ЗО чения тока в крайних точках .траектории движения электрода, При перемещении конца электрода от сопла ток режущей дуги уменьшают от 3 <хс до д ц H Изменение тока для каф» д дой точки траектории движения конца электрода производят таким образом, чтобы давление в камере дугового плазмотрона было постоянным — Р,,Это значение давления определяют предварительно на плазмотроне с не- 4О подвижно установленным электродом, причем глубина его углубления соответствует какому-то одному значению ,в пределах данной амплитуды колебаний конца электрода. Определив для ф5 этого углубления "электрода значение тока, близкое к предельному значению, которое характеризует P+z>, в дальнейшем при перемещении конца электрода изменяют ток таким образом, что-щ бы давление Р поддерживалось постоянным. Постоянство заданного давления в камере гарантирует как отсутствие двойного дугообразования при изменении тока при возвратно-поступательйом перемещении конца электрода, а также обеспечивает максимально возможное значение мощности дуги, выделяемой в камере дугового плазмотро-, на, чтб обеспечивает максимальную производительность обработки. 40

Соответствукщие значения t„a t< обычно принимают равными между собой, Численные значения тока, обеспечивающие постоянство поддержания давления я в камере плазмотрона, определяют сле- дующим образом.

B начале устанавливают углубление электрода при данном расходе газа, равное высоте канала сопла, и при этом определяют. предельно допустимое значение тока (3 е ) а затем преа для какого-то фиксированного значения углубления электрода в пределах амплитуды его колебания определяют также предельно-допустимое значение тока, которое всегда имеет меньшее значение по сравнению с 3 @ ,Зная углубление электрода h, onpenpе ф деляют численное значение коэффициента К, как

Для любо ro з начен ия .углубл ен ия электрода в пределах амплитуды его колебания определяют соответствующие значения предельно-допустимых токов, как дпреф,- пред <(>ь1

Вышеукаэайййе значения токов обеспечивают постоянство поддержания давления в камере, численное значение которого соответствует опт . Поэтому при выполнении процЕсса резки обеспечивают.поддержание вьааеуказанных значений рабочих токов, характеризующих предельно-допустимые значения для любой точки траектории перемещения электрода.

Возможным вариантом выполнения данного способа резки является определение для какого-то одного значения углубления электрода давления в камере соответствующего предельноМопустимому току -- Р„„ . После hei о для других значений углубления определяют предельно-допустимые токи, как токи, при которых давление в камере составляет величину, равную P опт

Эти токи в свою очередь являются также предельно-допустимыми для даннйх углублений электрода.

Примером выполнения данного спо.соба явилась плазменно-дуговая резка стали толщиной 5,0 мм, выполняемая с амплитудой колебаний электрода, равной 6,0 мм, что соответствовало изменению глубины углубления электрода в сопле от 3,0 до 9,0 м.

Диаметр отверстия сопла, формирующего плазменную дугу, составлял "

0,6 мм, высота канала. сопла 1,2 мм при расходе плазмообразующего газа

1,26 м /ч. Определение предельйб»допустимого тока при глубине утопления электрода 1,2 мм показало, чтто Мо величина (, 47 А. Определение предельно-допустимого тока при глубине утопления электрода 3,0 мм показало, что его численное значение составляет 40,5 A. Исходя из вянеиз782973

8 ложенноГо, было определено численное значение коэффициента К

41-405

=554 А(мм

Определение предельно-допустимых токов для любой точки, характеризующей углубление электрода. на осI новании соотношения 3 >yz<= Jnpw"c) 47 — 3 4 (h — 1 2)

«показало, что при эхом в любой точ, ке траектории колебаний электрода в камЕре плазмотрона обеспечивалось давление P = 6,2

6,3 кГс/смх (при резке в азоте) . По- стоянство поддержания давления обеспечили эа счет изменения рабочего тока от З йи =20,5 А до Э„, » 40;% А.

Данйое значение давлений в ка3щре гарантировало выполнение резки на предельно-допустимых режимах по току для любого значения глубины углубления электрода, что в свою очередь обеспечивает существенное повышение производительности обработки. Во всем диапазоне токов от 3 ; до 2,щ отсутствовало двойное дугообразование. При этом, наряду с изменением тока имело :место изменение напряжения на дуге в процессе резки. Соответственно минимальное напряжение соответствует горению дуги на токе З,„ „,а максимальное - Й „«„ . Однако, так как изменение тока от; °, до 3 „,„ имеет место почти в 2 раза, а напряжение на дуге менялось только на 35%, то при этом обеспечивалось при изменении тока изменение мощности плазменной дуги. За счет такого изменения мощности плазменной дуги обеспечи. вают йовышение качества. кромок - на кромках практическИ дри любых значениях скоростей перемещения плазмен.ной дуги отсутствуют натеки выплавленного металла.

При использовании предлагаемого способа обеспечивалось. существенное повышение производительности об-, работки, так например, при этом значение, скорости резки составило 3,7 м/мин, при резке углеродистой стали толщиной 3,0 мм, в то время как известный способ обеспечил максимальную скорость резки на предельно-допустимом токе не свыше 1,8 м/MHH

Если предложенный способ гарантирует отсутствйе натеков выплавленного металла в диапазоне скоростей от 3,7 до 0,5 м/мин, то при известном способе он составляет 1,8-1,2 м/мин. 1о есть использование предлагаемого способа позволяет расширить диапазон скоростей резки,,гарантирующих высокое качество кромок реза в

5,8 раза.

Формула изобретения

Источники информации, 40 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 304092,кл. В 23 К 31/10 09.06.69.

2. Авторское

45 Р 508365, кл. В

«от 02.10.1974.

3. Авторское

Р 243113, кл. В свидетельство СССР

23 К 31/10, св иде тель с тв о СССР

23 К, 9/1á 28.02.1968., 35 Способ плазменно-дуговой обработки, при котором электроду сообщают

;возвратно-поступательные перемещения .. относительно продольной оси сопла, которые совмещают с увеличением то20 ка при перемещении электрода на спуск и уменьшением тока при перемещении на подъем о т л и—

К

1 ч а ю шийся тем, что с целью повышения лроизводительсти путем выполнения процесса на предельно-допустимом режиме по току и увеличения ресурса работы сопла путем исключения его разрушения вследствие двойного дугообразования, вначале при любом положении электрода отноЗО сительно сопла определяют давление в камере формирования дуги, соответствующее предельно-допустимому току для используемого сопла и поддерживают величину этого давления посто35 янной при перемещениях электрода за ,счет пропорционального уменьшения и увеличения, тока.

7S2973

Фи@. 2

Фиа. 1

° из,+

Ф и.а. Г

ВНИИПИ Заказ 8434/13 Тирам 116О Подписное

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