Способ плазменно-дуговой обработ-ки

Способ плазменно-дуговой обработ-ки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СИИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 2304.79 (21) 275б631/25-27 и > 812482 (51)М. Кл З с присоединением заявки М

В 23 К 31/10

Государственный комитет

СССР

ne aeaaas xso6pe xxA. и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150381 Бюллетень ЙЯ 10 (53) УДК 621 ° 791. 947, -55 (088.8) Дата опубликования описания 1503.81 (72) Авторы изобретения

И.С.Шапиро, З.и. Баркан. и A. П. Королев (73 ) Заявитель (54 } СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОИ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к плазменно-дуговой обработке, преимуществен.но к способам резки, выполняемым при нестационарных режимных параметрах процесса резки, и может быть использовано в судостроении,:симическом и нефтяном машиностроении, а также в других отраслях народного

-хозяйства при выполнении разделительной резки металла ограниченной толщины.

Известен способ плаэменно-дуговой резки, при котором перемещение дуги производят путем импульсного изменения скорости поступательной подачи.

Такое импульсное изменение скорости перемещения дуги препятствует локализации анодного пятна на каком-то ограниченном участке, расположенном на лобовой кромке реза, что при резке малых толщин обеспечивает повышение качества кромок реза вследствие уменьшения количества грата, расположенного на нижних кромках реза !11 .

Однако данный способ не обеспечивает выполнения процесса резки с большими значениями частоты,изменения скорости вследствие инерционнос..ти привода перемещения плазменной дуги. Поэтому на боковых кромках реза имеют место заметные риски, снижающие качество плазменно-дугового .реза.

Известен способ плаэменно-дуговой обработки, при котором разрядный промежуток питают импульсным током.

Воэможность реализации при данном способе частот изменения тока до

300 Гц обеспечивает отсутствие рисок на боковых кромках реза при весьма высоких скоростях перемещения плазменной дуги (21.

15 Выполнение способа связано с необходимостью использования специальных источников питания дуги. При этом процесс резки выполняют на постоянном (неизменном по величине)

20 расходе плазмообраэующего газа.

Если исходить при выборе расхода плазмообразующего газа иэ задачи предотвращения двойного дугообраэования при горении дуги на токе импульса, то данный расход газа является эавыаенным для тока паузы. Если же производить расход газа исходя иэ величины тока паузы, то при этом неизбежно двойное дугообразование

30 при горении дуги на токе импульса.

812482

Известен также способ плаэменнодуговой обработки, при котором расход плазмообразующего газа, подаваемого в камеру формирования дуги, изменяют по периодическому закону и регулируют время нарастания и спада расхода газа. При этом реализация нестационарных режимов может быть обеспечена за счет введения в состав данных установок так называемых

"прерывателей", обеспечивающих прерывистую.подачу плазмообразующего газа.

3а счет такой подачи газа давление в камере формирования дуги изменяется синхронно с изменением расхода плазмообразующего газа. При выполнении процесса на импульсном токе устанавливают ток паузы соответствующим по времени минимальному расходу плазмообразующего газа, а соответственно ток в импульсе — при максимальном расходе газа. Данное обстоятельство повышает эффективность выполнения процесса резки на импульсном токе (3) .

Недостатком известного способа является то, что временные характеристики процесса, т.е. время нарас тания.и спада давления в камере формирования дуги, устанавливают произвольно. Условия работы дугового плаэмотрона характеризуются временем теплонасыщения, которое представляет время установления в камере квазистационарного состояния. Данный период представляет то время, в течение которого завершается теплообмен плазмообразующего газа с внутренней полостью камеры. Прн этом следует ожидать, что давление в камере дугового плазмотрона будет характеризоваться иным численным значением по сравнению со значением, получаемым при произвольно установленной частоте изменения расхода плазмообраэующего газа. Поэтому производительность обработки при произвольно установленной частоте изменения расхода плазмообразующего газа не обеспечивает оптимальные технико-экономические показатели процесса.

Цель изобретения — повышение производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что время нарастания расхода плазмообразующего газа устанавливают в зависимости от величины давления в камере формирования дуги, которое измеряют при постоянном расходе а время спада - в зависимости от величины давления, которое измеряют при постоянном расходе газа, соответствующем максимальной величине расхода.

На фиг. 1 изображены графики, характеризующие изменение во времени расхода плазмообразующего газа и давления в камере дугового плаэмотрона при произвольно выбранной частоте

1- 4 обозначены; расход плаэмообразующего газа; минимальный расход плаэмообразующего газа; время, время нарастания давления (расхода) в известном способе; время спада давления (расхода) в известном способе; давление в камере плаэмотрона максимальное давление в камере плазмотрона в известном способе, минимальное давление в камере плазмотрона в известном способен максимальное давление в камере плазмотрона в предлагаемом способе, минимальное давление в камере плазмотрона в предлагаемом способен время нарастайия давления. (расхода) в предлагаемом способе, время спада давления (расхода) в предлагаемом способе; напряжение на дуге, напряжение, на дуге, соответствукщее максимальному расходу плаэмообраэующего газа, в предлагаемом способе; напряжение на дуге, соответствукщее максимальному расходу плазмообразукщего газа, в известном способе; напряжение на дуге, соответствующее минимальному расходу плаэмообраэукщего газа, в предлагаемом способе, На фиг.

30 сп

35 к тпах

Kàì î

1 к ттн к

P

КФю

Н

«5

65 изменения расхода плазмообразующего гаэау на фиг. 2 - графики, характеризующие расход нлазмообразующего газа и давление в камере дугового плазмотрона при выполнении процесса резки на постоянном по величине расходе плаэмообразукщейо газа, равном по величине его максимальному значению при пульсирующей подаче газа; на фиг. 3 — то же, при постоянном по.величине расходе лазмообразукщего газа, равному по величине его минимальному значению при пуль-. сирукщей подаче газау на фиг. 4графики, характеризующие изменение во времени расхода плазмообразующе15 го газа и давления в камере формирования дуги при частоте изменения расхода, выбранной исходя из условий достижения, при пульсирующей Подаче газа, давлений, соответствующих

Щ кваэистационарному состоянию.

812482

2 — напряжение на дуге, соот-. ветствующее минимальному расходу плазмообраэующего газа, в йзвестном способе.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале с произвольно установленной частотой изменения расхода плазмообразукицего газа Q. при заданных параметрах системы газопитания, определяеьых давлением газа на редукторе, выполняют,, плазМенную резку, в процессе которой с помощью датчика расхода фиксируют Ю„„хх и Qmq i, Это.изменение расхода газа во времени t характеризуют временные, харак-. теристики процесса с„ и с Синхронно с изменением расхода плазмообразующего газа происходит изменение

-давления в камере формирования плазменной дуги — Р», фиксируемое датчиком давления. увеличение расхода нлазмообразующего газа обусловливает повышение давления и соответственно снижение расхода приводит к снижению давления. Таким образом, расходу плазмообраэующего газа Я„„ „ соответствует давление в камере Р„ Х, а расходу. Qw n Pr win

Зная соответствующие значения

ma» . пйо и Q „, выключают работу пре1 рывателя подачи газа, устанавливают вышеуказанные значения расхода газа с помощью ротаметра или датчика расхода и выполняют процесс резки при неизменных значения расхода, которым соответствует условие О. В

89

Н процессе выполнения процесса резки вновь фиксируют давление в камере

Р, . При этом расходу плазмообразующего газа ф д соответствует не давление Р „, а Р„, „, причем

» с с ° Ф Мх к % Рк и бХ

Это повышение давления в камере формирования плазменной дуги обуславливает так называемый "автоподогрев" плазмообраэующего газа вследствие теплообмена этого газа с внутренней полостью камеры, которая, в свою очередь, испытывает. нагрей за счет излучения дуги. Так как процесс теплообмена инерционен во времени, / то его эффективность определяют не мгновенные значения температуры в столбе дуги, а средние (интеграль ные) значения. Поэтому при выполнении процесса резки на неизменном по величине расходе плазмообразующеГО Гаэа, КОтОрЫй СОСтаВЛяЕт „кХ„, температура столба дуги имеет большее значение, что и определяет более. высокий нагрев внутренней полости камеры формирования дуги. Поэтому температура плазмообразующего газа в камере повышается на большую вели,чину> в свою очередь такое повышение давления в камере оз начает увеличение скорости пристеночного потока газ,, электрически и термически отшунтировывающего плазменную дугу в канале сопла дугового плаэмотрона.

Это увеличение скорости пристеночного потока газа означает более высокую степень сжатия столба дуги в канале сопла, которую характеризуют увеличение напряженности в столбе дуги, что приводит к повышению напряжения на дуге - U . В то же время выполнению процесса резки на постоянном по величине. расходе плазмообразующеГо газа Ц,„;„соответствует давление Р„ ;„, которое имеет несколько меньшую величину по сравнению с давлением Р„„ ° Если при выполнении резки с пульсирующей подачей газа температура дуги, определяющая нагрев внутренней полости камеры, соответствует какому-то. среднему значению, лежащему между тем1

20 пературами дуги при Р, „„- и Р»,,;„ то при квазистационарном состоянии эти значения давлений характеризуют степень сжатия столба дуги и ее температуру. Таким образом Р„„,,„> Р» », 25 à P „-„ (Р», „„ А так как при, данной скорости перемещения плазмотрона численное значение давления в камере формирования дуги определяет напряжение на дуге, то напряжение на дуге 1 будет всегда выше напряжения 1, а напряжение 2 будет всегда меньше напряжения 2.

Аналогичная картина имеет место и при сравнении изменения напряже35 ния на дуге 40а ° т.е при предлагаемом способе эта разница в соответствующих значениях напряжения всегда имеет большую величину пб сравнению с известным способом. Поэтому разница между амплитудными значениями

40 давлений 6,Р Р»,„, д„- Pr „ âñåãäà имеет меныаую величину bio сравнению с А Р = Р» о (- Р» . .

Эта большая разница между амплитудными значениями давлений в камере

45 формирования дуги при постоянстве амплитудных значений расхода газа и определяет повышение производительности обработки при предлагаемом способе. Более эффективное динамическое воздействие дуги на ванну расплавленного металла в полости реза обуславливает. существование ванны расплавленного металла в полости реза меньшее время, что повышает эффективность ввода тепла в об рабатываемое изделие. Поэтому зная соответствующие значения давлений

Р „„ „й Р»„,„„ вновь устанавливают прерывистую подачу плазмообразуищего газа, однако при этом скорЗ ть

60 нарастания давления в камере устанавливают таковой, чтобы за время с давление в.камере., достигло н

I значения Р„, Для определения соответствующего

65 значения Й производят открывание прерывателя подачи газа с различной скоростью и фиксируют при этом изменение по времени давления B камере, данные операции повторяют для различных скоростей откркванин прорыва теля, т.е. эа время t. принимают то время, эа которое давлени» в камере достигает значения PItt, и при дальнейшем его повьпаснии

ДР„ — ".--.: 0

dt

Соответственно время спада давл — ния (время прекраценпя подачи газа) определяют следуюцим образом.

Вначале устанавливают в камере кваэистационарное состояние, соответствующее расходу газа 0, „, которому соответствует давя->II+(в камеI ре Pg II . Затем дискретно прекрацают подачу газа в камеру пла..мотрона и определяют время, и течение которого давление в камере падает до ( значения Р,„.z . Данные время принимают за время

Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение производительности обработки на 25-30Ъ по сравнению с известным i:ïocoáoì.

Пример. Выполняют разделительную плазменно-дуговую резку с пульсирующей подачей газа. Пзменени» расхода плазмообразующего газа по периодическому закону производят с помощью механического прерывателя подачи газа. Резку выполняют в среде технического азота, а для питания режущей дуги используют установку

ОПР-6. B качестве обрабатываемого материала используют коррозионностойкую сталь марки 12 Х 18Н10Т толциной 10 мм. Вначале при величине тока режущей дуги, равного 180 А, и частоте изменения расхода плазмообразующего газа б 1/с фиксируют соответствующие амплитудные значения давлений в качестве формирования дуги. Определение соответствующих значений давления производится датчиком давления, который связан с камерой формирования дуги. При этом горение дуги с пульсирующей подачей газа при вы..еуказанных режимных параметрах процесса соо;ретствуют — P tttaII =

1,6 кгс/см и Р„, „ = 0,25 кгс/см .

С помощью датчика расхода, установленного в цепи газоподводящего тракта, определяют амплитудные значения расхода плазмообразующего газatïðè этом Q п — — 3, 5 м/ч, а — О, 75 м /ч.

Зная соответствующие значения расход: в газа на токе 180 А и внутренней геометрии разрядного промежутка, соответствующей выполнению процесса резки с пульсирующей подачей газа, возбуждают плазменную дугу, при этом расход плаэмообразующего газа поддерживают строго постоянным, т.е. обеспечивают условие — == О и фиксиЗQ . cRt руют при этом соответствующее значе.ние давлений в:камере, которые соответствуют кваэистационарному состоянию. Эти значения давлений составляют

Р к п,х = 1,9 Krc/cr t и Р п.„- 1

I ;у.

d,25 кгс/см . Опредeлениe временных характеристик, процесса, обеспечивающих поддержание при пульсирующей подаче газа вышеуказанных расходов газа, показывает, что этому усI повию соответствуют 1 q =- О р 15 с и

; сп = 0,18 с. ПРи частоте изменениЯ

1..схода б 1/с временные характеристики процесса составляют tH = 0,03 с

t „ .= 0Ä09 с.

:oпо .тавле двух приведенных групп режимов, по.азывает, что при этом об есле шв ается следующая проиэводител ность резки — при предлагаемом способе максимальное значение скорости 1500 мм/мин, а при известном 1200 мм/мин. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает производительность обработки на 25% вьпае по сравнению с известным способом.

Формула изобретения

Способ планменно-дуговои обработки, преимуь .ественно розки, при котором расход плазмообразукцего газа, подаваемого в камеру формирования дуги изменяют по периодическому закону и регулируют время нарастания и спада расхода газа, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительнос и процесса . время нарастания расхода плазмообразующего гана устанавливают в зависимости от величины давления в камере формирования дуги, которое измеряют при постоянном расходе плаз-. мообразующего газа, соответствующем минимальной величине расхода, а время спада — в зависимости от величины давления„ l

Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1520215, кл. В 23 К 31/10, 21.10.74 °

2. Авторское свидетельство СССР

9508365, кл. В 23 К 31/10, 02.10.74.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 92646317, кл. В 23 К 9/16, 10.07.78.

812482

Составитель Л. Суханова

Техред H.Ãðàá Корректор Н.Бабинец

Редактор И.Ромжа !

Заказ б32/14 Тираж 1148 Подписное

ЙНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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