Способ дуговой обработки

Способ дуговой обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

Сеюз Совете мни

Сецнаннетнчвскии

Республик () 870041 (6! ) Дополнительное к авт. свна-ву (22) Заявлено 13.11.79 (21) 2857737/25-27 (53)N. Кл. с присоединением заявки М

В 23 К 31/10

В 23 K 9/16

6®УллРетее5555ь551 кеи55тет

CCCP ео аааеш взееретениФ в еткрытв11 (23) Приоритет

Опубликовано 021081. бюллетень М 37 (53) УДК 621. . .791 753(088.8) Дата опубликования ели анин 10.1031 с

В.А. Достовалов, И.С, И1алиро,,С.P. Инльруд, В .И. Золотов и В.Г. Добрхайс)(йй " .: .„ /

5 (72) Авторь5 изобретения (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к способам дуговой обработки, предназначенным для выполнения поверхностной резки и мошет быть использовано в судостроении, энергетическом и транспортном машиностроении, химическом и нефтяном машиностроении, а такше в других отраслях народного хозяйства для целей поверхностной обработки литья, разделки кромок под сварку, выплав56 ки дефектов сварных швов и тому подобных аналогичных задач.

Известен способ дуговой обработки, получивший наименование воздушно-ду5j говой резки, при котором обработку металла производят дугой, возбу5кдаемой с помощью угольных или графитированных электродов, параллельно которой и концентрично столбу дуги подают поток сжатого воздуха fl) При этом электрическая дуга обеспечивает расплавление обрабатываемого металла, а струя сжатого воздуха, подаваемая последовательно за электродом, - его удаление из полости реза.

Недостатком известного способа является то, что его выполнение мо5кет быть реализовано только лри питании дуги постоянным током обратной поляр- ности (плюс на электроде), либо при литании дуги переменным током.

Данные схемные решения процесса обусловлены необходимостью получения достаточно мидкотекучего расплава в полости реза, который мошет быть удален струей с5катого воздуха.

Однако необходимость выполнения процесса резки при вышеуказанных схемах питания дуги приводит к существенному повышению расхода электродов, используемых для питания дуги. Высокие скорости сгорания угольных или графитнрованных электродов приводят к непроизводительным простоям, обу-; словленным необходимостью смены сгоревших электродов, что в свою очередь обуславливает снишение лроизво870041

Известен способ дуговой обработки, при котором столб. дуги возбуждают ,между водоохлаждаемым термохимическим катодом и обрабатываемым иэделием и стабилизируют концентричным кольцевым потоком углекислого газа f3) .

При данном способе обработки потока.газа, вытекающий с высокой сКо ростью через узкий кольцевой зазор

10 между катодным узлом и соплом, срез которого расположен на большем расстоянии от поверхностей металла по сравнению со срезом катода, стабилизирует столб дугового разряда по его

13 длине. Осуществление данного способа на постоянном токе прямой полярности и интенсифицированное охлаждение катода гарантирует высокую долговечность .электрода в процессе обработки.

Недостатком данного. прототипа является то, что вышеуказанный способ обработки, несмотря на то, что он получил широкое применение для целей сварки, не может быть использован для целей резки. Это связано с тем, что в дугах, стабилизированных потоками воздуха и азота, отсутствует повышение напряжения на дуге, которое имеет место при использовании в качестве

30 газа стабилизирующего дугу углекислого газа. Между тем азот и сжатый воздух являются наиболее распространенными рабочими газами для целей дуговой резки. Отсутствие сжатия столба дуги при использовании вышеуказанных рабочих газов не обеспечивает получения достаточно жидкотекучего расплава, удаляемого воздействием давления дуги и потока газа иэ полости реза.

В дуге, обдуваемой потоком газа, существует так называемый начальный участок, в котором имеет место горение дуги в свободном ланимнарном потоке. Конец этого участка обусловлен соприкосновением пограничного слоя с тепловым слоем газа около дуги и разрушение последнего.

Длина данного начального участка равна 5-6 диаметрам столба.

Ю

Цель изобретения — обеспечение поверхностной резки с применением различных по составу рабочих газов.

При этом способе резки струя рабочего газа, подаваемого в камеру формирования дуги, обеспечивает эффективное сжатие столба дуги в канале сопла, вследствие чего такая дуга обеспечивает высокую жидкотекучесть расплава, который под дбйствием давления дуги удаляется из полости .реза.

Роль механического воздействия плазмообраэующего газа в удалении расплавленного металла является второсте" пенной, так как вследствие необходимости выполнения процесса резки плазмотроном, ориентированным под углом к поверхности обрабатываемого металла и развитых габаритов дугового плазмотрона, расстояние от среза плазмообразующего сопла до металла составляет несколько десятков миллиметров.

Выполнение данного процесса при питании дуги постоянным током прямой полярности обеспечивает высокую стойкость неплавящегося электрода. При этом способе резки также отсутствует насыщение кромки реза азотом.

Недостатком известного способа является то, что его реализация связана с необходимостью существенного усложнения резательного оборудования. Для выполнения данного процесса необходимы специализированные установки, включающие в себя источники питания, обладающие специальными статическими и динамическими вольт-амперными характеристиками, а также сложные по своей конструкции так называемые двухпоточные плазмотроны. Кроме того, напряжение на дуге при данном способе резки составляет 130-160 В, что в свою очередь обуславливает увеличение расхода электроэнергии. дительности обработки металла. Кроме того, одним из весьма существенных недостатков процесса является насыщение кромки реза углеродом при данном технологическом процессе. Данное обстоятельство в свою очередь приводит к повышению содержания углерода в металле шва при последующей заварке полученных канавок, что в свою очередь си жает работоспособность сварных соединений.

Известен способ дуговой обработки, при котором снятие поверхностных слоев металла производят так называемой плазменной дугой, вследствие чего данный способ обработки получил наименование поверхностной плазменно-дуговой резки 2 1.

Это достигается тем, что стабилизирующий поток газа фокусируют на начальном участке столба дугового ,разряда, а значение расхода устанавливают обеспечивающим значение на8700

5 пряженности в столбе дуги не менее

5-7 В/мм.

Ela фнг. изображена схема выполнения предлагаемого способа на фиг. 2 — график, характеризующий изменение напряжения на дуге при изменении месторасположения точки фокусировки газа по длине столба дуги; на фиг. 3 — графики, характеризующие влияние длины дуги на изменение ее напряжения прн различных расходах раза, стабилизирующего дугу.

На фигурах обозначены: обрабатываемое изделие I полость реза 2, столб

Э дуги, сопло 4 для подачи стабилизирующего газа, полость 5 для прохода стабилизирующего газа, катодный узел

6, катодная вставка 7, направление 8 выхода газа иэ сопла горелки, * угол наклона горелки к поверхности, обрабатываемого металла, — угол, L образованный внутренней поверхностью сопла горелки, h — глубина выплавляемой канавки, 0д — изменение напряжения на дуге, 6* — длина столба дуги, А — точка фокусировки потока газа,стабилизирующего дугу, д — величина минимального кольцевого зазора между наружной поверхностью катодного узла и внутренней конусной поверхностью сопла, ф, Q<, О> — значения расходов стабилизйрующего газа, причем Q„ (4 0 <0ь

Способ осуществляют следующим образом. 3$

Между.катодной вставкой 7 и обрабатываемык изделием 1 (фиг. I) воз.буждают электрическую дугу (столб Э).

Одновременно в кольцевую полость 5 мезду внутренней поверхностью сопла 4 4ô и наружной поверхностью катодного узла б подают. гаэ, стабилизируюшнй дугу..

При этом ось наклона оси горелки ориентируют под некоторым углом к наружной поверхности обрабатываемого ме- 4З талла А и перемещают в направлеяюн, показанном стрелкой, в результате чего получают канавку. Выбор рабочего газа, стабилизирующего дугу, производят в зависимости от материала принятых катодных вставок. При использовании вставок из цнркания или гафиия в качестве rasa, стабилизирующего дугу, применяют сжатый воздух юа кислород, а прн использовании катодиас вставок из вольфрама — азот шяи смесь азота с аргонои. Вышеуказанные материалы катодных вставок определяют мак симально допустимые значения рабочих

4l б токов,при резке: при использовании сжатого воздуха „„ „ < 300 А, а при использовании азота соответствующее значение тока составляет до 500 А.

Значение угла наклона с выбирают исходя из требуемых параметров выплав» ляемой канавки ее ширины и глубины h.

Чем большую величину имеет данный угол, тем больше глубина и меньше ширина выплавляемой канавки.

Для осуществления воэможности реализации данного способа имеет черезвычайно важное значение обеспечение соответствующего значения направления выхода газа стабилизирующего дугу,.которое зависит от угла, образованного внутренней поверхностью сопла горелки. Чем больше значение угла ф, тем ближе точка А фокусировки потока rasa расположена к срезу катодного узла, поэтому тем большую величину имеет напряжение на дуге Up при данной ее длине 6* (фиг. 2).

В свою очередь увеличение напряжения на дуге за счет повышения напряженности столбе дуги обеспечивает более эффективное вложение тепла в обрабатываемой изделие,что в свою очередь способствует тому, что металл, расплавленный дугой, будет достаточно жидкотекучим, вследствие чего давление дуги на ванну расплавленного металла и потока газа, стабилизирующего дугу, обеспечит ее удаление из полости реза.

Таким образом по своей физической сущности предлагаемый способ занимает как бы промежуточное положение между воздушно-дуговой и плазменно-дуговой резкой, если при первом технологическом процессе основную роль в удалении расплавленного металла имеет воздействие на ванну потока сжатого воздуха, а при втором - давление дуги, то в предлагаемом способе оба указанных фактора играют существенную роль в удалении. расплавленного металла иэ полости реза. Точку А фокусировки потока стабилизирующего rasa

sa счет соответствующего значения угла 9 и величины диамет а среза катодного ysaa устанавливают на расстоянии не превышающем 5-6 мм от среза катодного узла.

Чем меньшую величину имеет sasop и между внутренней поверхностью сопла и катоднык узлом, тем соответственно при меньшем значении расхода

rasa, стабилизирующего дугу, обес5

16

l5

26

Д6

7 87 печивают требуемое значение напряжения на дуге. В соответствии с формулой Герты Айртон найряжение на дуге линейно возрастает с увеличением ее длины и эту связь между ними характеризует формула Од = a +P!Од,где а— сумма катодного и анодного падения напряжения, В; !и — напряженность ! столба дуги, В/мм, Изменение расхода газа, стаб.!лизирующего дугу,обуслов.— ливает изменение численного значения величины !и, Поэтому, соответственно, ! чем больше значение расхода газа стабилизирующего дугу, тем большую величину имеет градиент изменения напряжения !Ь!.

Так как Q>> Q y Q„, то и напряжения, соответствующие данным расходам газа при фиксированной длине столба дуги 8д и данном значении зазора а, также соответственно возрастают с ростом расхода газа, стабилизирующего дугу !фиг. 3), так как чем больше расход газа, тем соответственно больше газ "пережтп!ает" столб, дуги.

Достаточным для осуществления про цесса резки является такое значение расхода газа, которое обеспечивает зна чение напряженности в столбе дуги не менее 5-7 В/мм. Поэтому, зная соответствующее изменение напряжения на дуге при изменении ее длины для различных расходов газа, стабилизирующего дугу, за рабочее значение расхода принимают .такое его значение, которое обеспечивает напряженность в столбе дуги не менее 5-7 В/мм. При меньших значениях напряженности, а следовательно и расходе газа степень сжатия столба недостаточна, что не обеспечивает эффективное удаление металла., Для обеспечения гарантирования фо-. кусировки потока газа на начальном участке расстояние точки А от среза катода устанавливают равным 2,0-2,5 диаметрам катодной вставки.

В связи с тем, что диаметр термохимического катода,как правило, составляет !,5-2,0 мм, то вышеуказанное расстояние не превышает 4-5 мм.

Примером выполнения предлагаемого способа является разделка дефектов сварных швов, выполненная на пластинах из малоуглеродистой стали толщиной 8 мм, Резка выполняется с использованием в качестве рабочего rasa для стабилизации дуги сжатого воздуха. В качестве материала катодной вставки

0041 8 используется цирконий, Газ, стабилизирующий дугу, фокусируют на расстоянии 4 мм от среза катодного узла.

Горелку в процессе ее перемещения ориентируют под углом 60 к поверхности обрабатываемого металла. Непосредственное возбуждечие дуги выполняется путем замыкания конца катодной, вставки о поверхность обрабатываайого металла, питание дуги в процессе резки выполняется постоянным током прямой полярности, Расход сжатого воздуха, обеспечивающего стабилизацию дуги, устанавливают таким, чтобы при длине дуги

4 ьп! ее напряжение составляло 40 В, а при длине 5 мм — 48 В. При токе

110 А и напряжении на дуге, равном

42 В, получают канавку шириной 9 мм .и глубиной 4,5 мм.

Полученные канавки имеют ровную блестящую поверхность, а металл, выплавленный из полости реза, распслагается по наружной поверхности обрабатываемого изделия и легко отделяется от нее после окончания процесса резки.

Предложенный способ дуговой обработки, обеспечивающий выполнение процесса поверхностной резки дугой, стабилизированной потоком газа, является новым способом термической резки, обладающим целым рядом технико-экономнческих преимуществ по сравнению с существующими спсобами дуговой обработки, применяемыми для целей поЗЗ верхностной резки. При этом по сравнению с воздушно-дуговой резкой обеспечивается возможность механизации резательных работ, повьппается

46 .на 30-40Х производительность резки а характеризуемая весом выплавленного металла; обеспечивается более высокое качество кромок реза, а следовательно и сварных соединений при последующей сварке вследствие отсутст45 вия науглероживания обрабатываемого металла повышается экономичность выполнения резательных работ как вслед" ствие более высокой производительности, так и вследствие меньших затрат вспомогательного времени, связанного с перестановкой электродов по мере их обгорания.

По сравнению же с плазменной резкой обеспечивается возможность использования для питания дуги стандартных сварочных преобразователей постоянного тока, существенно унрощается резательное оборудование, что

9 8700 в свою очередь обуславливает снижение его стоимости, а также уменьшение затрат времени на обслуживание данного оборудования вышеуказанные факторы обуславливают повышение экономичности процесса резки, чему также способствует и снижение расхода электроэнер-, гии в l 7-2,0 раза, вследствие более низкого напряжения на дуге. . Следует также отметить и существен- 10 но более высокую устойчивость поддержания дугового разряда по сравнению с указанными способами и способом выбранным в качестве прототипа. Так, например, при расходе сжатого воздуха

2,0 м /ч нижний предел устойчивого пвддержания дуги составляет 5 А, Ориентировочный технико-экономический расчет показал, что экономия на один пост для резки при использовании предлагаемого способа состав,ляет около 3000-4000 руб. в год.

Формула изобретения .

Способ дуговой обработки, при ко25 тором столб дуги, возбуждаемый между

4l 10 водоохлаждаемым термохимическнм катодом и обрабатываемым изделием, стабилизируют концентричным кольцевым потоком газа, отличающийся тем, что, с целью обеспечения поверхностной резки с применением различных по составу рабочих газов, eòàáèëèsèрующий поток газа фокусируют на начальном участке столба дугового разряда, а значение расхода газа устанавливают обеспечивающим значение напряженности,в столбе дуги не менее

5-7 В/мм. . Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе

l. Шапиро И.С. Воздушно-дуговая резка металлов. И., Машгиз, 19бО.

2. Авторское свидетельство СССР

11 483855, кл. В 23 K 31/1О, 1975.

3. Вайнбойм Д,И. Энергетические

1характеристнки сварочной дуги с циркониевым катодом, стабилизированной потоком углекислого газа, "Сварочное производство", 1977, У 10, с. 3-4.

870041

РОССмд,ям@ и кР дщФ з

4 и ср мм лзвмиВ

ФжР

Составитель О. Островский Редактор П. Горькова Техред И.Асталош

Заказ 8725/22 Тираж 1151 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", i . ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор И. Демчнк