Устройство для плазменно-дуговой резки

Устройство для плазменно-дуговой резки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

{72) Авторы нзобретення

И.С.Шапиро, З.М.Баркан и С.Р.Мильруд

ВСЕСОЮЗИАЯ

i 11ЛтгЦ! --.i;» Ф,Ф3

TEX!ИNF;. ":ЯЯ (71) Заявнтель

БИБЛИО1ЕЫА (4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ

РЕЗКИ

Устройство относится к сварочной технике, в частности к устройствам, предназначенным для выполнения плаз" менной резки при нестационарных режимах процесса.

Ю

Известно устройство для плазменно-дуговой резки,.содержащее плазмо- трон и пульсатор, состоящий из двух механических клапанов, открываемых кулачковым механизмом, эти клапаны

10 ориентированы по отношению один к другому под углом 180о, а расстояние между концами штоков каждого клапана и осью вращения кулачка установ3$ лено постоянным, причем выходное отверстие первого клапана связано с тангенциально расположенным каналом для ввода плазмообразующего газа в камеру формирования дуги, а выходное отверстие второго клапана - с допол- нительным каналом для тангенциального ввода плаэмообраэующего газа в камеру формирования дуги, который ориентирован встречно по отношению к основному каналу Г1), Недостатком известного устройства является то, что оно обеспечивает изменение по периодическому закону как расхода пэалмообразующего газа, так и направление его ввода в камеру фор" мирования дуги, но при этом не обеспечивается возможность существенного увеличения .глубины выплавляемой канавки при поверхностной резке. Если устройство для выполнения поверхностной резки при так называемых стационарных режимах обеспечивают получение канавок, у которых отношение -C

<1, где Н - глубина выплавляемой канавки, а В - ее ширина, то данное устройство позволяет получать канавки с отношением

Известно устройство для плаэменно"дуговой резки, содержащее много944843 клапанный пульсатор подачи газа в камеру формирования дуги, в котором открывание каждого клапана, входящего в состав пульсатора производится посредством кулачкового механиз5 ма, а расстояние между концом штока каждого клапана и осью вращения кулачка уменьшено по сравнению с соответствующей величиной этого расстояния для предыдущего клапана. lO

Использование данного устройства обеспечивает изменение йо периодическому закону расхода плазмообразующего газа, подаваемого в камеру формирования дуги. Данное обстоятельст 15 во спюсобствует повышению проникающей способности плазменной дуги (23

Недостатком известного устройства является то, что его использование обеспечивает повышение жесткости столба дуги только за счет увеличения расхода плазмообразующего газа, что обеспечивает существенное повышение производительности обра- . ботки металла при разделительной резке, при выполнении которой расстояние от. среза сопла до поверхности обрабатываемого металла не превышает

10 мм, При выполнении же поверхностной резки длина столба дуги имеет существенно большее значение вследствие ориентации оси дугового плазмотрона под углом к поверхности обрабаты-. ваемого металла, а это не обеспечивает существенного увеличения проникающей способности дуги и связанного с этим повышения глубины выплавляемой канавки при поверхностной резке. Это увеличение проникающей способности дуги может быть обеспечено за счет

40 выполнения процесса поверхностной резки с колебаниями электрода в камере формирования дуги, что нельзя получить при использовании известного устройства.

Известно также устройство для плазменно-дуговой резки, содержащее плазмотрон, во внутренней полости которого установлен сильфон с возможностью его перемещения в направлении, совпадающем с осью дугового плазмотрона.. Один из фланцев сильфона жестко соединен с корпусом плазмотрона, а другой - c электрододержателем, и на корпусе плазмотрона расположены два штуцера, связанные с внутренней полостью сильфона, при этом посредством одного из этих штуцеров полость сильфона связана с трактом подачи raза, в разрыве которого установлен прерыватель подачи газа, а посредством второго штуцера полость сильфона связана через соответствующий прерыватель с камерой формирования дуги.

Данное устройство обеспечивает выполнение процесса резки с колебаниями электрода в камере формирования дуги 3 3.

Однако оно не обеспечивает синхронизации колебаний электрода с соответствующим изменением расхода плаз" мообразующего газа, подаваемого в камеру формирования дуги, что ограничивает глубину канавок, выплавляемых при поверхностной резке вследствие необходимости ее осуществления при пониженных значениях рабочего тока. Повышение рабочего тока, обус" лавливающее увеличение глубины выплавляемой канавки, при использовании известного устройства вызывает разрушение канала сопла дугового плазмотрона, Кроме того, при использовании данного устройства не обеспечивается выполнение процесса резки- с изменением амплитуды колебаний по периодическому закону, что необходимо для увеличения глубины выплавляемой канавки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для плазменно-дуговой резки, содержащее плазмотрон, B полости которого установлен сильфон, жестко связанный с корпусом плазмотрона, и пульсатор для управления .подачей газа в плазмотрон, имеющий четное число клапанов, расположенных по окружности с центром, совпадающим с осью вращения кулачка для взаимодействия со штоками клапанов, один из которых соединен с камерой формирования дуги и полостью сильфона. Устройство имеет систему подачи плазмообразующего газа с шлан гами. Сильфон выполнен с фланцами, один из которых жестко соединен с электрододержателем.,а другой " с корпусом плазмотрона. На корпусе плазмотрона" закреплены два штуцера, сообщающиеся с полостью сильфона и две трубки. для отклонения дуги дополнительным потоком газа с выходными отверстиями на уровне сопла, расположенные диаметрально .противоположно. Система газопитания имеет дополнительные шлан-. ги для подачи дополнительного потока газа для отклонения дуги (4).

944843 6

2п

$$ а для четных клапанов эти расстояния установлены уменьшающимися на вели0 чину

2п

Недостатком известного устройства является то, что при его использовании обеспечивается ограниченная величина глубины канавки, выплавляемой при поверхностной резке, что не позволяет увеличить производительность резки.

Цель изобретения — повышение про" изводительности резки путем увеличения глубины канавки, выплавляемой при однопроходной резке.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для плазменнодуговой резки, содержащем плазмотрон, в полости котор)ого установлен сильфон, жестко связанный с корпусом плазмотрона, и пульсатор для управления подачей газа в плазмотрон, имеющий четное число клапанов, расположенных по окружности с центром, совпадающим с осью вращения кулачка для взаимодействия со штоками клапанов, один из которых соединен с камерой формирования дуги и полостью сильфона, а также систему подачи плазмообразующего газа, нечетные клапаны соединены с системой подачи плазмообразующего газа и с полостью сильфона, причем расстояние между концами штоков нечетных клапанов и осью вращения кулачка установлены увеличивающимися в направлении вращения кулачка на величину где а.! 2н - расстояние между кон1 цами штока и осью вращения кулачка, - общее число клапанов.

На фиг.1 показана схема пульсатора, обеспечивающего подачу газа к плаэмотрону; на фиг.2 - схема выполнения процесса резки и горения дуги, соответствующая максимальной длине растяжки оболочки сильфона при подаче газа первым клапаном пары; на фиг.3 - то же, соответствующая минимальной длине растяжки оболочки сильфона при подаче газа вторым клапаном первой пары; на фиг.4 - схема выполнения процесса резки и положение анодного пятна в полости реза, соответствующая максимальной длине растяжки оболочки сильфона при подаче

2S

30 газа от 2, - клапана; на фиг.5 то же, соответствующая минимальной длине растяжки оболочки сильфона при подаче газа от 2п-2 клапана; на фиг.б - связь клапанов, входящих в пульсатор, с системой газопитайия и внутренней полостью сильфона; на фиг.7 - то же, с внутренней полостью сильфона и камерой формирования дуги; на фиг.8 - изменение расстояния между концами штоков клапанов, входящих в состав пульсатора, по направлению вращения кулачка; на фиг.9 - график ,изменения угла между осями клапанов; на фиг.10 - график изменения глубины утопления электрода и расхода плазмообразующего газа; на фиг.11 - поперечное сечение выплавляемой канавки.

Шлангом 1 (фиг.1) выполнен отвод газа от клапана 2, подача газа через данный клапан реализована при смещении запорного конуса 3. Подвод газа к клапану 9 выполнен шлангом 4, а шток 5 жестко соединен с запорным конусом 3. Шланг 6 связан с выходным отверстием следующего клапана 7 по направлению вращения кулачка, а шланг

8 - с выходным отверстием клапана 7.

У следующего клапана 9 отвод и подвод газа выполнены посредством шлангов 10 и 11, соответственно, а к клапану 12 подвод газа выполнен шлангом 13, а отвод газа - шлангом !4. Шланг 15 связан с выходным отверстием клапана

16, а шланг 17 — с его выходным отверстием.

Электродвигатель 18 с регулируемым числом оборотов объединен в одном корпусе с малогабаритным редуктором. Шланг 19 связан с выходным отверстием клапана 20, а шланг 21 - с входным отверстием этого клапана.

Шланг 22 отводит газ от клапана 23, а шланг 24 подводит. На конце выходного вала 25 редуктора жестко закреп-! лен кулачок 26.

Шланг 27 отводит газ от клапана

28, а шланг 29 - подврдит.

При вращении конца кулачка 26 он описывает окружность 30. Число кла- . панов, входящих в состав пульсатора, обязательно должно быть четным, т.е. в общем случае число этих клапанов может быть выражено как 20, где пчисло пар клапанов. При этом угол с(это угол между осями каждой близрасположенной пары клапанов, входящих в состав пульсатора, т.е. соответственно через cl может быт.ь выражен

7 9448 угол между осями клапанов 7 и 9, через 41 угол между осями клапанов

12 и 16, через oL< „угол между осями клапанов 20 и 23 и наконец, через d угол между осями клапанов 28 и 2.

Хотя в данном случае значения этих углов являются равными, в общем случае значение каждого последующего угла равно предыдущему, кроме пос" леднего угла, т.е. d -ñ =...=с,.,Мп. 10

Через а; обозначено расстояние между концом штока каждого клапана и осью вращения кулачка. То есть для .клапанов 2 и 7 эти величины могут быть обозначены как а„, а11, для вто- >5 рой пары клапанов 9 и 12 - a>,à è т.д.

При выполнении процесса резки ось дугового плазмотрона 31 ориентирована под некоторым углом р к наружной поверхности обрабатываемого изделия, 20 на котором при горении дуги получена полость 32 реза (фиг.2). Наружноеэлектрически нейтральйое сопло 33 плазмотрона отделено от токоведущего сопла 34 пбЪостью для подачи сжатого 2s воздуха, используемого в качестве фокусирующего газа. Получаемая при выполнении резки обрабатываемого изделия 35 полость 32 реза глубиной Н ограничена со стороны горения дуги з0 лобовой кромкой реза 36. Глубина погружения анодного пятна в обрабатываемом изделии 35 при горении плазменной дуги 37 равна Н;. Неплавящийся электрод 38. расположен в камере

39 формирования дуги и жестко соединен посредством электрододержателя с нижним фланцем 40 сильфона. Подвод плазкообразующего газа к камере формирования дуги выполнен шлангом 41. 0

Внутренняя полость сильфона 42 ограничена с боковых сторон наружными гофрами 43. Соответственно второй фланец сильфона 44 жестко соединен с верхней частью корпуса плазмотрона.

С внутренней полостью сильфона связаны шланги 45 и 46, Глубина утопле-, ния электрода, получаемая при срабатывании первого клапана при растяжке наружной оболочки сильфона на ве50 личину 7„, обозначена Ь.1.Уменьшением длины растяжки наружной оболочки сильфона до значения Eq (фиг.3) при срабатывании второго клапана обусловлено увеличение глубины утопления электрода до значения h11. Получаемая при этом глубина погружения анодного пятна равна Hq, при этом .Н11> Н .

Длиной растяжки наружной оболочки 43

43 -8 сильфона до значения М п .1 при срабатывании 2 „ g клапана обусловлено изменение глубины утопления электрода до значения ь „.1(фиг.4). при этом получаемая глубина погружения анодного пятна в полости реза равна Hq

Минимальная длина растяжки наружной оболочки.сильфона при срабатывании

2 и g клапана обозначена как 312 (фиг.5). Соответствующее ей углубление электрода выражено как h, а глубина погружения анодного пятна в полости реза как К т1. Нечетные клапаны — 2,9,16 и 24 по направлению вращения кулачка связаны посредством шлангов 2, 11, 15 и 24 со шлангом

47 подвода газа (фиг.5). Выходные отверстия данных клапанов посредством шлангов 1, 10, 17 и 22 связаны со шлангом 45, сообщающимся с внутренней полостью сильфона. Данная полость сильфона посредством шланга 46 связана со шлангами 8, 13, 21 и 29, которые, в свою очередь, подведены к входным отверстиям каждого четного клапана 7, 12, 20 и 28 ((b1-г.7) ° Вы" .ходные отверстия данных клапанов посредством шлангов 6, 14, 19 и 27 связаны с камерой 39 формирования дуги посредством шланга 41.

Изменение соответствующего значения расстояния между концами штоков 11 1 четных клапанов а; и нечетных а> показано на фи г ..8.

Изменение значения угла снап от глубины H выплавляемой канавки показано на фиг.9. Изменение глубины утопления электрода обозначено как а расхода плазмообразующего газа как Q r (фиг.10). Через В обозначена ширйна выплавляемой канавки глубиной Н (фиг.11).

Устройство работает следующим образом.

Плазмотрон 31 ориентируют под углом pj к наружной поверхности обрабатываемого изделия 35 и перемещают в направлении, показанном стрелкой.

Входные отверстия каждого нечетного клапана 2, 9, 16 и 23 посредством шлангов 4, 11, 15 и 24 соединяют со шлангом 47 подачи плазмообразующего газа, а выходные отверстия данных клапанов связывают посредством шлангов 1, 10, 17 и 22 и соединяют со шлангом 45. Этот шланг, в свою очередь, присоединяют к одному из штуцероа, сообщающихся с внутренней по.лостью сильфона.

43

9 9448

Входные отверстия клапанов 7, 12, 20 и 28 посредством шлангов 8, 13, 2 1 и 29 соответственно соединяют со шлангом 46, сообщающимся с внутренней полостью сильфона. S

Входное отверстие клапанов 7, 12, 20 и 28 посредством шлангов 8, 13, 21 и 29 соответственно соединяют со шлангом 46, сообщающимся с внутренней полостью сильфона. 10

Выходные отверстия этих клапанов посредством шлангов 6, 14, 19 и 27 связывают со шлангом 41, сообщающим ся с камерой 39 формирования дуги. В полость, расположенную между наружным 15 соплом 33 и наружным соплом 34, подают фокусирующий газ, в качестве которого используют сжатый воздух. Включением электродвигателя 18, с регулируемым числом оборотов, вращением ва- 2в ла 25 устанавливают требуемую скорость вращения кулачка 26, который осуществляет последовательное включение клапанов 2,7,9,12,16,20,23 и 28.

Плазменную дугу 37 возбуждают между 2з электродом 38 и обрабатываемым изделием 35. Конец кулачка 26 при своем вращении описывает окружность 30 и при нажатии кулачка на шток 5 клапана 2 шток этого клапана отжимает запорный конус 3, и плазмообразующий газ из шланга 47 по шлангу 4 посту: пает в клапан 2 и далее по шлангу 1 попадает в шланг 45 и заполняет внутреннюю полость сильфона. Увеличение давления в этой полости 42 приводит к растяжке наружной гофрированной оболочки 43, а так как верхний фланец 44 сильфона жестко соединяют с корпусом горелки, то растяжка наружной оболочки сильфона обуславливает соответствующее перемещение нижнего фланца сильфона 40 в направлении, совпадающим с продольной осью дугового плаэмотрона.

Таким образом, подача газа через клапан 2 обеспечивает растяжку сильфона до значения Р„, а так как нижний фланец 40 жестко соединяют с электрододержателем и электродом 38, то данному значению растяжки оболоч50 ки сильфона соответствует углубление .электрода h >, равное h чему соответствует глубина погружения анодного пятна в полости 32 реза, равная

Н . При включении второго клапана 7, газ из. внутренней полости сильфона через шланг 46 и далее по шлангам 8 и 6 поступает в шланг 41 и попадает в камеру формирования дуги. Отбор газа из внутренней полости 42 сильфона обуславливает уменьшение в ней давления, что приводит к его укорачиванию, вследствие чего наружная оболочка сильфона уменьшает свою длину до значения 3<, при этом глубина утопления электрода возрастает до значения Ь,2.

Но так как расход плазмообразую.щего газа Q> „çà счет его подачи из внутренней полости сильфона возрастает от Q до Q< и при этом возрастает глубина утопления электрода, то данное обстоятельство способствует увеличению проникающей способности дуги и при этом анодное пятно на лобовой кромке 36 реза изменяет свое расположение и глубина его погружения возрастает до значения Н . Увеличение жесткости столба дуги за счет увеличения углубления электро-да и повышения расхода плазмообразующего газа приводит к увеличению жесткости столба дуги, что способствует увеличению угла входа дуги в обрабатываемое изделие, а также крутизна лобовой кромки реза.

Расстояние между концом штока первого клапана 2 и второго клапана 7 и осью вращения кулачка а ° --а и ая

1 принимают различными, т.е. для клапана 2 численное значение а 1 имеет минимальное значение, а для клапана 7 - а имеет максимальное значение.

При этом для каждого нечетного клапана расстояния между концами штока и осью вращения кулачка устанавливают увеличивающимся в направ- . лении вращения кулачка на величину а а а для четных клапанов это п расстояние устанавливают уменьшающимся на величину, поэтому

2п для третьего клапана 9 а > а 1, а для четвертого клапана 12 - a<

Поэтому после срабатывания клапанов 9 и 12 возрастает углубление электрода и расход плазмообразующего газа.

1 44843

Соответственно, при срабатывании предпоследнего 2„< клапана 23 и последнего 2п клапана 28 минимальное значение расхода газа О„ „ имеет величину Qqд и ему отвечает глубина УтоплениЯ электРода 62п„, а максимальному расходу газа Q соответсп ствует глубина утопления электрода

h2„. При этом глубина погружения анодного пятна возрастает с Н2„ < до >0

H2Ä. Таким образом, при срабатывании последнего. клапана имеет место наибольший отбор плазмообразующего газа из полости сильфона, а глубина растяжки наружной оболочки сильфона из- !5 меняет -свое значение с В п „до В2 которое, в свою очередь, имеет минимальное значение. Данное обстоятельство и повышение при этом расхода плазмообразующего газа до максималь- 20 ного значения приводят к изменению глубины погружения анодного пятна с

Н2п- до НЪг.

В процессе работы данного устройства обеспечивают направленное пере- 25 мещение анодного пятна по лобовой кромке реза "сверху-вниз". А так как при этом все время изменяют условия поддержания дугового разряда, характеризуемые глубиной утопления элек- 50 трода и расходом плазмообразующего газа,. то изменяет свою крутизну и форма лобовой кромки реза, которая имеет максимальную крутизну после срабатывания последнего клапана и минимальную крутизну после срабатывания . второго клапана.

Численное значение угла d.; между осями клапанов каждой пары, т.е.д.1 =

=д, = Ыз, принимают равными между собои, кроме последнего значения, которое характеризует угол с(,>, в данном случае угол между осями клапанов

2 и 28.

Это связано с тем, что такое увеличение этого угла, т.е. времени для выхода газа из камеры формирования дуги необходимо, чтобы давление в камере упало до некоторого значения, чтобы при последующем срабатывании первого клапана 2 была обеспечена глубина утопления электрода, равная

h„. Чем большую глубину имеет значение Н, тем большее значение с(п обеспечивают при этом. Дальнейшее сраба55 тывание клапана 2 способствует перемещению анодного пятна в верхнюю часть полости реза, при этом глубина погружения анодного пятна вновь падает до минимального значения. Последующее срабатывание всех клапанов пульсатора вновь обеспечивает направленное перемещение анодного пятна по лобовой кромке реза "сверху-вниз".

3а счет указанного перемещения дуги по лобовой кромке реза получают канавку глубиной Н и шириной В. При этом несмотря на то, что в конце каждого цикла перемещения дуги лобовая кромка реза вертикальна, ее вертикальность обеспечивается при существенно большем значении Н.

- Наличие перемещенной крутизны лобовой кромки реза обеспечивает хорошие условия удаления расплавленного металла из полости реза, что способствует возможности увеличения максимально возможного значения глубины канавки, выплавляемой при однопроходной резке.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает получение канавок с отношением — — 1,4-1,6, что в

Ц

1,5 раза повышает максимальную глубину выборки при данной ширине реза по сравнению с базовым объектом, каким является известное устройство,и обеспечивает возможность использования предлагаемого устройства для разделки глубоких поверхностных дефектов. При этом получаемая форма выплавляемых канавок обеспечивает уменьшение расхода сварочных материалов при последующей заварке выплавленных канавок, что существенно повышает экономичность работ при последующей сварке, Формула изобретения

Устройство дпя йлазменно-дуговой резки, содержащее плазмотрон, в полости которого установлен сильфон, жестко связанный с корпусом плазмотрона, и пульсатор для управления подачей газа в плазмотрон, имеющий четное число клапанов, расположенных по окружности с центром, совпадающим с осью вращения кулачка для взаимодействия со штоками клапанов, один из которых соединен с камерой формирования дуги и полостью сильфона, а также систему подачи плазмообразующего газа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности резки путем увеличения глубины канавки, выплавляемой при

13 944843 однопроходной резке, нечетные клапаны соединены с системой подачи плазмообразующего газа и с полостью сильфона, причем расстояния между концами штоков нечетных клапанов и осью вращения кулачка установлены увеличивающимися в направлении вращения 19. 1d1 кулачка на калинину а > а Лли lqq четных клапанов эти расстояния установлены уменьшающимися на величину !

С(, -4М

1 le

15 где а + „- расстояние между концом штока клапана

14 и осью вращения кулачка;

2„ - общее число клапанов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2837732 кл. В 23 К 31/10, 12. 11 ° 79 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Н 2839560, кл. В 23 К 31/10, 15. 11 . 79.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке и 277273б,кл. В 23 К 31/10, 31.05 ° 794. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2850433,кл. B 23 K 31/10, 12,12.79 (прототип).

944843

Фиг. 11

ВНИИПИ Заказ 5218/17 Тираж 1153 Подписное

Ю »

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