DD221663A1

DD221663A1 - Verfahren und einrichtung zur schweissgasversorgung

Info

Publication number: DD221663A1
Application number: DD26077184A
Authority: DD
Inventors: Hans Froehlich; Joerg Boehnke; Ralf Glasse
Original assignee: Halle Feinmech Werke Veb
Priority date: 1984-03-12
Filing date: 1984-03-12
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DD221663B1

Abstract

Es soll die Effektivitaet insbesondere des Schutzgasschweissens erhoeht werden. Die Aufgabe, die Gasverluste in der Phase der Arbeitsunterbrechungen und den Bewegungsimpuls des Schweissgases auf insbesondere kleine Schweissteile zu vermindern wird unter Verwendung an sich bekannter Druckregel-, Durchflussmess- und Schweisseinrichtungen dadurch geloest, dass das Schweissgas in einer definierten Durchflussmenge bereitgestellt, dann vom Arbeitsdruck pue auf einen Zwischendruck pz entsprechend pue pz 5 ... 20und danach geringfuegig nochmals auf den Stroemungsgegendruck pg der Schweisseinrichtung entsprechend pz pg 1,05 ... 1,2entspannt wird und dass mit Erhoehung von pg auf ein einstellbares maximales Druckniveau pg max. pz 1,05 pzdieser Stroemungsgegendruck pg ueberproportional druckerhoehend auf pz zurueckgefuehrt wird. Einrichtungen zur Ausuebung des erfindungsgemaessen Verfahrens offenbaren eine ueberraschend einfache und sichere Loesung durch ein neues, den bisherigen Konstruktionslehren entgegengesetztes Konstruktions- und Auslegungsprinzip fuer Schutzgasdruckminderer, insbesondere mehrstufiger Bauart.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Schweißgasversorgung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung zur Versorgung vorzugsweise mit Schweißgasen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösung Es 1st bekannt, daß eine Reihe von Schweißgeräten, wie

z. B. Autogenbrenner mit konstanten Gasdrücken zu versorgen sind·' ' ' ' '. ' .' .·. ' "" . ' - · Die variable mengenmäßige Dosierung der Autogenschweißgase erfolgt entweder über Ventile oder Druckdüsen bestimmter Größe. Zu diesem Zweck werden die Gase aus Druckgasflaschen oder Ringleitungen entnommen, wobei an der Entnahmestelle ein Flaschen- oder Ringleitungsdruckminderer angebaut ist. Diese Geräte werden vielfach auch als Druckregler bezeichnet. Es 1st üblich, solche Druckregler hintereinander ge-? koppelt zu verwenden oder sog. mehrstufige Druckminderer

einzusetzen, irisbesondere an Druckgasflaschen für hochgespannte Gase.

Weiterhin ist bekannt,daß die anderen Gasschweißeinrichtungen mit konstanten Gasmengen zu versorgen sind. Bei diesen Geräten kommt es also nicht auf große Druckkpnstanz in den zum Schweißgerät führenden Gasversorgungsleitungen an, sondern auf eine Mengenkonstanz im Gasdurchfluß durch das gesamte Schweißgerät. Zu diesem Zweck werden einstellbare Flaschen- oder Ringleitungsdruckminderer an ihrem Ausgang mit einem Schwebekörperdurchflußmesser (Rotameter) oder einer Dosierdüse ausgerüstet.

Nach DD-PS 142 919 ist bereits vorgeschlagen worden, zur Erhöhung der Meßgenauigkeit den Gasdruck im Rotameter am Ausgang des Druckminderers in definierter Weise in Relation zum Strömungsgegendruck des nachgeschalteten Verbrauchers einzustellen und konstant zu halten. Weiterhin wurde mit DD-PS 206047 vorgeschlagen, als Dosierdüse am Ausgang eines Schutzgasdruckminderers eine an sich bekannte Brennschneiddüse einzuordnen.

Der Nachteil aller bekannten und auf der Basis von mit Mengenmeßeinrichtungen (Rotameter, Dosierdüsen) ausgerüsteten Druckminderern und Schweißgasversorgungseinrichtungen besteht in den relativ hohen Gasverlusten in der Phase der Arbeitsunterbrechungen (d. h. Unterbrechung des Gasdurchflusses) und in der Notwendigkeit, daß kleine und Mchte Schweißteile gegen "Wegblasen" durch'"den Schweißgasstrom gesichert werden müssen.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Effektivität insbesondere von Schutzgasschweißeinrichtungen zu erhöhen.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und zugehörige Einrichtungen zur Schweißgasversorgung zu ent-

wickeln, rait denen die Verluste an Schweißgasen in den Phasen der Arbeitsunterbrechungen und der Bewegungsimpuls des Schweißgases auf die Schweißteile wesentlich vermindert werden können, so daß kleine und leichte Schweißteile nicht mehr gesichert werden brauchen. Erfindungsgeraäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung an sich bekannter Druckregel-, Druckflußmeß- und Schweißeinrichtungen das Schutzgas zuerst mit einem veränderlichen oder konstanten Arbeitsdruck p.. in einer definierten Durchflußmenge be-' reitgestellt wird, daß danach diese Durchflußmenge auf einen Zwischehdruck ρ entsprechend

' ': . " . -^: --~. i& .-5-... 20.. .. / , . ...

und anschließend nochmals vom Zwischendruck p, auf den Strömungsgegendruck ρ der Schweißeinrichtung, jedoch nur geringfügig entsprechend

-—2-, j?- 1,05 ... 1,2

entspannt wird, und daß mit Erhöhung von ρ auf ein einstellbares maximales Druckniveau

Pg max > ?— < ρ

I 1,05 ^z

dieser Strömungsgegendruck überproportional druckerhöhend auf ρ zurpckgefülirt wird, bis ρ = p.. erreicht, wobei p.., ρ ,ρ und ρ , Überdruck bezeichnet wird. ^rz ^rg ^g max. als

Eine Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Ver- , fahrens ist in überraschend einfacher Weise so gestaltet, daß sie mindestens eine erste an sich übliche Membrandruckmindererstufe aufweist , an deren Arbeitsdruckausgang, ausgelegt für Arbeitsdrücke -p..-bis vorzügsv;eise 10 kp/cm ein Schwebekörperdurchflußmesser mit einem nachgeordneten Drosselventil oder eine Drosselblende vorzugsweise mit

einem vorgeordneten Manometer angeordnet wird, deren Dros-

' 2 ' " " ' ' '

selquerschnitt A-. in mm entsprechend

" ' -' δ ''< V max . ^; . ^;

ausgelegt wird, worin V die maximale Durchflußmenge des Schweißgases in m /h, p.. der maximale Arbeitsdruck in

2 u max

kp/cm Überdruck und K ein gasabhängiger Faktor sind, mit

K ?»	0,3	für	^H2	NH₃
K ^	0,5	für	He	vl_2> Luft, CO,
K ^	1	für	CH₄.	:o...
K J^,	1.2	für	O, r
K «^	1.5	für	Ar, (
K. ft*	1,8	für	^G3^H8

und daß in Strömungsrichtung hinter dem Drosselquerschnitt A eine zweite Druckmindererstufe angeordnet ist , die im Gegensatz zur bisherigen Konstruktions- und Betriebslehre auf einen Schließdfuck ρ ^ 2 p_ „ fest eingestell ist,

wobei ρ der maximale Strömungsgegendruck (bei V ) g max max

g der nachgeordneten Schweißeinrichtung ist, und in der der St röinungsquerschnitt A zwischen Gehäuse und Dichtkegel kleiner als der volle Öffnungsquerschnitt zwischen Dichtkegel und Dichtsitz ist, bemessen nach

Λ > ^1OI< · ^Vmax.

Die erfindungsgeroäße Einrichtung ist vorzugsweise so gestaltet , daß die beiden Druckmindererstufen mit dem dazwischen angeordneten Schwebekörperdurchflußmesser mit nachgeordnetera Drosselventil oder mit der dazwischen angeordneten Drosselblende mit vorgeordnetem Manometer in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut sind. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung ist die erfindungsgemäße Einrichtung lediglich aus den beiden Druck-

mindererstufen mit einem dazwischen angeordneten Drosselventil oder einer Drosselblende aufgebaut, so daß innerhalb von ihr kein Element zur Durchflußmengenermittlung existiert und daß sie zusätzlich mit einem einfachen, auf Atmosphärendruck geeichten Durchflußraengenmesser vorzugsweise nach dem Schwebekörperprinzip, der einen elastischen Dichtkonusanschluß zum Ansetzen an die Schweißbrenndüse aufweist· ausgerüstet ist. ." :·. ' . ' \ / . . ^x

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln sowie wartungsfrei und mit höchster Betriebssicherheit der in der Phase der Arbeitsunterbrechungen auftretende Druckanstieg in der Zuleitung zum und im Schweißbrenner auf reproduzierbarem und einfach einstellbarem minimalen Niveau gehalten wird, wodurch die bisher vorhandenen Gasverluste beim Einschalten des Schweißvorganges infolge des schnellen Abbaus des Druckanstieges auf ein verschwindend geringes Maß reduziert werden und gleichzeitig dadurch das bisher vorhandene"Wegblasen" selbst sehr leichter kleiner Schweißteile vermieden wird. Die das erfindungsgemäße Verfahren reproduzierende Einrichtung bezieht ihre besondere hohe Funktionssicherheit aus einem neuartigen Konstruktionsprinzip, das neben der Auslegung des Drosselquerschnitts A , und der Druckwerte von p₈ und ρ insbesondere darauf beruht, daß der Strömungsquerschnitt zwischen Gehäuse und Dichtkegel grundsätzlich in definierter Größe kleiner als der Öffnungsquerschnitt zwischen Dichtkegel und Dichtsitz ist« Durch diese, den bisherigen Bemessungsregeln für Druckminderer widersprechende Ausführung wird ein bisher nicht bekannter Funktionseffekt nutzbar« Dieser besteht darin, daß der Dichtkegel infolge der druckmäßigen Auslegung des Verfahrens und der besonderen Auslegung der Strömungsquerschnitte, insbesondere des Ströiaungsquerschnitts zwischen Gehäuse und Dichtkegel, die funktioneile Wirkung eines in einer Gasströmung beweglichen Ströraungswiderstandes erhält, der in seiner Bewegungsdynamik und augenblicklichen Lage von der Durchfluß-

menge und den Drücken ρ und ρ einerseits beeinflußt wird

' · ζ g ··, . · .

und andererseits selbst rückkoppelnd auf diese Größen einwirkt« Daraus ist auch die überproportionale Druckerhöhung , von ρ bei Erhöhung von ρ auf das maximale Druckniveau ρ __x auf einfache Weise realisiert worden. Der als beweglicher Strömungswiderstand ausgelegte Dichtkegel wirkt; gleichzeitig in vorteilhafter Weise auch durchflußmengenbegrenzenoV Das heißt, daß die maximale Durchflußmenge nicht wesentlich überschritten werden kann, weil mit weiter anwachsender Strömungsmenge der bewegliche Strömungswiderstand durch Strömungsumschlag und die nicht zuletzt auch dadurch erhöhte Strömungskraft gegen den Dichtsitzt gedruckt wird und damit den Durchflußquerschnitt für das Schutzgas schnell reduziert bzw. verschließt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel nähef erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt im Schnitt schematisch eine als kombiniertes Druck- und Durchflußmengenregelventil ausgeführte erfindungsgemäße Einrichtung.

Die Einrichtung ist mittels Anschlußstutzen 1 und Überwurfmutter 2 an eine nicht dargestellte Argon-Gasflasche angeschlossen. Im Gehäuse 3 ist eine erste an sich übliche Membrandruckraindererstufe, bestehend im wesentlichen aus Schließfeder 4, Dichtkegel 5, Dichtsitz 6, Membran 7, Stellfeder 8, Stellschraube 9 und Schraubkappe 10. Der Flaschendruck von dieser ersten Membrandruckmindererstufe wird mit dem im Gehäuse 3 dicht eingeschraubten Flaschendruckmanometer 11 kontrolliert.

Mit der Stellschraube 9 wird der Arbeitsdruck p.. im Bereich bis 10 kp/cm eingestellt. Der Arbeitsdruck p.. kann mit dem ebenfalls im Gehäuse 3 eingeschraubten Manometer 12 kontrolliert werden. Im Arbeitsdruckausgang 13 der ersten Membrandruckmindererstufe ist eine Drosselblende 14 dicht einge-

schraubt. Der Drosselquerschnitt A_Q der Drosselblende 14 beträgt in erfindungsgemäßer Auslegung für eine maximale

·' · 3 2 '' '·· Durchflußraenge von 1,2 m /h rund 0,25 mm . Im Gegensatz zu den bisher bekannten Druckmindererkonstruktionen ist in Strömungsrichtung hinter der ersten regelbaren Membrandruckmindererstufe eine zweite fest eingestellte Druckmindererstufe im gleichen Gehäuse 3 angeordnet, welche im wesentlichen aus Schließfeder 15, Dichtkegel 16, Dichtsitz 17, Membran 18, Stellfeder 19, Stellschraube 20, Feststellmutter 21 und Schraubkappe 12 besteht. Für eine Durchflußmenge von ζ» Θ» 0,6 m /h wird mittels Stellschraube 9 ein Arbeitsdruck p_ü « 2,3 kp/cm eingestellt ,der beim Durchströmen des diese Durchflußmenge dosierenden Drosselquerschnitte Ä in der Drosselblende 14 auf einen Zwischendruck

M ο ' ' ·' ' ρ =0,3 kp/cm entspannt und dann weitergeleitet wird zur zweiten Druckmindererstufe, insbesondere^vorbei an der Schließfeder 1,5 und dem Dichtkegel 16. Der Strömungsquerschnitt A zwischen Gehäuse 3 und Dichtkegel 16 ist mit

'-· " Sp . . . . "'.

A »16 ram kleiner als der Strömungsquerschnitt zwischen Dichtkegel 16 und Dichtsitz 17, Dadurch, daß nun der kritische Strömungsquerschnitt für das unter dem Zwischendruck p_ stehende Schweißgas Argon zwischen dem Gehäuse 3 und dem beweglichen, auch schwingungsfähigen Dichtkegel 16 besteht, wird mit wachsender Durchflußmenge die Strömungs^ kraft auf den Dichtkegel 16 zuerst allmählich erhöht, ohne daß sich der kritische Strömungsquerschnitt verändert. Mit Annäherung an die maximale Durchflußmenge V erfolgt ein

ΓΠ3Χ

turbulenter Strömungsumschlag im kritischen Strömungsquerschnitt, wodurch die Ströraungskraft auf den Dichtkegel 16 schlagartig sich erhöht und den Dichtkegel 16 gegen den Dichtsitz 17 drückt, was neben der Druckerhöhung von ρ

in Richtung ρ „ zu einer uberproportionalen Druckerhög max

hung von p_ zurückwirkt und zu einer selbsttätigen Begrenzung auf die maximale Durchflußmenge V führt. Die zweite

max

Druckmindererstufe ist mittels Stellschraube 20, Feststellmutter 21, Stellfeder 19 und Membran 18 auf ein maximales

' . ' · . ^;. ·. ' "- ·' ' ⁸ ' - ' .-.

' · 2 ' ·'("

Druckniyeau ρ _β «0,5 kp/cm des Strömungsgegendruckes

y Πι3λ . .

ρ des ara Abgangsstutzen 23 mittels Brennerschlauch 24 an-

geschlossenen und nicht dargestellten Schweißbrenners begrenzte Erwähnt sei nochi daß die Dichtkegel 5 und 16 mittels Hebern 25 mit den Membranen 7 bzw. 18 in Verbindung stehen« Die Dichtkegel 5 und 16 und Schließfedern 4 und 15 werden ober die Verschlußschrauben 26 in das Gehäuse 3 ein·

Wird der Gaszufluß zum Schweißbrenner mittels an sich üblichera und in den Brennerschlauch 24 eingeschleiften, nicht dargestellten Ventil abgesperrt, dann wird unmittelbar mit Erreichen von ρ _mov = 0,5 kp/cm durch die heruntergedrückte Membran 18 auch der Dichtsitz 17 durch den Dichtkegel 16 verschlossen.

Damit' kann im Brennerschlauch 24 kein höherer Druck als

ρ β 0,5 kp/cra auftreten. Damit werden einerseits g max , 3

jahrlich rund 60 m Argon eingespart, wenn der Brennerschläuch 9 mm Nennweite und 3 m Länge hat, und andererseits ist ein "Wegblasen" selbst sehr kleiner und Mchter Schweißteile infolge des nunmehr äußerst geringen Staudrucks (p ' =0,5 kp/cm ) nicht mehr zu beobachten.

Claims

Erfindungsansprüche

~£~ # 1,05 _e.. 1,2

; ; - . , ^pq. ·^:· - ^:;.' -.- . .'" '-'' . entspannt wird, und daß mit Erhöhung von ρ auf ein einstellbares maximales Druckniveau

ρ
9

dieser Strömungsgegendruck ρ überproportional druckerhöhend auf p₂ zurückgeführt wird, bis p₂ » p.. erreicht , wobei p.., ρ ,ρ und ρ als Oberdrücke be-

u ζ g g max

zeichnet sind.

1. Verfahren zur Schweißgasversorgung unter Verwendung an sich bekannter Druckregel-, Durchflußmeß- und Schweißeinrichtungen, mit denen das Schweißgas in einer definierten Durchflußmenge bereitgestellt wird, gekennzeich· net dadurch, daß das Schweißgas vom Arbeitsdruck p.. auf einen Zwischendruck ρ entsprechend

— £- ÄS 5 ... 20

und anschließend nochmals vom Zwichendruok ρ auf den Strömungsgegendruck ρ der Schweißeinrichtung, jedoch nur geringfügig entsprechend
^ ' 2 '

deren Drosselquerschnitte A in mm entsprechend

A_K £ κ.. —

max +1

ausgelegt sind, worin V_1n^_v die maximale Durchflußmenge m max ?

in m /h., p.. der maximale Arbeitsdruck in kp/cm Überdruck und K ein gasbahängiger Faktor sind, mit

^ K Äi 1,8 für C_H_O

5 8

und daß in Strömungsrichtung hinter dem Drosselquerschnitt eine zweite Druckmindererstufe angeordnet ist, die auf einem Schließdruck ρ entsprechend

pi 2p
,s ^rg max, >

worin ρ der maximale Strömungsdegeng max

druck (bei V ) der nachgemax

ordneten Schweißeinrichtung ist,

fest eingestellt ist und in der der Strömungsquerschnitt A_e zwischen Gehäuse (3) und Dichtkegel (16) entsprechend

^As > ¹⁰ · ^K / ^Vmax·

jedoch kleiner als der volle Öffnungsquerschnitt zwischen Dichtkegel (16) und Dichtsitz (17) ist.

; '. .·.. .· . _: . · n · . -

2, Einrichtung zur Ausübung eines Verfahrens nach I₁ dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine erste an sich übliche Membrandruckmindererstufe aufweist, an deren Arbeitsdruckausgang (13). ausgelegt für Arbeite-drücke p„ bis vorzugsweise maximal 10 kp/cm , ein Schwebekörperdurchflußmesser mit nachgeordnetem Drosselventil oder eine Drosselblende (14) vorzugsweise mit

einem vorgeordnetem Manometer (12) angeordnet wird,
3«. Einrichtung nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckmindererstufen mit dem dazwischen angeordneten Schwebekörperdurchflußmesser mit nachgeordnetem Drosselventil oder mit der dazwischen angeordneten Qoöselblende (14) mit vorgeordnetem Manometer (12) in einem gemeinsamen Gehäuse (3) eingebaut sind.
4. Einrichtung nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen nur aus den beiden Druckmindererstüfers mit einem dazwischen angeordnetem Drosselventil oder einer Drosselblende (14) aufgebaut ist und daß sie mit einem zusätzlichen, jedoch gesonderten, auf Atmosphärendruck geeichten, Schwebekörperdurchflußmesser komplettiert ist, welcher an seinem unteren Ende einen plastisch-elastischen Dichtkonus für senkrechten Aufsatz auf die Schweißbrennerdüse aufweist.

zu 1