FI92562B - Plasmapolttimen suojakaasusuutin - Google Patents

Description

92562.

Plasmapolttimen suojakaasusuutin Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen 5 plasmapolttimen suojakaasun syöttösuutin.

Plasmakaaripolttimessa hitsaukseen käytettävä ns. päävalokaari palaa polttimen elektrodin ja työkappaleen välillä. Polttimen suutinosa koostuu kahdesta sisäkkäin olevasta kammiosta. Sisemmän kammion keskellä on volframelektrodi, ja 10 kammion päässä on reikä elektrodin kärjen kohdalla. Plasmakaasu syötetään tähän kammioon. Sisemmän kammion ympärillä on toinen kammio, joka avautuu sisemmän kammion reiän ympärille. Tähän ulompaan kammioon syötetään valo-kaarta ympäröivä suojakaasu.

15 Koska plasmakaaripolttimen valokaari palaa työkappaleen ja elektrodin välillä olevassa kaasussa, on kaasua ionisoitava ennen päävalokaaren sytyttämistä jotta kaasu johtaisi sähköä ennen päävalokaaren sytyttämistä. Ionisointi tapahtuu sisemmän kammion muodostaman suuttimen ja elektrodin välillä palavan apuva-lokaaren avulla. Apuvalokaari ionisoi plasmakaasua, jolloin työkappaleen ja 20 elektrodin välille muodostuu sähköä johtava ionisilta ja päävalokaari voi syttyä.

Päävalokaari saa palaa ainoastaan elektrodin ja työkappaleen välillä, koska elektrodin ja suuttimen välillä palava suuritehoinen valokaari tuhoaa nopeasti suuttimen. Normaalisti suuttimen jäähdytys ja polttimessa vallitsevat sähköiset ja magneettiset voimat estävät päävalokaaren syttymisen elektrodin ja suuttimen välille. 25 Tällöin kuitenkin elektrodin kärjen on sijaittava tarkasti suuttimen sähköisessä keskiössä. Sähköisiä läpilyöntejä ei saisi esiintyä polttimen suojakaasukuvun ja runko-osan välillä.

Suojakaasu johdetaan tunnetuissa pohtimissa plasmakaasusuuttimen ja suoja-30 kaasukuvun väliseen tilaan joko suoraan suutinta ympäröivällä kanavalla, jolloin tässä tilassa on huokoista, kaasua läpäisevää eristeainetta, tai yleisemmin plasmakaasusuuttimen ympärille on kierretty erillinen suojakaasusuutinosa. Suojakaasu *' johdetaan tällöin suutinosan yläpäähän ja kaasu virtaa suojakaasukammioon 2 92562 pienten suutinosan pitkittäisakselin suuntaisten porausten kautta. Suutinosa valmistetaan lähes aina messingistä sen sopivien fysikaalisten ominaisuuksien ja helpon työstettävyyden takia.

5 Kuvatun kaltaisella suojakaasusuuttimella on kuitenkin useita heikkouksia. Suoja- kaasureiät ovat erittäin pieniä, niiden halkaisija on yleensä alle 2 mm ja useimmiten n. 1 mm. Useiden näin pienten reikien poraaminen taikka valmistaminen muulla tavalla on vaikeaa ja kallista. Suutinosa valmistetaan lastuamalla, mikä vaatii monia työvaiheita ja johtaa pitkään kappalekohtaiseen valmistusaikaan ja 10 siten suurin työstökustannuksiin. Koska suutinosa valmistetaan messingistä, se voidaan kiinnittää kupariseen plasmasuuttimeen käytännössä ainoastaan mekaanisesti, esimerkiksi kierteellä, tai kovajuottamalla. Kummassakin tapauksessa liitos on erittäin vaikea saada tiiviiksi edes valmistettaessa ja vuotoja esiintyy varmasti polttimen käytön aikana. Tällainen suutinosa on lisäksi suurikokoinen, 15 joten se kasvattaa turhaan polttimen ulkomittoja.

Jos suojakaasu johdetaan suoraan plasmasuuttimen ja suojakaasukuvun väliin, suojakaasukupu tulee erittäin lähelle polttimen runkoa. Tällöin sähköinen läpi-lyöntimatka jää erittäin pieneksi ja läpilyöntejä pääsee tapahtumaan erityisesti, 20 jos polttimessa tai hitsattaessa esiintyy häiriöitä. Keraamista suojakaasukupua käytettäessä ei tätä ongelmaa esiinny, mutta keraamien hauraus ja muut mekaaniset ominaisuude tekevät niiden käytön hankalaksi.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan suojakaasusuutin jonka avulla 25 plasmapolttimen suojakaasukuvun ja polttimen rungon välistä sähköistä läpilyön- •: timatkaa voidaan kasvattaa ja polttimen rakennetta yksinkertaistaa.

Keksintö perustuu suuttimen erityiseen vaippaosaan, joka valmistetaan kuparista muovaamalla siten, että sen sisäpinnalla on pitkittäissuntaisia uria. Vaippaosa 3 0 kiinnitetään plasmakaasusuuttimen tai runko-osan, johon plasmakaasusuutin on kiinnitetty, ympärille siten, että urien harjat koskettavat plasmakaasusuuttimen tai runko-osan ulkopintaan, jolloin vaippaosan ja runko-osan väliin muodostuu kana-

II

3 92562 via suojakaasua varten.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle suojakaasusuuttimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

5

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla suojakaasukuvun ja polttimen rungon sähköistä läpilyöntimatkaa voidaan kasvattaa riittävän suureksi, jotta suuijaksoläpi-10 lyönneiltä vältytään. Polttimen rakenne yksinkertaistuu, jolloin hyvän eristyksen järjestäminen on helppoa. Suojakaasusuuttimen vaippaosan massa on erittäin pieni ja suuri osa sen pinta-alasta koskettaa vesijäähdytettyyn plasmasuuttimeen. Siten vaippaosa ei kuumene liikaa ja polttimen kuumeneminen mutenkin vähenee jäähdyttämättömän massan pienentyessä. Koska vaippaosan massa on pieni 15 ja sen lämmönjohtavuus hyvä, se ei sula, vaikka suuijaksokipinöintiä tapahtuisi kin. Kaasureiät ovat plasmasuuttimen pinnan suuntaisia ja niitä on erittäin paljon, joten tämän rakenteen avulla saadaan ohjattua erittäin tasainen ja laminaari-nen suojakaasuvirta suoraan oikeaan kohteeseen valokaaren alueelle pienelläkin suojakaasun kulutuksella. Suojavaikutus on siten hyvä. Erillistä keraamisintteriä, 20 lasivillaa tai metalliverkkoja ei tarvita virtauksen laminarisointiin. Vaippaosan valmistaminen on erittäin halpaa ja koska se voidaan valmistaa kuparista, polttimen runko voidaan koota elektronisuihkuhitsaamalla ja polttimesta saadaan tiivis.

25 Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin oheisten piirustusten avulla.

Kuvio 1 on kaaviokuva plasmapolttimesta, jossa on keksinnön mukainen suoja-kaasusuutin.

3C Kuvio 2 on suurennettu halkileikkaus kuvan 1 plasmasuuttimen kärjestä.

Kuvio 3 on poikkileikkaus kuvan 1 plasmasuuttimen kärjestä.

4 92562

Kuvio 4 on halkileikkaus suojakaasusuuttimen vaippaosan yhdestä suoritusmuodosta.

Kuviossa 1 on esitetty plasmapoltin, jossa on tämän keksinnön mukainen suoja-5 kaasusuutin. Tässä kuviossa on jäähdytysveden virtausta kuvattu pitkillä valkoisil la nuolilla 11, plasmakaasun virtausta mustilla nuolilla 10 ja suojakaasun virtausta lyhyillä valkoisilla nuolilla 9. Polttimen jäähdytystä ja plasmakaasun virtausta ei käsitellä seuraavassa tarkemmin, koska näiden virtausten toteuttaminen plasma-kaaripolttimessa on hyvin tunnettua eikä virtausjäijestelyillä ole vaikutusta kek-10 sinnön soveltamiseen. Kuviossa esitetyn polttimen rakennetta om kuvattu tarkem min hakijan aikaisemmassa hakemuksessa FI 910883.

Polttimen rungon kuoriosa 8 on epoksimuovia ja se jatkuu kahvaksi, jonka sisällä kulkee tarvittavat sähkö-, kaasu-, ja vesijohdot. Kuoriosan 8 sisällä on vesijäähdy-15 tetty poltinpään runko, jossa on tarvittavat elektrodin 1 säätömekanismit ja vir- tauskanavat muodostavat elimet. Plasmasuutinta 2 ympäröi poltinrungon päässä suojakaasukupu 4, joka on kiinnitetty polttimen kuoriosaan 8 kiinnitysmuhvilla 5. Polttimen rungossa on muhvia varten kiinnityspinta 12, joka on eristetty polttimen runko-osista paksulla eristekerroksella 14 (kuvio 2). Itse plasmasuutin 2 on 20 kiinnitetty polttimen rungon alapäässä olevaan vesijäähdytettyyn alarunkoon 6.

Elektrodin 1 kärki on plasmasuuttimen 2 reiän keskellä. Alarungon 6 pää on kartiokas ja sitä ympäröi suojakaasusuuttimen vaippaosa 3.

Vaippaosa 3 on kuparista valmistettu pyörähdyskappale, joka koostuu lieriön 25 muotoisesta rungosta 18 ja katkaistun kartion muotoisesta kanavaosasta 15.

Rungon 18 sisäpinta on sileä ja kanavaosan 15 sisäpinnassa on pituusakselin « suuntaisia harjanteita 13, joiden väliin muodostuu uria 16. Vaippaosan 3 rungon 18 sivulle on sovitettu suojakaasuyhde 7. Vaippaosa 3 on erittäin kevytrakenteinen, käsipolttimissa kanavaosan 15 harjojen 13 ja vaippaosan ulkopinnan välinen H 0 paksuus on n. 1 mm ja runko-osan 18 ainepaksuus voi olla noin puolet tästä mitasta. Vaippaosan 3 mitoitus riippuu polttimen koosta, mutta suurillakin poltti-·' millä harjojen 13 ja kanavaosan ulkopinnan välisen ainepaksuuden, eli vaippa- 11 5 92562 osan suurimman ainepaksuuden, tulisi olla alle 3 mm., sopivimmin kuitenkin alle 1,5 mm. jotta vaippaosan 3 terminen massa saataisiin pysymään alhaisena. Runko-osan 18 ainepaksuus on valmistusteknisistä syistä yleensä pienempi kuin kana-vaosan 15 ainepaksuus, mutta runko-osan 18 materiaalivahvuudella ei ole merki-5 tystä keksinnön soveltamisen kannalta. Niinpä runko-osa voidaan mitoittaa halu tulla tavalla. Sellaisissa pohtimissa, joissa käytetään keraamista suojakaasukupua, vaippaosan 3 runko-osan on oltava riittävän paksusta materiaalista, jotta siihen voidaan työstää kuvun kiinnityspinta, esimerkiksi kierre. Urien 16 syvyys, leveys ja lukumäärä voidaan valita vapaasti, mutta suurella uramäärällä päästään edulli-10 sempaan suojakaasuvirtaukseen. Tällainen vaippaosa 3 voidaan valmistaa esimer kiksi kuparisesta putkiaihiosta tuurnaa vasten painamalla. Edellä olevien mittojen mukaiset vaippaosat 3 valmistetaan aihiosta, jonka seinämäpaksuus on kanava-osan suurin paksuus. Tällöin muovaavilla työstömenetelmillä saadaan kuvatun kaltainen vaippaosa 3. Suojakaasuyhde 7 liitetään vaippaosaan 3 esim. elekt-15 ronisuihkuhitsauksella.

Vaippaosa 3 sovitetaan kuvion 1 suoritusmuodossa polttimen vesijäähdytetyn alarungon 6 pään ympärille. Tämä alarunko 6 muodostaa plasmakaasukammion, joka päättyy vaihdettavaan suuttimeen 2. Alarungon 6 pää on kartiomainen ja 20 vaippaosan 3 kartiomainen kanavaosa 15 on tämän kartion ulkopintaa vasten siten, että urien 16 haijat 13 ovat alarunkoa 6 vasten. Tällöin urat 16 muodostavat yhdessä alarungon 6 ulkopinnan kanssa kaasunsyöttöreikiä, jotka päättyvät vaippaosan 3 kärjessä 17. Vaippaosan 3 runko on tällöin pienen välimatkan päässä alarungon 6 seinämästä. Vaippaosa 3 on kiinnitetty runko-osan 18 ylä-25 reunasta alarunkoon 6, jolloin runko-osa 18 muodostaa alarungon ympärille kammion 19. Jos alarunko 6 ja vaoppaosa 3 on valmistettu kuparista, liitokset voidaan tehdä elektronisuihkuhitsauksella. Tällöin urien 15 haijat 13 voidaan hitsata vaippaosan 3 kärjessä 17 alarunkoon 6, mutta se ei ole välttämätöntä.

50 Suojakaasu tulee keksinnön mukaisella suuttimella varustetussa polttimessa polt timen kahvan kautta suojakaasuliitäntään 7. Suojakaasuliitäntä 7 avautuu vaippa- *« 1 osan rungon 18 ja polttimen alarungon 6 rajaamaan kammioon 19. Tästä kam- 6 92562 miosta 19 kaasu jakautuu kanavaosan 15 muodostamiin kanaviin ja virtaa alarun-gon 6 pinnan suuntaisesti kanavaosan kärkeen 17.

Edellä esitetyn lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suoritusmuotoja. Vaippaosa 3 5 voi koostua ainoastaan kanavaosasta 15, joka on kiinnitetty polttimen runkoon, esimerkiksi alarunkoon 6, työstettyyn suojakaasun syöttökammioon. Urien 16 ja vastaavasti haijanteiden 13 lukumäärää voidaan vaihdella halutulla tavalla. Kanavaosan 15 muoto valitaan sen osan ulkopinnan mukaan, jonka päälle se sovitetaan. Vaippaosa voidaan valmistaa kuparin sijasta myös messingistä tai muista 10 metalleista. Tuurnalle muovaamisen sijasta vaippaosa voidaan valmistaa myös aventimella työstämällä. Polttimen alarungon 6 kärki voi muodostaa itsessään plasmasuuttimen tai suutin voi olla irroitettava kuten yllä esitetyssä esimerkissä.

Keksinnön mukaista suutinrakennetta voidaan käyttää myös TIG-polttimen suoja-15 kaasun virtauksen laminarisointiin. 1

II

·

Claims (9)

92562

1. Plasmahitsauspolttimen suojakaasusuutin, joka käsittää 5. plasmapolttimen elektrodia (1) ympäröivän ulkopinnaltaan kartiomaisen kappaleen (6), joka muodostaa elektrodin (1) ympärille suljetun plasmakaasun syöttökammion ja jonka kärkeen on muodostettu plasmasuutin (2), ja lo - suojakaasun syöttöyhteen (7), jonka kautta suojakaasu voi daan syöttää elektrodia (1) ympäröivän kappaleen (6) ympärille sovitettuun suojakaasun syöttökammioon (19), tunnettu 15 - yläosastaan kaasutiiviisti elektrodia (1) ympäröivään kappaleeseen (6) liitetystä vaippaosasta (3), joka käsittää ainakin kartiomaisen kanavaosan (15), jonka sisäpinnalla on uria (16) ja niiden välisiä harjanteita (13) ja joka on sovitettu myötäilemään 2. elektrodia (1) ympäröivää kappaletta (6) siten, että sisäpuoliset harjat (13) koskettavat kappaleen (6) ulkopintaa, jolloin urat (16) muodostavat suojakaasun syöttökanavat, jotka avautuvat elektrodia ympäröivän kappaleen ympärille, ja 25. vaippaosaan (3) kanavaosaan (15) liittyvästä runko-osasta • (18), jonka yläreunasta vaippaosa (3) on kiinnitetty elektrodia (1) ympäröivään kappaleeseen (6) ja jonka sisäpuolinen halkaisija on suurempi kuin elektrodia ympäröivän kappaleen (6) halkaisija, jolloin nämä osat muodostavat kammion (19), jonka 3. kautta suojakaasu voidaan syöttää kanavaosan (15) syöttö- kanaviin. 92562

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suutin, tunnettu siitä, että vaip-paosa (3) on kuparia.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen poltin, tunnettu siitä, että suoja- 5 kaasusuuttimen osat on liitetty polttimen runkoon elektronisuihkuhitsauksel la.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen suutin, tunnet-t u siitä, että kanavaosan (15) muoto on katkaistu kartio. 10

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suutin, tunnettu siitä, että vaip-paosan (3) suurin ainepaksuus on korkeintaan 3 mm.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen suutin, tunnettu siitä, että vaip- 15 paosan (3) suurin ainepaksuus on korkeintaan 1,5 mm, edullisimmin n. 1 mm.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suutin, tunnettu vaippaosan runko-osan (18) ulkopinnalla olevasta keraamisen suojakaasukuvun (4) kiinni- 20 tyspinnasta, esim. kierteestä. * w

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suutin, tunnettu siitä, että vaip-paosa (3) on valmistettu tuurnan päälle muovaamalla.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suutin, tunnettu siitä, että vaip- paosa (3) on valmistettu aventimella työstämällä. « . · · 11 92562