FI97337C - Sovitelma jauhemaisen lisäaineen syöttölaitteistossa - Google Patents

Description

97337

Sovitelma jauhemaisen lisäaineen syöttölaitteistossa Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen sovitelma esimerkiksi plasma- tai laserhitsaus-5 laitteen lisäainejauheen syöttöjärjestelmässä.

Plasmahitsauksessa on edullista käyttää jauhemaista lisäainetta monissa tapauksissa ja erityisesti automatisoiduissa tasausjärjestelmissä, joissa lisäaineen tuonti muilla 10 tavoin on vaikeaa. Jauhemaista lisäainetta on käytetty plasmapinnoituksessa jo pitkään ja näiden laitteiden tekniikka on jo kohtuullisen luotettavaa ja tunnettua. Pinnoi-tehitsauksessa käytetään suhteellisen suuria jauhemääriä ja niiden syöttö pinnoitettavan kohteeseen suojakaasun avulla 15 on helppoa, koska syöttöön voidaan käyttää suuriläpimitai-sia ja yleensä lyhyitä letkuja ja suurta kaasun ja jauheen virtausta. Pinnoitehitsauksessa käytettävä jauhemäärä voi olla jopa satoja grammoja minuutissa. Plasmakaarella tapahtuvassa liitoshitsauksessa käytettävät lisäainemäärät ovat 20 hyvin pieniä, tyypillisesti noin 15 g/min tai vähemmän.

Eniten lisäainetta kuluu v-railon täyttöhitsauksessa, jolloin jauheen kulutus saattaa nousta 20 - 50 grammaan minuutissa. Kun hitsausnopeus nykyisillä plasmahitsauslaitteilla on jopa 5 m/min, on selvää, että lisäaineen annostelun 25 hitsaussaumaan on oltava erittäin tarkka.

Suurimmat vaikeudet lisäainejauheen syöttämisessä aiheutuvat siitä, että jauhe on syötettävä hitsisulaan pitkää ja ohutta kanavaa pitkin hitsauskaapelin sisällä. Syöttö-30 kanavan halkaisija on muutamia millimetrejä, esimerkiksi 3,5 mm, ja kanavan vastuksen voittamiseen tarvitaan jauhetta kuljettavan kaasun paine-ero kaapelin päiden välillä.

: Tällä hetkellä jauhemaista lisäainetta pystytään syöttämään 4-5 metriä pitkien kaapeleiden kautta, jolloin tarvittava 35 ylipaine jauheen syöttökohdassa on noin 100 - 150 mbar.

Jotta lisäaine saataisiin virtaamaan tasaisesti hitsauskaapelin mutkien kautta, kaasun nopeuden on oltava noin 20 2 97337 m/s, jolla lisäaineen nopeudeksi saadaan 5 m/s. Liitosplas-malaitteissa jauheen kanssa syötettävän suojakaasun määrä on noin 4-5 1/min. Riittävän nopea lisäaineen virtaus on tärkeää, koska plasmakaaren sytyttämisen jälkeen jauhetta 5 on saatava kaareen nopeasti, jotta hitsaus voidaan aloittaa ilman viivettä. Edellä mainitut arvot ovat ainoastaan esimerkkejä tyypillisestä käyttötilanteesta ja ne vaihtelevat hitsauskaapelin mitoituksen ja käyttökohteen mukaan. Lisäaineen syöttö tapahtuu vastaavalla tavalla plasmahitsauksen 10 lisäksi esimerkiksi laserhitsauksessa.

Suurin ongelma jauhemaisen lisäaineen syötössä on lisäaine-virran pulssittuminen, mikä voi johtua monista eri syistä. Koska jauhe syötetään kapeaa ja mutkittelevaa kanavaa pit-15 kin ja kantokaasun ja jauheen virtausmäärät ovat pieniä, jauhe pyrkii kasaantumaan syöttökanavan mutkiin ja jauhe-virrasta muodostuu epätasainen. Lisäainevirran pulssittuminen aiheuttaa syöttökaasun paineen pulssittumista, mikä pahentaa tilannetta edelleen. Toinen lisäaineen tasaista 20 virtausta haittaava tekijä on painepulssien pääsy lisäaineen syöttölaitteiston läpi lisäainesäiliöön. Nämä pulssit helpottavat jauheen valumista säiliöstä ja poistavat hol-vaantumia ja painepulssin jälkeen syöttökanavaan saattaa tulla useiden grammojen jauhepulssi, joka aiheuttaa virhei-. 25 ta hitsisaumassa ja haittaa lisäaineen syöttöä hetken ajan ennen kuin laitteisto pääsee taas tasapainoasemaan.

Tunnetuissa jauheen syöttölaitteissa lisäaineen syöttöon-gelmia on pyritty vähentämään käyttämällä mahdollisimman 30 lyhyitä hitsauskaapeleita, jolloin syöttömatkasta tulee lyhyt. Kanavan halkaisija on valittu mahdollisimman suureksi ja syöttökohta on sijoitettu ylemmäs kuin hitsattava kohta, jolloin kaapeliin tulee vähemmän mutkia ja jauheen kasaantumisvaara vähenee. Suuriläpimittainen syöttökanava 35 vaatii kuitenkin suuren suojakaasuvirtauksen ja jauheen nopeus saattaa nousta liian suureksi, jolloin sitä on vai- 3 97337 kea saada pysymään hitsisulassa. Liian suuri ja nopeasti virtaava kaasumäärä aiheuttaa puolestaan pyörteitä hit-sauskohdassa, mistä seuraa suojavaikutuksen heikkeneminen ja hitsin laadun heikkenemistä ja jopa liitoksen pilaantu-5 minen. Koska suojakaasuna käytetään yleisimmin argonia, kalliin suojakaasun kulutus olisi myös pidettävä mahdollisimman pienenä. Automatisoidussa hitsauksessa olisi edullista käyttää mahdollisimman pitkiä hitsauskaapeleita, koska tällöin hitsauslaite pystyy toimimaan laajemmalla 10 alueella.

Jauhesäiliöön tulevia painepulsseja on pyritty vähentämään paineistamalla säiliö jauheen syöttökohdan kanssa samaan paineeseen. Tällä tavalla painepulsseja on voitu vähentää.

15 Kuitenkin näilläkin laitteilla erityisesti hitsausta aloi tettaessa kaasua pääsee virtaamaan säiliöön, mistä seuraa hallitsematon lisäainevirtaus annostelulaitteen ohi syöttö-letkustoon. Silloinkin jos jauhe pääsee kasaantumaan käytön aikana syöttökanavistoon, painepulsseja saattaa syntyä.

20 Tavallisesti paineen tasaus tehdään melko monimutkaisella letkustolla, jolla jauheen syöttämiseen käytettävän kaasun paine ja jauhesäiliön paine pyritään pitämään samoina.

Tämän ratkaisun heikkouksina on suuri helposti vuotavien liitosten määrä ja monimutkainen rakenne. Vuotavien liitos-. 25 ten seurauksena kaasua voi päästä virtaamaan säiliöön, jolloin annostelussa esiintyy jälleen pulsseja ja virheitä. Nämä ongelmat esiintyvät myös silloin, kun jauheen määrä muuttuu.

30 Lisäksi jauhesäiliön on oltava paineenkestävä. Tästä aiheu-• ; tuu melko suuria ongelmia, koska lisäainejauheet on säily tettävä ilmatiiviissä pakkauksissa niiden pilaantumisen estämiseksi. Lisäainejauheet pakataan paineenkestävyys- ja ilmatiiviysvaatimuksen takia tiivisti suljettuihin metal-35 lisäiliöihin, jotka kiinnitetään käytettäessä jauheensyöt-tölaitteistoon. Tällainen pakkaustapa on erittäin kallis ja 4 97337 säiliöiden asentaminen tiivisti syöttölaitteistoon on hankalaa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sovitelma, 5 jonka avulla voidaan poistaa lisäainejauheen syöttöhäiriöt plasmahitsauslaitteissa ja vastaavissa laitteissa.

Keksintö perustuu siihen, että sen syöttökanavan kohdan yhteyteen, jossa jauhemainen lisäaine syötetään kanavaan, 10 sovitetaan injektoriputki ja halkaisijaltaan laajeneva putkenosa.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle sovitelmalle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 15 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön avulla saadaan paine syöttäkanavan lisäaineen 20 syöttökohdassa säädettyä samaksi kuin ulkoilman paine, jolloin syöttökanavan paine ei siirry jauhesäiliöön. Säiliöön ei myöskään pääse painepulsseja, joten lisäaineen annostelu on tasaista ja tarkkaa, koska lisäainejauhe virtaa aina samalla tavalla annostelulaitteeseen. Mitään monimutk-25 kaisia paineentasausjärjestelmiä ei tarvita ja erityisen suuri etu on se, että lisäainesäiliön ei tarvitse olla paineistettu. Lisäainejauhe voidaan pakata halpoihin fo-liopusseihin, jotka on helppo kiinnittää syöttölaitteistoon painamalla pussin seinämä rikki annostelulaitteen liitti-30 meen. Tämä helpottaa laitteiston käyttöä ja alentaa huomattavasti pakkaus- ja varastointikuluja. Sovitelman rakenne on erittäin yksinkertainen eikä siinä ole vaikeasti tiivistettäviä liitoksia. Jauheen syötössä ei esiinny haitallisia pulsseja syötön alkaessa, vaan jauheen virtaus tasaantuu 35 nopeasti asetettuun määrään. Tätä ominaisuutta voidaan käyttää erityisesti automatisoidussa hitsauksessa hyväksi 5 97337 siten, että jauheen ja suojakaasun virtaus pidetään suljettuna silloin kun plasmakaari ei ole päällä. Tällä tavoin säästetään huomattavasti kallista suojakaasua.

5 Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisten piirustusten avulla.

Kuvio 1 esittää halkileikkauksena yhtä keksinnön suoritusmuotoa .

10

Kuvio 2 esittää halkileikkauksena toista keksinnön suoritusmuotoa .

Keksinnön mukainen sovitelma voidaan sijoittaa liittimeen, 15 jossa lisäainevirta sekoitetaan suojakaasuun. Tämä liitin koostuu T-kirjaimen muotoisesta runkokappaleesta 1, joka kiinnitetään hitsauskaapelin 3 lisäaineen ja suojakaasun syöttökanavaan 3. Syöttökanavaan 3 nähden vastakkaisella puolella on suojakaasun syöttöliitäntä 4, 6, 8. Lisäaine 20 tuodaan liittimen suoraan kanavaan nähden poikittaisella liitännällä 2. Liittimen suorassa kanavassa on lisäaineen liitännän 2 kohdalla holkki 5, jonka sisähalkaisija on pienempi kuin syöttökanavan 3 sisähalkaisija. Hoikin 5 pää on lisäaineliitännän 2 ja syöttökanavan 3 alkupään välisellä . 25 alueella. Lisäaineliitännän 2 kohdalla hoikissa 5 on liit-tännän halkasijaa vastaava aukko 7. Suojakaasu ja lisäaine sekoitetaan toisiinsa tämän hoikin 5 alueella. Suojakaasun liitäntä koostuu hoikin 5 sisään sovitetusta liitäntähol-kista 4, jonka sisällä on pienihalkaisijainen injektoriput-30 ki 8, ja liittimen runkoon 1 työstetystä kierteestä. Kun ^ laitetta käytetään, kaasuletku työnnetään liitäntäholkkiin 4 ja letku kiinnitetään kiertämällä sen lukitusrengas rungon 1 kierteeseen 6.

35 Suojakaasu virtaa liittimeen 1 ja edelleen syöttökanavaan 3 injektoriputken 8 kautta. Injektoriputken 8 pää on virtaus- 6 97337 suunnassa ennen lisäaineliitännän aukkoa 7. Kaasu ja lisäaine} auhe virtaavat liittimessä seuraavalla tavalla. Suo-jakaasu tulee ohutta injektoriputkea Θ pitkin hoikin 5 sisään lisäaineliitännän taakse. Injektoriputkesta 8 syök-5 syvä kaasu puhaltaa lisäaineliitännästä 2 tulevan hoikissa 5 eteenpäin ja virtaussuunnassa lisäaineliitännän jälkeen holkki 5 päättyy ja virtauskanava laajenee syöttökanavan 3 halkaisijaan. Kun virtauskanavan halkaisija kasvaa, paine laskee ja kanavan sopivalla mitoituksella saadaan paine 10 lisäaineen syöttöliitännän kohdalla sovitetuksi samaksi kuin ulkoilman paine, jolloin syöttökanavasta 3 ei tule painepulsseja lisäaineen syöttöliitäntään 2.

Kanavan mitoitus riippuu käytettävästä muun muassa suoja-15 kaasun paineesta ja syöttöletkun mitoituksesta. Seuraavat mitoitusarvot ovat esimerkkejä noin 5 metriä pitkälle hit-sauskaapelille, jonka suojakaasun paine on noin 3,4 bar. Kaapelin syöttökanavan halkaisija on 3,5 mm, jolloin sovi-telma voidaan mitoittaa seuraavalla tavalla. Hoikin 5 sisä-20 halkaisija on 2,5 mm ja injektoriputken 8 sisähalkaisija 0,55 mm. Injektoriputken 8 pää on noin 4,8 mm päässä lisäaineliitännän 2 keskiöstä ja lisäaineliitännän 2 halkaisija on noin 4 mm. Tärkeintä kanavan mitoitukselle on hoikin 5 halkaisijan ja sen pään aseman sijoittaminen oikein siten, . 25 että paine lisäaineliitännän kohdalla sama kuin ulkoilman paine tai hieman sitä suurempi. Paineen tulisi olla tässä kohdassa 0-10 mbar. Alhaisemmalla paineella jauhesäiliöön syntyy injektorivaikutuksen takia alipainetta ja jauhe saattaa liikkua säiliössä ja syötössä esiintyy häiriöitä.

30 Suuremmilla paineilla kaasua virtaa säiliöön, jolloin ongelmat ovat samat kuin tunnetuilla laitteillakin. Oikein mitoitetussa sovitelmassa lisäaineen syöttökohtaan tulee seisivan aaltoliikkeen nollakohta, jossa paine on sama kuin ympäristön paine.

35

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toinen suoritusmuoto.

7 97337 Tässä sovitelmassa suora holkki on korvattu liittimen sisäpuolelle valmistetulla venturiputkella. Venturikartio 9 alkaa virtaussuunnassa lisäaineliitännän 2 takaa ja laajenee syöttökanavan halkaisijaan siten, että vanturin hal-5 kaisija on syöttökanavan halkaisijan suuruinen liitännän jälkeen. Venturin vaikutus suojakaasun paineeseen on suurempi kuin portaittain laajenevan kanavan ja tämä suoritusmuoto sopii käytettäväksi silloin, kun hitsauskaapelin vastus on suuri ja joudutaan kompensoimaan suuri paine-ero. 10 Venturivaikutus ei kuitenkaan saa olla liian voimakas, jotta lisäaineen syöttökohtaa ei syntyisi alipainetta. Venturi voidaan mitoittaa pääosin samoilla perusteilla kuin portaittain laajeneva kanavakin, mutta sen tehokkaamman toiminnan takia voidaan käyttää suurempihalkaisijäistä 15 injektoriputkea.

Portaittain laajenevan kanavan ja venturikanavan lisäksi laajeneva kanava voidaan toteuttaa esimerkiksi suorana kartiona tai muun sopivan laajenevan poikkileikkauksen avulla. 20 Kuviossa 1 esitetty suoritusmuoto lienee helpoin valmistaa ja sillä päästään varsin hyvään ylipaineen kompensointiin. Holkki 5 voi olla erillinen liitinrungon sisään sijoitettu holkki tai se voidaan valmistaa työstämällä se runkoon. Liitin 1 voidaan asentaa vinoon tai pystysuoraan asentoon, .25 jolloin jauhetta ei pääse kerääntymään laitteistoon missään olosuhteissa. Lisäaineliitäntä voidaan sovittaa vinoon asentoon liittimen runkoon nähden, ja on ajateltavissa, että lisäaine tuodaan liittimeen injektoriputken takaa ja ympäriltä. Tässä tapauksessa liitin on asetettava ainakin 30 hieman vinoon asentoon, jotta jauhe pääsee valumaan suoja-kaasuvirtaan. Kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuodoissa injektori-putken pää ulkonee hieman laajenevan kanavan alkupäästä.

Tämä ei ole välttämätöntä ja putken pää voikin aueta suoraan kanavan alkupäädystä.

35

Edellä on esitetty, että lisäainejauhe kuljetetaan syöttö- 8 97337 kanavistossa suojakaasun avulla. Suojakaasu voidaan tuoda käyttökohteeseen myös muita kanavia pitkin ja jauheen mukana tulevan suojakaasun lisäksi voidaan käyttää muuta kautta tulevaa ylimääräistä suojakaasua. Kuljetuskaasuna voidaan 5 käyttää muitakin kuin inerttejä kaasuja, esimerkiksi hiilidioksidia.

Claims (6)

9 97337

1. Sovitelma jauhemaisen lisäaineen syöttölaitteistossa, joka sovitelma käsittää liitinrungon (1) suojakaasun ja 5 lisäaineen seoksen muodostamiseksi, jossa liitinrungossa on ainakin - yksi liitäntä (4, 6, 8) suojakaasun johtamiseksi liitinrunkoon (1), - yksi liitäntä (2) lisäaineen johtamiseksi liitinrunkoon (l) ja suojakaasuvirtaan, ja - yksi liitäntä suojakaasun ja lisäaineen seoksen 15 johtamiseksi liitinrungosta (l) hitsauskaapelin syöttökanavaan (3), tunnettu siitä, että 20. liitinrunkoon (1) on muodostettu kanavaosa, jon ka halkaisija kasvaa suojakaasun virtaussuunnassa, ja - liitäntä suojakaasun johtamiseksi liitinrunkoon 25 (l) käsittää injektoriputken (8), jonka pää on sovitettu aukeamaan poikkileikkaukseltaan kasvavan kanavan sisäpuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnet-30 t u siitä, että lisäainekanavan (2) aukko (7) on suojakaasun virtaussuunnassa injektoriputken (8) pään jälkeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että sovitelma käsittää liitinrungon (1) 35 sisään muodostetun suoran, halkaisijaltaan syöttökanavan (3) halkaisijaa pienemmän kanavaosan (5), jonka toiseen 10 97337 päähän on sovitettu injektoriputki (8) ja joka päättyy vir-taussuunnassa lisäaineliitännän jälkeen.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sovitelma, t u n -5 n e t t u siitä, että sovitelma käsittää liitinrungon (1) sisään muodostetun venturimaisen kanavaosan (9), jonka toiseen päähän on sovitettu injektoriputki (8) ja joka kanava-osa päättyy virtaussuunnassa lisäaineliitännän jälkeen.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen sovi telma, tunnettu siitä, että lisäaineliitäntä (2) on sovitettu vinoon asentoon liitinrunkoon (l) nähden.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, tunnet-15 t u siitä, että injektioputken (8) pää on suojakaasun virtaussuunnassa lisäaineliitännän (2) jälkeen. 11 97337