NO127066B - - Google Patents

Description

Lysbueskjærebrenner med en ikke smeltende stavelektrode.

Foreliggende oppfinnelse angår en lysbueskjærebrenner for skjæring av smeltbare materialer, særlig metaller, ved hjelp av en lysbueflamme frembrakt med en stavelektrode som ikke forbrukes.

Det er i den senere tid blitt utviklet

lysbuef lammer som på grunn av sin gode stabilitet, konsentrasjon og varmeintensi-tet er blitt foreslått brukt ved skjæring av metalliske eller umetalliske materialer ved smelting. Ved tilveiebringelse av slike lys-bueflammer dannes en lysbue ved lavfre-kvent vekselstrøm eller likestrøm mellom en stavformet elektrode inne i et rør og en tilstøtende ledende rørdel eller et arbeidsstykke og lysbuen føres gjennom en sammensnevret passasje som stabiliserer og regulerer formen og retningen av den ledende'utstrømning som kommer fra røret når en strøm av gass føres langs og forbi elektroden gjennom den sammensnevrede lysbuepassasje mot arbeidsstykket.

De gasser som anvendes har hovedsa-kelig vært inerte overfor den stavformede elektrode som vanligvis er av wolfram. Det har imidlertid nå vist seg å være hen-siktsmessig å anvende reagerende gasser i lysbueflammen ved skjæring av bestemte materialer. Når lysbueflamme-metoden anvendes ved skjæring av bestemte metaller, særlig aluminium, har det således vist seg å være fordelaktig å tilføre surstoff til lysbuefla'mmen. De spesielle krav som må imøtekommes under disse forhold, er at stavelektroden må være beskyttet mot den reagerende gass for å hindre at elektroden tilintetgjøres.

Ved. foreliggende oppfinnelse- er det tilveiebrakt en lysbueskjærebrenner for skjæring av smeltbare legemer, der det. dannes en lysbue mellom en stavformet elektrode som omtrent ikke forbrukes og som er koaksialt anordnet i et rør, og en ytterligere elektrode i form- av et rør eller, selve det metalliske arbeidsstykke, og der det tilføres en strøm av gass som i det vesentlige er inert i forhold til den stavformede elektrode, hvilken gass føres langs elektroden og sammen med lysbuedampen gjennom en sammensnevrende utløpspas-sasje i røret for å danne en lysbuef lamme som rettes mot det legeme-som skal skjæ-res.

Videre blir. en strøm av gass som: er kjemisk aktiv overfor arbeidsstykket og som forhindres fra å komme i kontakt med den stavformede elektrode av den inerte gasstrømm sota omgir denne, innført i. de ytre partier av den inerte gasstrøm får denne mates ut sammen med lysbuedam-pene fra det sammensnevrede parti av rø-rets passasje.

Stavelektroden er fortrinsvis av et varmebestandig metall f. eks. wolfram og; beskyttelsesgassen som beskytter elektroden mot oksydasjon er fortrinsvis kvelstoff, argon, helium eller en eller annen blanding av disse. Den reaktive gass kan hensikts-messig være en surstoff-førende gass, f. eks. surstoff, luft, kulldioksyd eller vann-damp. Vanndampen kan innføres i lysbuef lammen ved hjelp av en porøs metall-innsats i røret gjennom hvilken innsats en del av kjølevannet for røret kan sive ut. Andre reaktive væsker kan innføres gjennom en porøs innsats på liknende måte.

Oppfinnelsen angår en lysbueskjærebrenner med en ikke smeltende stavelektrode anordnet inne i et rør som gjennom-strømmes av en gass som er inert i forhold til stavelektroden, og som har en utløps-munning som snevrer sammen lysbuen, idet spissen av elektroden er anordnet på høyde med det sammensnevrende parti av utløpsmunningen, og der røret har en ut-strømningsanordning for å lede en kjemisk aktiv gass inn i de ytre soner av de gasser som strømmer gjennom utløpsmun-ningen, og den er i det vesentlige kjenne-tegnet ved at nevnte utstrømningsanord-ning har kanaler resp. porer som ender i utløpsmunningen slik at de aktive gasser omslutter de inerte gasser før disse forlater brenneren. Fig. 1 viser i diagram et lysbueflam-meapparat der den reaktive gass-strøm innføres i røret gjennom passasjer som strekker seg gjennom den indre vegg av rørets sammensnevrede parti og der ar-beidstrykket utgjør en del av den elektriske krets. Fig. 2 viser skjematisk et apparat der den reaktive gass innføres i røret gjennom passasjer som strekker seg gjennom den indre vegg av rørets passasje mellom den stavformete elektrode og rørets sammensnevrede parti. Fig. 3 viser skjematisk et apparat der den reaktive gass innføres i røret gjennom en apparatledning som ender over den nedre enden av den stavformete elektrode. Fig. 4 viser skjematisk et apparat der den reaktive gass som består av luft inn-føres mellom de øvre og nedre rør-partier der det nedre rørparti er innbefattet i kret-sen for lysbueflammen. Fig. 5 viser skjematisk et apparat der en væske som skal fordampes innføres gjennom en porøs innsats i det sammensnevrede parti av røret. Fig. 6 viser, sett fra siden og delvis i snitt, en foretrukken utførelsesform for en lysbuebrenner i henhold til oppfinnelsen.

Hver av de lysbuebrennere som er vist i fig. 1 til 5 omfatter et rør 10 med den sentrale boring 12 der det nedre ende-parti av en elektrode 14 stikker inn og denne elektrode forbrukes olmtrent ikke og er fortrinnsvis laget av wolfram med to-rium-tilsetning. Elektroden 14 står i avstand fra den indre vegg og bunnen av boringen slik at det mellom disse deler dannes en passasje for en beskyttelsesgass som f. eks. argon, helium, vannstoff, kvelstoff eller blandinger av disse og denne gass strømmer aksialt i en ringformet strøm rundt den primære elektrode 14. Ne-denfor elektroden strømmer gassen gjennom en lysbue-stabiliserende passasje eller åpning 15.

Den annen primære elektrode kan dannes av røret 10 eller det metalliske arbeidsstykke 16. En lysbue vil dannes i passasjen 15 og mellom elektroden 14 og arbeidsstykket 16 når en strømkilde S til-koples ved hjelp av ledninger 18 og 20. En overordentlig varm elektrisk ledende ut-strømning vil komme fra utløpet av passasjen 15. Røret 10 holdes avkjølet ved hjelp av vann som sirkulerer gjennom en ringformet passasje 22 som omslutter passasjen 15.

I den utførelsesform som er vist i fig. 1 innføres den reaktive gass, f. eks. en surstoff-førende igass, i de ytre partier av be-skyttelsesgasstrømmen ved hjelp av hull 24 i rørets vegg og hull munner ut i passasjen 15.

I den utførelsesform som er vist i fig.

2 innføres den surstoff-førende gass i de

ytre partier av lysbuestrømmen ved hjelp av hull 25 i munnstykkets vegg, der hul-lene munner ut i den sentrale boring 12 like under elektroden 14 og over den lys-buestabiliserende passasje 15.

Denne modifikasjon viser videre et eksempel på en anordning der lysbuen ligger mellom den stavformete elektrode 14 og elektroden 10 som inneholder den sammensnevrede åpning 15. I dette tilfelle omfatter utstrømningen varme gasser og det er ikke nødvendig med et elektrisk ledende arbeidsstykke.

I den utførelsesform som er vist i fig.

3 er en hylse 27 for inert gass lagt rundt

elektroden 14 innenfor den sentrale boring 12, konsentrisk i forhold til denne og danner en skillevegg mellom den ringformete strøm av beskyttelsesgass inne i hylsen 27 i kontakt med elektroden 14 og den ringformete strøm av surstoff-førende gass som kommer inn i den sentrale boring 12 og strømmer langs utsiden av hylsen 27.

I den form som er vist i fig. 4 danner en ringformet del 30 en ytterligere elektrode som ligger i avstand fra røret 10 og har en åpning 32 koaksialt med passasjen 15 hvilken åpning kjøles av en vann-damp 34. Strømkilden S er koplet til røret

10 gjennom en impedans 36 til den ringformete del gjennom en impedans 38. Surstoff-førende gass innføres i mellomrom-met 40 mellom rørdelene. Impedansen 38 kan være null og arbeidsstykket kan som en alternativ anordning være koplet fra strømkretsen.

I den form som er vist i fig. 5 danner < en ringformet innsats 42 av porøst me- i tall eller porøst keramikkmateriale den i indre vegg av vannkappen 22 og denne i ringformete innsats 42 har en sentral passasje med samme diameter som den sammensnevrede passasje 15. Vann som pas-serer gjennom porene i innsatsen kjøler åpningens vegger og kommer deretter inn i lysbueflammen som en damp.

I alle de viste utførelsesformer inn-føres strømmen av reaktiv gass utenfor strømmen av beskyttelsesgass for elektroden og den reaktive gass er innbefattet i de gasser som strømmer ut fra det lys-buestabiliserende munnstykke.

De følgende eksempler beskriver opp-finnelsens virkemåte: Eksempel 1.

Lysbueskj æring av bløtt stål ved anvendelse av surstoff-førende gasser.

Et apparat av den type som er vist i fig. 1 ble benyttet for denne prøve. Argon gass ble med en hastighet på 425 liter pr. time ledet ned rundt den stavformete wol-framelektrode med en diameter på 3,2 mm og ut gjennom rørets åpning som har en innvendig diameter på 3,2 mm samtidig med at en lysbue ble tent mellom wolfram-elektroden og en bunnplate av bløtt stål og med en tykkelse på 6,4 mm. Sur-stoffgass ble deretter med en hastighet på 1415—2123 liter pr. time innført i røret under wolfram-elektroden. Stålplaten ble skåret opp med en strøm på 175—200 amp. og en lysbuespenning på 45 volts like-strøm med den stavformete elektrode negativ. Det resulterende snitt syntes å være noe bredere enn det som fremkommer når surstoff ikke ble benyttet.

Eksempel 2.

Lysbueskj æring av aluminium ved anvendelse av surstoff-førende gass.

Et brennapparat av den type som er vist i fig. 4 ble benyttet for dette eksperi-ment. Elektroden av wolfram med torium-tilsetning og med en diameter på 2,3 mm ble trukket 3,2 mm tilbake fra en vann-kjølet kopper-elektrode i form av et rør med en diameter på 3,2 mm og en lengde på 2,4 mm. Det nedre rør hadde en diameter på 3,2 mm og en lengde på 6,4 mm og lå i en avstand på 4,8 mm fra det første rør. Hver av belastnings-motstandene består av to 1.000 watts lyspærer koplet i serie. Argon-gass ble med en hastighet av 125 liter pr. time ført ned gjennom brenneren og lysbuen ble tent mellom wolfram-slektroden og en aluminiumsplate med 6,4 mm tykkelse. Luft ble deretter innført mellom rørene med en hastighet på 849 liter pr. time. Aluminiumsplaten ble deretter skåret med en hastighet på 127 cm pr. minutt med en strøm på 225 amp. og med den stavformete elektrode negativ.

Dette ble gjentatt med 736 liter argon pr. time, 1528 liter luft pr. time, 195 amp. og 59 volt likestrøm Im.ed den stavformete elektrode negativ for også nå å skjære 6,4 mm tykk aluminium med en hastighet på 127 cm pr. minutt.

Por å få snittet av god kvalitet i noen metaller er det nødvendig å tilsette vannstoff til beskyttelsesgassen. En tilsetning på fra 1—100 pst. vannstoff vil f. eks. for-bedre snittveggene i aluminium og mag-nesium sammenlignet med de vegger som fremkommer ved bruk av kvelstoff, helium eller argon uavhengig av hverandre og den beste kvalitet oppnås med omtrent 50 pst. vannstoff.

Ved skjæring av metaller som f. eks. kullstoffstål, rustfritt stål, nikkel og kopper foretrekkes det å benytte kvelstoff, argon eller en blanding av disse som beskyttelsesgass.

Det er av særlig betydning at tverrsnittet av det ringformete rom mellom elektroden og røret for beskyttelsesgassen er så lite at det fremkommer en strålefor-met strøm med stor hastighet når beskyttelsesgassen tilføres med forholdsvis liten hastighet, for å fortrenge skjæregassen og derved på en tilfredsstillende måte be-skytte spissen av elektroden mot angrep og forurensninger.

Det samme gjelder den lengde elektroden stikker ut fra beskyttelsesgassen, en lengde som fortrinnsvis er 3,4 mm. En annen viktig avstand er den lengde elektroden er trukket tilbake fra den sammensnevrede del, en lengde som fortrinnsvis er på 3,2 mm. En vesentlig større avstand bevirker at lysbuen slår over til me-tallet rundt åpningen før lysbuen fort-setter til arbeidsstykket. Dette er kjent som dobbeltflamme.

Det er viktig å bibeholde den konsentriske innstilling av elektroden i rø-ret til beskyttelsesgassen og dette rørs konsentriske stilling i forhold til sammen-snevringen. Enhver eksentrisitet av betydning vil føre til oksydasjon av elektroden å bevirke at en side av snittet blir ujevnt med fastsittende slagg.

En foretrukken brenner-konstruksjon i forhold til oppfinnelsen er vist i fig. 6. Brenneren omfatter en hoveddel B med et brennerparti hvis nedre ende opptar en elektrodeholder H eller fastspenningshylse.

En fastspenningshylse C i holderen H lig-

ger an [mot en anleggsflate i toppen av hoveddelen B og holderen H har en ko-

nisk innvendig bunnflate for å klemme spennhylsen sammen slik. at denne griper om elektroden E når spennhylsen C tvinges inn i holderdelen B ved utøvelse av trykk ved hjelp av brennerens toppknapp. En isolasjonsring I er skrudd fast på innsiden av den nedre del av brennerdelen B og en vannkappe W er skrudd fast på utsiden av isolasjonen I.

Brennerdelen B har et innløp 110 for beskyttelsesgass som munner ut i et ringformet kammer mellom hode på spennhyl-

sen og toppen av elektrodeholderen H hvor-

etter beskyttelsesgassen strømmer ned inne i holderen og utenpå spennhylsen og deretter inn gjennom spalter i denne og videre gjennom bunnen av holderen. Brennerdelen B har også et innløp 112 for kjølevann hvorfra det fører ikke viste passasjer til et ringformet spor 114 i brennerdelen. En ledning 115 for innføring av sveisestrømmen strekker seg gjennom ut-løpsslangen 117 for kjølevannet.

Elektrodeholderen eller spennhylse-delen H omfatter et øvre rørformet parti 116 som i det vesentlige strekker seg i for-lengelsen av spennhylsen, et mellomlig-gende kraveparti 118 mellom bunnen av brennerdelen B og lenger enn boringen i: denne og et boss 120 som henger ned un-

der kravepartiet 118. Lange spor 122 ut-formet i den rørformete del 116 og kravepartiet 118 forbinder spor 114 i brennerdelen med rommet under brennerdelen B. Vannkappen har en innvendig skulder 124

som trykker sammen en pakning mot bun-

nen, av kraven 118 for å lukke et vann-kammer.

Beskyttelsespassasjen gjennom bosset

120 er forlenget ved hjelp av et rør 126

for beskyttelsesgassen og dette rør er av ildfast materiale f. eks. diamonit og er fes-

tet til bosset ved hjelp av en gjenget overgangskopling 128 fortrinnsvis av ildfast materiale som f. eks. lava. Den indre diameter av røret 126 er avpasset i forhold til elektrode-diameteren for å danne et lite tverrsnitt for den ringformede passasje mellom røret og elektroden der passasjen er liten nok til å gi stor hastighet ved små volumer og arealet av denne åpning er fortrinnsvis mindre enn tverrsnittet av elektroden. Rundt koplingen 128 ligger en an-

nen isolerende overgangskopling 130 som er skrudd fast til den nedre del av vannkappen W. En munnstykkeanordning 132

er festet til nedre del av koplingen 130 ved hjelp av en mutter. Anordningen 132 er forsynt med et ringformet kammer 134 som mottar den kjemisk aktive gass gjennom et innløp 136. En rørinnsats 138 passer inn i den nedre del av anordningen 132 med en klaring slik at den sammensnevrede åpning 140 i' innsatsen kan sentreres i forhold til elektroden E og beskyttelsesgassrøret 126

ved hjelp av fire settskruer 142 som står med jevn avstand fra hverandre. Den nedre del av rørinnsatsen nær ved åpnin-

gen 140 er fortrinnsvis forsynt med en vannkappe 144 enten av ringform eller sølvlodde konstruksjon.

Den utvendige kopling 130 ligger i an-

legg mot pakningen under kraven 118 og danner sammen med de lavereliggende ringformete deler et kammer for den kje-

misk aktive gass som strømmer inn fra. kammeret 134 gjennom to eller flere åpninger som er jevnt fordelt rundt kamme-

ret 134 og denne gass ledes til utsiden av røret og i røret 138 til. og ut gjennom den sammensnevrede åpning 140.

Claims (8)

1. Lysbueskjærebrenner med en ikke smeltende stavelektrode anordnet inne i et rør som gjennomstrømmes av en gass som er inert i forhold til stavelektroden, og som har en utløpsmunning som snevrer sammen lysbuen, idet spissen av elektroden er anordnet på høyde med det sammensnevrende parti av utløpsmunningen, og der. røret har en utstrømningsanordning for å lede en kjemisk aktiv gass inn i de ytre soner av de gasser som strømmer gjen - nom utløpsmunningen, karakterisert ved at nevnte utstrømningsanordning har kanaler resp. porer som ender i utløpsmun-ningen slik at de aktive gasser omslutter de inerte gasser før disse forlater brenneren.

2. Lysbueskjærebrenner som angitt i påstand 1, karakterisert ved at rørveggen har et antall kanaler som strekker seg fra et fordelerkammer likeledes inne i rør-veggen (10) og som munner ut i de åpninger (24) i veggens innside i den sammensnevrede munning (15).

3. Lysbueskjærebrenner som angitt i påstand 1 og 2, karakterisert ved at disse åpninger er anordnet i en rekke langs innsiden av de koniske veggdeler av røret (10), hvilke danner overgang mellom det forholdsvis vide indre (12) av røret og den sammensnevrede munning (15).

4. Lysbueskjærebrenner som angitt i påstand 1, der elektroden er omgitt av en hylse (27) for inert gass, hvilken hylse strekker seg like til nærheten av elektro-dens spiss, karakterisert ved at hylsen (27) sett i strømningsretningen ender umiddel-bart før innløpet til den sammensnevrede munning (15).

5. Lysbueskjærebrenner som angitt i påstand 4, karakterisert ved at den nevnte hylse ender i et varmebestandig rør (126) som er utskiftbart anbrakt i brennerlege-met (B) og strekker seg inn i en dysean-ordning som har en ringformet hodedel (134) med et sideinnløp (136) for den reagerende gass, såvel som en rørformet del (138), hvilken har en endevegg med en aksialt anordnet sammensnevret munning (140).

6. Lysbueskjærebrenner som angitt i påstand 5, karakterisert ved at hodedelen (134) er forsynt med innstillingsmidler (142) som tillater en forskyvning av den rørformede del (138) til siden for å mulig-gjøre en nøyaktig koaksial innretning av elektroden (E) og gassrøret (126) som omgir denne, samt den sammensnevrede ka-nal (140).

7. Lysbueskjærebrenner som angitt i påstand 1, i hvilken en tilført væske fordamper på grunn av lysbuevarmen og deretter strømmer ut gjennom nevnte ut-strømningsanordning, karakterisert ved at denne anordning har en porøs ringformet innsats (42) med en sentral åpning som tjener som lysbuesammensnevrende utløps-munning, og hvis porer muliggjør absorp-sjon av den tilførte væske fra et omgivende ringformet kammer (22) inn i utstrøm-ningsanordningen hvor den fordamper.

8. Lysbueskjærebrenner som angitt i påstand 1 med flere, karakterisert ved at utløpsmunningen er spaltet på tvers av sin akse og utenfor det sammensnevrede parti, slik at aktiv gass i form av atmos-færisk luft blir suget inn gjennom spalten fra omgivelsene, mens den fraspaltede del av munningen danner en ytterligere elektrode.