NO157088B - Eksotermisk skjaereelektrode. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en eksotermisk skjæreelektrode som angitt

i krav l's innledning.

Konvensjonelle elektroder som benyttes på land for skjæring av materialer såsom sten, betong, jern og stål er beskrevet i US-patentene 3.260.976, 3.507.231, 3.487.791, 3.500.774, 3.507.230, 3.570.419 og 3.738.288. Disse elektroder har det felles trekk at de har et ytterrør hvori det er plassert flere avlange stenger eller tråder som danner en masse av oksyderbart metall. Oksygen føres ned gjennom ytterrøret til enden av elektroden, hvor det skjer en forbrenning for tilveiebringelse av en flamme som rettes mot materialet. De foretrukne elektroder har vanligvis et lett oksyderbart metall (eksempelvis magnesium eller aluminium) i én eller flere av stengene for derved å fremme forbrenningen.

Bruk av flere tråder i ulike former for buesveiseelektroder er vist i US-patentene 1.773.653, 2.345.758, 2.806.128 og 3.147.362, men det er vel kjent at sveiseelektroder vanligvis er uegnede for skjæreoperasjoner.

Skjæreelektroder eller termiske lanser av den type som innbefatter snodde tråder er vist i US-patentene 3.591.758 og 3.602.620.

Fra US-patentene 4.069.407 og 4.182.947 er det kjent flertråds-elektroder for bruk under vann. Disse undervannselektroder er bygget opp med et ytterrør hvori det er plassert flere avlange stålstenger eller tråder, og trådbunten innbefatter en lett ok-syderbar metallstang, fortrinnsvis av aluminium.

En ektjuLej-iuitsk akjærelektrode som angitt i krav l's innledning er kjent fra US-PS 4.182.947. Metallmassen er i form av lange tråder, hvorav en må være av et lett oksyderbart ikke-jern-metall, såsom aluminium, magnesium eller titan. Fordi trådene er relativt løse har man ingen sikkerhet for at de vil holde seg i røret slik det er vist på tegningen i denne publikasjon, dvs. i an-legg mot innerflaten til metallrøret. Under bruk av elektroden vil trådene sannsynligvis ikke holde seg på plass, men isteden sno seg og eventuelt forstyrre oksygenstrømmen gjennom elektroden. Dette vil hindre en god elektrodebrenning.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe

en eksotermisk skjæreelektrode som er utformet slik at det oppnås bedre elektrodebrenning, derved at metallmassen hindres i å forstyrre oksygenstrømmen gjennom elektroden.

For å oppnå dette foreslås det derfor en skjæreelektrode som angitt i krav l's innledning, med de i krav l's karakteristikk angitte kjennetegn.

Som nevnt vedrører foreliggende oppfinnelse en eksotermisk skjæreelektrode med et sentralt (inner) rør eller en oksygen-passasje med en omgivende masse av et lignende metall. Metallmassen kan holdes til innerrøret på flere måter, og den mest anvendte er å benytte et ytterrør. Imidlertid kan også ringer krympes på metallmassen for å holde den på innerrøret, og av-snittene mellom ringene kan dekkes med et vanntett elektrisk isolerende belegg som danner elektrodens ytterflate. Innerrøret og metallmassen kan være stål, som er lett tilgjengelig og lett å fremstille og som i nærvær av oksygen ført ned gjennom det sentrale rør, vil tillate etableringen av en flamme som kan rettes mot konstruksjonsmaterialer for gjennomføring av en skjære-, bore-, gjennomtrengningsoperasjon eller andre kappe-operasjoner. Innerrøret eller senterrøret sikrer at en stråle av oksyderende gass og flamme treffer arbeidsstykket med en konsentrert kraft. Elektroden er utført slik at en elektrisk strøm som føres ned gjennom metallmassen kan benyttes lor oppvarming av elektrodeenden til dens antennelsestemperatur i nærvær av oksygenstrømmen, for på den måten å starte den progressive brenning av elektrodemassen med tilhørende flamme med meget høy temperatur. Ved riktig valg av metall og riktig forhold mellom metallmassen og metallflaten som har kontakt med oksygenstrømmen (den oksyderende gass),kan strømmen slås av så snart flammen fra den brennende metallmasse er etablert, og skjæringen kan da fortsette helt til elektroden er forbrukt.

På tegningene viser:

Fig. 1 et delvis gjennomskåret perspektivriss av en elektrode

ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et snitt etter linjen 2-2 i fig. 1,

fig. 3 viser et delvist gjennomskåret perspektivriss av en

alternativ utførelse av elektroden i fig. 1,

fig. 4 viser et snitt etter linjen 4-4 i fig. 3,

fig. 5 viser et delvist gjennomskåret perspektivriss av nok

en utførelse av oppfinnelsen,

fig. 6 viser et snitt etter linjen 6-6 i fig. 5,

fig. 7 viser et delvist gjennomskåret perspektivriss av nok en utførelse av en elektrode ifølge oppfinnelsen,

fig. 8 viser e~t snitt etter linjen 8-8 i fig. 7 og fig. 9 viser et snitt gjennom en alternativ utførelse av

elektroden i fig. 7.

En eksotermisk elektrode ifølge oppfinnelsen har en masse

av oksyderbart metall som i nærvær av en oksyderende gass (eksempelvis oksygen) og en tennkilde vil produsere en flamme som, kan rettes mot et arbeidsstykke for skjæring, gjennomtrenging.eller brenning av dette. Arbeidsstykket kan være en del av' fast konstruksjon eller en marin kcnctrukcjen eller lignende. Elektroder ifølge oppfinnelsen kan benyttes for brenning, skjæring eller gjennomtrenging av materialer i luft eller vann. Materialene kan eksempelvis være støpejern, stål, betong og stenJ Stenmaterialet kan enten være et naturmateriale eller et syntetisk materiale.

En utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig. 1 og 2. Elektroden er betegnet med 10 og er bygget opp med et innerrør 12 av lavkarbonstål. Røret har en-lengde på 44,45 cm, en ytterdiameter på 3,96 mm og en innerdiameter på 2,54 mm. Rundt røret 12 er det skrueviklet en kontinuerlig lengde av en lav-karbonståltråd 14 med en nominell diameter på 8,89 mm. Stål-tråden er viklet på en slik måte at den danner et rør med en ytterdiameter på 5,9 7 mm og en innerdiameter på 4,2 mm og med en total lengde på 45,09 cm. Tråden 14 vikles slik at den rager ca. 3,18 mm ut over endene til innerrøret 12. Rundt tråden 14 er det plassert et ytterrør 16 med en ytterdiameter på 7,93 mm og en innerdiameter på 6,16 mm og en total lengde på 45,72 cm. Som vist på tegningen rager ytterrøret 16 ved elektrodens brennerende ut over tråden 14 og tråden 14 rager ut over innerrøret 12. På brennenden kan de tre komponenter flukte med hverandre.

Hele elektroden 10 kan belegges med et 3,81 - 5,08 mm tykt lag av et elektrisk isolerende materiale, eksempelvis en vinyl som markedsføres av Michigan Chome and Chemical Company under vare-merket "Micron 455 Vinyl". Ved bruk kan en del av en ende av plastbelegget rives vekk slik at elektroden kan innspennes i en brenner (ikke vist), som vist i US-patent 3780258 for bruk under vann. Alternativt kan elektroden fremstilles ved klem-ming av ytterrøret i en oppspenningsanordning som vil hindre vedhenging av belegget under dets påføring.

I tabell I er det gjengitt resultatene av en rekke forsøk ut-ført under vann. Ved disse forsøkene ble elektroder av den type som er vist i fig. 1 og 2 prøvet og sammenlignet med elektroder av den type som er vist i US-patent 4069407. Av den foregående tabellen går det frem at elektroder ifølge oppfinnelsen, og særlig ifølge figurene 1 og 2, gir betydelig bedre resultat enn de tidligere kjente elektroder. Med hensyn til skjærelengde pr. enhet elektrodeforbruk var de nye elektroder alle bedre enn de tidligere kjente. Samtlige forsøk, med unntagelse av nummer tre ble gjennomført med elektrisk strøm tilført til elektroden under hele forsøket. Med hensyn til forsøk nummer tre så ble strømmen slått av etter at skjæringen var begynt på prøvestykket, og skjæringen ble fortsatt. I forsøk nummer tre er det tydelig at de nye elektroder var overlegne, fordi de hadde en betydelig bedre totalytelse på basis av forbrukt elektrodelengde. Det antas at innerrøret sikrer at en stråle av oksygen og flamme av brennende metall treffer arbeidsstykket med konsentrert kraft og at således de nye elektroder virker bedre enn de tidligere kj en Le.

Fig. 3 og 4 viser en alternativ utførelse av oppfinnelsen, hvor elektroden 20 innbefatter et sentralt rør 22 av lavkarbonstål med en ytterdiameter på 4,75 mm og en innerdiameter på 3,30 mm.

Rundt røret 22 er det viklet en kontinuerlig ståltråd 24 med en diameter på 1,57 mm. På hver ende av elektroden 20 er en stålring 26 krympet over den viklede tråd 24. Ringen har en aksial lengde på 3,81 cm, en ytterdiameter på 9,53 mm og en innerdiameter på 8,10 mm. Mellom ringene er det anordnet et plastbelegg 28 som dekker den viklede tråd 24, i likhet med belegget som benyttes på elektroden i fig. 1. Elektroder ifølge fig. 3 og 4 ble prøvet og man fant at de virket tilfredsstillende. Så lenge den varme metallspruting ikke er for stor og ikke fester seg til og brenner igjennom plastbelegget, vil en elektrode av denne type virke tilfredsstillende. På samme måte som ved elektroden i fig. 1 og 2 rager ringen 26 utover en ende av tråden 24 og tråden 24 rager ut over en ende av innerrøret 22 og danner elektrodens brennerende.

Fig. 5 og 6 viser en annen elektrode 30 ifølge oppfinnelsen. Elektroden 30 innbefatter et sentralt eller et indre rør 32 av lavkarbonstål med en innerdiameter på 3,33 mm og en ytterdiameter på 4,75 mm. Rundt innerrøret 32 er det lagt flere (i dette tilfelle 12) stenger 34. Hver stang er av lavkarbonstål og har en diameter på 1,57 mm. Et par stålringer 36 og 37 er ved hver ende av trådbunten krympet rundt innerrøret 32. Stålringene er av lavkarbonstål og har en ytterdiameter på 9,53 mm og en innerdiameter på 8,1 mm. Mellom ringene 3 6 og 3 7 er det et plastbelegg 3 8 av samme type som benyttes for elektroden i fig. 1. Alternativt kan ringene 3 6 og 3 7 erstattes med en enhetlig rørlengde. I begge tilfeller trek-kes stengene 3 4 inn ifra den ene enden, eksempelvis ved ri nnon *3 £ orr i nnorrMrof <*>30 f voVVoc /-m-t e* å -i vinnTTA -v- -P >-V> ^> 1 A 4- A l endene av stengene 3 4 på samme elektrodeende, for dannelse av kj ±. tillllCL C11UC11 •

Fig. 7 og 8 viser en annen utførelse av oppfinnelsen, hvor elektroden 40 innbefatter et senterrør 42 og et ytterrør 46 av samme type som i fig. 1. Mellom rørene er det anordnet et tredje rør 44. Dette tredje rør har en tykk vegg og er dimensjonert slik at det passer lett over senterrøret 42

og kan krympes på plass ved en krymping av ytterrøret 46. Krympingen foretas intermitterende rundt omkretsen, slik at oksyderende gass således kan tillates å strømme mellom innerveggen i ytterrøret 46 og ytterveggen til røret 44,såvel som mellom innerveggen i røret 44 og ytterveggen til røret 42. Som i de foregående eksempler er rørene trukket innover i forhold til ytterliggende rør ved den ene enden av elektroden, for dannelse av elektrodens 40 brennerende.

Fig. 9 viser et tverrsnitt av en elektrode 50 som er en alternativ utførelse av elektroden i fig.8. Det er her benyttet et innerrør 52 med en tynn vegg, et ytterrør 54, likeledes med en tynn vegg, idet begge rør kan være av samme rørtype som be-nyttes i fig. 1 eller 7. Det tykkveggede midtre rør er her erstattet med en kontinuerlig omvikling 56 av et tynt plate-materiale som kan rulles på innerrøret 52 på konvensjonell måte. Viklingen er dimensjonert slik at materialviklingen vil passe inn i ytterrøret 54 og ytterrøret kan krympes for å holde det hele på plass. Som beskrevet foran er elektroden forsynt med avtrappede avsnitt i den ene enden avtrappede avsnitt i den ene enden.

Som nevnt foran kan elektrodene ifølge oppfinnelsen forsynes med et kontinuerlig elektriske isolerende vanntett belegg,

slik at de kan benyttes enten over eller under en vannflate.

Man har funnet at elektrodene spesielt er meget effektive

ved bruk under vann.

Elektrodeoppbyggingen ifølge oppfinnelsen sikrer at stålkom-ponentene ved elektrodens utragende ende (den ende som er mot-

satt den som er innspent i brenneren) vil være badet i en atrøm civ høytrykks-oksygen. Ettersom elektroden forbrukes må dette intime forhold mellom metallmassen og oksygenstrømmen kunne bibeholdes for å sikre jevn ytelse. Dette oppnås ved elektrodene ifølge oppfinnelsen som følge av bruken av det inare rør som lKxe er Kjent ira tidligere anvendte elektroder.

Som beskrevet foran bygges hver elektrode opp slik at ytter-

røret eller ringene rager ut over den ene enden av metall-

massen (eksempelvis den fjærviklede tråd) som så i sin tur rager ut over innerrøret. Denne oppbyggingen danner elektrod-

ens brennerende og gir en manifoldvirkning, slik at den oksyderende gass i hovedsaken vil strømme igjennom innerrøret. Oksyderende gass går også gjennom passasjer mellom det ytre

belegg (rør eller vinyl) og metallmassen og mellom innerrøret og metallmassen.

I noen tilfeller kan det være fordelaktig å ha en lignende avtrapping også på elektrodens brennende for derved å gi plass for oksygen som kommer igjennom senterrøret, slik at oksygenet kan spre seg sideveis inn i et ringrom, hvorved antennelsen av elektrodeenden lettes.

I utførelsen i fig. 1, 2, 3 og 4 kan såvel røret som den skrue-formede vikling rundt innerrøret være fcrukket tilbake ifra elektrodens utragende ende, slik at derved samtlige deler av elektroden bades i oksygen. Dette gjør det lett å starte flammen og opprettholde en jevn ytelse ettersom elektroden forbrukes.

Elektroder ifølge oppfinnelsen kan benyttes på tørt land,

men egner seg særlig godt for bruk under vann. Som det vil være vel kjent er dykkere som arbeider med skjæreoperasjoner under vann betalt eLLei et buuuaayatem og de er avhengige av pålitelige elektroder. De må også ha elektroder som vil kunne skjære erlektivt pr. enhet elektrodeforbruk. Slike elektroder ifølge oppfinnelsen er beskrevet foran og forsøk har vist at de er bedre enn de tidligere kjente elektroder av flertrådstypen.

Claims (8)

1. Eksoterm skjæreelektrode for anvendelse over eller under vann og av den type som innbefatter et metallrør (16,26, 36,46) hvori det er anordnet en metallmasse (14,24,34,44) dimensjonert for slik oksydativ reaksjon at det oppstår en temperatur tilstrekkelig til å frembringe en flamme for skjæring av bygge-materialer, idet elektroden er utformet for holding i en brenner for tilføring av elektrisk strøm til elektroden (10,20,30,40) og et gassformet oksyderingsmiddel gjennom elektroden for tenn-ing og opprettholdelse av forbrenningen ved elektrodens frie ende, hvorved det tilveiebringes en flamme med høy temperatur, idet elektroden og flammen kan bringes til berøring med et arbeidsstykke, for skjæring av dette, karakterisert ved at et indre rør (12,22,32,42) av et metall av samme generelle type som ytterrøret (16,26,36,46) er anordnet inne i og i en avstand fra ytterrøret slik at det mellom dem dannes et ringrom, at metallmassen (14,24,34,44) er anordnet i ringrommet og er av samme generelle metalltype som i innerrør og ytterrør, og ved at elektroden er bygget opp slik at den bevirker en strøm-ning av det gassformede oksyderingsmiddel gjennom innerrøret for derved å tilveiebringe en surstoffstråle og en flamme ved elektrodens frie ende, hvorhos en ende av ytterrøret (16,26,36, 46) rager ut over metallmassen (14,24,34,44) og metallmassen rager ut over det indre rør (12,22,32,42), for derved å danne en brennerende-manifold.

2. Skjæreelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at metallmassen utgjøres av flere tråder (14,24) eller stenger (34) i ringrommet, hvilke tråder eller stenger er ori-entert med lengderetningen parallelt med innerrørets ytterflate.

3. Skjæreelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at metallmassen dannes av en kontinuerlig vikling av en tråd (14,24) rundt innerrøret i kontinuerlig skruelinjeform.

4. Skjæreelektrode ifølge krav 3, karakterisert ved at tråden (14,24) er viklet i en kontinuerlig skruevikl- ing hvor hver vinding er lagt inntil den foregående.

5. Skjæreelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at metallmassen dannes av tynt platemetall (56) som er viklet rundt innerrøret.

6. Skjæreelektrode ifølge krav 5, karakterisert ved at det tynne platemetall (56) er i form av en kontinuerlig metallbane.

7. Skjæreelektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at metallmassen er i form av et midtre rør (44), som passer over innerrøret (42) inne i ytterrøret, idet dette midtre rør har en forholdsmessig tykk vegg.

8. Skjæreelektrode ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved et elektrisk isolerende, vanntett belegg (28) over elektroden, hvilket belegg lett kan fjernes fra elektrodeendene for derved å lette tenningen av oksydasjonsprosessen ved rørenden og ved enden av metallmassen, og ved at ytterrøret inn-innbefattet par ringformede beslag (26) som er anordnet n,,nr> endene til innerrøret og metallmassen (24), idet det isolerende belegg strekker sep mellom rid ase nmw^, t_j — ^iwvu.^ ^ w »-i J_ CX *