RU2049619C1

RU2049619C1 - Gas splitter

Info

Publication number: RU2049619C1
Application number: RU93049161A
Authority: RU
Inventors: В.Т. Федько; А.Ф. Лысенко; А.И. Басалаев
Original assignee: Производственное объединение "Юргинский машиностроительный завод"
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1995-12-10

Abstract

FIELD: welding technique. SUBSTANCE: gas splitter has a body, consisting of lower and upper covers, mutually connected with formation of a damping chamber. The lower cover has openings for inlet and outlet of the gas out of the damping chamber. The upper cover has a guiding opening for a spring-loaded rod, engaging with a gas conducting opening with the aid of a drive unit. The rod is provided by a throttling needle, engaging with a reciprocal surface of the opening for inlet of the gas into the damping chamber. A thrust screw, engaging with the rod, is arranged on a strut coaxially with the rod. The screw is provided by a dial. The damping chamber has a height, being less, than its diameter. The diameter of that chamber is 12-20 times more, than a diameter of the inlet opening of the chamber. The diameter of that opening consists (1.3-3) diameters of the output opening of the chamber. EFFECT: enhanced accuracy of controlling flowrate of shield gas at welding. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к сварке, а именно к технологическому оборудованию, регулирующему расход защитного газа. The invention relates to welding, namely to technological equipment that controls the flow of protective gas.

Известно устройство для подачи защитного газа в зону сварочной дуги, содержащее последовательно связанные между собой редуктор, электрогазовый клапан, предохранительный клапан с регулируемым дросселем и ротаметр, при этом предохранительный клапан выполнен в виде подпружиненного цилиндрического поршня с глухим дном со стороны подвода газа, имеющего на наружной поверхности кольцевую проточку, соединенную с каналом выхода газа к ротаметру, причем на наружной поверхности поршня от края глухого дна и до кольцевой проточки выполнены пазы переменного сечения с увеличением в сторону выхода газа к ротаметру [1]
Недостатком известного устройства является его конструктивная сложность.A device for supplying a shielding gas to the welding arc zone, comprising a gearbox, an electric gas valve, a safety valve with an adjustable throttle and a rotameter connected in series, the safety valve is made in the form of a spring-loaded cylindrical piston with a blind bottom on the gas supply side, which has an external an annular groove connected to the gas outlet channel to the rotameter, and grooves are made on the outer surface of the piston from the edge of the dead bottom to the annular groove AC line section with an increase in the gas outlet side to the rotameter [1]
A disadvantage of the known device is its structural complexity.

Известно дистанционное рычажное устройство для включения сварочного тока при полуавтоматической сварке в защитном газе, располагаемом на электродержателе, содержащее штоки, из которых один имеет кольцевую выточку для прохода защитного газа, а второй контакты для замыкания цепей управления подачи проволоки и контактора сварочного тока [2]
Устройство вмонтировано в электрододержатель, что значительно увеличивает его массу и, кроме того, оно недолговечно в эксплуатации.Known remote lever device for switching on the welding current during semi-automatic welding in a shielding gas located on an electric holder, containing rods, one of which has an annular groove for the passage of shielding gas, and the second contacts for closing the control circuits of the wire feed and the welding current contactor [2]
The device is mounted in an electrode holder, which significantly increases its mass and, in addition, it is short-lived in operation.

Известен отсекатель газа (прототип), включающий корпус, состоящий из верхней и нижней крышек, соединенных между собой с образованием успокоительной камеры, при этом в нижней крышке выполнены отверстия для входа и выхода газа из успокоительной камеры, а на верхней крышке выполнено направляющее отверстие под подпружиненный шток, взаимодействующий с газопроводящим отверстием посредством привода, выполненного в виде рычага, шарнирно установленного на стойке, прикрепленной к верхней крышке [3]
Недостатками известного отсекателя являются большой расход защитного газа, вызванный постоянным сечением газопроводящего канала, и невозможность регулирования проходного сечения канала в зависимости от режимов сварки.Known gas cutoff (prototype), comprising a housing consisting of upper and lower covers interconnected with the formation of a stilling chamber, while the bottom cover has openings for gas inlet and outlet from the stilling chamber, and a guide hole for spring-loaded is made on the top cover the rod interacting with the gas hole through the actuator, made in the form of a lever pivotally mounted on a rack attached to the top cover [3]
The disadvantages of the known cutter are the high consumption of shielding gas caused by the constant cross-section of the gas-conducting channel, and the inability to control the passage section of the channel depending on the welding conditions.

Цель изобретения сокращение расхода защитного газа путем регулирования проходного сечения газопроводящего канала в зависимости от режимов сварки. The purpose of the invention is to reduce the consumption of shielding gas by adjusting the flow area of the gas channel depending on the welding conditions.

Поставленная цель достигается тем, что в отсекателе газа, включающем корпус, состоящий из верхней и нижней крышек, соединенных между собой с образованием успокоительной камеры, при этом в нижней крышке выполнены отверстия для входа и выхода газа из успокоительной камеры, а на верхней крышке выполнено направляющее отверстие под подпружиненный шток, взаимодействующий с газопроводящим отверстием посредством привода, выполненного в виде рычага, шарнирно установленного на стойке, прикрепленной к верхней крышке, шток снабжен дроссельной иглой, взаимодействующей с ответной поверхностью отверстия для входа газа в успокоительную камеру, при этом на стойке соосно штоку установлен взаимодействующий с ним упорный винт, снабженный шкалой, а успокоительная камера выполнена со следующими геометрическими размерами: H D₁: (3.5); D₁ (12.20)D₂, где Н высота камеры, D₁ диаметр камеры, D₂ диаметр входного в камеру отверстия, причем (1,2.3) D₂ D₃, где D₃ диаметр выходного из камеры отверстия.This goal is achieved by the fact that in the gas cutter, comprising a housing consisting of upper and lower covers interconnected with the formation of a stilling chamber, while the bottom cover has openings for gas inlet and outlet from the stilling chamber, and a guide is made on the top cover a hole for a spring-loaded rod interacting with a gas-conducting hole by means of an actuator made in the form of a lever pivotally mounted on a stand attached to the top cover; the rod is equipped with a throttle needle an ohm interacting with the mating surface of the gas inlet to the stilling chamber, while the thrust screw interacting with it is equipped with a scale coaxially with the rod, and the stilling chamber is made with the following geometric dimensions: HD ₁ : (3.5); D ₁ (12.20) D ₂ , where H is the height of the chamber, D _{1 is the} diameter of the chamber, D _{2 is the} diameter of the inlet to the chamber, and (1,2.3) D ₂ D ₃ , where D _{3 is the} diameter of the outlet of the chamber.

Отсекатель газа характеризуется наличием следующих существенных отличительных признаков:
шток снабжен дроссельной иглой, взаимодействующей с ответной поверхностью отверстия для входа газа в успокоительную камеру. Данный признак обеспечивает надежное перекрытие входного отверстия, исключающее поступление газа в успокоительную камеру, т.е. перекрытие газоподающего канала в периоды прекращения процесса сварки, исключая тем самым излишний расход защитного газа; однако данный признак широко известен в технике и используется по своему прямому назначению, поэтому не обладает новизной;
на стойке соосно штоку установлен взаимодействующий с ним упорный винт, снабженный шкалой, что обеспечивает регулирование величины хода штока с дроссельной иглой в осевом направлении и тем самым осуществляет регулирование проходного сечения входного в успокоительную камеру отверстия в зависимости от режимов сварки, т.е. при одних режимах в зону сварки поступает одно количество газа, а при других режимах другое количество газа, при этом величина расхода газа контролируется визуально по шкале, нанесенной на головку винта; данный признак как и признак "а" общеизвестен и не обладает новизной;
в) успокоительная камера выполнена с определенными геометрическими размерами, а именно высота Н D₁ (диаметр камеры): (3-5); D₁ (12-20)D₂ (диаметр входного в камеру отверстия), при этом (1,2-3) D₂ D₃ (диаметр выходного из камеры отверстия).The gas cutoff is characterized by the presence of the following significant distinguishing features:
the rod is equipped with a throttle needle, interacting with the counter surface of the hole for the gas to enter the stilling chamber. This feature provides a reliable overlap of the inlet, eliminating the flow of gas into the stilling chamber, i.e. overlapping of the gas supply channel during periods of termination of the welding process, thereby eliminating the excessive consumption of protective gas; however, this feature is widely known in technology and is used for its intended purpose, therefore it does not have novelty;
an axial screw interacting with it is installed coaxially with the rod, equipped with a scale, which provides control of the stroke with the throttle needle in the axial direction and thereby regulates the bore of the hole entering the stilling chamber depending on the welding conditions, i.e. in some modes, one quantity of gas enters the weld zone, and in other modes, another amount of gas, while the gas flow rate is visually controlled on a scale applied to the screw head; this attribute as well as the attribute "a" is well known and does not have novelty;
c) the stilling chamber is made with certain geometric dimensions, namely the height H D ₁ (chamber diameter): (3-5); D ₁ (12-20) D ₂ (diameter of the inlet to the chamber), while (1.2-3) D ₂ D ₃ (diameter of the outlet of the chamber).

Данный признак обеспечивает спокойное (ламинарное) истечение защитного газа в зону сварки, осуществляя таким образом надежную защиту сварочной ванны от атмосферного воздуха. При выполнении успокоительной камеры с размерами, отличными от заявляемых, например с меньшими размерами, кольцевой поток защитного газа, врываясь под давлением 5-6 атмосфер в успокоительную камеру, разбивается о верхнюю крышку, но не успокаивается, а трансформируется в турбулентный поток, и в таком виде поступает в зону сварки, в результате вокруг сварочной ванны образуется рваная газовая завеса, пропускающая атмосферный кислород к расплавленному металлу, ухудшающему качество сварного шва. Если размеры успокоительной камеры больше заявленных, то отсекатель газа проявляет значительную инерционность, т.е. от момента его включения и до выхода газа из сопла сварочной горелки в зону сварки проходит много времени, которое сварщик должен бездействовать, что нерационально. Если размеры успокоительной камеры выполнены произвольными, т.е. где больше, а где меньше заявленных пределов, то возникает ряд технологических причин, в силу которых эффективность отсекателя газа сводится к нулю и от его использования приходится отказаться. В настоящее время проходят апробацию партия отсекателей с различными геометрическими размерами успокоительной камеры; хорошие результаты получены у тех, успокоительные камеры которых выполнены с заявленными размерами, что подтверждает правильность теоретического их обоснования. This feature provides a quiet (laminar) flow of protective gas into the weld zone, thereby ensuring reliable protection of the weld pool from atmospheric air. When performing a stilling chamber with dimensions different from those declared, for example, with smaller dimensions, the annular flow of protective gas, breaking into a stilling chamber under a pressure of 5-6 atmospheres, breaks up on the top cover, but does not calm down, but transforms into a turbulent flow, and in such form enters the welding zone, as a result, a torn gas curtain forms around the weld pool, passing atmospheric oxygen to the molten metal, which worsens the quality of the weld. If the dimensions of the stilling chamber are larger than declared, then the gas cutter exhibits a significant inertia, i.e. From the moment it is turned on and before the gas leaves the nozzle of the welding torch in the welding zone, a lot of time passes, which the welder must be inactive, which is irrational. If the dimensions of the stilling chamber are arbitrary, i.e. where more, and where less than the declared limits, a number of technological reasons arise, due to which the effectiveness of the gas cutoff is reduced to zero and it is necessary to abandon its use. At present, a batch of cutoffs with various geometric dimensions of the stilling chamber is being tested; good results were obtained for those whose soothing chambers are made with the stated dimensions, which confirms the correctness of their theoretical justification.

В результате исследований по патентной и научно-технической литературе были выявлены аналогичные технические решения, однако признак "в" в них отсутствует. Отсюда можно сделать вывод, что предлагаемый отсекатель газа обладает новизной и отвечает критерию "изобретательский уровень". As a result of research on patent and scientific and technical literature, similar technical solutions were identified, however, the sign “in” is absent in them. From this we can conclude that the proposed gas cutter has a novelty and meets the criterion of "inventive step".

Лабораторное, а затем и промышленное использование отсекателей показало их работоспособность и эффективность. Laboratory and then industrial use of cutoffs showed their efficiency and effectiveness.

На чертеже приведена принципиальная конструктивная схема отсекателя газа. The drawing shows a schematic structural diagram of a gas cutoff.

Отсекатель включает корпус, состоящий из верхней 1 и нижней 2 крышек. В крышках 1 и 2 выполнены углубления, образующие при соединении крышек успокоительную камеру 3. В нижней крышке 2 выполнены отверстия 4 и 5 для входа и выхода газа соответственно в и из камеры 3. На верхней крышке 1 выполнено направляющее отверстие 6 под подпружиненный в осевом направлении пружиной 7 шток 8. Возвратно-поступательное перемещение штока 8 производится вниз при помощи привода в виде рычага 9, шарнирно установленного на стойке 10, прикрепленной к верхней крышке 1, и вверх возвратной пружиной 7. Рычаг 9 приводится в движение массой сварочной горелки (не показана), которую вешают на крюк 11 при прекращении процесса сварки. Для исключения утечки газа в местах соединения крышек 1 и 2 и штока 8 в отверстии 6 установлены уплотнения 12 и 13 соответственно. Шток 8 снабжен дроссельной иглой 14, взаимодействующей с ответной поверхностью отверстия 4 для входа газа в успокоительную камеру 3. На стойке 10 соосно штоку 8 установлен упорный винт 15, снабженный головкой 16, на которой нанесена шкала 17. При вращении головки 16 винт 15 взаимодействует с торцем штока 8, ограничивая его осевое перемещение на определенную величину, за которой можно визуально наблюдать по шкале 17, тем самым регулируется максимальное проходное сечение между дроссельной иглой 14 и седлом 18, т.е. ответной поверхностью отверстия 4. Успокоительная камера 3 выполнена с определенными геометрическими размерами. Так высота камеры 3 (4) меньше ее диаметра (D₁) в 3-5 раз, а диаметр камеры больше диаметра (D₂) входного отверстия 4 в 12-20 раз, при этом должна сохраняться зависимость, при которой диаметр (D₃) входного отверстия 5 больше диаметра (D₂) входного отверстия в 1,2-3 раза. Геометрические размеры успокоительной камеры 3 были предсказаны теоретически и подтверждены лабораторными испытаниями, а затем промышленным использованием. При выполнении успокоительной камеры 3 с заявляемыми размерами (в пределах заявленных размеров) защитный газ, поступающий от источника (баллона высокого давления, цеховой магистрали и т.п.) в зону сварки, ведет себя следующим образом: через кольцевой зазор между поверхностью дроссельной иглы 14 и седлам 18 газ под определенным давлением врывается в успокоительную камеру 3 и, ударяясь в верхнюю крышку 1, завихряется, в результате чего перемещается, т.е. становится более однородным, а затем успокаивается, потому что в успокоительной камере 3 его давление падает в несколько раз и к выходному отверстию 5 газ поступает однородным спокойным потоком; физическое состояние и поведение газового потока в трубопроводе (гибком шланге), соединяющим выходное отверстие 5 со сварочной горелкой, фактически сохраняется, что подтверждается исследованиями, и за этого обеспечивает плотную защиту сварочной ванны от атмосферного воздействия.The cutter includes a housing consisting of upper 1 and lower 2 covers. Recesses are made in the lids 1 and 2, forming a stilling chamber 3 when the lids are connected. In the lower lid 2, holes 4 and 5 are made for gas inlet and outlet, respectively, to and from the chamber 3. On the upper lid 1, a guide hole 6 is made for axially spring-loaded spring 7 of the rod 8. The reciprocating movement of the rod 8 is made down by means of a drive in the form of a lever 9, pivotally mounted on a stand 10 attached to the top cover 1, and upward by a return spring 7. The lever 9 is driven by a mass of welding oh torch (not shown), which is hung on the hook 11 upon termination of the welding process. To prevent gas leakage at the joints of the caps 1 and 2 and the rod 8 in the hole 6, seals 12 and 13 are installed, respectively. The rod 8 is equipped with a throttle needle 14, which interacts with the counter surface of the hole 4 for gas entry into the stilling chamber 3. On the stand 10 coaxially to the rod 8 there is a stop screw 15 provided with a head 16, on which the scale 17 is applied. When the head 16 is rotated, the screw 15 interacts with the end face of the rod 8, limiting its axial movement by a certain amount, which can be visually observed on a scale of 17, thereby adjusting the maximum flow area between the throttle needle 14 and the seat 18, i.e. mating surface of the hole 4. The soothing chamber 3 is made with certain geometric dimensions. So the height of the chamber 3 (4) is less than its diameter (D ₁ ) by 3-5 times, and the diameter of the chamber is 12-20 times greater than the diameter (D ₂ ) of the inlet 4, while the dependence should be maintained at which the diameter (D ₃ ) inlet 5 is larger than the diameter (D ₂ ) of the inlet 1.2-3 times. The geometric dimensions of the stilling chamber 3 were predicted theoretically and confirmed by laboratory tests, and then industrial use. When performing a stilling chamber 3 with the claimed dimensions (within the declared dimensions), the protective gas coming from the source (high-pressure cylinder, workshop line, etc.) to the welding zone behaves as follows: through the annular gap between the surface of the throttle needle 14 and saddles 18, gas at a certain pressure breaks into the stilling chamber 3 and, hitting the upper cover 1, swirls, as a result of which it moves, i.e. it becomes more homogeneous, and then calms down, because in the stilling chamber 3 its pressure drops several times and the gas enters the outlet 5 in a uniform calm flow; the physical state and behavior of the gas stream in the pipeline (flexible hose) connecting the outlet 5 to the welding torch is actually preserved, which is confirmed by research, and for this provides tight protection of the weld pool from atmospheric effects.

Если геометрические размеры успокоительной камеры 3 будут выполнены меньше заявленных пределов, то поведение газового потока изменится. После того, как он поступит в полость камеры 3, газ перемешается, но не успокоится, так как размеры меньше и в таком состоянии, т.е. в виде турбулентного потока, поступит в зону сварки. Такой поток газа не гарантирует качественную защиту сварочной ванны, а следовательно, и качественный сварной шов. If the geometrical dimensions of the stilling chamber 3 are satisfied below the stated limits, then the behavior of the gas flow will change. After it enters the cavity of chamber 3, the gas will mix, but will not calm down, since the dimensions are smaller and in this state, i.e. in the form of a turbulent flow, will enter the welding zone. Such a gas flow does not guarantee high-quality protection of the weld pool, and therefore, a high-quality weld.

Если геометрические размеры успокоительной камеры 3 будут выполнены больше заявленных пределов, то поведение газового потока улучшится с точки зрения защиты сварочной ванны, но зато увеличится время, необходимое для прохождения газа от источника до зоны сварки, что влечет за собой неоправданный простой сварочного оборудования и сварщика, а это скажется на производительности труда. If the geometrical dimensions of the stilling chamber 3 are fulfilled beyond the stated limits, the gas flow behavior will improve in terms of protecting the weld pool, but the time required for the gas to pass from the source to the welding zone will increase, which entails unjustified simple welding equipment and a welder, and this will affect labor productivity.

Если геометрические размеры успокоительной камеры 3 выполнены где больше, а где меньше заявленных пределов, то поведение газового потока непредсказуемо, а значит качество сварки и производительность труда тоже непредсказуемы. If the geometrical dimensions of the stilling chamber 3 are made where more and where less than the stated limits, then the behavior of the gas stream is unpredictable, which means that the quality of welding and labor productivity are also unpredictable.

Корпус отсекателя газа при помощи кронштейна 19 крепится вблизи рабочего места. The gas shutoff housing is mounted near the workstation using the bracket 19.

Отсекатель газа работает следующим образом. The gas cutter operates as follows.

В исходном положении, когда сварочная горелка находится на крюке 11, отсекатель газа закрыт, т.е. дроссельная игла 14 перекрывает отверстие 4 и газ не поступает в успокоительную камеру 3. После задания режимов сварки или наплавки, производят регулирование максимального проходного сечения между иглой 14 и седлом 18 при помощи винта 16, осуществляя визуальный контроль по шкале 17. Затем включают сварочный аппарат и снимают горелку с крюка 11. В результате этого под действием пружины 7 шток 8 вместе с дроссельной иглой 14 перемещается вверх до упора в винт 15, открывая тем самым проходное сечение между иглой 14 и седлом 18 на величину ранее установленную по шкале 17. Пока сварщик подносит горелку к зоне сварки, защитный газ от источника подается в успокоительную камеру 3 через выходное отверстие 5 и трубопровод к соплу сварочной горелки. Таким образом во время начала процесса сварки сварочная ванна уже защищена завесой защитного газа, что осуществляется до окончания сварки и возврата горелки на крюк 11. Под действием массы сварочной горелки рычаг 9 опускается, сжимая пружину 7, перемещая шток 8 с иглой 14 вниз до тех пор, пока последняя не прижмется к седлу 18, перекрывая подачу газа в отсекатель, т.е. производится отсекание газа от источника его подачи до сопла сварочной горелки. In the initial position, when the welding torch is on hook 11, the gas cutter is closed, i.e. the throttle needle 14 covers the hole 4 and the gas does not enter the stilling chamber 3. After setting the welding or surfacing modes, the maximum flow section between the needle 14 and the seat 18 is adjusted using the screw 16, performing visual inspection on a scale of 17. Then, the welding machine and remove the burner from hook 11. As a result, under the action of the spring 7, the rod 8 together with the throttle needle 14 moves up to the stop in the screw 15, thereby opening the passage section between the needle 14 and the saddle 18 by an amount previously set according to scale 17. While the welder brings the torch to the welding zone, the protective gas from the source is supplied to the stilling chamber 3 through the outlet 5 and the pipeline to the nozzle of the welding torch. Thus, at the beginning of the welding process, the weld pool is already protected by a protective gas curtain, which is carried out until the welding is completed and the torch returns to hook 11. Under the action of the mass of the welding torch, the lever 9 is lowered, compressing the spring 7, moving the rod 8 with the needle 14 down until until the latter is pressed against the seat 18, blocking the gas supply to the cutter, i.e. gas is cut off from its source to the nozzle of the welding torch.

Использование предлагаемого отсекателя газа в сравнении с прототипом позволяет значительно сократить расход защитного газа, при этом обеспечивается хорошая защита сварочной ванны и настройка расхода защитного газа в зависимости от режимов сварки как в процессе сварки, так и до ее начала. The use of the proposed gas cutoff in comparison with the prototype can significantly reduce the consumption of shielding gas, while providing good protection for the weld pool and setting the flow of shielding gas depending on the welding mode both during welding and before it starts.

Claims

GAS SHUT-OFF, including a housing, upper and lower covers interconnected to form a stilling chamber, with holes for gas inlet and outlet from the stilling chamber made in the lower cover, and a guide hole for a spring-loaded rod equipped with a drive made in the upper cover in the form of a lever pivotally mounted on a stand attached to the top cover, characterized in that the stem is equipped with a throttle needle mounted to interact with the counter surface the bottom of the cover for gas inlet into the stilling chamber, while the thrust screw equipped with a scale is mounted coaxially with the rod on the counter with the scale, and the stilling chamber is made with the following geometric dimensions: the height of the chamber is 3 to 5 times less than the diameter of the chamber , the diameter of the chamber is 12 to 20 times larger than the diameter of the inlet of the chamber, and the diameter of the inlet of the chamber is 1.2 3 times the diameter of the outlet of the chamber.