RU2113331C1 - Plant for plasma cutting of metal - Google Patents
Plant for plasma cutting of metal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113331C1 RU2113331C1 RU95102366/02A RU95102366A RU2113331C1 RU 2113331 C1 RU2113331 C1 RU 2113331C1 RU 95102366/02 A RU95102366/02 A RU 95102366/02A RU 95102366 A RU95102366 A RU 95102366A RU 2113331 C1 RU2113331 C1 RU 2113331C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- output electrode
- arc
- cutting
- plasma
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для обработки металла, а более конкретно к плазменной резке металла проникающей электрической дугой, и может применяться для сварки, наплавки, зачистки металла. The invention relates to devices for metal processing, and more particularly to plasma cutting of metal by a penetrating electric arc, and can be used for welding, surfacing, metal stripping.
Изобретение может быть эффективно использовано для резки с любым зазором к разрезаемому металлу, в том числе при прямом его контакте с металлом, имеющим неровности, изгибы, впадины, выступы, разрывы в сплошности. The invention can be effectively used for cutting with any gap to the metal being cut, including when it is in direct contact with metal having irregularities, bends, depressions, protrusions, and discontinuities in continuity.
Использование предлагаемого устройства дает возможность обеспечить непрерывную работу без угасания дуги во время переноса резки с одного объекта на другой, например, при резке решеток, пластин, расположенных на расстоянии друг от друга. Using the proposed device makes it possible to ensure continuous operation without extinguishing the arc during the transfer of cutting from one object to another, for example, when cutting gratings, plates located at a distance from each other.
Применение предлагаемого устройства высокоэффективно как для резки металла, так и для прожигания в нем отверстий, а также проведения резки как на воздухе, так и под водой - листов, уголков, решеток, металла неровного с резкими выступами и впадинами. The use of the proposed device is highly effective both for cutting metal and for burning holes in it, as well as for cutting both in air and under water - sheets, corners, gratings, uneven metal with sharp protrusions and depressions.
Известны устройства для плазменной резки металла проникающей электрической дугой, основными элементами которых являются корпус, электрод и сопло (Заявки Японии N 2290679, N 38872, N 38873; патент США N 5079403). Напряжение для горения электрической дуги подается на электрод и разрезаемый металл. Сжатый газ продувают между электродом и соплом. В период пуска осуществляют электрический пробой и возбуждают электрическую дугу, горящую непосредственно между электродом и металлом. Сжатый газ, истекающий из сопла, и горящая обдуваемая потоком газа в сопле электрическая дуга обеспечивают высокую температуру, достигающую 10000oC, например, при работе на сжатом воздухе, и высокую скорость резки.Known devices for plasma cutting of metal by a penetrating electric arc, the main elements of which are the body, electrode and nozzle (Japanese Application N 2290679, N 38872, N 38873; US patent N 5079403). The voltage for burning an electric arc is supplied to the electrode and the metal being cut. Compressed gas is purged between the electrode and the nozzle. During the start-up, an electrical breakdown is carried out and an electric arc is excited that burns directly between the electrode and the metal. The compressed gas flowing out of the nozzle and the electric arc blown by the gas flow in the nozzle provide a high temperature of up to 10,000 ° C, for example, when operating in compressed air, and a high cutting speed.
Эти устройства, тем не менее, не лишены недостатков, основными из которых являются следующие:
необходимость каждый раз производить поджиг электрической дуги, что затрудняет применение плазмотрона для резки, например, установленных с некоторым промежутком друг от друга пластин или решетки;
многократные поджиги электрической дуги сокращают ресурс работы катода. Например, при работе на сжатом воздухе, применяемые катоды с циркониевой или гафниевой вставкой, выдерживают ограниченное количество пусков;
необходимость работы плазмотрона только с зазором к обрабатываемому металлу, обычно в 1•10-2 - 2•10-2 м. Удаление устройства от металла на большее расстояние приводит к обрыву горения дуги и необходимости повторных запусков, снижающих ресурс работы электрода-катода. В случае уменьшения этого расстояния возможно прикосновение плазмотрона к металлу, что недопустимо, так как приводит к двойному дугообразованию и сгоранию плазмотрона;
недопустимо попадание брызг металла на сопло или корпус плазмотрона. Это также приводит к двойному дугообразованию и сгоранию плазмотрона. Интенсивное образование брызг металла имеет место при поджиге дуги и прожигании отверстий в металле.These devices, however, are not without drawbacks, the main of which are the following:
the need to ignite an electric arc each time, which complicates the use of a plasma torch for cutting, for example, plates or grids installed with a certain distance from each other;
multiple ignitions of an electric arc reduce the cathode life. For example, when working on compressed air, the applied cathodes with a zirconium or hafnium insert can withstand a limited number of starts;
the need for a plasma torch to operate only with a gap to the metal being processed, usually 1 • 10 -2 - 2 • 10 -2 m. Removing the device from the metal at a greater distance leads to an interruption in the burning of the arc and the need for repeated starts reducing the life of the cathode electrode. If this distance is reduced, the plasma torch may touch the metal, which is unacceptable, since it leads to double arcing and burning of the plasma torch;
metal splashing on the nozzle or plasma torch body is not allowed. This also leads to double arcing and combustion of the plasma torch. Intensive formation of metal spatter occurs when igniting an arc and burning holes in the metal.
Известны усовершенствованные конструкции вышеописанных плазмотронов для резки металла и пробивки в нем отверстий, устраняющие только последний из перечисленных недостатков (патент США N 4861962, N 5132512; заявка PCT N 92/15421). Эти устройства оснащены электропроводным защитным экраном, который установлен на корпусе и с зазором окружает сопло. Экран имеет выпускное отверстие, которое расположено соосно с отверстием сопла и не мешает выходу плазменной дуги из этого отверстия (патент США N 4861962). Плазмотроны содержат также диэлектрическую прокладку, изолирующую экран от корпуса для предотвращения образования двойной дуги, а также устройство, образующее поток вспомогательного газа, который проходит в зазоре между соплом и экраном. В заявке PCT N 92/15421 выходное отверстие в экране выполняется большим по сравнению с отверстием сопла. В патенте США N 5132512 плазмотрон дополнительно снабжен защитным соплом, установленным с зазором к внутреннему соплу. There are known improved designs of the above plasmatrons for cutting metal and punching holes in it, eliminating only the last of these drawbacks (US patent N 4861962, N 5132512; PCT application N 92/15421). These devices are equipped with an electrically conductive shield that is mounted on the housing and surrounds the nozzle with a gap. The screen has an outlet that is aligned with the nozzle orifice and does not interfere with the exit of the plasma arc from this orifice (US Pat. No. 4,861,962). Plasmatrons also contain a dielectric gasket isolating the screen from the housing to prevent the formation of a double arc, as well as a device that generates an auxiliary gas flow that passes in the gap between the nozzle and the screen. In PCT application N 92/15421, the exit opening in the screen is large compared to the nozzle opening. In US Pat. No. 5,132,512, the plasma torch is further provided with a protective nozzle mounted with a clearance to the inner nozzle.
Таким образом, принцип работы описанных выше плазмотронов построен на формировании электродуговой плазмы между электродом плазмотрона, на который подают отрицательный потенциал от источника питания, и обрабатываемым металлом, подключенным к положительному потенциалу. Thus, the principle of operation of the plasmatrons described above is based on the formation of an electric arc plasma between the plasma torch electrode, to which a negative potential is supplied from the power source, and the metal being processed, connected to the positive potential.
Известны плазмотроны, в которых электродуговой разряд формируется между катодом и анодом внутри разрядной камеры плазмотрона. Такие устройства используются в качестве электродуговых нагревателей газов. При этом газ нагревается и выходит наружу из отверстия в камере в виде струи плазмы. Plasmatrons are known in which an electric arc discharge is formed between the cathode and the anode inside the discharge chamber of the plasma torch. Such devices are used as electric arc gas heaters. In this case, the gas is heated and exits out of the hole in the chamber in the form of a plasma jet.
В заявке ЕПВ N 0465140 разрядная камера образована верхним и нижним разнополярными электродами цилиндрической формы. Нижний электрод расположен около открытого конца камеры по ее оси. Вращение электрической дуги осуществляется обмоткой электромагнита. В патенте Германии N 300399 представлена конструкция анода плазмотрона, предназначенного для использования в плазмотронах косвенного действия, генерирующих поток плазмы. Анод выполнен в виде кольца. In the application EPO N 0465140 the discharge chamber is formed by the upper and lower bipolar electrodes of a cylindrical shape. The lower electrode is located near the open end of the chamber along its axis. The rotation of the electric arc is carried out by winding an electromagnet. German patent N 300399 presents the construction of an anode of a plasma torch intended for use in indirectly generated plasma torches generating a plasma flow. The anode is made in the form of a ring.
Плазмотрон (ав. св. СССР N 356978) с вихревой стабилизацией электрической дуги включает корпус, стержневой внутренний и трубчатый охлаждаемый выходной электрод, завихритель для вихревой подачи газа в межэлектродный зазор. Электрическая дуга, стабилизированная вихрем газа, горит между торцом внутреннего электрода и внутренней поверхностью трубчатого выходного электрода, размещаясь по его оси, нагревает продуваемый вихревой поток газа в этом канале и высокотемпературным и высокоскоростным потоком истекает в виде струи плазмы из выходного электрода. Охлаждение электродов водяное, проточное. A plasma torch (av. St. USSR N 356978) with vortex stabilization of an electric arc includes a housing, a rod core and a tubular cooled output electrode, a swirler for vortex gas supply into the interelectrode gap. An electric arc stabilized by a vortex of gas burns between the end of the inner electrode and the inner surface of the tubular output electrode, located along its axis, heats the blown vortex gas stream in this channel and a high-temperature and high-speed stream flows in the form of a plasma jet from the output electrode. Electrode cooling water, flowing.
Указанные плазмотроны обеспечивают стабильное горение дуги в разрядном канале без угасаний. Однако использование указанных плазмотронов для резки металла неэффективно и их не применяют для этих целей из-за низкой скорости резки, обусловленной недостаточно высокой температурой истекающей струи плазмы, которая при использовании в качестве рабочего тела воздуха не превышает 6000oC, что значительно ниже температуры в 10000oC, развиваемой при резки металла проникающей в него электрической дугой.These plasmatrons provide stable arc burning in the discharge channel without extinction. However, the use of these plasmatrons for metal cutting is inefficient and they are not used for these purposes due to the low cutting speed due to the insufficiently high temperature of the outgoing plasma jet, which when used as a working fluid does not exceed 6000 o C, which is significantly lower than the temperature of 10000 o C, developed when cutting metal penetrating into it by an electric arc.
Таким образом, известные устройства для плазменной резки металла не являются достаточно эффективными. Thus, the known devices for plasma cutting of metal are not sufficiently effective.
В основу изобретения положена задача создания высокоэффективного устройства для плазменной резки металла, которое было бы лишено вышеперечисленных недостатков за счет нового конструктивного выполнения и новой взаимосвязи элементов устройства. The basis of the invention is the creation of a highly efficient device for plasma cutting of metal, which would be devoid of the above disadvantages due to the new design and the new relationship of the elements of the device.
Целью изобретения является:
создание такого устройства для плазменной резки металла, которое обеспечило бы высокую скорость резки проникающей дугой без возникновения аварийных режимов работы, двойного дугообразования и разрушения устройства;
создание такого устройства для плазменной резки металла, которое обеспечило бы возможность работы с любым зазором, а также при прямом контакте с разрезаемым металлом. При этом металл может иметь неровности, загиб, впадины, выступы, разрывы в сплошности;
обеспечение возможности использования устройства в безаварийном режиме как для резки металла, так и для прожигания в нем отверстий, а также проведения быстрой резки под водой;
обеспечение возможности непрерывной работы устройства во время переноса резки с одного элемента конструкции на другой, например, при резке решеток, пластин;
создание такого устройства для плазменной резки металла, которое позволило бы повысить ресурс работы устройства и снизить металлоемкость изнашиваемых деталей.The aim of the invention is:
the creation of such a device for plasma cutting of metal, which would ensure a high cutting speed with a penetrating arc without the occurrence of emergency modes of operation, double arcing and destruction of the device;
the creation of such a device for plasma cutting of metal, which would provide the ability to work with any gap, as well as in direct contact with the cut metal. In this case, the metal may have irregularities, bending, hollows, protrusions, discontinuities in the continuity;
enabling the device to be used in trouble-free mode both for cutting metal and for burning holes in it, as well as for quick cutting under water;
the possibility of continuous operation of the device during the transfer of cutting from one structural element to another, for example, when cutting gratings, plates;
the creation of such a device for plasma cutting of metal, which would increase the service life of the device and reduce the metal consumption of wearing parts.
Поставленная задача решена тем, что в устройстве для плазменной резки металл, содержащем корпус, внутренний электрод, используемый в качестве катода, межэлектродный изолятор и выходной электрод, являющийся анодом и имеющий разрядный трубчатый канал и отверстия для вихревой подачи газа в межэлектродное пространство, согласно изобретению вокруг корпуса установлена втулка, которая электроизолирована от корпуса, размещена к нему с зазором и имеет выходное отверстие, соосное разрядному трубчатому каналу выходного электрода, и отверстия для вихревого ввода газа в зазор, выполненные тангенциально к окружности внутренней поверхности втулки, при этом разрядный трубчатый канал выходного электрода имеет длину, соразмерную самоустанавливающейся длине электрической дуги внутри разрядного канала. The problem is solved in that in a device for plasma cutting metal containing a housing, an internal electrode used as a cathode, an interelectrode insulator and an output electrode that is an anode and has a discharge tube channel and openings for swirling gas supply into the interelectrode space, according to the invention around a sleeve is installed on the housing, which is electrically insulated from the housing, placed with a gap to it, and has an outlet opening coaxial with the discharge tube channel of the output electrode and openings for I swirl the gas into the gap, made tangentially to the circumference of the inner surface of the sleeve, while the discharge tube channel of the output electrode has a length commensurate with the self-stabilizing length of the electric arc inside the discharge channel.
Другим отличием предлагаемого устройства является то, что выходной электрод и разрезаемый металл подсоединены к различным положительным полюсам источника питания, а вальт-амперные характеристики между каждым из положительных полюсов и отрицательным полюсом источника питания обеспечивают получение равных различных величин токов. Another difference of the proposed device is that the output electrode and the metal being cut are connected to different positive poles of the power source, and the current-voltage characteristics between each of the positive poles and the negative pole of the power source provide equal different values of currents.
Еще одно отличие состоит в том, что выходной электрод содержит вставку, внутри которой размещен разрядный трубчатый канал и которая соединена с выходным электродом с помощью резьбового или конусного соединения. Целесообразно, чтобы выходной электрод и вставка были изготовлены из меди. Another difference is that the output electrode contains an insert, inside which there is a discharge tube channel and which is connected to the output electrode using a threaded or conical connection. It is advisable that the output electrode and the insert were made of copper.
Желательно наличие в устройстве системы принудительного жидкостного охлаждения элементов устройства. Целесообразно, чтобы втулка была изготовлена из металла, например, из меди. It is desirable that the device has a forced liquid cooling system of the elements of the device. It is advisable that the sleeve was made of metal, for example, of copper.
Предлагаемое новое конструктивное выполнение и новая взаимосвязь элементов устройства для плазменной резки металла обеспечивают в отличие от известных устройств возможностью формирования и стабилизированный и безаварийный для устройства режим работы двух электрических дуг: стационарной и постоянной горящей дуги, сформированной в трубчатом разрядном канале выходного электрода, и электрической дуги, проникающей в металл, горящей между катодом и металлом. The proposed new design and the new interconnection of the elements of the device for plasma cutting of metal provide, in contrast to the known devices, the possibility of forming both a stable and trouble-free operation mode for the device of two electric arcs: a stationary and a constant burning arc formed in a tubular discharge channel of the output electrode, and an electric arc penetrating into the metal, burning between the cathode and the metal.
В результате вышесказанного предлагаемое устройство позволяет:
обеспечить высокую скорость резки проникающей дугой;
исключить двойное дугообразование и возникновение, вследствие этого, аварийных режимов работы устройства, приводящих к электрическому пробою от металла к устройству и его разрушению;
осуществлять резку с любым зазором к обрабатываемому металлу;
осуществлять резку при прямом контакте с разрезаемым металлом, который также может иметь неровности, загибы, впадины, выступы, разрывы в сплошности;
повысить ресурс устройства и снизить его металлоемкость.As a result of the above, the proposed device allows:
provide high speed cutting penetrating arc;
to exclude double arcing and the occurrence, as a result, of emergency operation of the device, leading to electrical breakdown from the metal to the device and its destruction;
carry out cutting with any clearance to the metal being processed;
carry out cutting in direct contact with the metal being cut, which may also have irregularities, bends, depressions, protrusions, discontinuities in continuity;
increase the resource of the device and reduce its metal consumption.
Дополнительным преимуществом изобретения является обеспечение возможности использования устройства в безаварийном режиме для прожигания отверстий в металле, а также проведения быстрой резки под водой как ровной, так и неровной поверхностей металла. An additional advantage of the invention is the possibility of using the device in a trouble-free mode for burning holes in the metal, as well as conducting quick cutting under water of both flat and uneven metal surfaces.
Указанные и другие преимущества предлагаемого устройства будут видны из нижеследующего подробного описания изобретения. These and other advantages of the proposed device will be apparent from the following detailed description of the invention.
В предлагаемом устройстве в отличие от известных плазмотронов происходит формирование двух электрических дуг. Одна дуга формируется между внутренним (катодом) и выходным (анодом) электродами в трубчатом разрядном канале выходного электрода. Эта дуга в процессе работы горит постоянно. Вторая дуга возникает при непосредственной обработке металла между внутренним электродом (катодом) и металлом, подсоединенным к положительному полюсу источника питания. In the proposed device, in contrast to the known plasmatrons, two electric arcs are formed. One arc is formed between the inner (cathode) and the output (anode) electrodes in the tubular discharge channel of the output electrode. This arc burns continuously during operation. The second arc occurs during direct processing of the metal between the internal electrode (cathode) and the metal connected to the positive pole of the power source.
В предлагаемой конструкции вокруг корпуса установлена втулка, размещенная с зазором к корпусу и имеющая выходное отверстие, соосное разрядному трубчатому каналу выходного электрода, и отверстия для вихревого ввода газа в зазор, выполненные тангенциально к окружности внутренней поверхности втулки. При таком конструктивном выполнении поток плазмы проходит через соосное отверстие втулки, обжимается вихревым потоком газа, подаваемого в зазор между втулкой и корпусом, в результате чего на выходе из устройства формируется жесткий поток плазмы, истекающий с большой скоростью. In the proposed design, a sleeve is installed around the housing, placed with a gap to the housing and having an outlet opening coaxial with the discharge tube channel of the output electrode, and holes for swirling gas into the gap, made tangentially to the circumference of the inner surface of the sleeve. With this design, the plasma flow passes through the coaxial bore of the sleeve, is crimped by a vortex gas stream supplied to the gap between the sleeve and the housing, as a result of which a hard plasma stream is formed at the outlet of the device, flowing out at a high speed.
При приближении устройства к металлу по оси этого истекающего потока плазмы за счет его проводимости мгновенно и автоматически загорается проницаемая в металл электрическая дуга, горящая между внутренним электродом и металлом, повышая мощность, газодинамический напор и температуру плазмы до 10000oC, что и обеспечивает высокую скорость резки.When the device approaches the metal along the axis of this outflowing plasma stream due to its conductivity, the electric arc permeable to the metal ignites instantly and automatically, burning between the internal electrode and the metal, increasing the power, gas-dynamic pressure and plasma temperature up to 10000 o C, which ensures high speed cutting.
Обязательным условием создания такого потока плазмы с высокой температурой и высокой скоростью является осевое совмещение электрических дуг и струи плазмы. Стабилизатором осевого совмещения служит втулка, образующая своей внутренней полостью вихревую камеру, в которой с помощью вихревого потока газа и происходит совмещение двух электрических дуг и плазменного потока. An indispensable condition for creating such a plasma flow with high temperature and high speed is the axial combination of electric arcs and plasma jets. The axial alignment stabilizer is a sleeve, which forms a vortex chamber in its internal cavity, in which two electric arcs and a plasma flow are combined using a vortex gas flow.
Дополнительным фактором стабилизации режима работы двух электрических дуг является выполнение условия, когда постоянно горящая электрическая дуга не выходит за пределы разрядного трубчатого канала выходного электрода. Это условие выполнено в предлагаемой конструкции тем, что разрядный канал имеет длину, соразмерную самоустанавливающейся длине электрической дуги, горящей внутри разрядного канала выходного электрода. An additional factor in stabilizing the operation mode of two electric arcs is the fulfillment of the condition when a constantly burning electric arc does not extend beyond the discharge tube channel of the output electrode. This condition is fulfilled in the proposed design in that the discharge channel has a length commensurate with the self-stabilizing length of the electric arc burning inside the discharge channel of the output electrode.
За счет наличия в предлагаемом устройстве постоянно горящей дуги и возникновения проникающей дуги при непосредственной обработке металла не происходит обрыва горения дуги при удалении устройства от металла, что имеет место в известных устройствах. Due to the presence in the proposed device of a constantly burning arc and the occurrence of a penetrating arc during direct processing of metal, the arc burning does not occur when the device is removed from the metal, which is the case in known devices.
Это дает следующие преимущества:
возможность разрезать металл при любом зазоре с обрабатываемой поверхностью, не затрачивая времени на поджиг дуги и установку предохранительного зазора между устройством и металлом;
обеспечение непрерывной работы во время переноса резки с одного элемента конструкции на другое, например, при резке решеток, пластин, расположенных на расстоянии друг от друга;
повышение ресурса работы электродов за счет исключения необходимости многократных поджигов электрической дуги.This provides the following benefits:
the ability to cut metal at any gap with the work surface, without spending time on ignition of the arc and the installation of a safety gap between the device and the metal;
ensuring continuous operation during the transfer of cutting from one structural element to another, for example, when cutting gratings, plates located at a distance from each other;
increasing the life of the electrodes by eliminating the need for multiple ignitions of the electric arc.
В известных устройствах, где необходимо строго выдерживать зазор между плазмотроном и металлом, возможны случаи прикосновения устройства к металлу, что приводит к двойному дугообразованию и сгоранию плазмотрона. Аналогичная ситуация возникает и в случае попадания брызг металла на корпус устройства. Особенно интенсивное образование брызг металла имеет место при поджиге дуги и прожигании отверстий в металле. In known devices where it is necessary to strictly maintain the gap between the plasmatron and the metal, it is possible that the device touches the metal, which leads to double arcing and combustion of the plasma torch. A similar situation arises in the event of splashes of metal on the device. A particularly intense formation of metal spatter occurs when the arc is ignited and holes are burned in the metal.
Наличие в предлагаемом устройстве втулки, электроизолированной от корпуса с отверстиями для вихревого ввода газа, обжимающего жесткий поток плазмы, препятствует движению брызг металла против этого потока и обеспечивает надежную защиту корпуса от электрического пробоя и аварийных режимов двойного дугообразования. The presence in the proposed device of a sleeve electrically insulated from the body with openings for swirling gas inlet, compressing the hard plasma stream, prevents the spray of metal from moving against this stream and provides reliable protection of the body from electrical breakdown and emergency modes of double arcing.
Это, в свою очередь, позволяет:
проводить резку прямым перемещением устройства по поверхности металла;
эффективно использовать устройство для прожигания отверстий в металле;
значительно повысить ресурс работы устройства.This, in turn, allows you to:
carry out cutting by direct movement of the device on the metal surface;
effectively use the device for burning holes in the metal;
significantly increase the life of the device.
В предлагаемом устройстве выходной электрод и разрезаемый металл подсоединены к различным положительным полюсам источника питания. Это обеспечивает формирование двух электрических дуг: между внутренним и выходным электродами и между внутренним электродом и металлом. Вольт-амперные характеристики между каждым из положительных плюсов и отрицательным полюсом источника питания обеспечивают получение равных или различных величин токов. Для эффективной плазменной резки целесообразно преобладание тока проникающей дуги над током дуги, горящей внутри разрядного канала выходного электрода. При использовании устройства для других видов обработки - сварки, наплавки, зачистки величина тока проникающей дуги может быть равной или меньше величины тока дуги в выходном электроде. In the proposed device, the output electrode and the cut metal are connected to various positive poles of the power source. This ensures the formation of two electric arcs: between the inner and output electrodes and between the inner electrode and the metal. Current-voltage characteristics between each of the positive pluses and the negative pole of the power source provide equal or different values of currents. For effective plasma cutting, it is advisable that the penetrating arc current prevails over the arc current burning inside the discharge channel of the output electrode. When using the device for other types of processing - welding, surfacing, stripping, the value of the current of the penetrating arc can be equal to or less than the value of the arc current in the output electrode.
В процессе работы в результате электрической эрозии происходит изнашивание разрядного канала выходного электрода устройства и электрод подлежит замене, что приводит к увеличению металлоемкости изнашиваемых деталей. During operation, as a result of electrical erosion, the discharge channel of the output electrode of the device is worn out and the electrode is subject to replacement, which leads to an increase in the metal consumption of the wearing parts.
В предлагаемом устройстве выходной электрод содержит вставку, внутри которой размещен разрядный трубчатый канал и которая соединена с выходным электродом с помощью резьбового или конусного соединения. In the proposed device, the output electrode contains an insert inside which there is a discharge tubular channel and which is connected to the output electrode using a threaded or conical connection.
Это позволяет снизить металлоемкость устройства, так как после отработки своего ресурса работы приходит в негодность и подлежит замене не вся конструкция и масса выходного электрода, а только заменяемая его внутренняя часть - вставка. This allows to reduce the metal consumption of the device, since after working off its service life, it becomes unusable and not all the design and mass of the output electrode is subject to replacement, but only its replaceable internal part - the insert.
Для выдерживания тепловых нагрузок устройство содержит систему принудительного жидкостного охлаждения элементов устройства. При этом желательно, чтобы выходной электрод и вставка были выполнены из металла с высокой электропроводностью, например, из меди. Это необходимо для обеспечения достаточного охлаждения вставки от основной водоохлаждаемой массы выходного электрода за счет контактного охлаждения по резьбовому или конусному их соединению. To withstand thermal loads, the device comprises a forced liquid cooling system of the elements of the device. It is desirable that the output electrode and insert be made of metal with high electrical conductivity, for example, copper. This is necessary to ensure sufficient cooling of the insert from the main water-cooled mass of the output electrode due to contact cooling through their threaded or conical connection.
Для выдерживания ударных механических нагрузок в предлагаемом устройстве втулка изготовлена из металла, например, из меди. To withstand shock mechanical loads in the proposed device, the sleeve is made of metal, for example, of copper.
Таким образом, предлагаемое устройство для плазменной резки металла является высокоэффективным и может широко использоваться для резки любых объектов практически в любых условиях без возникновения аварийных режимов работы. Thus, the proposed device for plasma cutting of metal is highly efficient and can be widely used for cutting any objects in almost any conditions without emergency operation.
На фиг. 1 показано устройство для плазменной резки металла, схематический вид; на фиг. 2 - вариант конструктивного выполнения выходного электрода. In FIG. 1 shows a device for plasma cutting of metal, a schematic view; in FIG. 2 - an embodiment of the output electrode.
Устройство для плазменной резки металла (фиг. 1) содержит корпус 1 с внутренним электродом 2 и выходным электродом 3, имеющим разрядный трубчатый канал 4 и отверстия 5 для вихревой подачи газа. Внутренний электрод 2 и выходной электрод 3 разделены изолятором 6. Вокруг корпуса 1 размещена втулка 7, установленная к корпусу 1 с зазором 8, который заглушен с верхней стороны изолятором 9. Втулка 7 имеет выходное отверстие 10, соосное разрядному трубчатому каналу 4 выходного электрода 3 и отверстия 11 для вихревого ввода газа в зазор 8. A device for plasma cutting of metal (Fig. 1) contains a housing 1 with an internal electrode 2 and an
Выходной электрод 3 подсоединен к зажиму 12 одного из положительных полюсов источника питания. К зажиму 13 второго положительного полюса источника питания подключен разрезаемый металл 14. Позицией 15 представлен зажим отрицательного полюса источника питания, к которому подключен катод - внутренний электрод 2. Позицией 16 обозначена электрическая дуга, горящая в разрядном трубчатом канале 4 выходного электрода 3. Отверстия 11 для вихревого ввода газа в зазор 8 выполнены в теле втулки 7 тангенциально к окружности ее внутренней поверхности. Втулка 7 изготовлена из металла, например, из меди. Внутренний электрод 2, выходной электрод 3 и втулка 7 имеют водяное проточное охлаждение (не показано). Охлаждение может осуществляться также другой жидкостью, например, антифризом. The
На фиг. 2 показаны варианты выполнения выходного электрода 3, который содержит вставку 17 с размещенным в ней разрядным трубчатым каналом 4. Выходной электрод 3 и вставка 17 соединены с помощью резьбового соединения 18, как показано на фиг. 2 в. Выходной электрод 3 и вставка 17 выполнены из меди. In FIG. 2 shows embodiments of an
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Подают сжатый воздух вихревым потоком через отверстия 5 выходного электрода 3 и через отверстия 11 втулки 7 в зазор между корпусом 1 и втулкой 7. Подключают внутренний электрод 2 к зажиму 15 отрицательного полюса источника питания, выходной электрод 3 к положительному зажиму 12 и разрезаемый металла 14 к положительному зажиму 13. при этом вольт-амперные характеристики между каждым из положительных полюсов и отрицательным полюсом источника питания обеспечивают получение равных или различных величин токов. Затем путем подачи кратковременного высоковольтного высокочастотного напряжения в зазоре между электродами 2 и 3 поджигают электрическую дугу, которая вихрем воздуха выносится из межэлектродного пространства, вытягивается и горит внутри зарядного трубчатого канала 4. При этом разрядный канал имеет длину, соразмерную самоустанавливающейся длине электрической дуги, горящей внутри разрядного канала выходного электрода, как это показано на фиг. 1. Compressed air is supplied in a vortex flow through the openings 5 of the
Нагретый электрической дугой 16 воздух из разрядного трубчатого канала 4 и отверстия 10 втулки 7 истекает в виде струи плазмы. При приближении устройства к металлу 14 по оси истекающей струи плазмы за счет ее электропроводности мгновенно возникает проникающая дуга (не показана), питаемая от зажимов 13 и 15 источника, горящая между катодом 2 и металлом 14 по оси выходного электрода и втулки и режущая металл. Heated by an electric arc 16, air from the
Пример 2. Согласно изобретению было выполнено устройство для плазменной резки металла. Параметры электрической дуги внутри разрядного трубчатого канала выходного электрода составляли: ток 30 - 35 A, напряжение 200 B. Длина разрядного трубчатого канала равна самоулавливающейся длине горящей внутри этого канала электрической дуги, а диаметр выходного отверстия втулки выполнялся меньшим или равным или большим диаметра разрядного канала выходного электрода. Металлическая втулка изготавливалась из меди. Example 2. According to the invention, a device for plasma cutting of metal was made. The parameters of the electric arc inside the discharge tube channel of the output electrode were: current 30–35 A, voltage 200 V. The length of the discharge tube channel was equal to the self-trapping length of the electric arc burning inside this channel, and the diameter of the outlet opening of the sleeve was smaller or equal to or larger than the diameter of the discharge channel of the output electrode. The metal sleeve was made of copper.
Температура струи плазмы, истекающей из отверстия втулки, изменялась в зависимости от расхода воздуха и составляла 4000 -5000 K. Длина струи плазмы 5•10-2 м. Скорость выходящего потока плазмы может превышать 1•10-3 м/с.The temperature of the plasma jet flowing out of the bore of the sleeve varied depending on the air flow and amounted to 4000-5000 K. The length of the plasma jet is 5 • 10 -2 m. The velocity of the outgoing plasma stream can exceed 1 • 10 -3 m / s.
При приближении устройства к металлу на расстояние менее 5•10-2 м по оси этого потока плазмы за счет его проводимости мгновенно и автоматически загорается проникающая в металл электрическая дуга, горящая между внутренним электродом и металлом, повышая мощность, температуру и газодинамический напор плазмы. Величина тока проникающей дуги составляет 150-180 A и напряжение 260 B. Ток и мощность дуги регулируется источником питания, при этом температура плазмы достигает 10000oC.When the device approaches the metal at a distance of less than 5 • 10 -2 m along the axis of this plasma flow due to its conductivity, the electric arc penetrating into the metal instantly and automatically ignites, burning between the internal electrode and the metal, increasing the power, temperature and gas-dynamic pressure of the plasma. The value of the current of the penetrating arc is 150-180 A and a voltage of 260 B. The current and power of the arc are regulated by the power source, while the plasma temperature reaches 10,000 o C.
Эта проникающая электрическая дуга горит стабильно, при прямом контакте с металлом не происходит аварийного сгорания. Резка осуществляется с любым зазором к металлу и прямым перемещением устройства по поверхности металла. This penetrating electric arc burns steadily, in direct contact with metal there is no emergency combustion. Cutting is carried out with any gap to the metal and direct movement of the device on the metal surface.
Устройство надежно режет металл проникающей дугой, прожигает в нем отверстия, а также позволяет проводить быструю резку листов, уголков, решеток металла, металла неровного с резкими выступами и впадинами, при этом позволяет проводить такую резку как на воздухе, так и под водой, не затрачивая времени на установку зазора с металлом и поджиг проникающей дуги. The device reliably cuts metal with a penetrating arc, burns holes in it, and also allows for fast cutting of sheets, corners, metal grids, uneven metal with sharp protrusions and depressions, while allowing such cutting both in air and under water, without spending time to set the gap with the metal and ignition of the penetrating arc.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ940290.1 | 1994-03-03 | ||
| KZ940290 | 1994-03-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95102366A RU95102366A (en) | 1996-11-20 |
| RU2113331C1 true RU2113331C1 (en) | 1998-06-20 |
Family
ID=20164927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95102366/02A RU2113331C1 (en) | 1994-03-03 | 1995-02-16 | Plant for plasma cutting of metal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2113331C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2575892C2 (en) * | 2010-10-05 | 2016-02-20 | Игзэкт Тулз Ой | Machining device, particularly, for cutting of tubular body or round section |
| RU2626521C2 (en) * | 2014-10-21 | 2017-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Санкт-Петербург" | Method of arc-plasma cleaning of metal product surface and device for its implementation |
-
1995
- 1995-02-16 RU RU95102366/02A patent/RU2113331C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SU, авто рское свидетельство, 356978, H 05 H 1/00, 1976. * |
| Кафитин Е.Д. Плазменная обработка металлов. Обзор. Специализированный инф ормационный центр по технологии автомобилестроения. - М., 1969, с.6, 8, 9, 12, 13. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2575892C2 (en) * | 2010-10-05 | 2016-02-20 | Игзэкт Тулз Ой | Machining device, particularly, for cutting of tubular body or round section |
| RU2626521C2 (en) * | 2014-10-21 | 2017-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Санкт-Петербург" | Method of arc-plasma cleaning of metal product surface and device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95102366A (en) | 1996-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1258295A (en) | Plasma-arc torch with gas cooled blow-out electrode | |
| US2960594A (en) | Plasma flame generator | |
| US4564740A (en) | Method of generating plasma in a plasma-arc torch and an arrangement for effecting same | |
| EP1195077B1 (en) | Anode electrode for plasmatron structure | |
| RU2074533C1 (en) | Plasma torch | |
| CN1029206C (en) | Gas cooled cathode for arc torch | |
| US3858072A (en) | Plasma torch with axial supply of the stabilizing gas | |
| US3204076A (en) | Electric arc torch | |
| US5374802A (en) | Vortex arc generator and method of controlling the length of the arc | |
| JPH08339893A (en) | D.c.arc plasma torch | |
| JPH07118385B2 (en) | Arc heating plasma lance | |
| KR100262800B1 (en) | Arc plasma torch, electrode for arc plasma torch and functioning method thereof | |
| RU2113331C1 (en) | Plant for plasma cutting of metal | |
| US3798408A (en) | Methods and devices for plasma production | |
| RU2646858C2 (en) | Arc-let plasmatron | |
| JPS63154272A (en) | Plasma torch | |
| RU2614533C1 (en) | Electric-arc plasmatron | |
| US5296670A (en) | DC plasma arc generator with erosion control and method of operation | |
| CN109483029B (en) | High temperature isolation insert for plasma cutting torch | |
| JPS63154273A (en) | Plasma torch | |
| KR100493731B1 (en) | A plasma generating apparatus | |
| WO1997033458A2 (en) | Device for plasma cutting of metals | |
| US3446902A (en) | Electrode having oxygen jets to enhance performance and arc starting and stabilizing means | |
| RU2506724C1 (en) | Electric-arc plasmatron with water stabilisation of electric-arc | |
| RU2811984C1 (en) | Quick wearing part for arc torch, plasma torch or plasma cutting torch, and also arc torch, plasma torch or plasma cutting torch with the specified part and method of plasma cutting, as well as method of manufacturing electrode for arc torch, plasma torch or plasma cutting torch |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HK4A | Changes in a published invention | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090217 |