RU2280545C2

RU2280545C2 - Torch for electric arc gas-shield welding by means of non-consumable electrode

Info

Publication number: RU2280545C2
Application number: RU2002113826/02A
Authority: RU
Original assignee: Орехов Василий Емельянович
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2006-07-27
Also published as: RU2002113826A

Abstract

FIELD: gas-shield welding process with use of non-consumable electrode, namely torches for such welding.

SUBSTANCE: torch includes body of collet chuck holder. Said body has cylindrical surface near its working end and it is welded to electrically conducting gas conduit. Collet chuck is mounted in body for securing non-consumable electrode. Nozzle has cylindrical surface passing to cone surface and then again passing to cylindrical surface near its working end. Asbestos-cement insulator is arranged on surface of body of collet chuck holder; brass sleeve is put onto said insulator. Insulator is fixed to body by means of pressure ring-splitter having cylindrical surface passing to cone surface with radial openings.

EFFECT: possibility for making small-size torch for welding butts of metallic structures in hard-to-reach places of installation zone.

2 dwg

Description

1. Авторское свидетельство 206766, МПК В 23 К 9/16.1. Copyright certificate 206766, IPC 23 K 9/16.

Известная горелка для дуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах содержит корпус, выполненный с цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую у рабочего торца, установленную в корпусе цангу для крепления неплавящегося электрода и образующую с корпусом камеру для защитного газа, наклонные к оси горелки радиальные каналы, выполненные в корпусе, а также закрепленное на корпусе сопло.The known burner for arc welding with a non-consumable electrode in protective gases contains a housing made with a cylindrical surface turning into a conical at the working end, a collet installed in the housing for mounting a non-consumable electrode and forming a protective gas chamber with the housing, radial channels inclined to the axis of the burner, made in the housing, as well as a nozzle mounted on the housing.

Недостатком известной горелки является значительная длина сварочной головки, что не позволяет ее применение для сварки в стесненных условиях по месту монтажа. Дополнительное укорочение сопла между корпусом и рабочим торцом без изменений конструкции корпуса приводит к неизбежному ухудшению качества газовой защиты или полному ее нарушению.A disadvantage of the known torch is the significant length of the welding head, which does not allow its use for welding in cramped conditions at the installation site. An additional shortening of the nozzle between the casing and the working end without changing the design of the casing leads to the inevitable deterioration of the quality of gas protection or its complete violation.

2. Авторское свидетельство 1704981, МПК В 23 К 9/167.2. Copyright certificate 1704981, IPC 23 K 9/167.

Известная горелка для дуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах, содержащая рубашку охлаждения горообразной формы, охватывающей корпус с продольным осевым каналом под цангу для закрепления электрода. Под крышкой расположена смесительная камера, соединенная каналами с успокоительной камерой, переходящей в выходной канал, выполненный конической формы с углом, вершина которого расположена на острие электрода.Known torch for arc welding with a non-consumable electrode in shielding gases, comprising a mountain-shaped cooling jacket covering a housing with a longitudinal axial channel under the collet for fixing the electrode. Under the lid there is a mixing chamber connected by channels to a stilling chamber, which passes into an output channel made of a conical shape with an angle, the apex of which is located on the tip of the electrode.

Недостатком известной горелки является жесткая зависимость объемов смесительной и успокоительной камер к диаметру электрода и углу на сопле для истечения ламинарного потока газа. Из-за максимального укорочения сопла, от рабочего торца до корпуса горелки, практически отсутствует камера успокоения, а продольные осевые каналы увеличивают струйность защитного газа на выходе из сопла.A disadvantage of the known burner is the rigid dependence of the volumes of the mixing and stilling chambers on the diameter of the electrode and the angle at the nozzle for the outflow of the laminar gas flow. Due to the maximum shortening of the nozzle, from the working end to the burner body, there is practically no damping chamber, and longitudinal axial channels increase the shielding of the protective gas at the exit of the nozzle.

3. Авторское свидетельство 1117164, МПК В 23 К 9/16.3. Copyright certificate 1117164, IPC В 23 К 9/16.

Наиболее близкой по технической сущности и техническому результату является горелка для дуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах в стесненных условиях, содержащая корпус, выполненный с цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую у рабочего торца, установленную в корпусе цангу для крепления неплавящегося электрода и образующую с корпусом камеру для защитного газа, радиальные каналы, выполненные в корпусе с цилиндрической поверхностью, а также закрепленное на корпусе сопло по отношению к поверхности сопла с кольцевым зазором, а оси радиальных каналов расположены перпендикулярно оси горелки.The closest in technical essence and technical result is a torch for arc welding with a nonconsumable electrode in shielding gases in cramped conditions, comprising a housing made with a cylindrical surface turning into a conical at the working end, a collet installed in the housing for attaching a nonconsumable electrode and forming a chamber with the housing for shielding gas, radial channels made in a housing with a cylindrical surface, as well as a nozzle fixed to the housing with respect to the surface of the nozzle with a face gap, and the axis of the radial channels are perpendicular to the axis of the burner.

Недостатком этой горелки является то, что на керамическое сопло по линии сопряжения наружной резьбы корпуса и внутренней резьбы сопла передается усилие зажима цанги для крепления вольфрамового электрода при нагревании. При выполнении резьбы одного направления сопряжение заливается термостойкой мастикой для того, чтобы не свинчивалось сопло при освобождении вольфрама. При случайном падении горелки или ударе керамическое сопло разбивается. Наружная проточка цанги для лучшего прохода защитного газа через радиальные отверстия корпуса позволяет потоку защитного газа проходить через пропиленные пазы цанги, что, в свою очередь, увеличивает струйность на рабочем торце сопла.The disadvantage of this burner is that a clamping force is transmitted to the ceramic nozzle along the interface line between the external thread of the housing and the internal thread of the nozzle to secure the tungsten electrode when heated. When threading in one direction, the pair is filled with heat-resistant mastic so that the nozzle does not make up when tungsten is released. If the burner is accidentally dropped or hit, the ceramic nozzle breaks. The outer groove of the collet for better shielding gas passage through the radial openings of the housing allows the shielding gas flow to pass through the sawn grooves of the collet, which, in turn, increases the jetting at the working end of the nozzle.

Максимально уменьшенная длина горелки от торца сопла до корпуса в данной конструкции не позволяет создать достаточную защитную газовую камеру успокоения внутри сопла, что, в свою очередь, уменьшает ламинарность потока защитного газа в зону сварки. Из-за вынужденного уменьшения вылета вольфрамового электрода уменьшается и обзор зоны сварки.The maximally reduced length of the torch from the end of the nozzle to the housing in this design does not allow creating a sufficient protective gas chamber for calming inside the nozzle, which, in turn, reduces the laminarity of the flow of protective gas into the welding zone. Due to the forced decrease in the outflow of the tungsten electrode, the overview of the welding zone is also reduced.

Перпендикулярность радиальных отверстий корпуса в данной конструкции не решает проблемы турбулентности из-за маленького кольцевого зазора, где возникает кинетическая энергия многочисленных струй, возникающая на пути потока защитного газа, встретившего дополнительное сопротивление.The perpendicularity of the radial openings of the housing in this design does not solve the problem of turbulence due to the small annular gap, where the kinetic energy of numerous jets arises, which arises in the path of the protective gas flow, which met additional resistance.

Степень защиты изоляции открытых поверхностей корпуса и токопровода недостаточна для долговечной работы горелки в условиях производства работ по месту монтажа или ремонта в действующих цехах.The degree of insulation protection of the open surfaces of the casing and the current lead is insufficient for the long-term operation of the burner in the conditions of work at the installation or repair site in existing workshops.

Принцип работы горелки.The principle of operation of the burner.

На фиг.1 представлен общий вид газовой горелки для электродуговой сварки в защитных газах. На фиг.2 - ее продольный разрез. Горелка содержит корпус цангодержателя 2, приваренного к токогазопроводу 13, выполненный с цилиндрической поверхностью у его рабочего торца, установленную в корпус цангодержателя цангу 1 для крепления неплавящегося электрода 7. На наружную поверхность корпуса 2 установлен изолятор 3, имеющий цилиндрическую поверхность с выполненными в нем продольными оси пазами 9 по внутренней поверхности с посаженной на него латунной втулкой 5. Прижимное кольцо-рассекатель 4, выполненное с цилиндрической поверхностью, переходящей в коническую, выполненными в нем радиальными отверстиями образуют смесительную камеру 8 для защитного газа. В стенке корпуса цангодержателя 2 выполнена проточка с радиальными отверстиями 10. На втулке 5 закреплено сопло 6.Figure 1 presents a General view of a gas torch for electric arc welding in shielding gases. Figure 2 - its longitudinal section. The burner comprises a casing holder 2, welded to a gas and gas pipe 13, made with a cylindrical surface at its working end, a collet 1 mounted in a casing holder for fixing a non-consumable electrode 7. An insulator 3 is installed on the outer surface of the housing 2, having a cylindrical surface with longitudinal axes grooves 9 on the inner surface with a brass sleeve 5. seated on it. A clamping ring-divider 4, made with a cylindrical surface turning into a conical, is made E therein radial openings 8 form a mixing chamber for a protective gas. A groove with radial holes 10 is made in the wall of the casing holder 2 body. A nozzle 6 is fixed to the sleeve 5.

Защитный газ поступает через радиальные отверстия 10 корпуса цангодержателя 2 на продольные пазы 9 асбестоцементного изолятора 3 в смесительную камеру 8, а через радиальные каналы 11 прижимного кольца-рассекателя газа 4 в успокоительную камеру 12. Внутренний диаметр латунного сопла с резьбой М 36Х1,5 и его конфигурация с наружной поверхностью цанги и прижимного кольца позволяет создать объемную успокоительную камеру 12, где создается ламинарный поток защитного газа, а цилиндрический участок сопла от его торца до 10 мм уплотняет ламинарный поток газа при выходе из сопла на длине до 20 мм. Это позволяет работать вылетом электрода до 17 мм, что улучшает обзор зоны сварки. При необходимости сопло можно удлинить насадкой любой длины на цилиндрическом участке у рабочего торца.The protective gas enters through the radial openings 10 of the housing of the censor holder 2 into the longitudinal grooves 9 of the asbestos-cement insulator 3 into the mixing chamber 8, and through the radial channels 11 of the pressure ring-gas divider 4 into the stilling chamber 12. The inner diameter of the brass nozzle with thread M 36X1.5 and its the configuration with the outer surface of the collet and pressure ring allows you to create a volumetric soothing chamber 12, which creates a laminar flow of protective gas, and a cylindrical section of the nozzle from its end to 10 mm seals the laminar flow gas at the exit from the nozzle for a length of 20 mm. This allows working with an offset of the electrode up to 17 mm, which improves the overview of the welding zone. If necessary, the nozzle can be extended with a nozzle of any length in a cylindrical section at the working end.

Практикой установлено, что при сварке стыков расход защитного газа составляет 4-8 л/мин. Это позволяет экономить инертный газ до 80%.Practice has established that when welding joints, the shielding gas flow rate is 4-8 l / min. This saves inert gas up to 80%.

Все детали конструкции горелки изготавливаются на токарном станке с одной установки заготовки в патрон, что обеспечивает хорошую центровку при их сборке относительно оси сопла горелки.All details of the burner design are made on a lathe from one installation of the workpiece into the chuck, which ensures good alignment when assembling them relative to the axis of the burner nozzle.

При сварке титана в обязательном порядке применяется прерыватель источника сварочного тока, работа которого приводится в действие кнопкой, установленной на рукоятке горелки. Рукоятка горелки выполнена из термостойкого изоляционного материала.When welding titanium, a breaker of the welding current source is used without fail, the operation of which is activated by a button installed on the torch handle. Burner handle is made of heat-resistant insulating material.

Практикой установлено, что общая протяженность длины горелки от ее сопла до конца рукоятки напрямую связана с маневренностью и удобством выполнения качественного сварного шва. Длина горелки до 200 мм существенно облегчает кистевую нагрузку при работе сварщика, что позволяет увеличить цикл работы в один прием, от начала зажигания дуги до ее обрыва после наплавки валика.Practice has established that the total length of the length of the burner from its nozzle to the end of the handle is directly related to the maneuverability and convenience of performing a high-quality weld. The length of the torch up to 200 mm significantly facilitates the wrist load during the welder’s work, which allows to increase the cycle of work in one step, from the start of ignition of the arc to its break after surfacing of the roller.

В настоящее время в конструкциях сварочных горелок существует проблема изоляции металлического сопла от токопровода. Как правило, заводы-изготовители для этого используют изоляторы из термостойкой керамики в виде колец, прокладок, втулок и т.д., или термостойких материалов из гетинакса, стелотекстолита и т.д.Currently, in the designs of welding torches, there is a problem of isolating a metal nozzle from the current lead. As a rule, manufacturers for this use insulators made of heat-resistant ceramics in the form of rings, gaskets, bushings, etc., or heat-resistant materials from getinaks, stelotextolite, etc.

Керамические изоляторы представляют собой сложное по изготовлению изделие и постоянно лопаются, трескаются, крошатся, а изготавливаются только в заводских условиях. На практике при сварке стыков по месту монтажа или ремонта, горелки с керамическими изоляторами, применения не нашли. Изоляторы из других изоляторов быстро выходят из строя из-за их пригорания.Ceramic insulators are a difficult product to manufacture and constantly burst, crack, crumble, and are made only in the factory. In practice, when welding joints at the place of installation or repair, torches with ceramic insulators were not found. Insulators from other insulators quickly fail due to their burning.

Применение горелок с керамическими соплами также не нашло применения при сварке стыков на монтаже или ремонте из-за того, что при случайном падении горелки, ударе сопла или попадании влаги на раскаленное сопло оно лопается, резьба на сопле выкрашивается из-за плохого сопряжения резьбы на керамике и резьбы на металле.The use of torches with ceramic nozzles also did not find application in welding joints for installation or repair due to the fact that if the torch is accidentally dropped, the nozzle is hit, or moisture gets on the hot nozzle, it bursts, the thread on the nozzle is tinted due to poor mating of the ceramic thread and threads on metal.

Применение асбестоцементного изолятора и сама конструкция головки сопла позволяет решить эту проблему, применить сопло из металла, не усложняя конструкции горелки, и увеличивает долговечность работы на повышенных токах. Асбестоцемент марки ПТА 400 для изготовления изолятора применяется для тепловой изоляции промышленного и теплоэнергетического оборудования при температуре изолируемых поверхностей до 500°С. Материал является негорючим и невзрывоопасным, при эксплуатации не выделяет и не образует с другими веществами токсичных соединений и поставляется по ТУУЗЧ-001243.0045-94. Изготовленный изолятор целесообразно покрыть термостойким лаком.The use of an asbestos-cement insulator and the very design of the nozzle head allows solving this problem, using a metal nozzle without complicating the design of the burner, and increasing the durability of operation at high currents. Asbestos cement grade PTA 400 for the manufacture of the insulator is used for thermal insulation of industrial and heat power equipment at a temperature of insulated surfaces up to 500 ° C. The material is non-combustible and non-explosive, during operation it does not emit and does not form toxic compounds with other substances and is supplied in accordance with TUUZCH-001243.0045-94. It is advisable to cover the manufactured insulator with heat-resistant varnish.

Конструктивное решение цангодержателя 2, асбестоцементного изолятора 3 вместе с прижимным кольцом-рассекателем 4 принципиально решает всю систему создаваемой защиты сварочной ванны и конструкции головки сопла в целом и позволяет применять данную горелку для сварки стыков трубопроводов и металлоконструкций во всех пространственных положениях по месту монтажа или ремонта в действующих цехах на действующем оборудовании.The constructive solution of the cage holder 2, the asbestos-cement insulator 3 together with the clamping ring-divider 4 fundamentally solves the entire system of the created weld pool protection and the nozzle head design as a whole and allows using this torch for welding joints of pipelines and metal structures in all spatial positions at the place of installation or repair in existing workshops on existing equipment.

Горелка прошла испытание практикой на "кислотных" трубопроводах Медного завода Норильского горно-металлургического комбината в цехах электролиза меди. Сварка стыков производилась на трубопроводах диаметром от 10 до 600 мм из стали аустенитного класса марок 08Х18Н10Т и титана марок ВТ-4 стыковыми, угловыми и нахлесточными соединениями.The burner was tested by practice on the "acid" pipelines of the Copper Plant of the Norilsk Mining and Metallurgical Combine in copper electrolysis workshops. Butt welding was carried out on pipelines with a diameter of 10 to 600 mm from austenitic steel of grades 08X18H10T and titanium of grades VT-4 with butt, corner and lap joints.

Claims

A torch for arc welding with a non-consumable electrode in shielding gases, comprising a cantilever case made with a cylindrical surface at its working end and welded to a gas and gas pipeline, a collet for fixing a non-consumable electrode and a nozzle made with a cylindrical surface turning into a conical and then into cylindrical at the working end, characterized in that an asbestos-cement insulator with a brass sleeve mounted on it is installed on the surface of the cage holder, fixed th on the housing by means of the tightening ring-divider made with a cylindrical surface, passing into conical radial holes perpendicular to the axis of the nozzle, which is fixed on a brass sleeve.