RU2333084C2 - Method of plasm-arc cutting of metal and device for its implementation - Google Patents
Method of plasm-arc cutting of metal and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333084C2 RU2333084C2 RU2006136070/02A RU2006136070A RU2333084C2 RU 2333084 C2 RU2333084 C2 RU 2333084C2 RU 2006136070/02 A RU2006136070/02 A RU 2006136070/02A RU 2006136070 A RU2006136070 A RU 2006136070A RU 2333084 C2 RU2333084 C2 RU 2333084C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- metal
- electrode
- external
- source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к сварке и резке металла с использованием плазмы, вырабатываемой двусопловым плазмотроном.The invention relates to welding and cutting of metal using plasma generated by a twin-nozzle plasmatron.
Уровень техникиState of the art
Известен способ плазменно-дуговой резки металла двусопловым плазмотроном, содержащим два вложенных одно в другое сопла, одно из которых является внутренним, другое - внешним, и вольфрамовый электрод, который расположен во внутреннем сопле и выходит во внешнее сопло, характеризующийся тем, что резку осуществляют на прямой полярности электрического напряжения, при этом во внутренне сопло подают инертный газ, а во внешнее сопло подают окислительный газ (SU 181760, В23К 10/00, 26.11.1969).A known method of plasma-arc cutting of metal with a two-nozzle plasmatron containing two nozzles inserted into one another, one of which is internal, the other external, and a tungsten electrode, which is located in the internal nozzle and exits into the external nozzle, characterized in that the cutting is carried out on of direct polarity of electric voltage, while inert gas is supplied to the internal nozzle, and oxidizing gas is supplied to the external nozzle (SU 181760, В23К 10/00, 11/26/1969).
Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что во внутренне сопло подают инертный газ, а во внешнее сопло подают окислительный газ.The features of the known method, which coincide with the features of the claimed invention, are that inert gas is supplied to the internal nozzle, and oxidizing gas is supplied to the external nozzle.
Известно устройство для плазменно-дуговой резки металла, которое включает источник электрического питания, источник инертного газа, источник окислительного газа и двусопловый плазмотрон, содержащий вольфрамовый электрод и два вложенных одно в другое сопла, одно из которых является внутренним, другое - внешним, при этом электрод расположен во внутреннем сопле и выходит во внешнее сопло; кроме того, внутренне сопло связано с источником инертного газа, внешнее сопло связано с источником окислительного газа, а электрод соединен с отрицательным полюсом источника электрического питания, положительный полюс которого соединен с внешним соплом (см. там же).A device for plasma-arc cutting of metal is known, which includes an electric power source, an inert gas source, an oxidizing gas source and a two-nozzle plasmatron containing a tungsten electrode and two nozzles inserted into one another, one of which is internal and the other external, while the electrode located in the inner nozzle and exits in the outer nozzle; in addition, the internal nozzle is connected to an inert gas source, the external nozzle is connected to the oxidizing gas source, and the electrode is connected to the negative pole of the electric power source, the positive pole of which is connected to the external nozzle (see ibid.).
Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии источника электрического питания, источника инертного газа, источника окислительного газа и двусоплового плазмотрона, содержащего электрод и два вложенных одно в другое сопла, одно из которых является внутренним, другое - внешним, при этом электрод расположен во внутреннем сопле; кроме того, внутренне сопло связано с источником инертного газа, внешнее сопло связано с источником окислительного газа, а электрод соединен с полюсом источника электрического питания.The signs of the known device, which coincides with the features of the claimed invention, are the presence of an electric power source, an inert gas source, an oxidizing gas source and a two-nozzle plasma torch containing an electrode and two nozzles inserted into one another, one of which is internal, the other external; the electrode is located in the inner nozzle; in addition, the internal nozzle is connected to an inert gas source, the external nozzle is connected to an oxidizing gas source, and the electrode is connected to a pole of an electric power source.
Причина, препятствующая получению в известных способе и устройстве технического результата, который обеспечивается изобретениями, заключается в том, что электрод выполняет функцию катода и вследствие этого он должен для нормальной работы иметь высокую температуру. Отсюда высокие требования к электроду и мерам его защиты от окислительный среды, что удорожает резку металла и делает ее недостаточно надежной.The reason that prevents obtaining in the known method and device a technical result, which is provided by the inventions, is that the electrode acts as a cathode and as a result it must have a high temperature for normal operation. Hence the high demands on the electrode and measures to protect it from the oxidizing environment, which increases the cost of metal cutting and makes it insufficiently reliable.
Наиболее близким аналогом (прототипом) в отношении заявленного способа является способ плазменно-дуговой резки металла двусопловым плазмотроном, содержащим два вложенных одно в другое сопла, одно из которых является внутренним и в нем расположен вольфрамовый электрод, другое - внешним, характеризующийся тем, что резку осуществляют на прямой полярности электрического напряжения, так что электрод является катодом, а разрезаемый металл - анодом, при этом во внутренне сопло подают инертный газ, а во внешнее сопло подают окислительный газ (Васильев К.В. Плазменно-дуговая резка. - М.: Машиностроение, 1974. - С.26-27).The closest analogue (prototype) in relation to the claimed method is a method of plasma-arc cutting of metal with a double-nozzle plasmatron containing two nozzles inserted into one another, one of which is internal and contains a tungsten electrode, the other is external, characterized in that the cutting is carried out at the direct polarity of the electrical voltage, so that the electrode is the cathode, and the metal being cut is the anode, while an inert gas is supplied to the internal nozzle, and oxidizing gas is supplied to the external nozzle (Ba Siliev K.V. Plasma-arc cutting. - M.: Mechanical Engineering, 1974. - P.26-27).
Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что во внутренне сопло подают инертный газ, а во внешнее сопло подают окислительный газ.The features of the known method, which coincide with the features of the claimed invention, are that inert gas is supplied to the internal nozzle, and oxidizing gas is supplied to the external nozzle.
Известно устройство для плазменно-дуговой резки металла, которое включает источник электрического питания, источник инертного газа, источник окислительного газа, источник охлаждающей жидкости и двусопловый плазмотрон, содержащий два вложенных одно в другое сопла, одно из которых является внутренним и в нем расположен вольфрамовый электрод, другое - внешним, при этом внутреннее сопло связано с источником инертного газа, внешнее сопло связано с источником окислительного газа, а электрод соединен с отрицательным полюсом источника электрического питания, положительный полюс которого соединен с разрезаемым металлом (см. там же).A device for plasma-arc cutting of metal is known, which includes an electric power source, an inert gas source, an oxidizing gas source, a coolant source and a two-nozzle plasmatron containing two nozzles inserted into one another, one of which is internal and contains a tungsten electrode, the other is external, while the internal nozzle is connected to an inert gas source, the external nozzle is connected to an oxidizing gas source, and the electrode is connected to the negative pole of the electron source Cesky power, the positive pole is connected to the metal to be cut (see ibid.).
Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии источника электрического питания, источника инертного газа, источника окислительного газа и двусоплового плазмотрона, содержащего два вложенных одно в другое сопла, одно из которых является внутренним и в нем расположен электрод, при этом внутреннее сопло связано с источником инертного газа, внешнее сопло связано с источником окислительного газа, а электрод и разрезаемый металл соединены с полюсами источника электрического питания.The signs of the known device, which coincides with the features of the claimed invention, are the presence of an electric power source, an inert gas source, an oxidizing gas source and a two-nozzle plasma torch containing two nozzles inserted into one another, one of which is internal and has an electrode located inside it, while the internal the nozzle is connected to an inert gas source, the external nozzle is connected to an oxidizing gas source, and the electrode and the metal being cut are connected to the poles of the electric power source .
Причина, препятствующая получению в известных способе и устройстве технического результата, который обеспечивается изобретениями, заключается в том, что электрод выполняет функцию катода и вследствие этого он должен для нормальной работы иметь высокую температуру. Отсюда высокие требования к электроду и мерам его защиты от окислительный среды, что удорожает резку металла и делает ее недостаточно надежной.The reason that prevents obtaining in the known method and device a technical result, which is provided by the inventions, is that the electrode acts as a cathode and as a result it must have a high temperature for normal operation. Hence the high demands on the electrode and measures to protect it from the oxidizing environment, which increases the cost of metal cutting and makes it insufficiently reliable.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в снижении себестоимости погонного метра реза и повышении надежности резки металла.The problem to which the invention is directed, is to reduce the cost per meter of cut and increase the reliability of metal cutting.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что электрод выполняет функцию анода и вследствие этого для его нормальной работы не нужна высокая температура. Это снижает требования к электроду и мерам его защиты от окислительной среды и, как следствие, удешевляет резку металла и делает ее более надежной.The technical result, which mediates the solution of this problem, lies in the fact that the electrode performs the function of the anode and, as a result, high temperature is not needed for its normal operation. This reduces the requirements for the electrode and measures of its protection from the oxidizing environment and, as a result, reduces the cost of metal cutting and makes it more reliable.
Достигается технический результат в способе тем, что резку металла осуществляют двусопловым плазмотроном, содержащим два вложенных одно в другое сопла и расположенный во внутреннем сопле электрод, так что резку осуществляют на обратной полярности электрического напряжения с подачей во внутреннее сопло инертного газа с расходом Qин и во внешнее сопло - окислительного газа с расходом Qок при соотношении указанных расходов 1/20≤Qин/Qок≤1,5/20, и одновременно в процессе резки электрод охлаждают.A technical result is achieved in the method in that the metal is cut with a double-nozzle plasmatron containing two nozzles inserted into one another and an electrode located in the inner nozzle, so that the cutting is performed at the opposite polarity of the electric voltage with an inert gas supplied to the inner nozzle with a flow rate of Q in and the external nozzle is an oxidizing gas with a flow rate of Q ok with a ratio of the indicated costs 1 / 20≤Q in / Q ok ≤1.5 / 20, and at the same time the electrode is cooled during the cutting process.
Достигается технический результат также тем, что в процессе резки плазмотрон устанавливают на расстоянии 2,5dн≤Н≤7dн между внешним соплом и поверхностью разрезаемого металла, где dн - диаметр внешнего сопла.The technical result is also achieved by the fact that during the cutting process, the plasmatron is installed at a distance of 2.5d n ≤H≤7d n between the external nozzle and the surface of the metal being cut, where d n is the diameter of the external nozzle.
Достигается технический результат в устройстве тем, что оно содержит источник электрического питания, источник инертного газа, источник окислительного газа и двусопловый плазмотрон, состоящий из двух вложенных одно в другое внутреннего с диаметром dв и внешнего с диаметром dн сопел и расположенного во внутреннем сопле электрода, причем dв/dн=(1/1÷1/1,2), а расстояние h между внутренним и внешним соплами выбрано из соотношения 0,3dв≤h≤0,7dв, при этом внутреннее сопло соединено с источником инертного газа, внешнее сопло соединено с источником окислительного газа, а электрод выполнен охлаждаемым и подключен к положительному полюсу источника электрического питания, отрицательный полюс которого подключен к разрезаемому металлу.A technical result is achieved in the device in that it contains an electric power source, an inert gas source, an oxidizing gas source and a two-nozzle plasmatron consisting of two internal nozzles with a diameter d in and an external nozzle with a diameter d n and an electrode located in the inner nozzle moreover, d in / d n = (1/1 ÷ 1 / 1,2), and the distance h between the inner and outer nozzles is selected from the ratio of 0.3d to ≤h≤0.7d in , while the inner nozzle is connected to the source inert gas, external nozzle connected to a source oxidizing gas, and the electrode is made cooled and connected to the positive pole of the electric power source, the negative pole of which is connected to the metal being cut.
Новые признаки способа заключаются в том, что резку осуществляют на обратной полярности электрического напряжения с подачей во внутреннее сопло инертного газа с расходом Qин и во внешнее сопло - окислительного газа с расходом Qок при соотношении указанных расходов 1/20≤Qин/Qок≤1,5/20, и одновременно в процессе резки электрод охлаждают.New features of the method are that the cutting is carried out at the opposite polarity of the electric voltage with an inert gas flow rate at the inlet gas with a flow rate of Q in and an oxidizing gas flow rate at the external nozzle with a flow rate of Q ok with the ratio of the indicated flow rates 1 / 20≤Q in / Q ok ≤1.5 / 20, and at the same time during the cutting process, the electrode is cooled.
Кроме того, новым признаком является то, что в процессе резки плазмотрон устанавливают на расстоянии 2,5dн≤Н≤7dн между внешним соплом и поверхностью разрезаемого металла, где dн - диаметр внешнего сопла.In addition, a new feature is that during the cutting process, the plasma torch is installed at a distance of 2.5d n ≤H≤7d n between the external nozzle and the surface of the metal being cut, where d n is the diameter of the external nozzle.
Новые признаки устройства заключаются в подключении электрода к положительному полюсу источника электрического питания, а также в упомянутых пределах для параметров dв/dн и h.New features of the device are to connect the electrode to the positive pole of the electric power source, as well as within the mentioned limits for the parameters d in / d n and h.
На чертеже показана функциональная схема устройства для плазменно-дуговой резки металла двусопловым плазмотроном.The drawing shows a functional diagram of a device for plasma-arc metal cutting with a twin-nozzle plasmatron.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Устройство содержит двусопловый плазмотрон 1, который включает медный электрод 2 с высокотемпературной вставкой 3 и два вложенных одно в другое сопла - внутреннее 4 диаметром dв и внешнее 5 диаметром dн. При этом во внутреннем сопле расположен упомянутый электрод 2 без выхода его нижнего конца в пространство внешнего сопла 5. Отношение dв/dн находится в пределах 1/1÷1/1,2, а расстояние h между внутренним 4 и внешним 5 соплами находится в пределах 0,3dв≤h≤0,7dв. Кроме того, устройство содержит источник 6 окислительного (кислородсодержащего) газа, источник 7 инертного (защитного) газа, например воздуха, источник 8 охлаждающей жидкости и источник 9 электрического питания. Внутренняя полость электрода 1 (не показана) посредством соответствующих входного и выходного трубопроводов соединена с источником 8 охлаждающей жидкости, внутренне сопло 4 посредством соответствующего входного трубопровода соединено с источником 7 инертного (защитного) газа, внешнее сопло 5 посредством соответствующего входного трубопровода соединено с источником 6 окислительного газа. Кроме того, электрод 2 подключен к положительного полюсу источника 9 электрического питания, к отрицательного полюсу которого подключен разрезаемый металл 10.The device contains a two-nozzle plasmatron 1, which includes a copper electrode 2 with a high-temperature insert 3 and two nozzles inserted into one another - an inner 4 with a diameter d in and an outer 5 with a diameter d n . At the same time, said electrode 2 is located in the inner nozzle without its lower end entering the space of the outer nozzle 5. The ratio d in / d n is within 1/1 ÷ 1 / 1,2, and the distance h between the inner 4 and outer 5 nozzles is within 0.3d in ≤h≤0.7d in . In addition, the device contains a source 6 of oxidizing (oxygen-containing) gas, a source 7 of inert (protective) gas, such as air, a source of 8 coolant and a source 9 of electrical power. The internal cavity of the electrode 1 (not shown) is connected to the coolant source 8 through the corresponding inlet and outlet pipelines, the inner nozzle 4 is connected to the inert (protective) gas source 7 by the corresponding inlet pipe, and the outer nozzle 5 is connected to the oxidizing source 6 through the corresponding inlet pipe gas. In addition, the electrode 2 is connected to the positive pole of the electric power source 9, to the negative pole of which the cut metal 10 is connected.
Работа устройства и пример осуществления способа заключаются в следующем.The operation of the device and an example implementation of the method are as follows.
Для осуществления резки металла 10 плазмотрон 1 располагают вблизи этого металла на расстоянии Н между внешним соплом 5 и поверхностью металла 10, при этом значение Н выбирают из интервала 2,5dн≤Н≤7dн. Затем во внешнее сопло 5 от источника 6 подают окислительный газ, например воздух, с расходом Qок, а во внутреннее сопло 7 подают инертный (защитный) газ, например аргон, тангенциально относительно электрода 2 с расходом Qин при соотношении указанных расходов в пределах 1/20≤Qин/Qок≤1,5/20. После этого включают источник 9 электрического питания, вследствие чего между электродом 2 и металлом 10 возникает дуга 11, режущая металл. Опытным путем установлено, что необходимая стабильность дуги и надежность резки обеспечивается при выполнении приведенных выше отношений расходов газов и основных геометрических отношений, определяющих dв, dн, Qин, Qок, H, h.To carry out the cutting of metal 10, the plasmatron 1 is placed near this metal at a distance H between the external nozzle 5 and the surface of the metal 10, while the value of H is selected from the interval 2.5d n ≤H ≤ 7d n . Then, an oxidizing gas, for example, air, with a flow rate of Q ok , is supplied to the external nozzle 5 from the source 6, and an inert (protective) gas, for example argon, is fed tangentially to the electrode 2 with a flow rate of Q in at a ratio of the indicated flow rates within 1 / 20≤Q in / Q ok ≤1.5 / 20. After that, an electric power source 9 is turned on, as a result of which an arc 11 arises between the electrode 2 and the metal 10, cutting metal. It has been experimentally established that the necessary arc stability and cutting reliability are ensured when the above gas flow ratios and the basic geometric ratios determining d in , d n , Q in , Q ok , H, h are fulfilled.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Производилась резка алюминиевых сплавов, нержавеющей и малоуглеродистой стали. Ток резки составлял I=150±5 А, рабочее напряжение на дуге Uд=110- 115 В, расход аргона во внутреннее сопло Qap=3,5 л/мин, расход воздуха во внешнее сопло (стабилизирующее) сопло Qвоз 48-60 л/мин. Кроме того, dв=3,0 мм, dн=3,2 мм, h=1,8 мм, Н=12 мм.Aluminum alloys, stainless and mild steel were cut. Cutting current was I = 150 ± 5 A, the operating arc voltage U d = 110- 115 V, argon flow rate into the inner nozzle ap Q = 3.5 l / min, air flow into the outer nozzle (stabilizing) Q WHO nozzle 48- 60 l / min. In addition, d in = 3.0 mm, d n = 3.2 mm, h = 1.8 mm, N = 12 mm.
Скорость резки при этом составляет, м/мин:The cutting speed is, m / min:
Преимущество заявленных способа и устройства состоит в том, что обеспечивается высокая стойкость плазмотрона как в процессе резки, так и при частых включениях и выключениях плазмотрона. Количество упомянутых включений и выключений без разрушения электрода составляет не менее 1000. Другим преимуществом заявленных технических решений является очень низкий расход инертного газа (снижение относительно прототипа в 10-12 раз), что обусловлено работой электрода при малых температурах (анод). Кроме того, как видно из примера, при относительно невысокой мощности сжатой дуги 11 (15-17 кВт) обеспечиваются высокие скорости резки.The advantage of the claimed method and device is that high resistance of the plasma torch is ensured both during the cutting process and with frequent switching on and off of the plasma torch. The number of on and off switches without destroying the electrode is at least 1000. Another advantage of the claimed technical solutions is the very low inert gas consumption (10-12 times lower relative to the prototype), which is due to the electrode working at low temperatures (anode). In addition, as can be seen from the example, with a relatively low power of the compressed arc 11 (15-17 kW), high cutting speeds are provided.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136070/02A RU2333084C2 (en) | 2006-10-11 | 2006-10-11 | Method of plasm-arc cutting of metal and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136070/02A RU2333084C2 (en) | 2006-10-11 | 2006-10-11 | Method of plasm-arc cutting of metal and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006136070A RU2006136070A (en) | 2008-05-10 |
| RU2333084C2 true RU2333084C2 (en) | 2008-09-10 |
Family
ID=39799410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006136070/02A RU2333084C2 (en) | 2006-10-11 | 2006-10-11 | Method of plasm-arc cutting of metal and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2333084C2 (en) |
-
2006
- 2006-10-11 RU RU2006136070/02A patent/RU2333084C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВАСИЛЬЕВ К.В. Плазменно-дуговая резка. - М.: Машиностроение, 1974, с.26-27. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006136070A (en) | 2008-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5396609B2 (en) | Plasma device | |
| JP6403830B2 (en) | Plasma torch | |
| CN211240241U (en) | High-power plasma torch device based on double-electrode structure | |
| US4055741A (en) | Plasma arc torch | |
| EP2663168A2 (en) | Plasma torch of non-transferred and hollow type | |
| CN102601677B (en) | Atmospheric cold plasma jet auxiliary cutting method | |
| US20190306965A1 (en) | High power dc non transferred steam plasma torch system | |
| JPS6113600A (en) | Large output plasma jet generator | |
| JP2009527882A (en) | Transfer arc type plasma torch | |
| JP3733461B2 (en) | Composite torch type plasma generation method and apparatus | |
| CA2440113A1 (en) | Plasma arc torch and method of operation | |
| US4034250A (en) | Plasmatron | |
| CN104684234A (en) | High-power air-cooled plasma generator | |
| US20210121993A1 (en) | Device and method for plasma cutting of work pieces | |
| RU2333084C2 (en) | Method of plasm-arc cutting of metal and device for its implementation | |
| CN113319404A (en) | Hollow tungsten argon arc welding method for nickel-saving austenitic stainless steel | |
| US20220151053A1 (en) | Thermal plasma processing apparatus | |
| TWI581671B (en) | Plasma torch device | |
| CN210332211U (en) | Plasma torch applied to semiconductor waste gas treatment equipment | |
| US20200029416A1 (en) | Plasma torch excitation device | |
| EP0634886B1 (en) | Structure of constrained chip for plasma jet torch, and plasma jet working method using this constrained chip | |
| WO2007025505A3 (en) | Plasma welding and cutting torch comprising a cooling system | |
| CN101805902B (en) | Handheld air-cooled plasma torch | |
| RU2648615C1 (en) | Method of plasmochemical metal refining in vacuum and plasmotron for its implementation | |
| JP6539039B2 (en) | Welding apparatus and plasma welding method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091012 |