RU2397848C2 - Способ плазменно-дуговой сварки металлов - Google Patents
Способ плазменно-дуговой сварки металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2397848C2 RU2397848C2 RU2008121951/02A RU2008121951A RU2397848C2 RU 2397848 C2 RU2397848 C2 RU 2397848C2 RU 2008121951/02 A RU2008121951/02 A RU 2008121951/02A RU 2008121951 A RU2008121951 A RU 2008121951A RU 2397848 C2 RU2397848 C2 RU 2397848C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- working fluid
- arc
- ammonia
- alcohol
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу плазменно-дуговой сварки металлов и может быть использовано в машиностроении и строительстве, а также для бытовых и хозяйственных нужд. Сварку металлов осуществляют сжатой дугой косвенного действия. Для этого формируют плазменную струю путем обжатия дуги плазмообразующей средой, получаемой в результате парообразования рабочей жидкости непосредственно в плазмотроне, содержащем резервуар для рабочей жидкости. Используют рабочую жидкость, содержащую воду с добавлением спирта и 10% раствора аммиака. Содержание в рабочей жидкости аммиака составляет 0,3-3,0 мас.%, а спирта - 30-60 мас.%. Введение в рабочую жидкость водного аммиачного раствора увеличивает срок службы электродного узла, повышает мощность и стабильность дуги, облегчает заправку плазмотрона рабочей жидкостью, обеспечивает возможность сокращения размеров и веса электродного узла плазмотрона. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Настоящее изобретение относится к способам плазменно-дуговой сварки металлов, их сплавов и может быть использовано в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности, а также для бытовых и хозяйственных нужд.
Известны способы плазменной или плазменно-дуговой сварки металлов сжатой дугой косвенного действия, в которых плавление металла производится только плазменной струей, а также способы плазменно-дуговой сварки металлов совмещенной с плазменной струей сжатой дугой прямого действия, возбуждаемой между электродами плазмотрона и обрабатываемым изделием [1-3].
Упомянутые способы предусматривают образование плазменной струи путем сжатия и стабилизации дугового разряда (дуги) плазмообразующим газом [1-3], в частности смесью паров воды, кислородосодержащих производных углеводородов или водорастворимых спиртов [3-6], в разрядной камере плазмотрона и далее в канале формирующего струю плазмы сопла-анода.
Практическое применение нашли компактные сварочные аппараты, например «ГОРЫНЫЧ» [6] и «МУЛЬТИПЛАЗ-2500М», включающие блок электропитания и малоамперный (до 15 А) электродуговой плазмотрон пистолетного типа, в котором для создания плазменной струи используют капиллярные силы при подаче рабочей жидкости, например воды или водно-спиртовой смеси, в испаритель плазмотрона, нагреваемый за счет тепла, выделяемого электродами. Жидкость заливают во встроенный в плазмотрон резервуар, заполненный капиллярно-пористым влаговпитывающим материалом.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) заявляемого изобретения выбран способ плазменно-дуговой сварки металлов [3], включающий обжатие дуги плазмообразующей средой с получением плазменной струи. В этом способе в качестве плазмообразующей среды используют пары рабочей жидкости, представляющей собой, в частности, смесь воды и спирта, при этом за счет наличия кислорода, углерода и водорода при сварке в плазме снижаются ее окисляющие свойства. Смесь приготовляют путем наливания спирта в воду с последующей заправкой смесью плазмотрона без дополнительной гомогенизации смеси с целью получения так называемого истинного раствора.
Известно [3-5], что удовлетворительный результат по предотвращению окисления металла при сварке получают использованием водного раствора этилового или пропилового спиртов (этанола или пропанола), а оптимальным с точки зрения энергетики и прочности сварного шва является содержание спирта в парообразующей жидкости в пределах 30-60 мас.%. При этом следует учитывать известное в химии растворов явление экзотермической контракции в процессе растворения спиртов в воде, сопровождаемое изменением объема и температуры раствора, образованием так называемых спиртогидратов, включающих до 12-ти молекул воды на одну молекулу спирта, а также известные в химии законы Коновалова, гарантирующие равномерное по составу паров испарение смесей только в виде гомогенных (истинных) растворов, причем в отношении спиртов еще важно достичь при приготовлении рабочей жидкости полной гидратации спирта в воде, на которое требуется некоторое время, сравнимое, например, со временем «схватывания» гипса. Получаемый при этом раствор после стабилизации его температуры является равновесным.
При уменьшении содержания спирта в смеси ниже нижнего предела увеличивается присутствие окалины в сварном соединении, что в свою очередь снижает его прочностные характеристики. При превышении 60% содержания спирта в смеси с водой наблюдается расслоение смеси и это приводит к неравномерному ее испарению. К тому же при этом падает энтальпия пара, что в свою очередь понижает температуру плазменной струи. Наилучший результат дало использование плазмотрона, в котором плазмообразующий пар получен из смеси, содержащей 60% деионизованной или дистиллированной воды и 40% этилового спирта [3].
Известные рабочие жидкости вызывают затруднения при заправке ими плазмотрона, особенно при низкой температуре, недостаточно обогащают плазму газами-восстановителями и ограничивают срок эксплуатации электродного узла. Наблюдается также загрязнение испарителя, изолятора и электродного узла в канале плазмотрона нежелательными осаждениями, а жидкость, приготовленная в соответствии с описанием [3], вызывает при сварке нестабильность состава плазменной струи. Для удобства работы особенно при низких температурах целесообразно понизить величину поверхностного натяжения рабочей жидкости с целью повышения ее текучести, смешиваемости ингредиентов до состояния гомогенности, ускорения гидратации спирта и сокращения, в частности, времени заполнения в плазмотроне резервуара рабочей жидкостью. Известно [1], что введение в плазмообразующую среду газообразного аммиака повышает мощность (энергоемкость) плазмы и энтальпию плазменной струи, а также повышает эксплуатационные характеристики электродов, в частности, за счет образования нитридной пленки на поверхности термостойкой вставки в катоде. Кроме того, известно, что введение в смесь растворителей дополнительного ингредиента, в частности водного раствора аммиака, повышает взаимную растворимость всех ингредиентов и способствует дальнейшей гомогенизации раствора, в частности гидратации спиртов в воде, как необходимого условия равномерного по составу паров парообразования многокомпонентного раствора. Неравномерность испарения затрудняет запуск плазмотрона, вызывает шунтирование дуги и снижает качество сварных швов.
Изобретение направлено на решение задачи создания способа плазменно-дуговой сварки металлов на базе малогабаритного сварочного оборудования с использованием пара трехкомпонентной рабочей жидкости в виде раствора в качестве плазмообразующей среды, обеспечивающего высокое качество сварных соединений, путем снижения не только окисляющих свойств плазменной струи, но и повышения ее мощности, стабильности и увеличения срока службы электродов плазмотронов, а для последних пистолетного типа с резервуаром для рабочей жидкости - и на удобство работы с ними при низких температурах за счет сокращения длительности заправки резервуара рабочей жидкостью, на возможность конструктивных доработок электродных узлов плазмотронов с целью уменьшения их размеров и веса с соответствующей экономией меди.
Сущность изобретения заключается в том, что рабочую жидкость создают в отличие от аналога в виде водного раствора спирта и аммиака (NН3) путем смешивания до состояния гомогенности дистиллированной или деионизованной воды, водорастворимого спирта и малоконцентрированного водного раствора аммиака, например 10%-ного аммиачного раствора (нашатырного спирта по ТУ 1004-92), который широко используется, в частности, для медицинских, бытовых и хозяйственных целей. Порядок разбавления воды указанными ингредиентами для получения необходимого раствора может быть любым при условии гомогенизации любым известным способом полученной смеси в закрытом сосуде, например встряхиванием в течение нескольких минут. Полученная рабочая жидкость обладает пониженным поверхностным натяжением и повышенной текучестью при низких температурах и по сравнению с прототипом более равномерно испаряется в испарителе плазмотрона за счет однородной по объему гидратации молекул спирта и полной смешиваемости ингредиентов до состояния истинного раствора. Как следствие, использование рабочей жидкости в виде раствора в отличие от аналога устраняет нестабильность состава плазмы в процессе сварки и часто наблюдаемое шунтирование дуги, а также ускоряет заправку плазмотрона рабочей жидкостью. Использование стандартизированного нашатырного спирта для введения аммиака в рабочую жидкость в растворенном состоянии, а не в виде газа позволяет не применять газобаллонное оборудование и элементарным расчетом определить содержание собственно аммиака в рабочей жидкости как необходимого ингредиента раствора. Для сварки достаточным содержанием аммиака является 0,3-3,0 мас.% в трехкомпонентном водном растворе, содержащем 30-60 мас.% спирта, например этанола.
Так, для получения рабочей жидкости массой М необходимо разбавить воду массой m1 спиртом массой m2=х·М/100% и 10%-ным нашатырным спиртом массой m3=y·М/10%, где х и у, соответственно, необходимое содержание (в мас.%) в жидкости спирта и аммиака, a m1=М-m2-m3.
При содержании аммиака в рабочей жидкости менее 0,3 мас.% его указанное выше действие не наблюдается, при содержании более 3,0 мас.% наблюдается так называемая «веерность» плазменной струи и снижается эффективность ее действия на обрабатываемую поверхность при сварке.
Таким образом, рабочая жидкость согласно изобретению позволяет ввести в плазму дополнительно водород как газ-восстановитель и азот, что повышает мощность плазмы, продлевает срок службы электродного узла, препятствует осаждению углеродных и других осаждений на его деталях и способствует повышенной впитываемости рабочей жидкости в капиллярно-пористый наполнитель резервуара. Кроме того, за счет водорода снижаются окисляющие свойства плазмы в зоне сварки, а использование дистиллированной или деионизованной воды в качестве основы рабочей жидкости совместно с известным действием аммиака устраняет нежелательные осаждения на испарителе и изоляторах в канале плазмотрона, способствует ускоренной растворимости спирта и стабильности состава плазмы.
Парообразование может быть произведено, как и в прототипе, непосредственно в плазмотроне путем испарения рабочей жидкости, заполняющей в нем специальный резервуар, за счет тепловой энергии, выделяемой горящей дугой на электродах.
Основным техническим результатом заявленного изобретения является повышение гомогенности и текучести рабочей жидкости, в частности, при пониженной температуре за счет уменьшения ее поверхностного натяжения, что сокращает время заправки плазмотрона путем пропитки жидкостью влаговпитывающего наполнителя в резервуаре плазмотрона и одновременно способствует ускоренной смешиваемости ингредиентов раствора до состояния необходимой гомогенности, и, как следствие, повышение стабильности состава плазменной струи в процессе сварки, а также устранение нежелательных отложений на деталях плазмотрона и уменьшение выработки катода.
Заявленный способ плазменно-дуговой сварки осуществляют посредством электродугового плазмотрона с дугой косвенного действия, при этом тепловая энергия передается обрабатываемому изделию плазменной струей, выходящей из сопла-анода плазмотрона. Возможно возбуждение в зоне сварки ультразвуковых колебаний путем соответствующей модуляции тока или напряжения на дуге или повышением содержания в плазме атомов водорода за счет добавления в рабочую жидкость достаточного количества водного аммиачного раствора.
Сварку дугой косвенного действия осуществляют следующим образом (на примере многофункционального портативного плазменного комплекса «ГОРЫНЫЧ» [6], состоящего из блока питания и управления БПУ-220/8 и плазмотрона ГП-22).
Указанный комплекс является электродуговым генератором низкотемпературной плазмы, получаемой нагревом паров рабочей жидкости в плазмотроне до температуры ионизации. Внешний вид блока питания и плазмотрона показан на фиг.1 и 2. Конструкция электродного узла плазмотрона известна и широко используется.
Дозируют жидкие компоненты, входящие в рабочую смесь, например, мас.%: этиловый спирт - 40, вода дистиллированная - 57 и раствор аммиака (ТУ 1004-92) - 3.
Заправляют плазмотрон рабочей жидкостью. Для этого отворачивают крышку заправочной горловины 6. Производят заправку плазмотрона до появления капель рабочей жидкости из отверстия сопла-анода 5. Первые 2/3 объема рабочей жидкости заправляются свободно, затем скорость заправки уменьшается, что обусловлено свойствами влаговпитывающего материала, находящегося внутри плазмотрона. Заворачивают крышку.
Запуск плазмотрона производят при любом значении тока, отображаемом на цифровом индикаторе 4 блока питания. С помощью кнопок 2 и 3 блока питания задают требуемый токовый режим. Нажимают на блоке питания кнопку 1. В течение восьми секунд после нажатия кнопки 1 нажимают на плазмотроне до упора кнопку 7 и плавно ее отпускают. Через несколько секунд из сопла-анода 5 появится плазменная струя.
Сварка в режиме дуги косвенного действия сходна с газовой сваркой [1, 3]. Выбор конкретных токовых режимов работы блока питания определяют рекомендациями в краткой технологической инструкции [7], например осуществляют сварку «встык» медных пластин толщиной 5 мм, без флюса.
Присадочный материал | Состав рабочей жидкости, мас.% | Ток в дуге, А | Напряжение на дуге, В | «Звучание» дуги |
Медная проволока, диаметр 2 мм | Спирт этиловый 40, аммиак 2, вода 58 | 5 | 160 | Нет |
Припой П81 в виде прутка с желобком | Спирт 40, аммиак 3, вода 57 (пайкосварка) | 4 | 175 | Есть |
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Сварка в машиностроении (справочник). Под ред. Ольшанского Н.А. Том 1. - М.: Машиностроение, 1978.
2. Микроплазменная сварка. Под ред. Патона Б.Е. - Киев: Наукова Думка, 1979, с.19-21.
3. Патент России №2103129, кл. 6 В23К 10/02 (заявка 1997.03.03), опубл. 1998.01.27.
4. Авторское свидетельство СССР №844178, кл. В23К 9/16, 1981.07.07.
5. Авторское свидетельство СССР №1655702, кл. В23К 10/00, 1991.15.06.
6. Многофункциональный портативный плазменный комплекс «ГОРЫНЫЧ». Руководство по эксплуатации. - М.: ООО «АС и ПП», 2008 (http://www.as-pp.ru).
7. Многофункциональный портативный плазменный комплекс «ГОРЫНЫЧ». Краткая технологическая инструкция. - М.: ООО «АС и ПП», 2008 (http://www.as-pp.ru).
Claims (2)
1. Способ плазменно-дуговой сварки металлов, включающий формирование с помощью дуги косвенного действия плазменной струи путем обжатия дуги плазмообразующей средой, получаемой путем парообразования в плазмотроне рабочей жидкости, содержащей воду с добавлением спирта, отличающийся тем, что в рабочую жидкость добавляют 10%-ный водный раствор аммиака, при этом содержание в рабочей жидкости аммиака составляет 0,3-3,0 мас.%, а спирта-30-60 мас.%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в плазменной струе создают ультразвуковые колебания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008121951/02A RU2397848C2 (ru) | 2008-06-02 | 2008-06-02 | Способ плазменно-дуговой сварки металлов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008121951/02A RU2397848C2 (ru) | 2008-06-02 | 2008-06-02 | Способ плазменно-дуговой сварки металлов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008121951A RU2008121951A (ru) | 2009-12-10 |
RU2397848C2 true RU2397848C2 (ru) | 2010-08-27 |
Family
ID=41489042
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008121951/02A RU2397848C2 (ru) | 2008-06-02 | 2008-06-02 | Способ плазменно-дуговой сварки металлов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2397848C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3393215A1 (de) | 2017-04-20 | 2018-10-24 | Andrey Senokosov | Lichtbogenplasmatron-oberflächenbehandlung |
RU2693233C2 (ru) * | 2014-08-12 | 2019-07-01 | Гипертерм, Инк. | Затратоэффективная головка для плазменно-дуговой горелки |
-
2008
- 2008-06-02 RU RU2008121951/02A patent/RU2397848C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693233C2 (ru) * | 2014-08-12 | 2019-07-01 | Гипертерм, Инк. | Затратоэффективная головка для плазменно-дуговой горелки |
EP3393215A1 (de) | 2017-04-20 | 2018-10-24 | Andrey Senokosov | Lichtbogenplasmatron-oberflächenbehandlung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008121951A (ru) | 2009-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kah et al. | Influence of shielding gases in the welding of metals | |
ES2683593T3 (es) | Procedimiento para la soldadura por arco o para procesar material con emisión reducida de sustancias nocivas | |
RU2397848C2 (ru) | Способ плазменно-дуговой сварки металлов | |
JP2008229641A (ja) | プラズマミグ溶接方法 | |
US20040211760A1 (en) | Plasma cutting process with dual gas flow | |
US6087616A (en) | Method for the plasmic arc-welding of metals | |
JP2009509130A (ja) | 熱エネルギーの生成方法 | |
JPS6380968A (ja) | プラズマア−クの発生方法及び発生装置 | |
CN107000103A (zh) | 用于钨极气体保护焊用焊炬的电极以及具有这种电极的焊炬 | |
RU2411112C2 (ru) | Способ микроплазменной сварки металлов | |
CA2285173C (en) | Arc-plasma method for welding metals | |
CN105940765B (zh) | 用于操作电弧炉的方法以及电弧炉 | |
JP2014014830A (ja) | 二相ステンレス鋼の溶接方法 | |
RU93720U1 (ru) | Многофункциональный переносной комплекс для плазменной обработки | |
RU2111098C1 (ru) | Способ электродуговой плазменной сварки металлов | |
RU2418662C1 (ru) | Способ плазменной обработки негорючих материалов | |
CN107931804B (zh) | 一种注水等离子切割金属方法 | |
RU115141U1 (ru) | Плазмотрон парожидкостный электродуговой | |
RU2359433C1 (ru) | Способ генерации плазменного потока | |
JP4015380B2 (ja) | ガス圧接方法およびガス圧接装置 | |
RU2286867C1 (ru) | Способ обработки поверхностей | |
ES2359234T3 (es) | Utilización de una mezcla gaseosa protectora para la soldadura híbrida por láser de materiales metálicos. | |
GB279886A (en) | Improvements in and relating to arc welding electrodes and holders therefor | |
JP3915099B2 (ja) | 高熱発生装置および方法 | |
JP5029979B1 (ja) | 半自動アーク溶接法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120603 |