SE411024B - Sett for styrning av hastigheten av en gasskerningsoperation och gasskerningsapparat for genomforande av settet - Google Patents

Description

30 35 40 7200227-2 2 skärningsoperationen fortsättas genom att ånyo flytta ramen.

För att undvika sådan felfunktion under arbetets gång är en manuell övervakning oundgänglig, vilket gör arbetskostnaden hög.

Skulle även i ett numeriskt övervakningssystem en tänd- ningsmiss inträffa i skärmunstycket, fortsätter förflyttningen av det av den numeriska övervakningsutrustningen drivna mun- stycket någon stund, innan apparaten stoppas av maskinopera- tören. I ett dylikt fall har den numeriska övervakningsut- rustningen redan gjort ytterligare några steg efter det mun- stycket slutat fungera. Denna gång störes en noggrann över- vakningsfunktion. Nästan samma problem uppstår vid en på optisk väg spårande gasskärningsapparat.

Följaktligen är den manuella övervakningen oundgänglig vid konventionella ovan nämnda slag av automatiska gasskär- ningsapparater, vilket eventuellt dock kan medföra felfunktion.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att mildra ovan- nämnda nackdelar med konventionella gasskärningsapparater.

Ettfannat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt och en apparat för automatisk styrning av en gasskärnings- operation genom att automatiskt reglera skärningshastigheten till ett önskat värde och genom att automatiskt stoppa appara- ten vid önskad tidpunkt, t.ex. vid en tändningsmiss.

Uppfinningen består av ett nytt sätt och en ny apparat för styrning av en gasskärningsoperation, varvid ett ljusstyrkeav- kännande och/eller mätande organ är anbringat i linje med skär- lågans oxiderande reaktionszon och genom skärsyrgasens bana, vilket organ automatiskt övervakar gasskärningsbetingelserna, såsom skärningshastighet, fullföljande av skärningsfunktionen, tändningsmiss hos skärlågan etc. genom avkännande av ljusför- ändring i skärlågans oxiderande reaktionszon.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, som visa fig. 1 en framifrån sedd automatisk gasskärningsapparat, på vilken uppfinningen kan tillämpas, fig. 2 genomskärning av blåsrörs- och munstycksdelen hos en gasskärningsapparat enligt uppfinningen, rig. 3 skärmunstycket enligt fig. 2, sett i piiarnas A-A riktning, u fig. 4(A) - (C) schematiska framställningar av utseendet hos en fotocellkropp, använd i enlighet med uppfinningen, 10 15 20 25 35 40 7200227-2 3. fig. 4(D) schematisk framställning av skärförloppets fortgång, sett på en sektion av arbetsstycket, ett diagram, åskådliggörande ett typiskt samband mellan den avkända, från fotocellkroppen utgående spänningen och skärapparatens skärningshastighet, exempel på ett oscillogram, uppvisande den under en skärningsoperation faktiska utgående spänningen hos uppfinningens fotocellkropp, ett blockschema, åskådliggörande ett exempel på en övervakningskrets för gasskärningsapparaten.

Fig. 1 åskådliggör arbetsprinciperna och grundkonstruk- tionen hos en automatisk gasskärningsapparat, på vilken uppfin- ningen kan tillämpas. I fig. 1 är gasskärningsapparatens ram 2 monterad, så att den på hjul 3, 3' kan röra sig utmed räls- skenor 1, 1'. Ramens 2 rörelse på de parallella rälsskenorna 1, 1' styres av ett drivorgan 4 vid ramens 2 huvudände, vilket drivorgan i sin tur regleras från en manöverpanel 5. Ett rör- ligt bord 6, i längsgående riktninr flyttbart anbringat på ramens 2 huvudstyckc, innefattarett blåsrör 7 med sitt skär- munstycke anbringat ovanför ett arbetsetycke 8, som bäres upp I fig. 1 visas två rörliga bord 6 och 6'. fig. 5 fig. 6 fig. 7 av en arbetsram 9.

Detaljerna på drivorganet 4 och manöverpanelen äro enbart markerade, då dessa delar icke utgöra någon väsentlig del av uppfinningen.

Det vanliga förfarandet vid gasskärning är att först upp- värma den omedelbara delen av arbetsstycket, som skall skäras, t.ex. en stålplät, medelst en förvärmningslåga från en bland- ning av bränslegas och syrgas. När den del av stålplåten, som skall skäras, är tillräckligt varm, blåsos skürsyrgas av högt tryck mot arbetsntyokot för att åstadkomma en kraftig oxida- tionsprocess mellan arbetsstycket och skärsyrgasströmmen. Vid oxidationsprocessen uppvärmes arbetsstycket, t.ex. en stålplåt, så att det smälter, och den bildade smältslaggen blåses bort från själva skärstället tack vare syrgasströmmens kinetiska energi, varefter skärningsoperationen kan forteättas genom relativ förskjutning mellan munstycket och arbetsstycket.

Uppfinningen tillkom på basis av den idén, att ljusstyrkan i lågans oxidationszon varierar allt efter betingelsen eller tillståndet under gasskürningen, speciellt sådana faktorer som påbörjandet, skärandet, skärningshastígheten och tändningsmiss 10 15 20 25 55 40 7200227 -2 4. eller fullföljande av skärandet. I enlighet med uppfinningen avkännes förändringen i ljusstyrka under olika betingelser vid skärningsoperationen medelst ett fotoelektriskt detektororgan, anbringat i linje med arbetsstyckets ljusproducerande del, dvs den del av arbetsstycket, som skall skäras.

Fig. 2 visar tvärsektionen av ett exempel på ett blåsrör med tillhörande skärmunstycke på en gasskärningsapparat enligt uppfinningen. Som framgår av fig. 2, är medelst en säkringe- mutter 11 ett skärmunstycke 10 fäst vid ett blåsrörs 7 nedre ände. Skärmunstycket 10 är i mitten försett med en mittkanal 12, avsedd för skärsyrgasen, samt runt mittkanalen 12 med ett fler- tal hål 13 för utblåsning av den förvärmande lågan. Fig. 3 visar änden på skärmunstycket 10, varav anordnandet av hålen framgår tydligare. Den förvärmande lågan kommer från en bland- ning av förvärmningssyrgas, som från en tillförselslang 19 ledes genom en kanal 18 i blåsröret 7 och via blandningsdelar 14 föres in i hålen 13 och bränslegas, som från en tillförselslang 21 ledes genom en kanal 20 i blåsröret 7 in i skärmunstyckets bland- ningsdelar 14. Ovannämnda apparatkonstruktion är precis densamma som på vanliga skärapparater, varför ytterligare detaljbeskriv- ning är överflödig. Det skall noteras, att blåsröret 7 är an- bringat på ovannämnda rörliga bord 6 (fig. 1) för att kunna flyttas över arbetsstycket 8 och höjden mellan arbetsstfcket 8 och det relativa läget, beroende på löpriktning eller löphastig- het, regleras av drivorganet 4. I fig. 2 betecknar 26 schema- tiskt en av skärsyrgasen gjord skärskåra.

Blåsröret 7 har en mittkanal 15, genom vilken den från en slang 17 via i blåsröret gjord grenledning 16 tillförda skär- syrgasen ledes. I enlighet med uppfinningen är mittkanalen 15 dragen vertikalt upp till blåsrörets 7 övre ände, Vid blås- rörets 7 övre ände är fäst en utvändigt gängad ledning 30 och en fotocellkropp 22, t.ex. en fotodiod, är fäst medelst en mutter 23, företrädesvis även innehållande etttransparent skydds- glas 24. Fotocellkroppen 22 är placerad i synlinje med blås- rörets 7 mittkanal 15, som i sin tur är i synlinje med mun- styckets 10 mittkanal 12 för skärsyrgasen. Ledningar 22§ 22' äro anslutna till fotocellen 22 för att på känt sätt avleda fotocellelementets 22 utgående spänning. Ledningarna 22', 22' äro anslutna till ingången till en styrapparat, som senare kom- mer att förklaras, avsedd för gasskärningsapparaten. Med denna 10 20 25 30 40 '7200227-2 15 _ _ . _. _. _-.. anordning är arbetsstyckets förbrännings- eller oxidationszon i synlinje med fotocellelementet 22 och följaktligen produ- cerar detta element en utspänning svarande mot ljusintensiteten.

Under hänvisning till fig. 4 kommer nu sambandet mellan skärapparatens skärningshastighet och ljusintensiteten, som träffar fotocellelementet, att förklaras. I var och en av figurerna 4(A), 4(B) och 4(C) anger en cirkelbåge 25 den all- männa bild, som vid blåsrörets 7 övre ände via kanalen 15 och munstyckets 10 kanal 12 för skärsyrgas, avgives till fotocell- elementet 22. I fig. 4 anger beteckningen 26 skärskåran i arbetsstycket 8, där den smälta slaggen blåses bort, och 26' betecknar skärskårans sidokant.

Fig. 4(A) visar det tillstånd, där skärningshastigheten hålles vid lämpligt värde. Ett sådant lämpligt värde på skär- ningshastigheten varierar, beroende på skärmunstyckets utform- ning, förutsättning för skärningcn och arbetnntyckcts tjocklek.

Emellertid må framhållas, att för en ordinär typ av skärmun- stycke, som användes för skärning av en stålplåt med en tjock- lek av 12,7 mm till 25,4 mm (1/2 - 1 tum), en lämplig skär- ningshastighet för högkvalitetsskärning är omkring 400 - 600 mm per minut. Under sådana betingelser blåses smältslaggen bort tack vare skärsyrgasströmmens höga hastighet och skärbrännarens sig framåt rörande front bildar i huvudsak rät vinkel till arbetsstyckets yta. I detta fall emanerar det utgående ljuset, som från oxidationsreaktionszonen faller mot fotocellelementet 22, från den streckadc delen 27, där det sker en mycket kraftig oxidutionsrcaktinn.

Fig. 4(B) visar den betingelse, där skürninçnhactighotnn ökats något. I detta fall lutar skärbrännarens front och bil- dar en eftersläpning med längden "d", såsom framgår av fig. 4(D) och arbetsstyckets ljusproducerande del blir något större, såsom framgår av 27' i fig. 4(B).

Fig. 4(0) visar det fall, när tändningsmiss inträffar.

Skärmunstycket har rört sig ut från skärskåran 26 och befinner sig mittför stålplåten förbi skåran och skärningen avbrytes.

I detta fall faller inget ljus mot fotocellelementet 22 beroende på utebliven hög oxidationstempcratur. “n Som ovan nämnts varierar mängden ljus, som faller in mot fotoocllen allt efter förändringen i skörningshastighet. Mängden ljus ökar nämligen till följd av ökad nkürningshastighet och vid 10 20 25 30 _ 35 40 7200227-2 6 'tändningsmiss synes inget ljus. Hera korrekt uttryckt varierar ljusstyrkan i oxidationsreaktionszonen allt efter det skärnings- hastigheten varierar. men det har efter ett flertal experiment konstaterats, att detta i praktiken kan bortses fràn.

Som ovan nämnts baseras uppfinningen på idén att under pågående gasskärning medelst en fotocell avkänna variationen i ljusstyrka inom arbetsstyckets oxidationsreaktionszon, vil- ken fotocell, beroende på den ljusstyrka, som faller mot den- samma, alstrar en varierande utgående spänning, varvid varia- tionen i fotocellens utgående spänning förstärkes och användes för att styra gasskärningsapparaten.

I ett speciellt utförande av uppfinningen är mellanrum- met mellan munstyckets 10 spets och stålplåten 8 till 10 mm och avståndet mellan munstyckets 10 spets och fotocellelementet 22 är 150 mm. Som fotocellelcment användes en fotodiod av foto- elektroniktyp och ledningarna 22' äro anslutna till ett oscillo- skop för mätning av variationen i spänning och ljusstyrka.

Resultatet av denna mätning kommer i det efterföljande att för- klaras.

Den på oscilloskopet uppmätta utgående spänningen kommer att vara noll vid början av gasskärningsoperationen, dvs vid tändandet, vid reglerandet av förvärmningslågan intill det faktiska pâbörjandet av förvärmningen av stålplåten vid dess begynnelsekant. Denna spänning kommer att stiga något, när änd- ytan när en tändningstemperatur på ca 950°C och visar sig öka väsentligt, när skärsyrgas tillföres vid påbörjandet av själva skärningen, vilket åstadkommer en mycket kraftig oxidations- reaktion_vid en smälttemperatur på ca 160000 eller mer.

Fig. 5 visar grafiskt ett typiskt samband mellan skärnings- jhastigheten och den avkända spänningen, som observerats på-ett oscilloskop, varvid skärsyrgasströmmens diameter var 1,3 mm och stålplåtens tjocklek 25 mm. Någon praktisk skillnad iakttogs icke, när mellanrummet mellan munstycksspetsen och stålplåten låg inom området 10 till 80 mm. Detta faktum visar, att avkän- ningsmetoden enligt uppfinningen ger en hög avkänningsnoggrann- het inom ett stort område för munstyckets höjd ovanför arbets- stycket. När skärningsoperationen på grund av tändningsmiss avbrytas och åstadkommer, att uunntynkct nütcr en osmält stål- plåt, eller när skürningnopcrntihnun avslutas och någon oxida- tionsreaktion icke åstadkommas sjunker den avkända spänningen plötsligt till 0 mV. 10 15 20 25 30 35 40 7200227-2 7.

När det gäller icke vertikal skärning, ökas den vid skäran- det synbara plåttjockleken något på grund av den sneda skör- riktningen och då kan iakttagas en något förhöjd avkänd spän- ning. Även vid rundskärning, i allmänhet inom tekniken känd som "borrningsoperation", visar den avkända spänningen en klar och tydlig ökning vid tidpunkten för oxidationsreaktionens påbörjande, när förvärmningsproceduren växlas över till rund- skärning. Emellertid kan förfaringssättet enligt uppfinningen i lika grad utan större svårighet tillämpas vid sådana fall i praktiken.

Fig. 6 utgör en återgivning av ett verkligt oscillogram, avlöst vid av en skärapparat enligt uppfinningen utfört arbete.

Oscillogrammet är taget vid skärning av en stålplât, 25 mm tjock, och vld on munntynkuhöjd av 10 mm. Ordinatan l oocillogrummet utgör avkänd spänning, härledd från fotocellelementet 22. En skaldel motsvarar approximativt 100 mV. Diagrammets abskissa utgör tidsintervall för ändring av skärningshastigheten, såsom En skalenhet motsvarar omkring 5 sekunder.

Som framgår anges med nummer.

Punkt "1" är påbörjandet av förvärmningsproceduren. av oscillogrammet svarar delen mellan punkt "1" och punkt "2“ mot förvärmningstillståndet. Punkt "2", där det inträffar en topp i utgående spänning, svarar mot påbörjandet av skärandet genom inhlåsning av skärsyrgas till den förvärmda delen av arbets- stycket. Den faktiska utgående spänningen visar väsentlig fluktuation, men det kan utjömnas genom användandet av en lämp- lig elektrisk strömkrcts. Numron 200, 400, 600, 800, 800 < ange, att munstyckets relativa rörelse är 200 mm/min., 400 mm/min. .... 800 mm/min. och över 800 mm/min. Punkt 3 anger, att lågan Sl00knaT, bGr06nåe på alltför hög relativ hastighet på mun- stycket 10. Som framgår av diagrammet, sjunker kurvan då plöts- ligt ned till O mV.

Fig. 7 är ett blockdiagram, som schematiskt åskådliggör ett utförande i enlighet med uppfinningen av övervakningssystemet, utnyttjande den avkända, utgående spänningen. I fig. 7 utgöra blåsröret 7 och munstycket 10 den viktigaste delen av gasskär- ningsapparaten, såsom den förklarats i fig. 2. Den från foto- cellelementet 22 avkända, utgående spänningen föres via de ut- gående ledningarna 22' till en förstärkare 32. I denna för- stärkare 32 förstärkes den utgående spänningen och ledes till en integrationskrets 34, som utför en vågformning för att jämna ut 10 15 20 25 30 35 40 7200227-2 E en mindre fluktuation hos den utgående spänningen. En tändninge- misskontrollströmkrets 40 är ansluten till vàgformareströmkret- sen 34. Skulle en tändningsmiss inträffa, åstadkommande att den utgående spänningen plötsligt går ned till O volt, verkar tändningsmisskontrollkretsen 40 för att påverka magnetiska ven- tiler 61, 63 och 65 via påverkningskretsar 60, 62 och 64. Ven- tilerna äro inkopplade i tillförselledningarna för skärsyrgas, förvärmningssyrgas och bränslegas, vilka olika gaser tillföras skärapparaten via respektive slangar 17, 19 och 21, dels från en huvudsyrgasbehâllare 50 genom regulatorer 54 och 56 och dels från en huvudbränslebehållare 52 genom en regulator 58. Tänd- ningsmisskcntrollkretsen sänder också ut en instruktionssignal till en drivkontrollkrets 44 och stoppar huvuddrivmotorerna 46 och 48. Tändningsmisskontrollkretsen påverkar även en larm- apparat 42 för att påkalla övervakningspersonalens uppmärksamhet.

I normala fall ledes den utgående spänningen från vågformarström- kretsen 34 till en komparator 36, i vilken spänningen jämföres med referensspänningar V1 och V2. Dessa referensspänningar kunna företrädesvis väljas att motsvara övre och nedre gräns- värden för den lämpliga skärningshastigheten, t.ex. 400 - 600 mm/min. Om utgående spänning överstiger maximigränsen eller sjunker under minimigränsen, bestämda av referensspänningarna V1 och V2, ledes en utgående spänning till en styrenhet 38, som i sin tur påverkar drivkontrollkretsen 44 för att kvarhålla drivmotorernas 46 och 48 drivhastighet inom det förut nämnda lämpliga området.

Det må nämnas, att fig. 7 endast visar ett möjligt ut- förande av föreliggande uppfinning, som icke är begränsad till enbart detta kretsschema.

Som tydligt förklarats ovan uppvisar den i enlighet med uppfinningen avkända spänningen en märkbar variation vid av- brott i skärningsoperationen, beroende på en eventuell tänd- ningsmiss eller då skärapparaten slutar att skära, eftersom oxidationsreaktionen avslutas, och den visar också en väsentlig förändring vid variation i skärningshastigheten under skärandet.

Härav följer, att vid användande av avvikelsen i den från foto- cellen erhållna utgående spänningen och efter förstärkning och lämplig behandling av densamma, kan ett lämpligt styrande av gasskärningsapparatens funktioner åstadkommas, såsom stoppan- det av syrgas- och bränslegastillförseln, stoppandet av gas- 7200227-2 skärningsapparaten och hastighetsreglerandet av densamma.

Uppfinningen erbjuder därför stora fördelar genom förbättring av gasskärningsapparatens effektivitet.

Claims (7)

1200227-2 10 Patentkrav

1. l. Sätt för styrning av hastigheten av en gasskärningsoperation, k ä n n e t e c k n a t därav, att man med hjälp av ett ljus- känsligt element - som vid skärandet pâverkas av från arbets- styckets förbrännings- eller oxidationszon utgående ljus - avkänner förändringar i ljusstyrka i nämnda zon, varvid det, ljuskänsliga elementet avger en i beroende av sådana föränd- ringar i ljusstyrkan variabel utgångsspänning, samt att man använder denna spänning för att styra hastigheten av gasskär- ningsoperationen.

2. Sätt för styrning av hastigheten av en gasskärningsoperation enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att operationen stoppas, när en tändningsmiss avkännes av en utgångsspänning på O volt.

3. Gasskärningsapparat för genomförande av sättet enligt kraven l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar ljusavkänningsorgan för avkännande av förändringar i ljusstyrka inom oxidationszonen i gasskärningsapparatens skärlåga, spännings- avkänningsorgan för att avkänna en utgående elektrisk spänning, som alstras av nämnda ljusavkänningsorgan samt regleringsorgan för att i beroende av nämnda utgående elektriska spänning styra hastigheten av gasskärningsapparatens arbete på avsett sätt.

4. Gasskärningsapparat enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att ljusavkänningsorganet utgöres av ett fotoelektriskt element (22) (fig. 2).

5. Gasskärningsapparat enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att ljusavkänningsorganet (22) utgöres av en fototran- sistor (fig. 2).

6. Gasskärningsapparat enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att ljusavkänningsorganet (22) är anbringat i synlinje med skärapparatens ljuszon via munstyckets tillförselkanal (12) för skärsyrgas. 7200227-2 11

7. Gasskärningsapparat enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att ljusavkänningsorganet (22) är anbringat överst på blåsröret (7), varvid synlinjen från skärlågans ljuszon genomlöper blåsrörets mittkanal (15) för skärsyrgasen liksom tillförselkanalen (12) för nämnda gas i blåsrörets (7) munstycke (10) (fig. 2, 3). ANFÖRDA PUBLIKATIONER: Sverige 357 148 (B23K 7/10) Storbritannien 840 235 US 2 472 951 (148-9)