SU749594A1 - Плазменна горелка - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области сва.,очного производства и может.быть использовано дл  плазменной сварки металлов, преимущественно ферромагнитных, в различных отрасл х народного хоз йства.

Большим эффективным КПД сжатой дуги и высокой производительностью процесса сварки характеризуетс  конструкци  известной плазменной горелки, предназначенной дл  длительного поддержани  дуговой плазмы между концом электрода и свариваемым изделием 1.

Особенности известной плазменной горелки состо т в том, что удлиненный электрод , выполненный из тугоплавкого материала , выступает за пределы соплового узла, состо щего из плазмообразующего (внутреннего ) и защитного (внешнего) сопел, а в плазмообразуюшем сопле горелки выполнен р д цилиндрических отверстий малого диаметра, расположенных равно.мерно по окружности , концентрично электроду, и наклоненных к нему таким образом, что все струи плазмообразующего газа, вь;ход щие из этих отверстий, пересекаютс  в о :юй точке на конце электрода. Кроме пла мообразующего сопла, горелка имеет защитное.

2

Между наружной поверхностью плазмообразующего сопла и вн тренней поверхностью защитного сопла имеетс  кольцева  полость , в которую через р д цн.тиндрнческих отверстий., расположенных равномерно по окружности и концентрично электроду, по ступает защитный газ.

Недостатком известной плазменной горелки  вл етс  недостаточна  г-ространственна  устойчивость столба дуги в гфомежутке между электродом и изделием при сварке

JO ферромагнитных металлов, так как выстуние конца электрода за пределы сопла обеспечивает лишь формирование м гкой сжатой дуги.

Известна плазменна  горелка дл  обра15 ботки материалов, имеюща  сопловой узел с осевым цилиндрическим каналом, вне1пним и внутренним р дами концентричных отверстий , расположенных равномерно по окружности и под углом к оси плазменной торел20 ки, а также соосно установленньм- электрод, диаметр торца которого равен ди;.метру осевого цилиндрического канала 2;.

Целью предполагаемого изоб.пгтени   зл етс  повьипение глубины прославлени  путем увеличени  эффективного КПД сжатой дуги. Это достигаетс  тем, что отношение длины осевого цилиндрического канала к его диаметру составл ет 0,25-0,40, а отношение диаметров соответствует выражению где Д - диаметр осевого цилиндрического канала и торца электрода; ДчиДг.-соооветственно диаметры внутреннего и внешнего р дов концентричных отверстий на торце соплового узла. На приведенном чертеже показано устройство плазменной горелки. Плазменна  горелка содержит сопловой узел 1 с осевым цилиндрическим каналом длиной L и диаметром Д, а также электрод 2 с катодной вставкой. Электрод размещен соосно сопловому узлу и отделен от него кольцевым промежутком, при этом диаметр торца электрода и диаметр осевого цилиндрического канала в сопловом узле равны между собой. Концентричные отверсти  в каждом р ду, как во внутреннем, так и во внешнем, расположены равномерно по окружности, наклонены к оси плазменной горелки и выход т на торец соплового узла. Концентричные отверсти  внутреннего р да расположены под углом к продольной оси плазменной горелки таким образом, что их оси пересекаютс  на оси плазменной горелки в одной точке, совпадающей с точкой пересечени  оси горелки с поверхностью свариваемого металла 3. Угол наклона концентричных отверстий внешнего р да и продольной оси плазменной горелки равен, меньше или больше угла наклона отверстий внутреннего р да. Во всех случа х соотношение диаметров осевого цилиндрического канала и торца электрода с разницей диаметров внешнего и внутреннего р дов концентричных отверстий на торце соплового узла соответствуют выражению где Д - диаметры осевого цилиндрического канала и торца электрода; Д,иД2.- соотвественно диаметры внутреннего и внешнего р дов концентричных отверстий на торце соплового узла. Указанные соотношени  основных геометрических размеров плазменной горелки  вл ютс  оптимальными при сварке ферромагнитных металлов. Так, например, изменение соотношени  диаметра и длины осевого цилиндрического канала за пределы 0,25-0,40 в сторону увеличени  ведет к пропорциональному увеличению непроизводительных потерь тепла дуги в стенки канала сопла и, как следствие, к снижению эффективного КПД сжатой дуги, а изменение этого соотношени  в сторону уменьшени  - к резкому снижению температуры направленного потока плазмы и пространственной устойчивости столба сжатой дуги. Равенство диаметров осевого цилиндрического сопла и торца электрода обуславливаетс  необходимостью жесткой фиксации катодного п тна на оси электрода. Уменьшение диаметра торца электрода ведет к снижению эксплуатационной надежности электрода из-за его перегрева , а увеличение - вызывает неустойчивость положени  катодного п тна. Особо важным  вл етс  соблюдение оптимального соотношени  диаметров осевого цилиндрического канала и торца электрода с разницей диаметров концентричных р дов отверстий на торце соплового узла. Высока  производительность процесса сварки при максимальной глубине проплавлени , хорошее качество сварного соединени  и надежна  защита сварочной ванны от вредного вли ни  окружающей среды обеспечиваетс  лишь в том случае, когда соотношение основных геометрических размеров плазменной горелки соответствует вышеуказанному тождеству. Во всех случа х, несоблюдение вышеуказанного тождества приводит к снижению эффективного КПД сжатой дуги, как следствие, к уменьшению глубины проплавлени , к ухудшению качества сварного соединени  и защиты сварочной ванны от окружающей среды , а также к уменьщению эксплуатационной надежности плазменной горелки. Так, например, изменение этого соотнощени  в сторону увеличени  от единицы, за счет увеличени  диаметра внутреннего р да концентричных отверстий на торце соплового узла измен ет услови  стабилизации столба сжатой дуги в промежутке между сопловым углом и поверхностью свариваемого металла , что ведет к расширению п тна нагрева и, как следствие, к уменьшению глубины проплавлени  металла или снижению производительности процесса сварки. С другой стороны, уменьшение диаметра внутреннего р /Са концентричных отверстий на торце соплового узла (соотношение основных геометрических размеров плазменной горелки измен етс  в сторону уменьшени  от единицы) снижает эксплуатационную надежность соплового узла и нарушает ламинарность направленного потока плазмы, в следствие чего ухудшаетс  защита столба дуги и сварочной ванны от окружающей среды. Вли ние диаметра внешнего р да отверстий на торце соплового узла также дво ко: увеличение этого диаметра снижает эксплуатационную надежность соплового узла из-за его перегрева, уменьшение ухудшает защиту сварочной ванны от вредного вли ни  окружающей среды. Вли ние диаметра торца электрода на надежность работы плазменной горелки и обусловленность равенства его с диаметром осевого цилиндрического канала соплового узла было показано выше . Диаметр осевого цилиндрического канала  вл етс  одним из важнейших параметров плазменной горелки, определ ющим производительность процесса сварки, качество

сварного соединени  и эксплуатационную надежность плазменной горелки.

Величина диаметра осевого цилиндрического канала соплового узла определ етс  величиной тока сжатой дуги. Эта зависимость носит пропорциональный характер. Так, например, при токе дуги 250 А диаметр осевого канала соплового узла составл ет 4 мм, при токе дуги 600 А - 8 мм.

В указанном соотношении основных геометрических размеров плазменной горелки увеличение диаметра осевого цилиндрического канала соплового узла (соотношение размеров измен етс  в сторону увеличени  от единицы) снижает температуру в столбе дуги (глубина проплавлени  уменьшаетс ) и пространственную устойчивость столба дуги; уменьшение диаметра осевого цилиндрического канала (соотношение размеров измен етс  в сторону уменьшени  от единицы ) резко снижает эксплуатационную надежность сонлового узла из-за его разрушени  при двойном дугообразовании.

Плазменна  горелка работает следующим образом.

Первоначально в кольцевой зазор между электродом и сопловым узлом подаетс  плазмообразующий газ, после чего возбуждаетс  вспомогательна  дуга. Вспомогательна  дуга горит между электродом и сопловым узлом, при этом ее катодное п тно размещаетс  на торцовой поверхности электрода , а анодное - на наружной поверхности торца соплового узла, где и перемешаетс  хаотически в результате воздействи  на него газодинамических сил газового потока. Как только поток ионизированных частиц касаетс  поверхности свариваемого металла , вспомогательна  дуга автоматически переходит в сильноточную (сжатую), гор щую между электродом и изделием, при этом анодное п тно дуги размешаетс  на поверхности свариваемого металла. Одновременно с возбуждением сжатой дуги через концентричные отверсти  в сопловом узле подаетс  защитный газ, например, углекислый газ, защищающий столб плазменной дуги и поверхность расплавленного металла в сварочной ванне от окружающей среды. Фокусирующий газ, выход щий из концентричных отверстий внутреннего р да не толь/ко защищает столб дуги от окружающей среды , но и дополнительно стабилизирует направленный поток плазмы в промежутке между сопловым узлом и поверхностью свариваемого металла, обеспечива  тем самым больщую пространственную устойчивость в сравнении с известной конструкцией- плазменной горелки, так как в предложенной плаз .менной горелке в формировании и стабилизации столба дуги в промежутке катод-анод участвуют как осевой цилиндрический канал сопла, так и поток фокусирующего (стабилизирующего ) газа.

Кроме того, фокусирующий поток газа,

выход щий из отверстий внутреннего р да, не только стабилизирует столб дуги в про .межутке между сопловым узлом и изделием , но и о.хлаждает наружный слой потока плазмы в непосредственной близости от

анодного п тна дуги, создава  тем самым благопри тные услови  дл  локализации п тна нагрева и увеличени  глубины проплавлени  основного металла.

Длительные эксплуатационные испытани  предложенной конструкции плазменной горелки показали ее надежную работу и качественное фор.мирование шва при сварке ферромагнитных металлов с одновременным увеличением глубины проплавлени  основного металла.

Так, например, при токе дуги 50(1 А и напр жении на столбе дуги 50 В достигнута глубина проплавлени  12 мм за один проход (при наплавке в.аликоз).

IS

Claims (2)

1.Патент Англии № 1293229. кл. В 3 R, 1975.

2.Быховский Д. Г. Газоэлектрическа  резка металлов в судостроении. «Судостроение , Л., 1964, с. 27-32.