SU963758A2

SU963758A2 - Burner for gas-shield electric arc welding by non-consumable electrode

Info

Publication number: SU963758A2
Application number: SU803221243A
Authority: SU
Inventors: Всеволод Григорьевич Бессалый; Юрий Константинович Гонтарев; Алексей Филиппович Гриценко; Юрий Петрович Михайлов; Николай Алексеевич Носач; Владимир Федорович Присняков
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4311
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1982-10-07

Description

Изобретение относится к оборудованию для дуговой сварки в среде защитных газов.The invention relates to equipment for arc welding in a protective gas environment.

В основном изобретении по авт,св. j № 806312 описана горелка для дуговой сварки неплавящимсяг. электродом в среде защитных газов, содержащая полый герметичный электрододержатель, выполненный в виде тепловой трубы, на jq торце которого закреплен электрод. Горелка снабжена охватывающей электрод втулкой, выполненной из капиллярно-пористого. материала, пропитанного легкоплавким металлом, например оловом [1]. . ’5In the main invention by ed. j No. 806312 describes a torch for non-consumable arc welding. an electrode in a shielding gas medium containing a hollow sealed electrode holder made in the form of a heat pipe, on the jq end of which an electrode is fixed. The burner is equipped with a sleeve covering the electrode made of capillary-porous. material impregnated with fusible metal, such as tin [1]. . '5

Поскольку в горелке используется высокотемпературная тепловая труба (с жидкометаллическим теплоносителей ), возникают затруднения, связанные с ее охлаждением.Since the burner uses a high-temperature heat pipe (with liquid metal coolants), there are difficulties associated with its cooling.

Так, подача охлаждающей воды на разогретую до 600-900°С поверхность охлаждения тепловой.трубы под небЪльшим (6-8 кг/см ² ) давлением приводит· к появлению пленочного кипения *5 и кризиса.So, the supply of cooling water to the cooling surface of a heat pipe heated to 600–900 ° C under a small pressure (6–8 kg / cm ² ) leads to film boiling * 5 and a crisis.

При определенных тепловых нагрузках и соответствующих им перепадах температур Т_ст - Т_н = аТ (Т_ст “ 'температура стенки, Т_н - температура ^0 насыщения при данном давлении) коэф-~ фициент теплоотдачи достигает максимального значения и затем резко уменьшается. В этот момент происходит смена пузырькового режима течения, характеризуемого интенсивной теплоотдачей, на пленочный режим течения, когда жидкость отделяется от поверхности нагрева пленкой пара. Значение тепловой нагрузки, соответствующей смене пузырькового режима кипения на . пленочной, называется критической плотностью потока - или кризисом. Это явление возникает, когда на поверхность, разогретую до 500-600°С, поступает вода, давление которой не превосходит 5-8 атм.At certain thermal loads and the corresponding temperature differences T _st - T _n = aT (T _st is the wall temperature, T _n is the saturation temperature ^ 0 at a given pressure), the heat transfer coefficient reaches its maximum value and then sharply decreases. At this moment, the bubbly flow regime, characterized by intense heat transfer, changes to the film flow regime, when the liquid is separated from the heating surface by a vapor film. The value of the heat load corresponding to a change in the bubble boiling mode by. film, called critical flow density - or crisis. This phenomenon occurs when water reaches a surface heated to 500-600 ° C, the pressure of which does not exceed 5-8 atm.

Повышение давления до величины, подавляющей пленочное кипение на поверхности теплообмена (300-400 кг/см^{1 2}), нецелесообразно иэ-за необходимости существенного увеличения толщины стенок тепловой трубы (электрододержателя ), что приведет к существенному увеличению термического сопротивления, Кроме того, в соответствии с санитарными нормами и правилами (СНиПами ) это будет сосуд высокого давления со -всеми вытекающими отсюда последствиями.The increase in pressure to a value that suppresses film boiling on the heat transfer surface (300-400 kg / cm ^{1 2} ) is impractical due to the need to significantly increase the wall thickness of the heat pipe (electrode holder), which will lead to a significant increase in thermal resistance, In addition, in accordance with sanitary norms and rules (SNiPs) it will be a pressure vessel with all the ensuing consequences.

При использовании воды в качестве охладителя невозможно с необходимой точностью определить величину теплового потока, поступающего в зону нагрева горелки, в связи с чем расход воды выбирается по максимально- 5 му значению теплового потока. Уменьшение внличины подводимого теплового потока приводит к переохлаждению жидкометаллической тепловой трубы, уменьшению передаваемого теплового потока и Л О прогары трубы.When using water as a cooler, it is impossible to accurately determine the amount of heat flow entering the burner heating zone, and therefore the water flow is selected based on the maximum 5 value of the heat flow. A decrease in the magnitude of the supplied heat flux leads to supercooling of the liquid metal heat pipe, a decrease in the transmitted heat flux, and L0 burnout of the pipe.

Использование в качестве охладителя воздуха также неэффективно.Use as an air cooler is also inefficient.

Целью изобретения является увеличение срока службы горелки путем повышения эффективности теплоотвода от корпуса электрододержателя.The aim of the invention is to increase the life of the burner by increasing the efficiency of heat removal from the housing of the electrode holder.

Это достигается тем, что в предложенной горелке на корпусе электрододержателя в зоне конденсации установлен кожух, образующий с наружной поверхностью электрододержателя герметичную кольцевую полость, заправленную жидкометаллическим теплоносителем, в которой установлена концентричная электродрдержателю <раэ- 25 делительная перегородка с отверстиями у дна кожуха, ближнего к рабочему .торцу горелки.This is achieved by the fact that, in the proposed burner, a casing is installed on the electrode holder body in the condensation zone, forming a sealed annular cavity filled with a liquid metal coolant with an outer surface of the electrode holder, in which a concentric electrode holder <ra-25 dividing wall with holes at the bottom of the casing close to the working one is installed . end of the burner.

На чертеже схаматично показана :горелка, поперечный разрез. - 30The drawing schematically shows: burner, cross section. - thirty

Горелка содержит корпус электрододержателя 1 с неплавящимся электродом 2, установленным во втулке 3 из капиллярно-пористого материала. В хвостовой части в зоне)5 конденсации корпуса электрододержателя установлен кожух 4,герметич- > но соединенный с корпусом 1 и образующий герметичную кольцевую полость 'The burner comprises an electrode holder housing 1 with a non-consumable electrode 2 mounted in a sleeve 3 of a capillary-porous material. In the rear part in the condensation zone 5) of the electrode holder body, a casing 4 is installed, hermetically-> but connected to the body 1 and forming a sealed annular cavity '

5. На наружной поверхности кожуха до 4 размещен охлаждающий коллектор 6. Внутри гермитичной полости 5 установлена перегородка 7 с отверстиями 8, расположенными у дна кожуха 4, ' ближнего к рабочему т.орцу горелки. Горелка .работает следующим образом. При зажигании дуги нагревается торц корпуса электрододержателя, которому тепло передается от электрода 2 через втулку 3 в количестве, пропорциональном коэффициенту теплопроводности материала электрода (вольфрама), олова, заполняющего поры'капиллярно-пористого материала ' втулки 3, и корпуса электрододержателя [Меди ). От их нагрева тепло передается теплоносителю горелки (тепловой трубе ). В результате пары теплоносителя перемещаются из зоны испарения в зону конденсации. Зоной конденсации для тепловой трубы какой является (электрододержатель ) является участок, охватываемый кожухом 4. Теплоноситель, находящийся в кольцевой полости 5, нагревается и закипает. Пары теплоносителя за- 65 полняют паровую зону кольцевой полости и конденсируются в зоне теплообменника 6. Образовавшийся конденсат под действием гравитационных сил стекает по стенке кожуха 4 в зону, заполненную жидкостью. Таким образом, герметичная кольцевая полость 5, частично заправленная теплоносителем, является двухфазным термосифоном.5. On the outer surface of the casing up to 4 there is a cooling manifold 6. Inside the hermetic cavity 5, a partition 7 is installed with holes 8 located at the bottom of the casing 4, closest to the working end face of the burner. Burner. Works as follows. When the arc is ignited, the end face of the electrode holder body is heated, to which heat is transferred from the electrode 2 through the sleeve 3 in an amount proportional to the coefficient of thermal conductivity of the electrode material (tungsten), tin filling the pores of the "capillary-porous material" of the sleeve 3, and the electrode holder body [Copper). From their heating, heat is transferred to the coolant of the burner (heat pipe). As a result, the coolant vapor moves from the evaporation zone to the condensation zone. The condensation zone for the heat pipe which is (electrode holder) is the area covered by the casing 4. The heat carrier located in the annular cavity 5 is heated and boils. The coolant vapor fills the vapor zone of the annular cavity and condenses in the zone of the heat exchanger 6. The condensate formed under the influence of gravitational forces flows down the wall of the casing 4 into the zone filled with liquid. Thus, the sealed annular cavity 5, partially filled with a coolant, is a two-phase thermosiphon.

При кипении теплоносителя в двухфазном.термосифоне образующиеся пузыри всплывают по зазору между теплоподводящей стенкой корпуса электродйдержателя 1 и разделительной перегородкой 7, подтягивая теплоноситель на освобождаемое пузырем место через отверстия 8, что интенсифицирует теплообмен между тепловой трубой и термосифоном.When the coolant boils in a two-phase thermosyphon, the resulting bubbles float in the gap between the heat-supplying wall of the body of the electric holder 1 and the separation wall 7, pulling the coolant to the place freed by the bubble through the holes 8, which intensifies the heat exchange between the heat pipe and the thermosiphon.

Такое конструктивное выполнение позволяет при любом тепловом потоке от тепловой трубы электрододержателя в термосифон сохранять температуру в зоне конденсации тепловой трубы на необходимом высоком уровне, обеспечивая работу тепловой трубы в оптимальном Температурном режиме, поскольку при кратковременном изменении режима теплообмена в зоне торца электрододержателя и постоянном расходе охлаждающей воды изменяется интенсивность кипения теплоносителя в жидкостной зоне термосифона и несколько возрастают ( или уменьшаются ) давление и температура пара в паровой зоне термосифона, т.е. термосифон служит как бы тепловым демпфером за счет большой величины теплоты парообразования жидкометаллических теплоносителей.This design allows any temperature flow from the heat pipe of the electrode holder to the thermosiphon to maintain the temperature in the condensation zone of the heat pipe at the required high level, ensuring the operation of the heat pipe in the optimal Temperature mode, since with a short-term change in the heat transfer mode in the zone of the end of the electrode holder and a constant flow of cooling water the intensity of boiling of the coolant in the liquid zone of the thermosiphon changes and the pressure increases and decreases (and steam temperature in the vapor zone of the thermosiphon, i.e. the thermosiphon serves as a thermal damper due to the large value of the heat of vaporization of the liquid metal coolants.

Это позволяет’стабилизировать температурный режим электрододержателя, а следовательно, существенно повысить срок службы горелки.This allows us to stabilize the temperature regime of the electrode holder, and therefore, significantly increase the life of the burner.

Claims

The invention relates to equipment for shielded gas arc welding. In the main invention of. 806312 describes a non-melting arc welding torch, an electrode with protective gases containing a hollow hermetic electrode holder, made in the form of a heat pipe, on the end of which an electrode is fixed. The burner is equipped with an electrode-covering sleeve made of capillary-porous, material impregnated with a low-melting metal, for example, Cl tin. The burner uses a high-temperature heat pipe (with a metallic carbon coolant, difficulties arise due to its cooling. the surface of cooling the heat pipe under a slight (6–8 kg / cm) pressure, heated to 600–900 ° C, leads to the appearance of film boiling and crisis. Under certain heat loads and corresponding their temperature differences Tst-TTs LT (t temperature of the wall, Tc - saturation temperature at a given pressure), the heat transfer coefficient reaches its maximum value and then sharply decreases. At this moment there is a change in the bubble flow regime, characterized by intense heat transfer, to the film flow mode, when the liquid is separated from the vapor film heating surface .The value of the heat load corresponds to a change in the bubble boiling regime to. film is called critical flux density - or crisis. This phenomenon occurs when water, the pressure of which does not exceed 5-8 atm, enters the surface heated to ZOO-БОО С. Increasing the pressure to a value that suppresses film boiling on the heat exchange surface (300-400 kg / cm) is impractical because of the need for a substantial increase in the wall thickness of the heat pipe (electrode holder), which will lead to a significant increase in terrestrial resistance. In addition, in accordance with sanitary norms and rules (SNiPs), this will be a high pressure vessel with all the ensuing consequences. When using water as a cooler, it is impossible to accurately determine the amount of heat flux entering the burner heating zone; therefore, the water flow is selected by the maximum value of the heat flux. A decrease in the appearance of the input heat flux leads to overcooling of the liquid metal heat pipe, a decrease in the transmitted heat flux, and burnout of the pipe. Use as an air cooler is also inefficient. The aim of the invention is to increase the service life of the burner by increasing the efficiency of the heat sink from the electrode holder body. This is achieved by the fact that, in the proposed burner, a housing is installed in the condensation zone of the electrode holder, which forms a sealed annular cavity with the outer surface of the electrode holder and is filled with a liquid metal heat carrier in which the concentric electrode holder is installed; the partition wall with openings at the bottom of the housing closest to the working electrode . butt. burner. The drawing shows schematically; a burner, a cross-section. The burner comprises an electrode holder body 1 with a non-consumable electrode 2 mounted in a sleeve 3 of a capillary-porous material. In the tail section, in the condensation zones of the electrode holder body, a casing 4 is installed, hermetically connected to the casing 1 and forming an airtight annular cavity 5. On the outer surface of the casing 4 there is a cooling collector 6. Inside the sealed cavity 5 a partition 7 is installed with holes 8 located at the bottom of the casing 4 closest to the working end of the burner. The burner works as follows. When the arc is ignited, the end of the electrode holder body is heated, to which heat is transferred from electrode 2 through sleeve 3 in a quantity proportional to the thermal conductivity coefficient of the material of tungsten electrode, tin, filling the porous capillary material of sleeve 3, and the electrode body () From their heat, heat is transferred to the heat carrier of the burner A (heat pipe). As a result, the coolant vapor moves from the evaporation zone to the condensation zone. The condensation zone for the heat pipe which is (electrode holder) is the area covered by the casing 4. The heat carrier in the annular cavity 5 is heated and boils. Heat carrier vapors fill the vapor zone of the annular cavity and condense in the zone of the heat exchanger 6. The condensate formed under the action of gravitational forces flows along the wall of the casing 4 into the zone filled with liquid. Thus, the sealed annular cavity 5, partially filled with coolant, is a two-phase thermosyphon. When the coolant boils in a two-phase thermosyphon, the resulting bubbles float along the gap between the heat supply wall of the body of the electric holder 1 and the partition wall 7, the heat carrier pulls up to the space released by the bubble through the holes 8, which intensifies the heat exchange between the heat pipe and the thermal siphon. Such a constructive implementation allows, at any heat flux from the heat pipe of the electrode holder to the thermosyphon, to keep the temperature in the heat pipe condensation zone at the required high level, ensuring that the heat pipe operates at the optimum temperature mode, since during a short-term change of the Heat transfer mode in the zone of the electrode end face and constant the flow rate of cooling water varies the intensity of the boiling point of the heat transfer medium in the liquid zone of the thermosyphon and increases a little (or decreases) the pressure and the temperature of the steam in the steam zone thermosyphon, i.e. The thermosyphon serves as a heat damper due to the large value of the heat of vaporization of liquid metal coolants. ; This will allow to stabilize the temperature regime of the electrode holder, and therefore significantly increase the service life of the burner. Claims of the Invention A torch for arc welding with a non-consumable electrode in a shielding gas according to ed. St. No. 806312, characterized in that, in order to increase the service life of the burner by increasing the efficiency of the heat sink from the electrode holder body, a casing is installed on the electrode holder body in the condensation zone, forming an airtight annular cavity with the outer surface of the electrode holder, filled with liquid metal coolant in which the electrode holder is concentric a baffle with openings at the bottom of the casing nearest to the working end of the burner. Sources of information taken into account in the examination. 1. USSR author's certificate number 806312, cl. In 23 K 9/16, 21.02.76 (prototypeJ.