Установка для дуговой сварки в среде защитных газов

-А.ЯЦОТЕпд ОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОтнРытиямпРи Гннт сссР(56) Авторское свидетельство СССР Р 114842, кл. В 23 К 9/16, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1338989, кл. В 23 К 916, 1985. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ(57) Изобретение относится к сварочному производству и может быть исполь зов ано п ри дуг ов ой сварке в среде защитных газов. Цель изобретения - повышение энергетической эффективности дуговой сварки полотнищ иэ листовых заготовок в среде углекислого газа, Установка содержит изолированный электрод, устройство 16 для подачи газа в виде камеры сго рания с форсункой, подключенной к источнику топлива, кинематическисвязанные между собой турбину 22,компрессор 23 и электрогенератор 24.Выходной и входной конфузоры компрессора 23 и турбины 22 присоединенысоответственно к камере сгоранияи патрубку для отсоса газа из зонысварки, входной и выходной диффузоры компрессора 23 и турбины 22 сообщены с атмосферой, а изолированный электрод электрически связан сэлектрогенератором 24. В установкеосуществляется процесс сжатия воздуха в компрессоре 23, процесс изобарного подвода теплоты сгорания топлива в камере сгорания, процесс изохорного подвода теплоты, излучаемой сварочной головкой 5, к продуктам сгорания, процесс расширения рабочейсреды в турбине 22 и процесс изобарного отвода теплоты в окружающуюсреду. Результатом процесса расшире555082 40 ния является трансформация подводимой теплоты в механическую работу, используемую электрогенератором 24, и компрессором 23. Вырабатываемая электрогенератором 24 электроэнергия потребляется сварочной головкой 5, Ф Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при дуговой сварке неплавящимся электродом в среде защитныхгазов преимущественно полотнищ излистовых заготовок.Целью изобретения является повышение энергетической эффективностипроцесса дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов,На Фиг. 1 изображена установка,профильный разрез вид слева); наФиг, 2 - то же, продольный разрез(вид справа); на фиг, 3 - принципиальная электрическая схема установки; на Фиг. 4 - термодинамическийцикл, осуществляемый в предлагаемойустановке.Установка для дуговой сварки всреде защитных газов содержит корпус 1 с внутренней камерой 2 и ролики 3 и 4 для подачи и удаления свариваемых иэделий тина полотнищ, Вовнутренней камере 2 размещена сварочная головка 5, имеющая неплавящийся электрод 6 из вольфрама, концентрично расположенный в изолированном охлаждаемом сопле 7. Предусмотрен канал 8 для подачи плазмообразующего газа - аргона, Установкаснабжена устройством 9 для подачиприсадочной проволоки 1 О, включающимкатушку 11, механизм 12 подачи, термостойкий направляющий шланг 13 снаконечником 14 и прижимной ролик15Во внутренней камере 2 смонтировано устройство 16 для подачи газа,выполненное в виде камеры 17 сгорания с форсункой 18, подключеннойпосредством трубопровода 1 9 и насоса 20 к топливному баку (не показан). Предусмотрен патрубок 21 дляотсоса газа из эоны сварки.Кроме того, установка снабженакинематически связанными между собой турбиной 22, компрессором 23 иэлектрогенератором 24. Кинематичес 5 20 25 30 35 45 50 55 При этом утилизируется теплота, излучаема я сва роч ной головкой 5 и свариваемым изделием, Одновременно обеспечивается генерация защитного углекислого газа. 4 ил. кая связь осуществляется посредством общего вала 25, установленногов подшипниковых опорах 26 - 28 исвязывающего роторы 29 и 30 турбины22, и компрессора 23 с выходным валом 31 электрогенератора 24 черезмуфту 32. Выходной конфузор 33 компрессора 23 присоединен с камере 17сгорания. Входной конфузор 34 турбины 22 присоединен к патрубку 21для отсоса газа из зоны сварки. Входной 35 и выходной 36 диффузоры компрессора 23 и турбины 22 сообщеныс атмосферой. При этом входной 35и выходной 36 диффузоры снабженыФильтрами для очистки поступающеговоздуха и снижения токсичности выпускных газов соответственно. Предусмотрены секции 37 и 38 электрогенератора 24 для питания дуги прямогои косвенного действия соответственно, регулируемые резисторы 39, 40и осциллятор 41,Установка работает следующим об 1разом,В результате сгорания топлива,подаваемого в Форсунку 18 камеры 17сгорания насосом 20 по трубопроводу19, во внутреннюю камеру 2 поступает горячий углекислый газ, обеспечивающий предварительный подогрев свариваемых листов, подаваемых роликами 3, и защиту зоны сварки. Путемоплавления присадочной проволоки 10,подаваемой механизмом 12 через направляющий шланг 13 и наконечник 14,электрическая дуга неплав ящегосяэлектрода 6 осуществляет сварку полотнищ, транспортируемых роликами 4.Расход плазмообразующего газа приэтом минимальный. Во внутренней камере 2 к рабочей газовой среде дополнительно подводится высокопотенциальная теплота, излучаемая сварочной головкой 5, внутренняя энергия средыповышается. По патрубку 21 рабочаясреда через входной конфузор 34 подается в турбину 22, где в результа 1555082те расширения внутренняя энергия трансформируется в кинетическую, ротор 29 приводится во вращение, передаваемое через общий вал 25 и муфту 32 ротору 30 компрессора 23 и электрогенератору 24. Отработавшие газы через выходной диффуэор 36 и Фильтр, обеспечивающий снижение токсичности до требуемой. нормы, выбрасываются в атмосферу. Вырабатываемая электрогенератором 24 электроэнергия подается в сварочную головку 5 и поддерживает горение высокотемпературной дуги. Атмосферный воздух через входной диффузор 35 поступает в компрессор 23, где сжимается, Сжатый воздух из выходного конфузора 33 поступает в камеру сгорания для поддержания эффективного горения и создания начального давления, Как обычно при сварке в углекислом газе применяется присадочная проволока с повышенным содержанием кремния и марганца для обеспечения восстановления окислов,В качестве топлива, подаваемого в форсунку 18 камеры) 7 сгорания насосом 20 по трубопроводу 19, может быть использован природный газ с низшей теплотой сгорания Н = 31,8 52,1 МДж/кг, имеющий следующий состав при 20 С, об,Е:СН 4 81,8-99,2С,Н, 0,07-1 О, гСНо 0-7,6С зН,г 0-3, 6СО О, 01-0, 7Н 0,48-8,2Природный газ состоит в основном из метана, реакцию полного сгорания которого можно представить в следующем виде: СН 4 + 20 = СО + 2 НО + 800 кДж,В соответствии с приведенной реакцией устройство 16 для подачи газа, выполненное в виде камеры 17 сгорания, генерирует газы, состоящие в основном из безвредных продуктов сгорания топлива - углекислого газа и паров воды. Содержание окиси углерода при коэффициенте избытка воздуха 0,9 - 1,1 не превышает 1 Х.Теплота, вьцеляющаяся в результате горения топлива, используется для осуществления термодинамическо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 го цикла, результатом которого является выработка электроэнергии, необходимой для дуговой сварки, генерируемый углекислый газ используетсяв качестве защитного газа, а парыводы оказывают значител 1.но меньшеевлияние на качество сварного шва посравнению с газовой сваркой,1В установившемся режиме осуществляется термодинамический цикла-Ь-с -с-й-а с иэобарно-изохорнымподводом теплоты, состоящий из рядапоследовательно и непрерывно протекающих процессов. 1 роцесс а-Ь является процессом сжатия атмосферноговоздуха в компрессоре 23. ПроцессЬ-сявляется процессом изобарногоподвода теплоты сгорания топлива вкамере 17 сгорания, 11 роцесс с -сявляется процессом изохорногс подвода теплоты к продуктам сгораниятоплива неплавящегося электрода 6,Процесс с-с 1. является процессомрасширения рабочей среды в турбине 22, Результатом этого процессаявляется трансформация подводимойтеплоты в механическую работу, используемую электрогенератором 24 икомпрессором 23. При этом вырабатываемая электрогенератором 24 электроэнергия потребляется сварочнойголовкой 5 для производства дуговойсварки. Процесс Й-а является процессом изобарного отвода теплоты в окружающую среду, При осуществлении термодинамического цикла а-Ь-с -с-й-аутилизируется теплота, излучаемаясварочной головкой 5 и свариваемымизделием, в результате чего к полезной работе обычного газотурбинногоцикла, равной заштрихованной гори)зонтальными линиями площади аЬс Йприбавляется дополнительная полезная работа, равная площади Й с сйзаштрихованной вертикальными линиями (фиг, 4), используемая для получения дополнительной электроэнергии.Одновременно обеспечивается генерация защитного газа. Это позволяетсущественно повысить энергетическуюэффективность процесса дуговой сварки в среде защитных газов,Установка может быть использована преимущественно для сварки нелегированных и низколегированных сталей в судостроении, ракетостроении, производстве сосудов, строительстве доменных печей и пр.1555082 ставитель Г. Тютчхред Л.Олийнык ова Корректор Э, Лончаков Редакт отыль Заказ 524. Тираж б 47 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ГКНТ СССР енно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О изв Применение предлагаемой установки, учитывая большую энергоемкость перечисленных процессов, повышает энергетическую эффективность процесса сварки с 10 до ЗОБ. Формула изобретенияУстановка для дуговой сварки в среде защитных газов, содержащая изолированный электрод, устройство для подачи газа и патрубок для отсоса газа из зоны сварки, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью повышения энергетической эффективности процесса сварки, установка снабжена. кинематически связанными между собой турбиной, компрессором, имеющими конфузоры и диффузоры, и электрогенератором, а устройство для подачигаза выполнено в виде камеры сгорания с форсункой, подключенной к источнику топлива, при этом выходнойи входной конфузоры компрессора итурбины присоединены соответственно к камере сгорания и патрубку дляотсоса газа из зоны сварки, входнойи выходной диффузоры компрессораи турбины сообщены с атмосферой,а электрод электрически связан сэлектрогенератором,