Способ плазменно-дуговой резки

(45) Дата опубликования описания 24.11.77 Совета Министров ССС 53) УДК 621.79172) Авторы изобретени Баркан и И, С иро-ДУГОВОЙ РЕЗ СПОСОБ ПЛАЗМ Резка приприводит к не тельности обр ет полного уст ках реза, хотя Зо меняется за с пониженных токовых режимах которому снижению производиаботки, а также не обеспечиваранения грата на нижних кром- количество грата несколько изет периодически изменяющегося Предлагаемое изобретение относится к спо. собам термической резки металлов, в частно. сти, к способам разделительной плазменно-дуговой резки и может быть использовано в энергетическом и химическом машиностроении, а также в других отраслях народного хозяйства.Известен способ плазменно-дуговой резки с использованием в качестве плазмообразующей среды технического азота 11, Однако при этом способе получение резов полностью свободных от натеков выплавленного металла (грата) обеспечивается в узком диапазоне технологических режимов (по току для данного диаметра сопла плазмотрона, скорости процесса резки и расходе плазмообразующего газа). Кроме того, увеличение степени сжатия столба дугового разряда за счет повышения расхода газа возможно только до некоторого предела, так как при дальнейшем повышении азота имеет место эрозия вольфрамового катода и снижение эксплуатационной надекности плазмогенерирующих устройств.Расширение диапазона технологических режимов, гарантирующих получение так называемых безгратовых резов, может быть обеспечено при питании плазменной дуги импульсным током 2. Но при этом эрозия катода не только не снижается, а даже возрастает. Кроме того, указанный способ требует применения сложного оборудования пз-за необходимости использования специальных источников питания плазменной дуги.Качество кромок реза может быть повыше но за счет пульсирующего изменения скоростиперемещения плазмотрона 3. Однако необходимость периодического выключения электродвигателя привода не позволяет реализовать высокие скорости перемещения плазмо трона из-за инерционности процессов управления двигателем привода, Кроме того, при использовании данного способа не устраняется эрозия вольфрамового катода при работе на повышенных токовых режимах.15 Известен способ плазменно-дуговой резки спульсирующей (прерывистой) подачей плазмообразующего газа 4. Периодическое изменение давления газа в процессе резки, обусловливает проведение процесса при пониженных 20 токовых режимах. Данное обстоятельство связано с необходимостью предотвращения двойного дугообразованпя при уменьшении давления в камере до минимального значения.давления дуги на ванну расплавленного металл л.ЦГл 1 11 ЛО1)е 1 т 111111 )1)с 11111лот 10 ст 1 тока в кянялс сопля, повысить производительность обработки и уменьшить гратообразованне.Этя цель достигается тем, что во время нрсК 1);1)цен 1 я нодячи дзота в кл 1 сс)15(. нлл:5ОО 6- ра 5 уОпего газа подягот аргон.На фиг, 1 и 2 приведена схема горения дуги в полости реза при плазменной резке с подачей аргона и поперечное сечение плазменного реза по окончании подачи газа; на фиг, 3 и 4 - то же, с подачей азота; на фиг. 5 приведена диаграмма изменения режимных параметров процесса при питании дуги импульсным током.Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Между плазмотроном 1 и обрабатываемым изделием 2 толщиной 6 возбуждают плазменную дугу 3 и перемещают плазмотрон в направлении, показанном стрелкой. В камеру плазмотрона подают аргон под давлением РА,. Время подачи аргона принимают равным 14,. За это время плазменная дуга стремится углубиться в обрабатываемое изделие и соответственно анодное пятно перемещается по лобовой кромке реза и занимает положения 5 (начало подачи аргона) и 6 1 окончание подачи аргона). Величина углубления анодного пятна в полости реза возрастает от величины Ь, до Ь Ширина реза в момент времени л( имеет значение по верху В, а по низу В, что соответствует углу скоса кромок, равному а 1. Затем подачу аргона прекращают и в течение времени 1 подают в камеру под давлением Рк., азот, Подача азота обеспечивает большее сжатие столба дугового разряда 3, что способствует уменьшению диаметра столба дуги от значения а) (диаметр столба дуги при подаче аргона) до значения и,. За время 1 к, анодное пятно перемещается из положения 7 в положение 8. Если в момент начала подачи азота (положение анодного пятна 7) величина углубления анод- ного пятна в полости реза равна Ьз, причем Й, = Ь)ь то к моменту окончания подачи азота (положе)ие анодного пятна 8) это значение возрастает до Ь 4, причем Ь 4 ) Ь 2. Таким образом большая величина углубления анодного пятна в полости реза способствует дополнительному внесенио тепла в ее нижнюю часть, что, в свою очередь, обеспечивает возрастание ширины реза по низу до значения ЬН, причем ЬН, ) Нуменьшает угол скоса кромок до значения а 2; которое меньше а. За счет изменения соотношения между 1,и Ь, обеспечивают регулировку угла скоса кромок получающихся при резке.При плазменно-дуговой резке в среде технического азота выполнение процесса, особенно при использовании стержневых электродов, связано с необходимостью поддержания строго определенных режимов параметров процесса во избежание предотвращения повьппенно 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 го износа вольфрамового электрода, Его износ оусловливд(т возннкновс)ц(е тдк нязь)вяемой дно(11(Одгг, ч го, в с)5 О)О О(еРедь, п 1)11 одпт к )н(ходу нз строя сопля нлязмотронд, т. с, прн этом резко снижается эксплуатационная надежность плазмогенерирующих устройств для резки металла.И;нос м ЯтсРилл Я к(1 ОДЛ 0ч(л 015 ле)1 Д)5 У м 1 (1) л ктора ми:- химическим взаимодействием плазмообразующей среды с материалом катода;- термическим разрушением катода, вызванным локальным нагревом рабочего конца электрода вследствие расположения катодного пятна на ограниченном участке электрода и недостаточно эффективным его охлаждением,Данные обстоятельства ограничивают режимы резки по величине тока и расходе плазмообразующего газа при использовании технического азота. Процессы разрушения катода из-за его химического взаимодействия с плазмообразующей средой и локального перегрева происходят во времени. Поэтому ограничение времени 1, не обеспечивает возможности протекания этих процессов, вследствие того, что имеет место последующая подача аргона - той плазмообразующей среды, в которой эти процессы практически отсутствуют,Предлагаемый способ обеспечивает возможность выполнения процесса резки с более высокими значениями давления Рк исключая износ материала катода,Предлагаемый способ значительно расширяет диапазон технологических режимов, при которых гарантируется отсутствие натеков на нижних кромках реза. Наличие таких натеков при резке в азоте связано с избыточным внесением тепла в никнюо часть полости реза, что обусловлено высокой проплавляющей способностью плазменной дуги в среде азота.По предлагаемому способу при подаче аргона искусственно открывают анодное пятно от нижней части полости реза и перемещают его в верхнюю часть, что обеспечивает более равномерное внесение тепла в лобовую кромку реза 4. Кроме того, принудительное перемещение анодного пятна от положения 5 до положения 8 повышает эффективность ввода тепла в обрабатываемое изделие, уменьшая тем самым потери тепла на перегрев и испарение расплавленного металла в полости реза.Предлагаемый способ не требует поддержания строго определенных режимных параметров по величине тока, диаметру канала сопла и расходу газа для получения безгратовых резов. Частоту изменения импульсов состава плазмообразующей среды1(1=, )выбирают исходя из отсутствия рисок на боковых кромках реза. Чем выше скорость перемещения плазмотрона, тем соответственно выше должно быть значение 1. В свою очередь Т = 1.,( + Ь . Эффективность выполнения580070 1 160 Ю 1,6 4,2 0,8 0,9 1,2 1,6 г и г/а рг. 2 гЧ данного свособа рсзк может бьть повышена за счет использования нлпусьсного тока. При этом время подачи импульса тока /и принимают равным 1 ь а длительность тока паузы /и принимают равным 1 и. Время подачи импульсов тока синхронизируот с временем подачи азот, т. с. /и принимают равным 1 к, соответсвеО и : 1 лг. П р и м е р. Производят плазменно-дуговуо резку нержавеющей стали толщиной 10 мм. Диаметр сопла формирующего плазменную дугу составляет 3 мм. При прекращении подачи азота в камеру плазмотрона подают аргон. Давление подаваемых газов составляет 2,0 кгс/см-. Частота изменения состава газа 6 пер/сек.Для получения сравнительных данных параллельно производят плазменно-дуговую резку в среде азота с пульсирующеи (прерывистой) подачей газа, Газ подают под давлением 2,0 кгс/см, а частоту изменения импульсов давления принимают также 6,0 пер/сек. Определяют предельный ток, обеспечивающий отсутствие двойного дугообразования, максимальная скорость резки, а также фиксируется качество кромок реза с точки зрения наличия грата.Ниже приведены результаты проведения известного способа (1) и предлагаемого (2): релеиьнми ток, ЛМаксимазьнгя скорость р зк, м мкнСкорость резки, ири которой отсутствуютнатеки на кром ках, м/м инмаксимальнаямииимальиая Формула изобретения10 Способ плазменно-дуговой резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используют азот, подачу которого периодическипрекращаот, отличающийся тем, что, сцелью повышения производительности за счет15 увеличения плотности тока в сопле дуговогоплазмотрона и одновременно снижение гратообразования во время прекращения подачиазота в качестве плазмообразующего газа подают аргон.20 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шапиро И. С. и Персиц Л. М. Плазменно-дуговая резка нержавеющих сталей в среде технического азота, имическое и нефтя 25 нос машиностроение, 1969 ЛЪ 12, стр, 24 - 26.2. Авторское свидетельство СССР М 304092,кл. В 231( 31/10, 1969.3. Авторское свидетельство СССР520215,кл. В 23 К 31/10, 1974.зо 4. Авторское свидетельство СССР508365,кл. В 23 К 31/10, 1974.58007 О Составитель И. Лурьеактор Э. Шибаева Техред Н. Рыбкина Корректор О. Тюрина Заказ 2999/11НПО одписное ппография, пр. Сапунова Изд,935 осударственного комит по делам изобрет 113035, Москва, К, ж 1207Министртий Тирата Советаний и открьРаушская н