Способ плазменно-дуговой резки

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик 11) 707730(51)М. Кл. В 23 К 31/10 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 05.0180. Бюллетень Мо 1 Дата опубликования описания 050 1.80(54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЭКИ Изобретение относится к способам ллазменно-дуговой резки и может быть использовано как лля поверхностной так и разделительной резки в различных отраслях народного хозяйства.Известен способ плазменно-дуговой резки,при котором газоводяную смесь в камере дугового плазмотрона за счет вихревого эффекта разделяют на два потока:олин из них с меньшим содержанием воды выходит через центральное отверстие сопла,а другой, содержащий большую часть воды,по периферийным отверстиям сопла охлаждает центральное (плазмообразующее) отверстие сопла (1) .Укаэанный способ не исключает воэможности попадания волы внутрь полости реза. Кроме того, данный способ резки может быть использован для работы на сравнительно ограниченных по величине рабочих токах, что связано с необходимостью применения только термохимических катодов,Известен способ плазменно-дуговой резки, при котором охлаждение плаэмотрона производят воздушно-водяной средой, подаваемой на проход в полость между соплом нлазмотрона (2.30 Этот способ резки обеспечиваетдостаточно эффективное охлаждениетоковедущего сопла плазмотрона, однаковода, содержащая в воздушно-водянойсмеси, попадает внутрь полости резаи соприкасается с расплавленным металлом. Испаряясь, она охлаждает расплав, снижая его жидкотекучесть,чтоприводит к снижению производительности обработки и к появлению натековна кромках реза при разделительнойрезке.Уменьшение содержания воды в воздушно-водяной смеси с целью повышения производительности и качествакромок реза не обеспечивает эффективного охлаждения токоведущего соплаплазмотрона, и оно вследствие перегрева выходит из строя. Кроме того,указанный способ резки не обеспечивает изменения содержания воды ввоздушно-водяной смеси при изменениикакого-либо иэ режимных параметровпроцесса (тока, расхода газа, глубины утопления электрода в сопле).Целью изобретения является повышение производительности процесса, качества кромок и долговечности соплапутем подачи воды в количестве,обеспечивающем ее полное испарение при нагреве в полости, Для этого температуру на выходе из полости поддерживают постоянной в пределах 105-115 С, при этом количество воды, подаваемой на охлаждение, определяют из условиЯ Я = (О, 1-0, 2)10.0,ф где Я- расход воды в л/час, д значение тока режущей дуги в амперах.На фиг.1 показана конструкция плазмотрона, используемого для выполнения данного способа резки; на фиг. 2 - блок-схема устройства для выполнения способа; на фиг. 3 - диаграмма, характеризующая изменение режимных параметров процесса.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.)Между катодным узлом плазмотрона 2 для резки и обрабатываемым изделием 3 возбуждают плазменную дугу 4 и перемещают плазмотрон 2 вдоль 20 изделия 3. При этом плазмообразующий газ по тан генци ально расположенным каналам 5 подают в камеру б, за счет чего обеспечивают формирование столба дуги 4 в выходном отверстии токоведу щего сопла 7. Катодный узел 1 при работе на повышенных токах представляет собой медную обойму с запрессованным в нее вольфрамом, которых охлаждают .через медь посредством подачи охлаж- ЗО дающей среды (воды) по трубке 8, Внутреннее (токоведущее) сопло 7 изолируют от катодного узла 1 изолятором 9.По отверстию 10 в полость 11 между внутренним (токоведущим) соплом 7 и 35 наружным (электрически нейтральным) соплом 12 подают охлаждающую среду, в качестве которой используют воздушно-водяную смесь. Сопло 12 изолируют от сопла 7 изолятором 13. На выходе из полости 11 устанавливают термопару 14, которая связана с датчиком 15 температуры. По показаниям датчика 15 следят за температурой в полости 11, которую поддерживают в пределах 105-115 фС, Температуру в 45 полости 11 поддерживают постоянной, подавая определенное наперед заданное количество воды, зависящее от режимов процесса резки и определяемое из условия Я = (0,1-0,2) 10 4 д, 50 где Ц - расход воды в л/час., Э значение тока режущей дуги в амперах. Значение температуры в полости 11 и расход воды - величины взаимосвязанные. Только при предлагаемом .рас ходе воды и данной температуре обеспечивается как полное испарение воды, так и достаточно эффективное охлаждение токоведущего сопла 7. То есть значение температуры принимают равным минимальному значению температуры, .при которой обеспечивается полное испарение воды, содержащейся в воздушно-водяной смеси.Соприкасаясь с нагретыми наружными стенками токоведущего сопла 7, вода испаряется,охлаждая их, и ее разложение происходит по уравнению: 2 Н О = 4 Н + ОПродукты разложения воды в газообразной форме (водород и кислород)вместе с воздухом обтекают столбплазменной дуги, При этом воздействиена плазменную дугу 4 газообразноговодорода обеспечивает повышение энтальпии дуги, а кислород, попадаяв полость реза 16, обеспечиваетокисление расплавленного металла иповышает его жидкотекучесть. Повышение значения тока с д до 3 обеспеЧивает повышение значения температуры в полости 11 со значения 1 дов течение времени Г,Это обусловлено более высокимнагревом плазменной дугой 4 токоведущего сопла 7 при возрастании рабочего тока.Повышение температуры фиксируетсядатчиком 15, от которого сигнал через усилитель 17 поступает на блок18 сравнения. С блоком 18 соединяютзадающее устройство 19, и сигнал отблока 18 через усилитель 20 поступает на исполнительный механизм 21,который представляет собой вентильили дроссельную заслонку с регулируемым проходным сечением, возрастающим при увеличении тока, чтов свою очередь обеспечивает возрастание содержания воды в воздушноводяной смеси. Расход воды при этомвозрастает со значения Я.до значения0. За :чет этого возрастания расходаводы обеспечивают снижение темпераратуры в полости 11 в течение времеИни ;ф от значениядо 1При этомвся вода, содержащаяся в воздушноводяной смеси, испаряется полностьюи выходит из полости 11 в виде газообразного кислорода и водорода. Соответственно, уменьшение рабочего тока обусловливает менее эффективный нагрев токоведущего сопла 7, что в свою очередь снижает температуру в полости 11. При этом датчик 15 температуры фиксирует данное уменьшение температуры, а исполнительный механизм 21 уменьшает количество воды, подаваемой в полость 11 до тех пор, пока значение температуры в этой полости не. достигнет значения 1. Аналогичным способом данная система регулировки режима работы плазмотрона 2 реагирует на изменение расхода плазмообразующего газа и глубины утопления электрода в канале сопла 12. С увеличением глубины утопления электрода возрастает нагрев токоведущего сопла 7 и, соответственно, возрастает расход воды, идущей на образование воздушно-водяной смеси, необходимой дпя поддержания в полости 11 температуры.707730 гаемый л ЗОО 3-4 400 6-8 500 8-1 реза.Возможны данного спо лирование р наружной по сопла 7. 0,9,8 400 Таким образом, предложенный способ резки обеспечивает эффективное охлаждение сопла плазмотрона, гарантируя отсутствие попадания воды внутрь полости реза. Проверка данного способа в лабораторных условиях показала возможность его реализации при работе на токах до 700-800 А. Кроме повышения производительности, которая при этом имеет место, весьма ценным качеством является возможность создания для работы на повышенных токах конструкций плазмотронов с крайне ограниченными габаритами, что в свою очередь обеспечивает удобство визуального наблюдения за линией м вариантом реализациисаба резки является регуасхода воды от температурыверхности токоведущего Пример осуществлен Способ был опробован к разделительной реэк стали толщиной 30 мм. полнялась с испольэов стве плазмообразующей кого азота. В качеств среды использовалась ная смесь, подаваемая в пространство между наружным соплом. Для щей дуги использовали ОПР-б-ЗМ, диаметр соп плазменную дугу, был Диаметр наружного, эл нейтрального сопла 5, полнялась на токах 30 ия способа.применительно е нержавеющей Резка вы- анием в каче- среды техничесе охлаждающей воздушно-водяна проход внутренним и питания режу- установку ла, Форьирующего принят ЗрО мм, ектрически 0 мм, резка вы- О, 400, 500 А,При использовании предлагаемого 40 способа было установлено, что для данной конструкции плаэмотрона при расходе воздуха, идущего на создание воздушно-водяной смеси, около3,0 мз/ч, необходимое значение темпе ратуры, обеспечивающее как эффективное охлаждение плазмотрона, так и полное испарение воды, составляет 105 В соответствии с этим расход воды, идущей на образование воздушно-водяной смеси принимали таковым, чтобы обеспечить поддержание данной температуры. При использовании известного спо саба необходим существенно более высокий расход сжатого воздуха, с целью обеспечения достаточно эффективного распыления воды. Этот расход воздухаЪ должен составлять около 10-15 м /ч.Нижеприведенные данные характеризуют расход воды, необходимый для эффективного охлаждения токоведущего сопла при использовании известного и предлагаемого способа,Обеспечить эффективное охлаждение токоведущего сопла при использовании известного способа при меньших расходах воды не представляется возможным вследствие выхода сопла из строяЭффективное охлаждение токоведущего сопла в предлагаемом способе при существенно малых расходах воды связано с так называемой испарительной системой охлаждения, которая при этом имеет место.Ниже приводятся данные, характеризующие изменение производительности обработки. При использовании предлагаемогоспособа не было отмечено ни одногослучая возникновения двойного дугообразования, в то время как прииспользовании известного способа оноимело место,Способ позволяет на 50-70 повысить производительность обработки,а также повышает долговечностьрезательной аппаратуры.Способ плазменно-дуговой резкиобеспечивает повышение производительности обработки за счет окислительного воздействия обрабатываемогометалла газообразным кислородом иповышение энтальпии плазменной дугиза счет подачи в нее водорода. Получение вышеуказанных рабочих газовобеспечивают полным испарением водыв полости между наружным и внутренним соплом. Кроме того, способустраняет необходимость в ручнойнастройке режима охлаждения соплаплазмотрона.Филиал ППП г.ужгород,Формула изобретения Способ плазменно-дуговой резки, при котором охлаждение плазмотрона производят воздушно-водяной средой, подаваемой на проход в полость между внутренним и наружным соплом плазмотрона, о т .л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности процесса, качества кромок и долговечности сопла путем подачи воды в количестве, обеспечи- вающем ее полное испарение при нагреве в полости, температуру среды навя выходе и з полости поллержи вают постоянной в пределах 105-115 С, приэтом количество волы, подаваемойна охлаждение, определяют из условия0 =. (0,1-0,2)10 З" где О - расходводы в лчас, д - значение токарежущей дуги в амперах,Источники инФормации,принятые во внимани при экспертизе1, Монтажные и специальныеработы в строительстве, 1973,М 11, с. 19-20,2. Сварочное производство,1973, У 3, с. 41-43.О