Горелка для плазменной наплавки

(51)5 В 23 К 9 0 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ И ГКНТ СССР ОБРЕТЕНИЯ ТВУОРСК ИДЕТЕ А л. И.31институт нефти и газа им и применении таких плазменных гори наплавке с использованием приого материала возникают трудности ированием наплавленного слоя выкачества. Невозможно качественное ование тепловложения в основной и очный металл; так как происходит е проплавление осйовного. металла, е ведет к ухудшению качества нанного слоя за счет диффузии в него х элементов из основного металла. вестна плазменная горелка с аксиподачей электродной проволоки. где ящийся электрод расположен паралоси подачи электродной проволоки в Изобретение относится к плазменнойПр обработке материалов и может бьТь исполь- релок и зовано для автоматизированной сварки и садочн наплавки в различных отраслях народного с форм хозяйства. соко гоИзвестна плазменная горелка для абра- регулир ботки материалов, которая содержит злект- присад род с токоподводом и каналом охлаждения;большо защитное сопло, изолированное ат электро- которо да диэлектриком, уплотнитель, герметизи- плавле рующий вместе с элементами конструкции вредны полость вокруг электрода, по которой плаз- Из мообразующий газ поступает к рабочему альной торцу электрода и выходит наружу через неплав плазмообразующее сопло. лельно Щ Щ 1 г(21) 4787643/08 , Горелка снабжена размещенным в защит- (22) 01.02.90 ном сопле дополнительным плазмообразу- (46) 23.08,92, Бю ющим соплом с неплавящимСя электродом, (71) Московский, ось которого расположена"под углом 20-30 И.М,Тубкина.к оси основного плаэмообразующего сопла, (72) О.И.Стеклов, А.В,Алексеев и В,И,Смир- Торец электрода дополйительного плазмонов ".: . образующего сопла расположен на рассто- (56)Авторское свидетельство СССР . янии 4-6 д от оси электрода основйого М 880654, кл, В 23 К 9/16, 1980,плазмообразующего сопла; а торец электроВайнерман А,Е, и др. Плазменная на- да основного плаэмообразующего сопла плавка металлов, - Л.: Машиностроение, расположен на расстоянии 5-7 б от оси элек, с.85, .: трода дополнительного плаэмообразующе- (54) ГОРЕЛКА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ НА- го сопла. Ось канала для подачи ПЛАВКИприсадочного материала расположена в од- (57) Использование; для наплавки поверхно-ной плоскости с осями плазмообразующих стей деталей коррозионно- и износостойки- сопел на расстоянии 3-4 б от торца электроми материалами. Сущность изобретения: " да дополнительйого плазмообразующего 3 горелка для плазменной наплавки материа- сопла под углом 20 - 30 к плоскости среза лов содержит корпус, на котором закрепле- защитного сопла, приэтом б =боса+ дд 0 П/2, ны защитное сопло, плазмообразующее где босн - диаметр основного плазмообрасопло с неплавящимся электродом, ось ко- зующегосопла,мм;бди-диаметрдополниторого параллельна оси защитного сопла, и тельного плазмообраэующего сопла, мм. 1 канал для подачи присадочного материала. ил., 5 табл.10 20 25 30 40 45 50 55 общем плазмообразующем сопле, Это позволяет улучшить регулирование тепловложения в основной и присадочный металлы,повысить производительность процесса,однако не обеспечивает в достаточной степени хорошее качество наплавленногослоя,Существует также плазменная горелкас неплавящимся электродом, в корпусе ко-.торой выполнен каналдля подачи присадочного материала, Данная конструкциягорелки обеспечивает хорошее качество наплавленного слоя только при низкой производительности процесса до 4 - 5 кг/ч, Приувеличении производительности необходимо увеличивать ток плазменной дуги, который начинает сильнО проплавлять основнойметалл, ухудшая качество наплавленногослояЦель изобретенияповышение качества плазменной наплавки материалов и увеличение пройзводительности процесса,Указанная цель достигается тем, что горелка для плазменной наплавки металлов,содержащая корпус, на котором закреплены защитное сопло, плазмообразующее сопло с неплавящимся электродом, оськоторого параллельна оси защитного соплаи канйл для подачи присадочного материала, снабжена размещенным в защитном со пле дополнительным плазмеобразующимсоплом с наплавящимся Электродом, ось ко.торого расположена под углом 20-30 ф к осиосновного плазмообразующего сопла, прйэтом торец электрода дополнительного плазмообразующего сопла расположен йа расстоянии 4-6 б от оси электрода основногоплазмообразующего сопла, а торец электрода основного плазмообразующего сопларасположен на расстоянии 5-7 б от оси электрода дополнительного плазмообразующего сопла, причем ось канала для подачиприсадочного материала расположена в одной плоскости с осями плазмообразующихсопел на расстоянии 3-4 б от торца электрода дополнительного плазмообразующегосопла под углом 20-30 к плоскости срезабосн + Одопзащитного сопла. при этом д -2мм, где боен - диаметр основного плазмообразующегосопла, мм; бл,л - диаметр дополнительного плазмообразующего сопла, мм,На чертеже изобракена предложеннаягорелка, общий вид.Горелка имеет корпус 1, защитное сопло 2, канал 3 подачи присадочного материала, канал 4 подачи защитного газа,основное плазглообрззующее сопло 5 с каналом 6 подачи пллзмоббразующего газа,дополнительное плазмообрвзующее сопло 7 с каналом 8 подачи плазмообразующегогаза, электрод рабочего плазмообразующего сопла 9, электрод дополнительного плазмообразующего сопла 10, канал 11охлаждения защитного и плазмообразующего сопел и уплотнительные прокладки 12в системах охлаждения и подачи газа.Работа горелки осуществляется следующим образомПеред зажиганием дугв горелку подается вода по каналу 11, подается защитный газ по каналу 4 и плазмообразующие газы по каналам 6 и 8. Сначала производится зажигание дуги между электоодом дополнительного плазмообразующего сопла и изделием, затем одновременно с подачей присадочной проволоки осуществляется зажигание дуги между электродом рабочего плазмообразующего сопла и изделием. Зажиганиеобеих дуг производится при помощи осцилляторов. Регулирование тепловложения в основной и присадочный металлы осуществляется за счет регулирования величины тока электрода основногоплазмообразующего сопла и тока электрода дополнительного плазмообразующего сопла, Энергия дуги электрода дополнительного плазмообразующего сопла в большей степени "расходуется на проплавление основного металла, а энергия дуги рабочего плазмообразующего сопла расходуется в основном на нагрев и проплавление присадочного материала.В процессе наплавки горелка устанавливается на таком расстоянии от изделия, чтобы проволока подавалась прямо в сварочную ванну. При этом основная дуга шунтируется проволокой и горит междуэлектродом основного сопла и присадочнойпроволокой, нагревая и частично оплавляя ее, Окончательное расплавление проволоки происхбдит в периферийной области дополнительной дуги. Увеличение тока основной плазменной дуги приводит к увеличениюрасплавления присадочной проволоки, увеличение тока дополнительной дуги повышает тепловложения в основной металл, Это позволяет при высокой производительности процесса получать малое проплавлениеосновного металла, а следовательно, высокое качество наплавленного слоя, Кроме того, можно в широких пределах регулировать конфигурацию валика, меняя производительность наплавки по высоте и ширине,П р и м е р, Производилась наплавкапроволокой 09 Х 18 Н 10 Т на Ст.3. Диаметр присадочной проволоки составлял 4 мм, токосновного плазмообразующего сопла 300 А, ток дополнительного плазмообразующего) 6сопла 300 А, расход плазмообраэующего га- указанного расстояния приводит к ухуд за основного сопла и дополнительного со-., нию стабильного горениядУг и к несплав., пла 4 л/мин, амплитуда колебанийгорелки: нию основногометаллас наплавленным,50 кол/мин, частота колебаний 40 кол/мин, Из табл.4 видно, что уменьшение угл.скорость подачи прйсадочной провойоки "5между осями основного и.дополнительногл 140 м/ч, диаметр основногоплазмообразу- плазмообразующих сопел увеличйвает про ющего сопла равен диаметру дополнитель-плавление основногометалла и уменьшае ного плазмообразующего сопла и производительность нэплавки; это происхосоставляет 5 мм. Скорость наплавки 10 м/ч, дит по той прйчийечто дуги не горят в Расстояние а от торца электрода дополни-. 10 общую сварочную ванну, Увеличение этого тельного плазмообразующего сопла до оси " угла приводит к тому, чтодуга дополнйтель- : электрода основного плазмообразующегоного йлазмообраэующего"сопла перебрасысопла изменяли от 3,8 до 6,2.- : вается на проволоку, происходит .Величину Ь (расстояние от торца элект- . . несплавоение основного металла с наплав. рода основногоплазмообразующего до оси 15 ленным.электрода дополнительного плазмообразу-Уменьшение углами приводит к увеличеющего сопла) варьировали от 4,8 до 7,2., ниюдлинысварочной ванны,образуетсяче- .Расстояние с от торца электрода дополни;шуйчатая поверхность и уменьшается:, .тельного плазмообразующего сопла до оси " .,проиэводительйость процесса(см. табл,5).подачи присадочного материала йзменяли в 20При увеличении угла /3 ухудшается стапределах от 2,8 до 4,2 бп : бильность плавления присадочногоматериУгол а между осями основного идо-ала и уменьшается его производительность. полнительного плаэмообразующих сопел:Все наплавленные валйки были исслеварьировали от 18 до 32 О, а угол 3 между . дованы на коррозйонно-механические свой- осью подачи присадочного материала и пло ства и дали положительные результаты.скостью торцазащитного сопла изменяли .: Использование предложенной горелки от 18 до 32 О.. ,:;: .- : для йлазменной наплавки-материалов улучРезультаты экспериментов приведенышает качество наплавленного слоя и повывтабл.1 - 5..;":. шает производительностьпроцесса, чтоПри варьйровании каждого отдельного 30 приводит к экономии дорогостоящих мате- параметра значения остальных четырех па- риалов и энергоресурсов.раметров выбирали равным величйнаМ,-от-: . Ф о р м у л а и э о брет ен и ямеченным в таблицах звездочкой(+)., :., Горелка цля плазменной наплавки меКак видно из табл,1, уменьшение рас-: .таллов, содержащая корпус. на котором застояния ниже 3,0 приводит к уменьшению 35 креплены защитное сопло, производительности и ухудшению качестваплазмообразующее сопла с неплавящимся наплавки. Это обьясняется тем, что горениеэлектродом, ось которого параллельна оси двух дуг нестабильно, дуга основного плаз-, защитного сопла, и канал для подачи приса- мообразующего сопла перебрасывается на дочного материала, о т л и ч а ю щ а я с я тем, . дополнительное плазмообразующее сопла 40 что, с целью повышения производительно. й не расплавляет в достаточной степени; сти и качества плазменной наплавки путем присадочную йроволоку, Увеличение ука-: уменьшения проплавления основного мезанного расстояния приводит к йарушейию:талла, она снабжена размещенным в защит- горения дуг в общую сварочную ванну, на-:, ", номсоггле дополнительным блюдается несплавлейие основного металплазмообразующим соплом с неплавящимла с наплавленным;" .:.ся электродом, ось"которого расположенаПри уменьшении расстояния ниже 5,0 подуглом 20 - 30 окосиосновногоплазмооб-(см. табл.2) процесс теряет стабильность, - разующего сопла, приэтом торец электрода проволока замыкает на рабочее плазмооб-.дополнительного плазмообраэующего со- .разующее сопло, уменьшается производи-пла расположен на расстоянии 4-66 от оси тел ьность на плавки. Увеличение электрода основного"плазмообразующего расстояния свыше 7,0 д нарушает стабиль-сопла, а торец электрода основного плазмоноегорениедвухдуг, общую сварочную ван- образующего сопла расположен на расстону . и как следствие снижается янии 5-7 д от осиэлектрода производительность процесса и ухудшает дополнительного плазмообразующего сося качество. Уменьшение расстояния нйже пла, причем ось канала для подачи приса (см, табл.3) приводит к разбрызгиваниюдачного материаларасположена в одной присадочного материала, что резко снижает плоскости с осями плазмообразующих сопроизводительность и качество, увеличение. пел на расстоянии 3-4 б от торца электрода1756055 Таблица 1 аблица 2 10 дополнйтельного плазмообразующего сопла под углом 20 - 30 к плоскости срезаоосн + одоп защитного сопла, при этОм д=25 мм, где босн -диаметр основного плэзмообразующего сопла, мм; бдол - диаметр дополнительного йлазмообрэзующего сопла, мм, "