Способ плазменной обработки

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 737151 Союз СоветскииСоциалистическикРеспублик(53) УДК 621,791. .755 (088,8) до делам изобретеиий и открытий(71) Заявитель- (54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ 1Изобретение относится к сварочной технике, а именно к способам термической резки, выполняемым с использованием для указанных целей плазменно-дуговой резки, и может быть использовано при регулирова нии режима плазменной дуги с механизацией процесса резки.,Известен способ регулирования режима работы плазменной горелки для резки металла, при котором скорость перемещения сжатой дуги изменяют при изменении проплавляющей способности дуги, Используемые для реализации данного способа следящие системы обеспечивают поддержание на дуге постоянного значения рабочего напряжения, которое при изменении мощности дугового разряда определяет максимальную скорость резки для данной толщины обрабатываемого металла, при данной длине и геометрии разрядного промежутка и установленном расходе плазмообразующего газа 11.Недостатком известного способа является то, что он обеспечивает регулирование режима работы плазменной горелки только при обработке металла значительной толщины в тех случаях, когда наружная поверхность обрабатываемого изделия является достаточно ровной, т. е. когда может быть обеспечено постоянство поддержания заданного расстояния между срезом сопла горелки и наружной поверхностью обрабатываемого изделия,Необходимость выполнения разделительной резки крупногабаритных изделий при обработке металла ограниченной толщины связана с необходимостью регулирования высоты расположения горелки относительно об 1 п рабатываемого изделия из-за существеннойнеровности близ расположенной к горелке поверхности обрабатываемого изделия. Это регулированиевысоты расположения горелки обычно осуществляют, поддерживая соответствующее напряжение на дуге, что в свою очередь исключает возможность использования данного параметра режима для слежения за скоростью перемещения горел- ки при изменении величины рабочего тока.Известен способ регулирования режимаработы горелки для термической резки, при котором изменение режима обеспечивают по изменению яркости ионизированного газового потока. Увеличение величины рабочего тока при плазметтно-дуговой резке обус737151 25 ловливает увеличение температуры йонизированного газового потока, что в свою оче"редь свидетельствует о возможности повышения скорости резки 2.Недостатком известного способа является то, что он характеризуется относительной сложностью оборудования, используемого для- реализации; кроме того, он не можетбыть использован при выполнении фигурных резов, особенно с малыми радиусами кривизны.Известен способ регулирования режима. работы плазменной горелки для резки ме"талла, при котором изменение скорости ееперемещЕния производят в зависимости,от угла наклона потока ионизированного газа, выделенного из столба дугового разряда по отношению к обрабатываемому изделию.Всякое изменение величины рабочего тока обусловливает изменение угла наклона потока ионизированного газа при обработке металла данной толщины, что в свою очередь свидетельствует о необходимости соответствующего изменения скорости резки 3.Недостатком данного способа являетсято, что он не может быть использован при обработке крупногабаритных заготовок, а также не обеспечивает автоматизацию процесса регулирования режима резки. Известен способ регулирования режима плазменной резки металла, при котором скорость перемещения дуги изменяют при изменении ее проплавляющей способности, определяемой величиной рабочего тока. Выбор соответствующего значения тока режущей дуги обусловлен необходимостью обеспечения тех или иных показателей процесса резки. В тех случаях, когда определяющим фактором является получение резов минимальной ширины, уменьшают величину тока. В тех случаях, когда определяющим фактором является производительность обработки, то исоответственно значенйе-плотности тока в канале сопла должно быть макси мальным. Изменение показателей, обеспечиваемых дугой при резке, определяется так же параметрами резательного оборудования, используемого для соответствующих работ 4.Недостатком данного способа является то, что соответствующее значение скорости перемещения дуги для каждого значения тока определяют вручную, что исключает возможность автоматического регулирования режима, При этом определение максимальной скорости, как значение выше которого имеет место непрорез обрабатываемого металла, не всегда является достоверным изза возможного колебания в процессе резкитаких параметров, как высота расположения плазменной горелки над металлом и т. п.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ плазменной сварки 4металлов, При котором скорость перемещения сжатой дуги увеличивают при увеличении ее проплавляющей способности. Проплавляющую способность дуги регулируют изменением расхода газа 5.Недостатком известного способа является то, что расход газа является только одним из параметров режима горения дуги. Однако, в процессе плазменной обработки металлов, в частности резки, могут изменяться и другие параметры режима, и если следить за скоростью перемещения дуги только по изменению расхода газа, могут быть упущены, например, изменения величины тока и т. п., что может привести к снижению качества резки.Цель изобретения - повышение качества резки путем обеспечения регулирования режима работы плазмотрона при изменении любого параметра режима процесса.Это достигается тем, что в способе плазменной обработки, при котором скорость перемещения сжатой дуги увеличивают при увеличении ее проплавляющей способности проплавляющую способность изменяют пропорционально давлению в камере ее формирования,Давление в камере формирования дуги является комплексным показателем, харак-теризующим все параметры режима процесса и определяется не только расходом газа, но и величиной тока, а также особенностями внутренней геометрии плазмотрона.На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа резки; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - изменение давления в камере формирования дуги от величины рабочего тока; на фиг. 4 - изменение максимальной скорости резки от давления в камере формирования дуги.Схема состоит из горелки 1 для плазменно-дуговой резки, камеры 2 формирования сжатой дуги, электрод 3, отверстия 4, соединяющего камеру формирования сжатой дуги с датчиком давления, источника 5 питания сжатой дуги, обрабатываемого изделия 6, сжатой дуги 7, датчика 8 давления, блока 9 управления, привода 10 перемеще- ния горелки в горизонтальном направлении.На схеме приняты следующие обозначения: Ь - высота расположения горелки над металлом; Ч, - скорость слежения за высотой расположения горелки относительно наружной поверхности обрабатываемого изделия 6; Чр - скорость перемещения горелки в горизонтальном направлении;1 - значение тока режущей дуги; Р - значение давления в камере формирования сжатой дуги.Способ осуществляется следующим образом.Между электродом 3, установленным в горелке 1, и обрабатываемым изделием 6 возбуждают сжатую дугу 7 и перемещают73715горелку со скоростью Ур в горизонтальном направлении, в направлении показанном стрелкой.Со скоростью Чскоторую поддерживают постоянной и не зависящей от величины5тока 1 режущей дуги обеспечивают поддержание заданного расстояния между срезомсопла горелки и наружной поверхностью обрабатываемого изделия - Ь Для этогогорелка имеет возвратно-поступательное-перемещение в вертикальной плоскости, направления ее перемещения в этой плоскостиобозначены соответствующими стрелками.Всякое изменение тока 1 режущей дуги обуславливает изменение давления Рк .в камере 2 формирования сжатой дуги, С увеличением тока давление в камере возрастаети его значение, соответственно, падает приуменьшении тока. Изменение давления в камере 2 фиксируют с помощью датчика .8давления, сигнал изменения давления на который поступает через отверстие 4.20Соответствующий сигнал от датчика 8давления поступает на блок 9 управления,а от него на привод 10 перемещения горелТаким образом, всякое изменение рабочего тока, которое обеспечивает источник ъпитания сжатой дуги 5, обуславливает соответствующее изменение скорости перемещения дуги при резке. При увеличении токадавление Рв камере формирования дугивозрастает, что обуславливает соответствующее повышение скорости перемещения горелки Чр,Повышение давления в камере формирования дуги при увеличении тока обусловлено как дросселированием столба дуги выходного отверстия сопла плазмотрона, так и иповышением температуры плазмообразующего газа вследствие конвективного теплообмена газа с внутренней полостью камеры,нагретой за счет излучения столба дуги. Приработе на различных режимах резки, рольуказанных факторов в повышении давления 49различна. При малых токах, ограниченныхрасходах газа и плотностях в канале сбпладугового плазмотрона определяющую рольв повышении давления в камере играет первый фактор, т. е. роль конвективного теплообмена плазмообразующего газа с внутренней полостью камеры незначительна.При больших токах и расходах плазмообразующего газа более существенную рольиграет увеличение температуры газа в камере плазмотрона. Однако, несмотря на разные факторы, обуславливающие повышениедавления в камере формирования дуги приувеличении тока, качественная картина повышения давления от величины тока (см.фиг, 3) носит общий характер.Уменьшение тока приводит и к снижениюдавления в камере формирования дуги, чтов свою очередь вызывает уменьшение скорос.ти ее перемещения. 51 Предлагаемый способ обеспечивает автоматическую настройку режима по скорости перемещения дуги при изменении величины рабочего тока. При этом так как высоту расположения горелки относительно поверхности обрабатываемого металла поддерживают постоянной с помощью слежения занапряжением на дуге, а значение давления в камере формирования дуги определяют скоростью ее перемещения, то в процессе резки обеспечивают строгое постоянство поддержания напряжения на дуге независимо от величины рабочего тока и неровности поверхности обрабатываемого изделия. Это гарантирует повышение качествакромок плазменно-дугового реза при обработке изделий практически любых габаритов и любой толщины.Возможным вариантом осуществления предлагаемого способа является способ регулирования режима плазменной дуги, прикотором величину тока поддерживают постоянной, а изменяют расход плазмообразуюшего газа, Увеличение расхода газа обуславливает увеличение проплавляющей способности дуги, вследствие того, что при этом дуга становится более сжатой, Кроме того возрастает давление в камере формирования дуги за счет увеличения расхода газа, что в свою очередь вызывает увеличение скорости перемещения дуги.Преимуществом предлагаемого способа является то, что любое флуктуационное изменение какого-либо из параметров режима процесса, определяющих проплавляющую способность дуги, обуславливает соответствующее изменение давления в камере формирования дуги, что в свою очередь приводит к изменению скорости перемещения дуги. Так, например, происходит уменьшение количества газа, подаваемого в горелку в процессе резки, вследствие снижения давления в камере формирования дуги.Это обуславливает снижение скорости перемещения дуги, что обеспечивает отсутствие брака.Случайное разрушение канала сопла, вследствие двойного дугообразования в процессе резки, вызывает увеличение диаметра выходного отверстия сопла горелки, Поэтому, несмотря на постоянство расхода газа и величины тока, уменьшается давление в камере формирования дуги и снижается скррость ее перемещения. Следовательно, при данном способе режим работы плазменной дуги при резке, определяемый скоростью ее перемещения, автоматически подстраивается под изменение любого параметра режима процесса, определяющего проплавляющую способность дуги.Примером выполнения предлагаемого способа настройки режима плазменной дуги является выполнение резки стали 12 Х 18 Н 10 Т толщиной 20 мм с изменением тока от 150 до 350 А. Соответствующими7371 значениями тока приняты: 150, 200, 250, 300 и 350 А. Резка выполняется горелкой с диаметром канала сопла 3,0 мм и расходом плазмообразующего газа, в качестве которого используют технический азот, 3,5, м/ч, Для этого в начале для какого-то одного значения тока (200 А) определяют экспериментально путем ручной настройки режима соответствующее значение максимальной скорости резки, фиксируя при этом датчиком давления значение давления в камереформирования плазменной дуги.1 ОПрименительно для данного тока вышеуказанные показатели процесса равняются Чр = 0,85 м/мин, Рк -- 0,9 кгм/см. Зная отношение Ър, через блок управления подают сигнал на привод перемещения плазмено15 нои дуги, которыи в свою очередь обеспечивает соответствующее изменение скорости перемещения плазменной дуги при измене,.нии давления. При этом скорость резки из, меняют пропорционально изменению давления в камере формирования дуги, При этом 2 о соответствующее регулирование режима плазменной дуги для пяти значений тока при автоматизированной настройке с учетом экспериментального определения скорости резки для тока 200 А обеспечивают за 6 мин.Ручной способ регулирования режима, основанный на подборе максимальных скоростей резки требует для своего осуществления для шести значений тока 0,5 - 0,8 ч,Таким образом, предлагаемый способобеспечивает в 5 - 8 раз более высокую зо производительность выполнения настроечных операций. 518Максимальная разницы между значениями скоростей резки, определяемыми экспериментально вручную, и значениями получаемыми при автоматизированном выполнении процесса резки не превышает 3 - 4%.Формула изобретения Способ плазменной обработки, при котором скорость перемещения сжатой дуги увеличивают при увеличении ее проплавляющей способности, отличающийся тем, что, сцелью повышения качества резки путем обеспечения регулирования режима работы.плазмотрона при изменении любого параметрарежима процесса, проплавляющую способность дуги изменяют пропорционально давлению в камере ее формирования.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шапиро И. С. и др. Газоэлектрическая резка алюминиевых сплавов толщинойдо 250 мм. Сварочное производство, 1966,4, с. 31 - 33.2, Патент ФРГ212394, кл. 49 Ь 7/10,кл. 49 Ь 7/10, 1966.3. Баховский Д. Г. Плазменная резка,М., Машиностроение, 1972, с. 147.4. Шапиро И. С. и др. Плазменная резка в среде азота с повышенной концентрацией энергии в канале сопла. Сварочноепроизводство, 1966,6, с. 34 - 36.5. Хисида и др. Зависимость скоростиплазменной сварки от толщины листов, Сумитомо дзюкикай гихо, реф. 5, 73, 186атель Г. КвартдК Шуфрич16 О Состав Рощенко Тех е Тираж АИПИ Государствен по делам изобрет 5, Москва, Ж - 35,ППП а Патент г.