Способ плазменно-дуговой резки

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 290877 (21) 2520075/25-27с присоединением заявки Нов(5)М. Кл. В 23 К 31/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ Изобретение относится к способам разделительной плазменно-дуговой резки и может быть использовано для резки металлов толщиной до 60 мм в различных отраслях народного хозяйства при использовании в качестве плазмообразующей среды технического азота. Известен способ плаэменно-дуговой резки в среде технического азота,при котором величину тока режущей дуги изменяют по периодическому закону 11 .Недостатком этого способа является то, что его выполняют при неизменном расходе плазмообразующего газа. Поэтому при выборе расхода газа, исходя иэ предотвращения двойного дугообразования при горении дуги на токе паузы, данный расход газа не гарантирует отсутствия двойного дугообразования при горении дуги на токе, равном току в импульсе. Вместе с .тем выбор расхода плазмообраэующего газа, гарантирующего отсутствие двойного дугообразования при горении дуги на токе, равном току в импульсе, обуславливает неоправданное увеличение расхода газа при горении дуги на токе паузы иснижение .технико-экономических показателей процесса резки.Известен способ плазменно-дуговойрезки, выполняемый в среде технического азота, при котором режимы резки,гарантирующие высокую долговечностьэлементов дугового плазмотрона, выбирают исходя из диаграммы предельнодопустимых режимов. Эта диаграмма,построенная в координатах ток-расходплазмообразующего газа, имеет видС"образной кривой,у которой нижнийучасток характеризует условия работы.15 сопла плазмотрона, а верхний участокопределяет условия работы вольфрамового стержневого катода 21 . Однако при максимально допустимых 20 плотностях тока сопла данного диаметра обеспечивается выполнение про-цесса резки при сравнительно ограниченных расходах плазмообразующегогаза (не свыше 3,0-4,0 мЗ/ч , что 25 ограничивает напряжение на дуге иограничивает производительность выполнения резательных работ, Увеличение же расхода газа с целью обеспечения повышения напряжения на дуге З 0 обуславливает неизбежное уменьшениевеличины рабочего тока, что такжене обеспечивает существенного повышения производительности резки, Приэтом режимам, обеспечивающим максимальное значение плотности тока вканале сопла, соответствует строгоопределенный расход плазмообразующего газа. Данное обстоятельство, связанное с необходимостью поддержаниястрого определенных режимных параметров процесса, в ряде случаев затруднено,поэтому, исходя иэ необходимости гарантирования высокой долговечности элементов дугового плазмотрона, процесс резки выполняют призаниженных значениях тока для сопладанного диаметра, что, в свою очередь,снижает производительность резки.Кроме того, режимы, выбранные исходя иэ обеспечения высокой долговечности элементов дугового плазмотрона, невсегда являются оптимальными с точкизрения обеспечения ими высокого качества кромок реза, характеризуемогополным отсутствием натеков выплавленного металла на нижних кромках реза,что усложняет настройку режима работы резательного .плазмотрона, котораяхарактеризуется двухстадийным выборомрежимных параметровф на первой стадииих выбирают исходя иэ необходимостигарантирования высокой долговечностиэлементов другого плазмотрона, а затем корректируют с целью обеспеченияими соответствующего качества кромокреза.Это вызывает непроизводительныепростои реэательного оборудования,обусловленные необходимостью подборасоответствующих режимов.Известен способ плазменно-дуговойрезки, при котором изменяют величинутока режущей дуги и расход плазмообразующего газа 3Недостатком данного способа является то, что он не гарантирует высокой долговечности вольфрамового стержневого катода. Повышение тока одновременно с увеличением расхода газанеблагоприятно сказывается на долговечности вольФрамового стержневогокатода, обуславливая эрозионное разрушение вольфрамового катода. Эторазрушение катода обусловлено химическим взаимодействием азота с материалом катодом, вследствие того, чтоазот взаимодействует с вольФрамом,образуя нитриды вольфрама, а такжелокальным перегревом рабочего торцаэлектрода, обусловленного его нагревом катодным пятном,Цель изобретения - повышение производительности обработки и качествакромок реза, а также гарантированиевысокой долговечности элементов плазмотрона при выполнении резки в средеазота.Цель достигается тем, что последовательно чередуют по периодически повторяющемуся закону трехступенчатоеизменение тока и расхода плазмообраэующего газа, на первой ступени повышают расход плазмообраэующего газа, авеличину тока режущей дуги сохраняютнеизменной, при работе на второй ступени повышение тока синхронизируют суменьшением расхода плаэмообразующегогаза, а при работе на третьей ступени уменьшение тока синхронизируют суменьшением расхода плаэмообраэующе 1 О.го газа, причем суммарную длительностьвсех ступеней принимают равной 0,30,5 с при равенстве длительностейкаждой ступени между собой, а расходгаза при работе на первой ступени15 повышают в 1,3-1,7 раза по сравнениюс предельно допустимым значением дляданного тока,На фиг. 1 изображена диаграммапредельно допустимых режимов при2 О стационарных режимных параметрах, атакже диаграммавыбора режимных параметров; на фиг,2 в изменение режимных параметров во времени.Соответствующие режимные параметры процесса приведены на фиг,2 вмасштабе 1:2.На чертежах обозначено:область 1предельно допустимых режимов, характеризующих условия работы соплаплаэмотрона, область 2 предельно доЗО пустимых режимов, характеризующихусловия работы сопла плазмотрона ивольфрамового стержневого катода,область 3 предельно допустимых режимов, характеризующих условия ра 35 боты вольфрамового стержневогокатода при стационарных режимныхпараметрах, первая ступень 4 изменения режимных параметров процесса,вторая ступень 5 изменения режимных40 параметров процесса, третья ступеньб изменения режимных параметровпроцесса, область 7 рабочих режимов,Р - область двойного дугообразования при стационарных режимных параметрах, Е - область рабочих режимовпри стационарных режимных параметрах, Э - значение тока режущей дуги,34 - значение тока режущей дуги приработе на первой ступени,3 - максимальное значение тока при работе5 О на второй ступени,0, - значениерасхода плазмообразующего газа,Яминимальное значение расхода газапри работе на первой ступени,Юминимальное значение расхода газа55 при работе на второй ступени,0 эмаксимальное значение расхода газапри работе на второй ступени, А,В,С - точки, характеризующие режимныепараметры процесса на каждой ступени,О - область рабочих режимов,время, т- время изменения режимныхпараметров процесса при работе дугового плаэмотрона на первой ступени,время изменения режимных пара-.метров процесса при работе дуговогоплазмотрона на второй ступени, гз время изменения режимных параметров процесса при работе дугового плазмотрона на третьей ступени.Способ осуществляют следующим образом, 5Между электродом, установленным .в камере дугового плазмотрона, и обрабатываемым изделием возбуждают плазменную дугу и в процессе резки изменяют по определенному закону режимные параметры процесса; величину тока режущей дуги 3 и расход плазмообразующего газа 0 . Режимные параметры выбирают исходя из диаграммы предельно допустимых режимов, которая характеризует соответствующие 15 режимные параметры при постоянном значеныи тока и расхода газа, условия работы сопла дугового плазмотрона характеризует область 1, которая носит возрастающий характер, т.е, всякое Ю увеличение рабочего тока обуславливает необходимость увеличения расхода плазмообразующего газа с целью предотвращения двойного дугообразования. Соответственнообласть 2 характеризует 25 предельно допустимые режимы, характеризующие работу вольфрамового стержневого катода, и она имеет падающий характер, т,е. чем больше должна быть величина рабочего тока, тем соответст 30 венно меньшим должен быть расход плазмообразующего газа с целью предотвращения эрозии вольфрамового катоца. Область 3, являющаяся пересечением областей 1 и 2, характеризует З 5 те режимы при стационарных режимных параметрах, при которых имеет место как эрозия катода, так и разрушение сопла вследствие двойного дугообразования. То есть, все возможные режимы резки при стационарных режимных параметрах лежат в области Е, ограниченной областями 1 и 2. Соответственно те режимы, которые лежат в области Р, не могут быть использованы при резке плазмотрона со стержневым катодом, так как не гарантирует долковечность элементов .дугового плазмотрона при стационарных режимных параметрах процесса.Поэтому при выполнении предлагаемого способа при.его осуществлении на первой ступени 4 в течение време-. ни г , повышают расход плазмообраэующего газа от значения О до в то время, как значение тока режу щей дуги 3 сохраняют постоянным. Точки А и В характеризуют граничные режимные параметры плазменной дуги при работе на данной ступени. Несмотря на то, что увеличение расхода 60 плазмообразующего газа на данной ступени производят на 30-70 больше, чем это допускает область 2, эрозия катода при этом отсутствует. Это обусловлено тем фактом, что разрушение 5 катода связано с определенным временем горения плазменной дуги г , А так как время гпринимают незначительным, то за это время эрозия катоца произойти не успевает, несмотряна то, что точка В лежит вне областипредельно допустимых режимов, Затем в течение времени г повыаают значение тока от 3 до 3 , а расход плазМообразующего газа уменьшают от до ч. Точки В и С характеризуют в течение времени г . граничные условия подцержания плазменной дуги на второй ступени изменения режимных параметров 5.Таким образом, область Э характеризует область рабочих режимов при выполнении предлагаемого способа резки, которую ограничивает треугольник АВС. При этом условия подцержания дуги в двух точках А и С выбирают ле-, жащими внутри области Е, которая характеризует область рабочих режимовпри стационарных режимных параметрахпроцесса, а условия поддержания дуги в точке В выбирают вне области Е. Отсутствие эрозии катода при существенном возрастании расхода плазмообразующего газа обуславливается тем, чторежим поддержания горения дуги на данном расходе газа весьма ограничен повремени, в то время как последующийрежим поддержания дуги в точке С непредставляет опасности для работыкатода, а режим горения дуги, отвечающий ее поддержанию в точке А, вообще не представляет никакой опасности для стержневого вольфрамового катода и является как бы своеобразным режимом "отдыха", характеризующим работу катода.Поэтому все режимы, лежащие в области 7, гарантируют высокую долговечность элементов дугового плазмотрона, определяемую условиями работы катода и сопла.В то же время, за счет соответст-. вующего увеличения расхода газа, отвечающего поддержанию плазменной дуги при режимных параметрах, отвечаощих точке В, обеспечивают повышение напряжения на дуге, что в свою очередь способствует повышению производительности выполнения реэательных работ. Этому также способствует периодическое Изменение таких режимных параметров, как величина тока и расход плаэмообразующего газа, что обуславливает изменение глубины анодного пятна в полости реза при работе на каждой ступени и способствует более эффективному вводу тепла в обрабатываемое изделие.Соотношение между г, г и г обычно принимают равными между собой. Однако выбор ггг обеспечивает дополнительное повышение производительности выполнения резательных ра.бот. Соответствующее значение тока 3 принимают, исходя из диаграммы предельно допустимых режимов для стационарных режимных параметров,как максимально возможное значение тока для соответствующего диаметра сопла плазмотрона.Величину, характеризующую значение тока равное 3 , принимают как (0,7-0,9) 3;уменьшение этого тока более, чем на 30, по сравнению с токомЭнерационально, так как при этом не обеспечивается повышение производительности по сравнению с . известным способом. фПримером выполнения предлагаемого способа является разделительная 15 плазменно-дуговая резка стали марки 12 Х 18 Н 10 Т толщиной 25 мм. Резка выполняется плазмотроном РПМ-б,входящим в состав установок ОПР,0 ПР-2 М,. ОПРт 6-3 М, с вольфрамовым стер жневым катодом в среде технического азота. При предлагаемом способе в соответствии с диаграммой предельно допустимых режимов для сопла диаметром 3 мм, имеющего высоту канала так же 3,0 мм и глубину утопления электрода 8,0 мм, для стационарных режимных параметров установлен следующий режим, обеспечивающий максимальное значение плотности тока в канале 30 сопла Э = 350 А, цй = 3,8 мз/ч.При выполнении предлагаемого способа эа счет программирования режимных параметров обеспечивают трехступенчатое изменение параметров режима. При 35 этом за счет программирования параметров режима во времени обеспечивают значения параметров режима в точках А,В и С фиг.1), приведенные в табл.1.4 О Таблица 1 Параметры режима Н аи менов аниеточки Ток, А Расход азота, мз/ч 50 2,6 300 8,2 300 3,8 350 Параметры режима, характеризующие поддержание дуги в точках А и С, выбирают также, исходя из диаграммы щ предельно допустимых режимов, в то время как расход азота, характеризующий поддержание дуги в точке В,повышают примерно в 1,5 раза.по сравнению с соответствующим значением, ха рактеризующим диаграмму предельно допустимых режимов 5,5 м/ч . При этом режимные параметры процесса изменяются по периодическому закону от точки А к точке В и С и т,д.За счет такого периодически повторяющегося изменения режимных параметров процесса обеспечивают изменение углубления анодного пятна в полости реза, что в свою очередь обеспечивает более эффективный ввод тепла в обрабатываемое изделие и способствует повышению производительности выполнения реэательных работ. Этому также способствует и повышение напряжения на дуге.В табл.2 приведены данные, характеризующие известный и предлагаемый способ,Т а б л и ц а 2 Способ Показатели процесса резки Максимальнаяскорость,м/мин Напряжение надуге, В Известный 125 1,4 Предлагаемый 140 1,85 Формула изобретения Способ плазменно-дуговой резки,шэи котором изменяют величину тока Сопоставление данных, приведенных. в табл,2, показывает, что при использовании предлагаемого способа максимальная скорость резки возрастает на 32 по сравнению с известным, Данная разница по производительности становится еще большей с учетом получения кромок реза, характеризующихся полным отсутствием натеков выплавленного металла.При использовании известного способа при максимальных скоростях резки на кромках реза всегда имеются натеки выплавленного металла.Их устранение, связано с необходимостью уменьшения скорости резки на 20 по сравнению с ее максимальным значением. Предлагаемый способ гарантирует получение "безгратовых" резов и при максимальной скорости перемещения плазмотрона, С учетом указанного фактора разница по производительности между известным и предлагаемым способом возрастает на 65.9 10 742086 За 6/4 Зака Подп ЦНИ Тир 60 е 1 Патул.П ф г Р ктнаяФилиал ПП г. Ужгоро режущей дуги и расход плазмообразующего газа, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности обработки и качества кромок реза, а также гарантирования высокой долговечности элементов плазмотрона при выполнении резки в средеазота, последовательно чередуют попериодически повторяющемуся законутрехступенчатое изменение тока и расхода плазмообразующего газа, на первой ступени повышают расход плазмообразующего газа, а величину токарежущей дуги сохраняют неизменной,при работе на второй ступени повышение тока синхронизуют с уменьшениемрасхода плазмообразующего газа, апри работе на третьей ступени уменьшение тока синхронизируют с уменьшением расхода плазмообразующего газа,причем суммарную длительность всехступеней принимают равной 0,3-0,5 спри равенстве длительностей каждойступени между собой, а расход газапри работе на первой ступени повышают в 1,3-1,7 раза по сравнению спредельно допустимым значением расхода для данного тока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 304092, кл. В 23 К 31/10, 1968.2. Шапиро И.С, и др. Плазменнодуговая резка, "Химическое и нефтяное машиностроение", Р 12, 1969,с,24-26.3, Авторское свидетельство СССРР 508365, кл. В 23 К 31/10, 1974.