Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов

396131 ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 621.791. .753.9.034 (088.8) Опубликовано 15.02.83. Бюллетень6Дата опубликования описания 25.02,83 пф делам нзюбретеннй н ютнрмтий(54) ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВИзобретение относится к сварочному оборудованию и предназначено для использования при электродуговой.сварке, преимущественно в среде защитного газа и при сварке порошковой проволокой,Известна горелка для плазменно-дуговой резки с разомкнутой системой охлаждения, содержащая электрод, сопло, радиатор с ребрами и наконечник с основным и дополнительными отверстиями 11.Недостатком этой горелки является отсутствие встроенного отсоса газов, более того, встроить отсос в такую горелку представляет значительную техническую сложность, поскольку в зонурезки подается отработавшая охлаждающая среда. Это вызывает интенсивную турбулентность в зоне резки, в результате чего трудно произвести сколько-нибудь эффективное улавливание газов. Обшеобменная вентиляция в таких случаях малоэффективна.Если применить такое устройство для сварки в среде защитного газа или порошковой проволокой, то нарушится сам технологический процесс сварки, поскольку защитные газы будут перемешиваться с истекающим охлаждающим потоком, в результате чего будет нарушена защита. Оборудование горелки встроенным отсосом и в этом случае представляет большую .техническую сложность.Известна горелка для электродуговойсварки, содержащая корпус, токоведушие элементы с радиатором, сопло для подачи зашитного газа и наконечник для подачи охлаждающего воздуха. Горелка выполнена в виде сварочного пистолета, в рукоятку которого встроен пневмомотор подачи сварочной проволоки. Охлаждающий воздух подается к радиатору при температуре сети, без расширения, и далее поступает на пневмомотор 12 .Однако это решение определяет низкую 15 эффективность охлаждения радиатора прибольших сварочных токах, поскольку температура воздуха в сети достаточно высота, что является недостатком этой горелки.Известна также горелка для дуговой сварки, содержащая насадку, источник вакуума и рукав для отсоса вредных газов. В горелке источник вакуума размещен между рукавом и насадкой, при этом источник вакуума совмещен с насадкой. а выходная часть насадки выполнена в виде камеры смешения5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 эжектора. В процессе сварки выделяющиеся газы и аэрозоль всасываются в насадку и далее, через рукав, удаляются из зоны сварки 13.Однако горелка этой конструкции обладает рядом недостатков.Охлаждение насадки и размещенных в ней участков токоведуших элементов и наружной поверхности сопла подачи защитного газа осушествляется за счет теплосъема потоком отсасываемого воздуха, а участок токоведущих элементов внутри сопла для подачи защитного газа и само сопло изнутри охлаждаются защитным газом. Такое охлаждение в этом случае недостаточно.В результате недостаточного охлаждения и наличия выступа в аспирационном тракте, образующего лабиринтный канал для всасываемого потока газопылевыделений, происходит засорение аэрозолем насадки и расли.ожснных внутри нее токоведуших эле;. Г",11 и с п.)а и накопление аэрозоля перед В 1;.Оту)с)м,)то приводит к резкому снижению теплоотдячи токоведушими элементами.Кроме того. повышается аэродинамическос сопротивление аспирационного тракта, что резко снижает эффективность газопылеотсоса. Участок токоведуших элементов, размещенный в корпусе горелки вне насадки, вообще не охлаждается, а корпус горелки охлаждается лишь частично. Это снижает срок службы горелки, а при сварке большими токами высокая температура нагрева рукоятки ухудшает условия труда сварщиков.Энергия эжектируюшего газа используется нерационально, поскольку в зоне наиболее низких температур (ня выходе сопла) отсутствует омывание холодным воздухом теплонапряженных элсмс.1:тов.Н,с.,101 рР 1; ТОГ) с 1,1 О .)кент)1)Я 51 В- л)с.Г) 1 Я 51,Гс .), с;1) Г 1 ел .1 тоы Горел)а ) ГГГВ) тО: ",Ое ":(В) 1)ный контакт ". тсп.)1 Ягр) Гкс и 1) . сОмсГся,)и. Таким об- РЯзим, э,с ГГ.1 )Жс 11 ,)1 О 11 СГ) ГЯЗЯ ИСПОЛЬ- зуетс); .1, ) ) .ся,си, :)р)1 н 1.1 х Г )зов и аэрО- з 1,) . сис)1: к )св, нно зя с и эжектируе- сЧОГО ЗаГРЯЗНЕННОГО ВОЗДУХа У ЯСтВУЕт В ОХ- ляждении, что нерационально.Наиболее близким к изобретению по технической сушности и достигаемому эффекту является горелка для дуговой сварки в среде зашитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной внутри него токоподводя щей трубкой и эжектором, сопло которого установлено на токоподводяшей трубке концентричпо ей, Отсасываюшую насадку, охватываюшую сопло для 11 одачи защитного газа, а также рукоятью. Э)ксст)р в горелке выполнен с приемной 1,.с рой и камерой смешения, соосными )ГсссыВЯ 1)шей насадке 4,Однако горе,:,кя 1.1 ко)гструкции обладает рядом нсд)сГа-г,х В.Охлаждение 1:.; бо.с Г сер мо 1 а Г)ряжсн.ных элеме 1 тс)В (с,)11,";1 ., подачи зашитно- ГО ГЯЗс 1, 1 Я( 1 ,)1 О.:й 1 О Ъ 15 С ГК 1) токоподводяшей трубки, наиболее приближенного к сварочной дуге) малоэффективно, так как осушествляется лишь отсасываемым потоком воздуха с пылегазовыделениями. Температура этого потока относительно велика и при больших сварочных токах составляет 100 - 200 С:Вследствие недостаточного охлаждения указанных элементов горелки наблюдается их интенсивное засорение сварочным аэрозолем. Этот фактор приводит к тому, что, во-первых, ухудшается теплообмен между охлаждаемыми элементами горелки и потоком отсасываемого воздуха, во-вторых, уменьшается сечение аспирационного канала горелки и повышается шероховатость его стенок. В результате снижается долговечность наиболее термонагруженных элементов горелки и после кратковременной эксплуатации ухудшается эффективность работы ее аспирационной системы.Вследствие недостаточного охлаждения наиболее термонапряженных элементов область применения горелки ограничена по силе сварочного тока. Сварка при токах свыше 300 А при обеспечении длительного срока службы потребует увеличения сечения токоподводяшей трубки и дополнительного охлаждения, что, в свою очередь, повлечет увеличение массы горелки. Кроме того, энергия эжектируюшего газа для охлаждения горелки используется нерационально. Это обусловлено тем, что при истечении газа из сопла, его охлаждение достигается только за счет эффекта дросселировяния, который характеризуется низкими температурным и энергетическим КПД.Цель изобретения - интенсификация охлаждения токоведуших элементов горелки эжектируюшим газом и повышение эффективности отсоса вредных выделений.Цель достигается тем, что горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной внутри него токоподводяшей трубкой и эжектором, сопло которого установлено на токоподводяшей трубке концентрично ей, отсасывающую насадку, охватываюшую сопло для подачи защитного газа, а также рукоятку, снабжена вторым эжектором, последовательно соединенным с первьм, и адиабатной вихревой трубой, при этом сопло первого эжектора расположено в зоне рукоятки и его полость соединена с выходным отверстием горячего конца вихревой трубы, а сопло второго эжектора расположено на отсасываюшей насадке концентрично ей и его полость соединена с выходным отверстием холодного конца вихревой трубы.На выходе горячего конца вихревой трубы установлен регулируемы й дроссель.На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая горелка, продольный разрез (токовс дущие элементы, канал и сопло для полачи защитного газа не разрезаны); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.Горелка содержит корпус 1 с рукояткой 2, Внутри корпуса 1 расположена токоподводящая трубка 3 с каналами для направления электродной проволоки и подачи защитного газа. На конце трубки 3 расположено сопло 4 для подачи защитного газа. Горелка имеет отсасывающую насадку 5, охватывающую сопло 4. В корпусе 1 горелки встроены два эжектора, последовательно соединенные. Сопло 6 одного эжектора установлено на токоподводящей трубке 3 концентрично ей в зоне рукоятки. Оно образовано внутренней поверхностью кольцевой камеры 7, наружной поверхностью конца рукоятки 2 и стенками 8 всасывающей камеры 9 эжектора, к выходному каналу которого подсоединен рукав 10 для удаления вредных выделений. Сопло 11 второго, эжектора расположено на отсасывающей насадке 5 и образовано наружной поверхностью насадки 5, внутренней поверхностью кольцевой камеры 12 и внутренней. поверхностью обечайки 13. Полости сопел б и 11 эжекторов через кольцевые камеры 7 и 12 сообщаются с адиабатной вихревой трубой, которая имеет спиральное сопло 14, диафрагму 15, установленные в корпусе 16. К соплу 14 посредством штуцера 1, установленного в корпусе 16, подсоединена трубка 18 для подвода сжатого газа.К диафрагме примыкает трубка 19 для выхода холодного воздуха, которая является холодным концом вихревой трубы. С противоположной стороны к корпусу 16 присоединена трубка 20, один конец которой сообщен со спиральнымсоплом 14: а второй - с трубкой 21, являющейся горячим концом вихревой трубы."В трубку 20 встроен регулируемый дроссель 22. Холодный конец вихревой трубы сообщен с кольцевой камерой 12, а ее горячий конец - с кольцевой камерой 7 эжекторов.Горелка работает следующим образом.В горелке в процессе сварки электродная проволока и защитный газ по каналам в токоподводящей трубке 3 и соплу 14 для подачи защитного газа подаются в зону дуги. Сжатый газ по трубке 18 и штуцеру 17 поступает в спиральное сопло 14, установленное в корпусе 16 вихревой трубы. В спиральном сопле 14 происходит закручивание потока, движущегося со скоростью, близкой к скорости звука, и его расширение. Вследствие сложных газодинамических и термодинамических процессов происходит энергетическое разделение газа на два потока: холодный и горячий. Разница в температуре между потоками достигает 40 - 60 С и более в зависимости от соотношения между массовым расходом газа через холодный и горячий концы, регулируемым посредством дросселя 22. Холодный поток поступает в трубку 19 через диафрагму 14 и далее в кольцевую камеру 12. Горячий поток отводится под некоторым избыоны давлением с противоположной стороны сопла 14через трубку 20, дроссель " ч трубку 21в кольцевую камеру 7. Реж ; аботы вихревой трубы подобран таким образом, что сжа 5 тый газ расширяется не полностью, вследствие этого холодный и горячий потоки навыходе из вихревой трубы имеют избыгочное давление.Источником вакуума, обеспе шнакпцимудаление вредных выделений из зоны сварки, являются два последовательно соединенных эжектора. Поток холодного газа:,зкольцевой камеры 12 поступает в щел ойканал сопла 11, образованный наружной поверхностью отсасывающей насадки 5 и внут.ренней поверхностью обечайки 13. В щелевом канале сопла скорость холодного потока значительно возрастает. В результатеэтого, при истечении холодного газового потока из щелевого канала, в отсасывающейнасадке 5, являющейся всасывающей каме 20 рой эжектора, создается разрежение. Образующиеся при сварке вредные пылегазовыделения всасываются в насадку 5 и далеепоступают в аспирационный канал в корпусе 1 и рукоятке 2 горелки, который является камерой смешения эжектора. В каналекорпуса горелки поток пылегазовыделенийсмешивается с эжектирующим холодным потоком. Смешанный поток поступает к всасывающей камере 9 другого эжектора,Горячий поток газа из кольцевой камеры 7 поступает в щелевой канал сопла 6.В щелевом канале сопла 6 скорость горячего потока значительно возрастает. В результате этого, при истечении горячего газового потока из щелевого канала сопла 6 вовсасывающей камере 9 создается разрежез 5 ние, благодаря чему смешанный поток изэжектора, расположенного у насадки 5, поступает во всасывающую камеру 9 и далеев проточную часть эжектора рукоятки 2, гдепоток удаляемых вредностей смешивается сгорячим потоком. Смешанный поток из эжек 40 тора рукоятки поступает в аспирационныйрукав 1 О и удаляется из рабочей зоны сварщика. Регулирование температуры холодного потока осуществляется дросселем 22. Впроцессе дросселирования изменяются соотношения как температуры, так и расколов4 горячего и холодного потоков, Этим достигается оптимальный режим работы горелки взависимости от режима сварки,Охлажденный поток, постчпающий из холодного конца вихревой трубы, омываетнаружную поверхность насадки 5 и внутрен 50 нюю поверхность кольцевой камеры 12 иобечайки 13, благодаря чему происходит иаинтенсивное охлаждение. Аспирационный канал корпуса 1 и рукоятки 2 горелки и токоведущие элементы охлаждаются смешаннымпотоком.Предлагаемая горелка по сравнению сизвестной обеспечивает более интенсивноеохлаждение наиболее термонагруженныхэлементов горелки - токоведущих элемен 7 996131тов и отсасывающей насадки; КПД процесса охлаждения в вихревой трубе (холодный КПД ( Ч = 24 - 25%) значительно выше, чем КПД процесса дросселирования (Ч 9 -- = 1,7%), в том числе с использованием обдува в известных конструкциях, чем достится более эффективное охлаждение гаетсяне гия прри равных затратах энергии, т.е. эн р сжатого газа используется более рациона льно. Кроме того, обеспечиваетея более эффективное удаление вредных выделений за счст уменьшения налипания сварочного аэрозоля на стенки аспирационного канала го, Зто достигается, во-первых, более иненных тенсивным охлаждением термонагружей образующих аспирационный канал, деталей, о р уными а во-вторых, более низкими температур характеристиками потока пылегазовыделений в аспирационном канале, взаимодействующего с холодным эжектирующим потоком.Формула изобретения 1. Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной вйутри него токоподводящей трукой и эжектором, сопло которого установлено на токоподводящей трубке концентрично ей, отсасывающую насадку, охватывающую сопло для подачи защитного газа, аю Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СС.Р332964, кл. В 23 К 9/16, 22.05.70.2. Патент ФРГ1565627, кл. 49 Ь 9/12,23.12.71,ЗАвторское свидетельство СССР по заявке2720605, кл. В 23 К 9/16, 27.09.76.4. Авторское свидетельство СССР по заявке2457424, кл. В 23 К 9/6, 01.03.77(прототип). также рукоятку, отличающаяся тем, что, сцелью интенсификации охлаждения токоведущих элементов горелки эжектирующим газом и повышения эффективности отсоса вредных выделений, горелка снабжена вторымэжектором, последовательно соединенным спервым, и адиабатной вихревой трубой, приэтом сопло первого эжектора расположено взоне рукоятки, и его полость соединена свыходным отверстием горячего конца вихревой трубы, а сопло второго эжектора расположено на отсасывающей насадке концентрично ей, и его полость соединена с выходным отверстием холодного конца вихревой трубы,2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем,что на входе горячего конца вихревой15 трубы установлен регулируемый дроссель.996131 17 16Составитель Г. КвартальноваРедактор Л. Химчук Техред И. Верес Корректор В Бттяга Заказ 798/22 Тираж 1104 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4