Способ резки труб плазменной горелкой

(19) 01) т,:фкафф"," Ф;.,.:. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 35 (22) 21 (46) 15 (72) Л. 400 7/2512.8202.84.Слоним ки и осуществляют резку еменным удалением грата и помощи экрана, который с горелкой и размещают вну аемой трубы, о т л и ч а с я тем, что, с целью по качества резки путем устр липания грата и шлака на поверхность трубы, перед зки центр кривизны приемн ности экрана совмещают с ресечения продольной оси горелки с внутренней пов трубы, а ось симметрии э щают относительно продоль азменной горелки в .направ зки.и горел одновр ка при няют с разрез щ и й шения ния на реннюю лом ре поверх кой пе менной ностью шла- оедиовскии ксаков оюзный и прое угольн 791.94 атент К 7/04(54)(57) СПОСОНОЙ ГОРЕЛКОЙ,относительное вид 3 К ерхкраной ЗКИ ТРЫБ ПЛАЗМЕН -котором производямещение трубы а сме си пл ии ре ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ три ю - вы- ане- внутнача-, ойточИзобретение относится к плазменно-дуговой резке и может быть использовано при термической резкетруб с обкаткой плазмотроном вокругнеподвижной разрезаемой трубы илипри резке с вращением трубы относительно неподвижного плазмотрона,Известен способ.,улавливания расплава, включающий прием расплаваохлаждаемой поверхностью экрана,расположенного внутри вращающейсятрубы ).1 3Однако этот способ характеризуется недостаточной эффективностью улав -ливания расплава, так как при переходе на резку других типоразмеровтруб (иного диаметра и толщины стенки) увеличивается сектор разбрызгивания расплава,что приводит к егонеполному улавливанию, т.е. снижениюэффективности, Кроме того, не учтенэффе т откло, ения Факела от продоль 20ной оси резака или плазмотрона в направлении, обратном вращению трубы,или в направлении обкатки трубы плазмотроном при неподвижной в процессерезки трубе, что приводит к увеличению количества расплава, попадаемогаи наплавляемого на внутреннюю поверхность трубы, т.е. к снижению эффективности улавливания расплава.Под расплавом подразумевается 30продукт, получаемый в результатевоздействия плазмен ной струи на разрезаемый металл (грат и шлак),Известен также способ резки трубплазменной горелкой, при котором 35производят относительное перемещение трубы и горелки и осуществляютрезку с одновременным удалениемграта и шлака при помощи цилиндрического экрана, который соединяют с 40горелкой и размещают внутри разрезаемой трубы (.2 3., Недостатком известного способа является низкая эффективность улавливания расплава, обусловленная большим 4рассеянием расплава от экрана приотражении, Так же не учтен эффектотклонения Факела от продольной осирезака или плазмотрана, в результатечего трудно получить высокое качество резки.50Цель изобретения - повышение качества резки путем устранения налипания грата и шлака на внутреннюю поверхность трубы.Указанная цель достигается тем, 55что согласно способу резки труб пла.з.менной горелкой,при котором производят относительное перемещение трубыи горелки и осуществляют резку содновременным. удалением грата к 60шлака при помощи цилиндрическогоэкрана, который соединяют с горелкойи размещают внутри разрезаемой трубы,перед началом резки центр кривизныприемной поверхности экрана совмещают с точкой пересечения продольной оси плазменной горелки с внутренней поверхностью трубы, а ось симметрии экрана смещают относительно продольной оси плазменной горелки в направлении резки.На фкг. 1 изображена схема осуществления способа; на Фиг. 2 - схема подачи хладагента на экран; на Фиг. 3 - устройство для реализации способа.Схема включает экран 1, разрезаемук трубу 2, плазменную горелку 3, каналы 4 для подачи воры, охлаждающей экран, устройство 5 для подачи хладагента на экран, приемную поверхность б экрана, наружную поверхность 7 экрана, сопла Ы,для подачк хладагента,На станине 9 смонтированы опора10 для разрезаемой трубы 2, стол 11,на котором установлен привод 12 поворота экрана 1 для улавливания расплава и плазменной горелки 3. Горелка 3 закреплена в суппорте 13, который через кронштейн 14 жестко связанс экраном 1. Таким образом, экран 1установлен с возможностью синхронного и синфазного поворота вокругпродольной оси трубы 2, которая настоле 11 установлена неподвижна.На Фкг, 1 приняты буквенные обозначения; х - угол поворота экрана,точка О - точка пересечения продольной оси горелки с внутренней поверхностью трубы, О - центр симметрии экрана 1, Б, - радиус приемнойповерхности экрана, В- радиуснаружной поверхности экрана,угол между продольной осью глазменнойгорелки и линией, проходящей через точки О и О., б, у к 6 - угловые размеры экрана, ю- направление обкатки плазменной горелки относительно неподвижной трубы, и - направление вращения трубы при неподвижной горелке, 2 - длина экрана, ". - диаметр трубы 2.Перед началам резки экран 1 устанавливают внутри трубы 2 так, чтобы центр кривизны О приемной паверхнасти б экрана совпадал с точкой пересечения продольной оси плазменной горелки 3 с внутренней поверхностью трубы. Относительно тачки О в плоскости реза экран 1 смещают от продольной оск плазменной горелки 3 в направлении резки (поворачивают на угол ь,)к закрепляют неподвижно относительно горелки 3 Включается система охлаждения экрана, обеспечивающая непрерывную циркуляцию хладагента, например воды, па каналам 4. Сжатый воздух при помощи устройства 5 подается в зону падения грата и шлака на экран 1,Далее включается рабочая дуга горелки 3 и начинается резка трубы 2.Резка может выполняться в двух режимах: плазменная горелка 3 с экраном 1 неподвижны, а труба 2 поворачивается вокруг своей продольной оси в направлении стрелки сает, или наоборот, труба 2 неподвижна а плаз/ менная горелка 3 с экраном 1 синхронно обкатываются вокруг трубы 2 в направлении стрелки и,Образующиеся при резке грат и шлак охлаждаются экраном до температуры, 10 исключающей их наплавление и налипание на экран, и сжатым воздухом удаляются с экрана, При этом грат дополнительно охлаждается настолько, что не налипает на внутреннюю поверхность 5 трубы 2, Наиболее эффективен прием расплава на экран, центр кривизны приемной поверхности которого совмещен с точкой пересечения продольной оси горелки с внутренней поверх ностью трубы в зоне реза. Здесь используется известный из оптики эф- фект, заключающийся в том, что лучи света, исходящие из центра кривизны сферы, после отражения от нее возвращаются в обратном направлении. Это придает операции приема расплава новое качество - Обеспечивается направленное рассеивание частиц расплава, при котором исключается его наплавление и налипание на внутреннюю поверхность трубы, что ведет к повышению эффективности улавливания, Движение частиц расплава после отражения от экрана навстречу факелу способствует их дополнительному измель чению, а значит и более быстрому остыванию при выходе из факела. При обкатке горелкой неподвижной трубы или при вращении трубы от носительно неподвижной горелки происходит отклонение факела от продольной оси горелки в направлении резки. Величина угла отклонения факела определяется скоростью обкатки или скоростью вращения трубы, а также толщиной стенки трубы и может достигать 30 . В этом случае, если экран расположен непосредственно под горелкой (например, симметрично относительно продольной оси горелки), значительная часть расплава, минуя экран. попадает непосредственно на внутреннюю поверхность трубы, что можно устранить, увеличив ширину экрана в плоскости реза. Однако такое решение не всегда пригодно, например при переходе на резку труб другого типоразмера,особенно меньшего диаметра, При этом нарушается требование совмещения 60 центра кривизны рабочей поверхности экрана с точкой пересечения продольной оси плазмотрона с внутренней поверхностью трубы, что совершенно недопустимо. 65 Оптимальным техническим решением, позволяющим устранить нежелательные последствия эффекта отклонения Факела, является поворот экрана от продольной оси горелки относительно центра кривизны приемной поверхности экрана в направлении резки.Охлаждение рабочей поверхности экрана, например циркуляцией хлад- агента внутри него, исключает короб- ление и перегрев экрана. В определен" ной мере охлаждение экрана способст- вует и охлажцению расплава. Однако в процессе реза расплав накапливается на экране и интенсивности циркуляции хладагента недостаточно для его охлаждения, слой расплава нарастает, превращается в сгусток, наруша 1 ощий Форму рабочей поверхности экрана, что ведет к усилению его рассеяния, причем расстояния ненаправленного, на внутреннюю поверхность трубы. Расплав рлссе 11 вается в раскаленном состоянии, так как при Отражении не охлаждается и, следова- тельно, частицы расплава могут направляться ца трубу.Указанный недостаток полностью устраняется при подаче хладагента, например сжатого воздуха, непосредственно в зону взаимодействия Факела с рабочей поверхностью экоана, т.е. в зону наиболее вероятного попадания и направления расплава. В отлц 1 ие от внутреннего охлаждения зкраца, хладагецт, подаваемый извне, отводит расплав с экрана, дополнительно рассецвая его,предотвращая тем самым Образование упомянутого сгустка, а также охлаждает рассеива. - ,емь 1 Й им расплав 11 астолькочто ГО следций на внутреннюю поверхность трубы не налипает. Каналы 4 могут иметь различную конфигурацию, определяемую технологией их изготовления и заложенным в конструкцию прицциом охлаждения.Расположение каналов 4 внутри экрана 1 может быть равномерным и неравномерным, также соседние каналы 4 могут быть различны по диаметру.Зкран 1 в плоскости реза выполнен сФерическим с радиусами приемной поверхности б и наружной поверхности 7 й,1 и й, соответственно, причем БЯ что обеспечивает опти"2мальные условия расположения каналов 4 внутри экрана 1, что в итоге исключает наплавлецие расплава на приемную поверхность б за счет наиболее эффективного ее охлаждения, а уменьшение кривизны приемной поверхности б ве - дет к облегчению удаления остывшего расплава с экрана.Центр кривизны О приемной поверхности б совмещен с точкой пересечения продольной Оси горелки 3 с внут 1073024ренней поверхностью трубы 2, что обеспечивает отражение расплава в направлении, обратном направлению их падения на приемную поверхность 6, чтоснижает количество расплава, попадающего на внутреннюю поверхность трубы.Экран 1 повернут на угол с отпродольной оси горелки 3 относительноцентра 0 кривизны приемной поверхнОсти экрана в направлении обкатки. 10В случае симметричного выполнения экрана поворот может осуществляться на угол Д =К/2,Экран 1 в плоскости реза можетбЫть несимметричным. Часть его прием ной поверхности б, имеющая угловойразмер с, в процессе реза предназначена для накопления, расплава,стекающего с приемной поверхностис угловым размером, и его дополнительного охлаждения, Поэтомуэкран 1 в пределах угла о"- можетиметь ковшеообразную форму. Приемная поверхность б экрана 1 в плоскости реза относительно центра кривизны О имеет угловой размер у 2 о 6,так как в пределах углар осуществляется наиболее интенсивное накопление расплава.Длина Ь экрана 1 по продольнойоси трубы 2 определяется из конструктивных соображений и из условиянаименьшего просыпания остывшихчастиц внутрь трубы и может быть выбрана из условия Ь ) 3/40 , гдеЭ - диаметр трубы 2. Экран 1 поп%дольной оси трубы 2 может бытьвыполнен плоским, сферическим, ковшеобразным и т.п.Угловой размер экрана 1 в плоскости реза относительно центра кривизны 0 определяется из соотношения О: (3..4 оС , которое получено по результатам экспериментаи является оптимальным с точки зрения эффективности улавливания расплава. Подача хладагента, напримерсжатого воздуха, непосредственно взону взаимодействия факела с приемной поверхностью б экрана 1 осуществляется с помощью устройства 5,например компрессора, через сопло8, выполненное, например, в формераструба,В процессе резки остывшие и рассеянные частицы расплава собираются в трубе совершенно не наплавляясьи не налипая на ее внутреннюю поверхностьИзобретение полностью исключаетнаплавление и налипание расплава какна внутреннюю поверхность трубы,так и на экран. При применении известного способа улавливается 5070 расплава 30-50 расплава наплавляется на внутреннюю поверхностьтрубы, а при осуществлении предлагаемого способа улавливается 100 расплава.