Способ настройки режима плазменнодуговой резки

(61) Дополнительное к авт, с 22) Заявлено 02.08 с присоединением за 2512688 25.27 В 23 К 9/16 В 23 К 31/1 явки М ИкуддратаеиимЯ кемитат СССР аа делам изебретеииЯ23.) Приоритет - Опубликовано 3) УДК 621.79 .755 088,8) 25.02.80. ваиия оп Бюллетень М 7сания 25.02.80 та опубл) Авторы иэобретени 3. М,1) аявител 4) СПОСОБ НАСТРОЙКИ РЕЖИМА ПЛАЗМЕННО.ДУГОВОЙ РЕЗКИбам настрой. и резке и ма раэделительм получения канале сопла к спосо дугово для цепейспечение ргии в при плазменно.дусход плазмообрао соотношению(0-11 ) где 0 - расход газа;1 - ток плазменной дуги;а - расстояние от катода до среК - коэффициент, зависящий отВ - радиус сопла,затем после возбуждения дуги медом и изделием увеличиваютрасходразующего газа до появления первогоса повышения напряжения между соплкатодом, после чего расход газа сни5 - 10% 1). ода газа; жду катоплазмооб.им пуль ом и жают иа Изобретение относитсяки режима при плазменножет быть использованоной резки металлов с обевысоких концентраций энедугового плаэмотрона,Известен способ режимговой резке, при которомзующего газа устанавливаю, Л. Белкин н И. С. Шапир Недостаток известного способа заключаетсяв том, что его выполняют при неизменном значении тока режущей дуги, которое сохраняют постоянным, как для момента начального возбуждения плазменной дуги, так и для момента окончания операции настройки режима.Известен способ повышения стойкости сопла плазмотронак двойному дугообраэованию, при котором производят многократную предварительну 1 о электрическую формовку его сопла, для чего до начала процесса резки ток дуги плавно увеличивают до минимального значения, прн котором происходит двойное дугообразование, а затем снижают ток дуги, причем число таких циклов выбирают равным 10 - 20 21.При таком способе повышение предельно допустимого значения тока. обеспечивают эа счет "автопрнработкн" канала сопла дугового плазмотрона; при этом способе происходит сглаживание микронеровностей, обусловленных механической обработкой канала сопла, Одна ко такое повышение предельно допустимого значения тока режущей дуги за счет форми3 " 7 б 73ровки эффективно только при малых концентрациях энергии в канале сопла дугового плаэмотрона, т.е. в 1 ом случае, когда величина при.стеночного зазора между столбом дуги и стенками канала сопла является минимальной,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному .способу является способ настройки режимаплазменно-дуговой резки, при котором рабочий томплавно увеличивают до возникновения 0двойного дугообразования, а момент возникно.вения двойного дугообраэования определяютпо появлению первого импульса повышения напряжения между электродом и соплом (3),Недостатком известного способа является 15то, что момент первого возникновения двой.ного дугообразования, соответствующий выбору рабочего тока, не характеризует предельно.допустимое значение тока для сопла данногодиаметра, так как вэтот момент времени газ 20в камере дугового плаэмотрона практическине прогрет,Действительно, дальнейшее повышение токаприводит к разрушению канала сопла дуговогоплазмотрона. Однако при этом выбор токарежущей дути ниже максимального предельнодопустимого значения, что в свою очередь снижает производительность обработки, Между темв камере дутового. плазмотрона имеет местотаус называемый "автоподогрев" плаэмообразующего газа, обусловленный теплообьгеном газас внутрейней полостью камеры, которая нагре.вается эа счет излучения плазменной дуги. Этоповышение во времени температуры газа в камере плаэмотрона приводит к увеличению ско- З 5рости истечения пристенойного потбка-газа вканале сопла плазмотрона, что позволяет реализовать при данном значении расхода газа болеевысокие предельнодопустимые эначейия тока исоответственно повысить производительность 40обработки.,Использование явления "автоподогрева" плазмообразующего газа-"позволяет"повысить пре.дельиодопустимое значение тока режущей Нугии соответственно производительность обработки, 45гарантируя при этом отсутствие разрушения канала сопла дугового плазмотрона.Цель изобретения - -повышение производи.тельности процесса плазменно-дуговой резки пу." тем повышения величины предельно допустимого рабочего тока для. сопла данного диаметра,Это достигается тем, что в способе настрой.ки режима плаэменно-дуговой резки,-при котором рабочий ток увеличивают"до момента воз.никновения двойного дугообраэования, определяемого по появлению первого импульса новы.щения напряжения между электродом и соплом,после появления импульса плазмотрон прогре. вают в режиме с рабочим током, соответству. ющим появлению упомянутого импульса, до стабильного увеличения напряжения, между соплом н электродом, после чего рабочий ток снова увеличивают до момента возникновения двойного дугообразования и процесс ведут в несколько циклов, а о предельно допустимой величине рабочего тока судят по отсутствию повышения напряжения между соплом и злект. родом при прогреве плазмотрона рабочим то. ком, соответствующим моменту появления пер. вого импульса повышения напряжения между соплом и электродом в последнем цикле, .На фиг, 1 дана схема устройства, используемого для выполнения способа настройки режима плазменно дуговой резки, на фиг. 2 графи. чески показано изменение тока и среднего значения напряжения между электродом и соплом.Устройство содержит электрод 1, плазмен. ную дугу 2, обрабатываемое изделие 3, внутреннюю полость 4 камеры дугового плаэмотрона; плазмотрон 5 для резки, усилитель 6, вольтметр 7, датчик 8 двойной дуги.На фнг. 2 показано значение тока 1 режу. щей дуги, время 1, начальное значение тока 1, режущей дуги, предельно допустимое значение тока Х, при втором его повышении, предельно допустимое значение тока 1, при третьем его повышении, предельно допустимое значение тока 1, при четвертом его повышении, предельно допустимое значение тока ; при предпоследнем его повышении, максимальное значение предельно допустимого тока, 1 значе. ние тока 1+, обуславливающее возникновение двойной дуги в канале сопла дугового плаэмо. трона, время 1 горения дуги на начальном значении тока 1 время 1, возрастания тока. от 1 до тока 1 время 1, обеспечения постоянства напряжения между электродом и соплом при горении на токе 1 время 1, возрастания напряжения между электродом и сопломф при горении дуги на токе 1 время 1, возрастания тока от 1, до 1 время 1, горения дуги на токе 1, при неизменном значении напряже. ния между электродом и соплом, время 1, возрастания напряжения между электродом и; соплом при горении дуги на токе 1 время 1, возрастания тока от 1, до 1 время 1, горения дуги на токе 1, при неизменном значении напряжения между электродом и соплом, время 1 возрастания напряжения между электродом и соплом при горении дути на токе 1 вРемЯ 1 п воэРастаниЯ,тока от 1 и 4 до 11 т, время 1, горения дуги на токе 1 п, время 1, возРастаниЯ тока от Хп до тока двой/ного дугообразования, время 14.,горения дуги при наличии двойного дугообразования, напряжение О между соплом и электродомнапряжение О, между электродом п соплом й момент начального возбуждения режущей дуги, напряжение О, между электродом и сбп.лом при горении дуги па токе 1, в момент времени 1 напряжение О, между электродом и соплом при повышении тока от 1, до 1, напряжение О, между электродом и соплом . при горении дуги на токе 1, в момент време.ни 1, напряжение О, между электродом и соплом при повышении тока от 1, до 1 напряжение О, между электродом и соплом ири горении дуги на токе 1 в момент времени 1 напряжение О, между электродом и соплом при повышении тока от 1, до 1 напряжение Онз дуге при горении дуги на токе 111;в момент времени 1, О - напряжение на дуге, соответствующее горению дутн при максимальном значении предельно допустимого тока. Способ осуществляется следующим образом,Между электродом 1, установленным в плазмотроне для резки 5, и обрабатываемым изделием 3 возбуждают на токе 1, плазменную дугу 2. При этом вольтметр 7, связанный с усилителем 6, фиксирует изменение напряжения между электродом и соплом плаэмотрона - ОВ во времени 1, Начальное значение тока 1, выбирзют заведомо меньше предельно допустимого значения тока, что гарантирует отсутствие двойного дугообразования при горении дуги на токе 1,. Начальному моменту возбуждения дуги на данном токе соответствует н- пряжение между электродом и соплом О,. При поддержании дуги на этом токе в течение времени 1, это напряжение возрастает до значения О, Горение дуги на токе 1, в течение времени 1, обусловливает прогрев дугой поверхности камеры состороны, обрзщенной к дуге, за счет ее излучения, При этом плазмообразующий газ, подаваемый во внутреннюю полость камеры 4, нагревается вследствие его конвективиого теплообмена со стенками камеры, нагретыми плазменной дугой. За счет этого нагрева возрастает скорость пристеночиого потока газа в канале сопла дугового плазмотрона, что и обуславливает возрастание напряжения О , которое зависит от скорости пристеночного потока газа, Возрастание иапряжеииц между электродом и соплом плззмотрона свиде. .тельствует о возможности повышения рабочего тока, который повышают до значения Х, в течение времени 1,. Соответствующее зиаче. ние тока 1, и предельно допустимого значения тока для каждого цикла определяют с помощью датчика двойной дуги 8, при фиксировании . которым импульса повышения напряжения между электродом и соплом, прекращают повышение тока и поддерживают в течение некотороговремени горение дуги на данном токе.Напряжение межгу электродом и сопломО при этом возрастает до значения О пос 5 ле чего в течение времени 1, отсутствует изменение напряжения Оз, Повышение напряжения между электродом и соплом в течение времени 1, характеризует дроссслирование столбомдуги отверстия сопла плаэмотрона.Возрастание диаметра столба дуги в каналесопла плазмотрона способствует уменьшениюэффективного проходного сечения, определяющего истечение пристеночного потока газа,вследствие чего и возрастает скорость данногопотока газа в канале сопла,Это обстоятельство обусловливает повышение напряжения между электродом и соплом,Однако при некотором значении тока (1, вмомент времени 1,) скорость пристеиочиогопотока газа достигает значения скорости равной скорости звука и при этом напряжениеО, становится постоянным. Постоянство данного значения напряжения ограничивает возможность дальнейшего повышения тока, в связис чем режим горения дуги на токе Т, в течение времени 1, есть предельно допустимый режим для сопла данного диаметра. Лзльнейшееповышение рабочего тока обусловливает возникновение двойного дугообразования и разрушение канала сопла дугового плазмотрона, Поэтому при отсутствии изменения напряжениямежду. электродом и соплом плазмотрона прек.ращают повышение рабочего тока 1 и поддерживают горение дуги на данном токе 1, в течение времени 1, + 1,. При этом эа счет того,что дуга при горении на токе 1, способствуетнагреву внутренней полости камеры, то вследствие конвективного теплообмена плаэмообразующего газа с поверхностью камеры происходит дальнейшее повьппение температуры пристеночного потока газа в канале сопла дуговогоплазмотрона, что и характеризует повышениенапряжения между электродом и соплом отО, до О,. Таким образом, если режим горе ния дуги на токе 3, в течение времени 1,характеризует режим поддержания дуги напредельно допустимом значении тока, то к концу участка 1, горение дуги на токе 1, харак.теризует условия ее горения на токе ниже пре.дельно допустимого значения.Поэтому возрастание напряжения междуэлектродом и соплом до значения О, свидетельствует о возможности повышения предельно допустимого значения тока, Поэтому в течение времени 1, ток режущей дуги повышают до значения 1 значение которого выбирмот, исходя из возможности возрастания напряжения между электродом и соплом. При отсут.Р" " "кра 1 цают рост тока и поддерживают горениедуги на данном токе в течение времени т, ++ т При этом на временном участке т, токвеличиной 1, является йредельно допустимымдля сопл данного диаметра, в то время какна участке т, величина тока 1, ниже предель." " нб дбпуСтимого эйачени для сопла данногодиаметра.Так как значение скорости потока газа,"равй 0 Ескорости звука; возрастает с ростомтемйературы газа, и в момент времейй т, температура газа в.камере имеет более высокоезначение по сравнению с моментом. временит тб соответственно и предельно допустимоезначение тока 1, имеет большое значение посравнению с током 1,.Таким образом, достижение предельно допустимого значения тока при каждом цйкле свя"зано" с установлением при этом значения ско"-роса пристеночного потока газа, равйой скорбстй звука, чем иобусловлено кратковремениЖ прекращение прй этом роста напряжениямежду электродом н соплом. Поэтому вйолне. допустимо определение соответствующих значеннй О с помощью вольтметра 7, хотя дат.чик двойной дуги 8 позволяет более быстро""йройзвойить это оп 1 еделенке,При йоъышеййй "йапряжеййя между злект.родом и соплом до значения О, при горениина токе 1, за время т, вновь повышают токдо 1, й йоКдерхсивают "горение на данйом токе"=бойня тока устанавлйвают пь" характеру изменййянапряжения между электродом и соплом,т.б; тбповыШают до тех пор, йЬка Йапряже йие нэ,.дуге не достигент постоянного значе.ния 0Все йаэвайные операции повторяют многократно. При предпоследнем цикле на токе 1,за время е 1 напряжение между электродом исоплбм возрастает до значения 0 ,Дальнейшее повышейие тока за время 11до 1 п характеризует максимальное значенне пре-.дельнодопустимого тока; при котором напряжение между электродом и соплом О,имеетноСтояйное значениеи не возрастает во времени. При этом обеспечйвают так йаэываемоесбстойййе теплойасыщеййя в каме 1 эе дуговогоплазмотрона.В связи с тем, что участки времени тт ти т;д в течение которых возрастаеттемпература в камере, нз-за инерционности процессон прогрева газа прйнивйют существеннобольшимй, чем участки, которые характеризуютпредельно допустимый режим по току тти тд. Поэтому,"зная йлительность участкавремени, обуНВЙЙЙВИЫбгойрорЬв"гИоЪ в ка 6738 8мере плазмотрона, легко определяют максималь.. ное значение предельно допустимого тока как- Ф О, При этом сколь велика ни была быдОдтидлительность участка Ф,Напряжение междуэлектродом и стойлом сохраняет постояннымсвое значение. Дальнейшее повышение тока да.же на относительно небольшую величину посравнению с 1 п в течение времени т,+4 неиз бежно обусловливает двойное дугообразованиепри горении"дугина данном токе в течениевремени т,+. Поэтому при достижении токомзйачения 1 прекращают дальнейшее повышениетока и процесс резки производят либона дан ном токе, либо с целью обеспечения полногогарайтирования отсутствия двойного дугообразойаъшя уменьшают рабочее значение тока на2 - 3% по сравнению с 1 п. Эту настройку режи.ма на максимальное значение предельно допус-20 тимого тбка "Юыполняют на начальном участкереза при врезании дугй в обрабатываемый металл, При.выполнении всех последующих ре.эов условИя вывода плазмотрона на рабочийрежим по току сохраняют постоянным. Повтор.ное эажигайие дуги на установленном значениитока 1 п при данном расходе плазмообразующе.го" газа беэ учета обеспечейия в камере плазмотрона процесса теплонасыщения, соответству.ющего току 1, неизбежно обусловливает раз.рушение кайла Сбпла вследствие двойного дугообразования, так как при этом значение ско" рости пристеночного потока газа недостаточнодля электрического и термического отшнуровывания столба дуги от стенок канала сопла.35 Так как значение О, не зависит от скорости пербмешенйя плазмотрона, то.условия вы.бора скорости резки на начальном участке неимеет сущестненноФо знаФейия.Эффективность. нспбльзования предлагаемо 40го способа настройки режима при плазменнодутовой резке возрастает сростом диаметрасбпла дугьвого плазмотрона. Так как чем боль.ше диаметр сопла, тем соответственно выше зйачение тоса дуги, горящей в сопле данногодиаметра; то соответственно выше и излуча.ющая способность дуги и соответственно до более высокой температуры дуга обеспечивает нагрев внутренней пблбсти камеры,Й р и м е р. При использовании для резки диаметра сопла, форьйрующего плазменную дугу, равного. 2,0 мм, при предлагаемом способе настройки режима обеспечено значение тока 45 О А, что почти в 2 раза превышает55предельно допусМймое значение тока при из"вестнбм Способе резки, При этом данное значение тока обеспечено эа 13 циклов; среднее значение времениподдержания дуги при неизменном значении тока в каждом цикле составляет около 0,8 сек.Как показывают проведенные испытания,изменение скорости всзрастания тока по мерероста числа циклов не имеет существенногозначения,При более высоких значениях скорости возрастания тока (уменьшение времени ттт, и т.д,) необходимо просто большее значе.ние числа циклов п для получения максималь.ного предельно допустимого тока 1, т.е. прииспользовании предлагаемого способа соответ.ствующее значение тока 1 и не зависит от скорости повышения тока при каждом цикле,В связи с тем, что предлагаемый способобеспечивает существенное повышение рабочеготока при резке, возрастает производительйостьобработки,1При использовании предлагаемого способа при резке таких химически активных металлов, как титановые сплавы, было обеспечено получение кромок резов, пригодных для последующей сварки, без всякой дополнительной об. 25 работки при использовании в качестве плазмообразующей среды техническогоазота. При этом высокие концентрации энергии в канале сопла дугового плазмотрона обеспечивают такие скорости резки, при которых глубина газонасьнцен-о ного слоя при обработке толщнн до 50 мм не превышает 40 мкм, что практически не оказы. вает влияния на свойства сварного соединения прй последующей сварке. формула изобретения Способ настройки режима плазменно-дуговойрезки, при котором рабочий ток увеличиваютдо момента возникновения двойного дугообра.зования, определяемого цо появлению первогоимпульса повышения напряжения между электродом и соплом, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности процесса плаэменно-дуговой резки путемповышения величины предельно допустимогорабочего тока для сопла данного диаметра, пос.ле появления. импульса плазмотрон прогреваютв режиме с рабочим током, соответствующимпоявлению упомянутого импульса, до стабильного увеличения напряжения между соплом иэлектродом, после чего рабочий ток снова увеличивают до момента возникновения двойногодугообразовоия и процесс ведут в несколькоциклов, а о предельно допустимой величинерабочего тока судят по отсутствию повышениянапряжения между соплом и электродом нрипрогреве плазмотрона рабочим током, соответствующим моменту появления первого имнульса повышения напряжения между соплом иэлектродом в последнем цикле,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Кф 380415,кл. В 23 К 31/10, 1971.2. Авторское свидетельство СССР Я 283447,кл. В 23 К 9/16, 1969.3, Авторское свидетельство СССР У 316294,кл. В 23 К 9/10, 1969 (прототип).716738 ФИГ. Р о Тираж 1160ударстветшого комитета Сзобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д оиписн ЦНИИПИ Гно 1 елам113035, МосК -:ч-д