Способ плазменно-дуговой обработ-ки

Союз Советских Соцналнстнческнх РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. с присоединением заявки М В 23 К 31/10 Государственный комитет СССР но делаю изобретений н открытий(23) Приоритет Опубликовано 15,03,81 Бюллетень ЙЯ 10 Дата опубликования описания 1503.81(54) СПОСОБ ПЛА ых кромках ные риски, снинно-дуговогоПоэтому на боко имеют место заме е качество плазм дуги реза жающи реза.Извес обработк промежут Возможно способе 300 Гц о сок на б весьма в ния нлаз вой эменно-дуго разрядный льсным токо при данном ия тока до сутствие ри реза при ях перемещетен способ пли, при которомок питают импусть реализациичастот изменебеспечивает отоковых кромкахысоких скоростменной дуги О 5 Выполнение способа связано с необходимостью использования специальных источников питания дуги. Приэтом процесс резки выполняют напостоянном (неизменном по величине) 20 расходе плазмообразующего газа.Если исходить при выборе расходаплазмообразующего газа иэ задачипредотвращения двойного дугообраэования при горении дуги на токе импульса, то данный расход газа является завыаенным для тока паузы. Еслиже производить расход газа исходяиз величины тока паузы, то при этомнеизбежно двойное дугообразование 0 при горении дуги на токе импульса. бо ни .ти Изобретение относится к плаэменно-дуговой обработке, преимущественно к способам резки, выполняемым при нестационарных режимных параметрах процесса резки, и может быть использовано в судостроении, химическом и нефтяном машиностроении, а также в других отраслях народного хозяйства при выполнении разделительной резки металла ограниченной толщины.Известен способ плаэменно-дуговой резки, при котором перемещение дуги производят путем импульсного изменения скорости поступательной подачи. Такое импульсное изменение скорости перемещения дуги препятствует локализации анодного пятна на каком-то ограниченном участке, расположенном на лобовой кромке реза, что при резке малых толщин обеспечивает повышение качества кромок реза вследствие уменьшения количества грата, расположенного на нижних кромках реза 11.Однако данный способ не обеспечивает выполнения процесса резки сльшими значениями частоты,нзгленея скорости вследствие инерционноспривода перемещения плазменнойИзвестен также способ плаэменнодуговой обработки, при котором расход плазмообразующего газа, подаваемого в камеру формирования дуги, изменяют по периодическому закону и регулируют время нарастания и спада расхода газа. При этом реализация нестационарных режимов может быть обеспечена за счет введения в состав данных установок так называемых "прерывателей", обеспечивающих прерывистую.подачу плазмообразующего газа. За счет такой подачи газа давление в камере Формирования дуги изменяется синхронно с изменением расхода плазмообразующего газа. При выполнении процесса на импульсном токе устанавливают ток паузы соответствующим по времени минимальному расходу плазмообразующего газа, а соответственно ток в импульсе - при максимальном расходе газа. Данное обстоятельство повышает эффективность выполнения процесса резки на импульсном токе 3.Недостатком известного способа является то, что временные характеристики процесса, т,е. время нарастания и спада давления в камере формирования дуги, устанавливают произвольно. Условия работы дугового плаэмотрона характеризуются временем теплонасыщения, которое представляет время установления в камере квазистационарного состояния. Данный период представляет то время, в течение которого завершается теплообмен плазмообразующего газа с внутренней полостью камеры. Прн этом следует ожидать, что давление в камере дугового плазмотрона будет характеризоваться иным численным значением по сравнению со значением, получаемым при произвольно установленной частоте изменения расхода плазмообразующего газа. Поэтому производительность обработки при произвольно установленной частоте изменения расхода плазмообразующего газа не обеспечивает оптимальные технико-экономическиепоказатели процесса.Цель изобретения - повышение производительности процесса.Поставленная цель достигается тем, что время нарастания расхода плазмообразующего газа устанавливаютв зависимости от величины давления в камере формирования дуги, которое измеряют при постоянном расходе а время спада - в зависимости от величины давления, которое измеряют при постоянном расходе газа, соответствующем максимальной величине расхода.На фиг. 1 изображены графики, характеризующие изменение во времени расхода плазмообразующего газа и давления в камере дугового плаэмотрона при произвольно выбранной частоте(расхода) в известном способе;время спада давления (расхода) в известном способе;давление в камере плазмотронамаксимальное давление вкамере плазмотрона в известном способе,минимальное давление в камере плазмотрона в известном способемаксимальное давление в камере плазмотрона в предлагаемом способе,минимальное давление в камере плазмотрона в предлагаемом способенвремя нарастания давления."сп 35 к спи 1к тесак 40 Н 50 55 2 65 изменения расхода плаэмообразующегогаза; на Фиг. 2 - графики, характеризующие расход нлазмообразующегогаза и давление в камере дуговогоплазмотрона при выполнении процессарезки на постоянном по величинерасходе плаэмообразукщейо газа,равном по величине его максимальномузначению при пульсирующей подаче газа; на фиг. 3 - то же, при постоянном по,величине расходе нлазмообразующего газа, равному по величинеего минимальному значению при пульсирукщей подаче газа; на фиг. 4 графики, характеризующие изменениево времени расхода плазмообразующе го газа и давления в камере формирования дуги при частоте изменениярасхода, выбранной исходя из условийдостижения, при пульсирующей Подачегаза, давлений, соответствующих 30 кваэистационарному состоянию.2 - напряжение на дуге, соот-.ветствующее минимальномурасходу плазмообраэующегогаза, в йзвестном способе.Способ осуществляют следующим образомВначале с произвольно установленной частотой изменения расхода плазмообразукицего газа 0 при заданныхпараметрах системы газопитания,определяеьых давлением газа на редукторе, выполняют плазМенную резку,в процессе которой с помощью датчикарасхода Фиксируют Ю,цхх и 0 ,Это.изменение расхода газа во времени с характеризуют временные, харак-.теристики процесса с и с Синхронно с изменением расхода плазмообразующего газа происходит изменениедавления в камере Формирования плазменной дуги - Рк, фиксируемое датчиком давления. увеличение расходанлазмообразующего газа обусловливаетповышение давления и соответственноснижение расхода приводит к снижениюдавления. Таким образом, расходу плазмообраэующего газа Я соответствует Давление в камеРе РкХ, а Расходу. О.й Рк обмЗная соответствующие значенияво . ойдо фЮ и, выключают работу прерывателя подачи газа, устанавливаютвышеуказанные значения расхода газас помощью ротаметра или датчика расхода и выполняют процесс резки принеизменных значения расхода, которымсоответствует условиев :О. ВдОНпроцессе выполнения процесса резкивновь фиксируют давление в камереР, . При этом расходу плазмообразующего газад соответствует недавление Р, а Р , , причемкюгасо ф Кспсхк 91 ОВ Рк ПАХЭто повышение давления в камереформирования плазменной дуги обуславливает так называемый "автоподогрев" плазмообраэующего газа вследствие теплообмена этого газа с внутренней полостью камеры, которая, всвою очередь, испытывает. нагрей засчет излучения дуги. Так как процесстеплообмена инерционен во времени, /то его эффективность определяют немгновенные значения температуры встолбе дуги, а средние (интегральные) значения. Поэтому при выполнении процесса резки на неизменномпо величине расходе плазмообразующего газа, который составляет Етемпература столба дуги имеет большеезначение, что и определяет более .высокий нагрев внутренней полостикамеры Формирования дуги. Поэтомутемпература плазмообразующего газав камере повышается на большую вели,чину в свою очередь такое повышениедавления в камере означает увеличение скорости пристеночного потока газд, электрически и термически отшунтировывающего плазменную дугу вканале сопла дугового плаэмотрона.Это увеличение скорости пристеночного потока газа означает более высокую степень сжатия столба дуги вканале сопла, которую характеризуютувеличение напряженности в столбедуги, что приводит к повышению напряжения на дуге - О,. В то же время выполнению процесса резки напостоянном по величине. расходе плазмообразующеГо газа Ц;соответствует давление Р ,., которое имеетнесколько меньшую величину по сравнению с давлением РЕсли привыполнении резки с пульсирующей подачей газа температура дуги, определяющая нагрев внутренней полости камеры, соответствует какому-то. среднему значению, лежащему между тем 120 пературами дуги при Ркд ди Ркщто при квазистационарном состоянииэти значения давлений характеризуютстепень сжатия столба дуги и ее температуру. Таким образом Рп 1) Рк ,25 а Р,( Р,А так как при, даннойскорости перемещения плазмотроначисленное значение давления в камере формирования дуги определяет напряжение на дуге, то напряжение надуге 1 будет всегда выше напряжения 1, а напряжение 2 будет всегдаменьше напряжения 2.Аналогичная картина имеет местои при сравнении изменения напряжения на дУге АО , т.е при предлагаемом способе эта разница в соответствующих значениях напряжения всегдаимеет большую величину пб сравнениюс известным способом. Поэтому разница между амплитудными значениями40 давлений А Р Рд- Рк о всегдаимеет меньшую величину по сравнению сР Рк Ою Ркщр1Эта большая разница между амплитудными значениями давлений в камере45 Формирования дуги при постоянствеамплитудных значений расхода газа иопределяет повышение производительности обработки при предлагаемомспособе. Более эффективное динамическое воздействие дуги на ваннурасплавленного металла в полостиреза обуславливает. существованиеванны расплавленного металла в полости реза меньшее время, что повышает эффективность ввода тепла в обрабатываемое изделие. Поэтому знаясоответствующие значения давленийРгвай Ркрп вновь устанавливаютпрерывистую подачу плазмообразуищего газа, однако при этом скорЗ ть60 нарастания давления в камереустанавливают таковой, чтобы за время с давление в.камере., достиглонзначения Р,Для определения соответствующего65 значения 1 Й производят открываниепрерывателя подачи газа с различной скоростью и фиксируют при этом изменение по времени давления в камере, данные операции повторяют для различных скоростей откркваниц прорыва теля, т.е. эа время . приним мт то время, эа которое давлени и камере достигает значения Р,цд и при дальнейшем его повышенииДРс 31Соответственно время спада давле. - ния (время прекрацен я подачи газа определяют следуюцим образом.Вначале устанавливают в камере кваэистационарное состояние, соответствующее расходу газа 0 ,, которому соответствует давлени; в камере Рк хЗатем дискретно прекрацают подачу газа в камеру пла.дмотрона и определяют время, и течение которого давление в камере падает до значения Р,. Данное время принимают за времяИспользование предлагаемого способа обеспечивает повышение производительностиобработки на 25-ЗОЪ по сравнению с известным способом.П р и м е р. Выполняют разделительную плазменно-дуговую резку с пульсирующей подачей газа. Пзменени расхода плазмообразующего газа по периодическому закону производят с помощью механического прерывателя подачи газа. Резку выполняют в среде технического азота, а для питания режущей дуги используют установку ОПР. В качестве обрабатываемого материала используют коррозионностойкую сталь марки 12 Х 18 Н 10 Т толциной 10 мм. Вначале при величине тока режущей дуги, равного 180 А, и частоте изменения расхода плазмообразующего газа б 1/с фиксируют соответствующие амплитудные значения давлений в качестве формирования дуги. Определение соответствующих значений давления производится датчиком давления, который связан с камерой Формирования дуги, При этом горение дуги с пульсирующей подачей газа привышеуказанных режимных параметрахпроцесса соо;ретствуют - Рдох =1,6 кгс/см и Р ,= 0,25 кгс/см С помощью датчика расхода, установленного в цепи газоподводящего тракта, определяют амплитудные значения расхода плазмообраующего газа,приэтом 0 щ -- 3,5 м/ч, а- 0,75 м/ч.Зная соответствующие значения расходов газа на токе 180 А и внутренней геометрии разрядного промежутка, соответствующей выполнению процесса резки с пульсирующей подачей газа,возбуждают плазменную дугу, при этом расход плаэмообразующего газа поддерживают строго постоянным, т.е. обеспечивают условие - := 0 и фиксиЙй. йруют при этом соответствующее значе.ние давлений в:камере, которые соответствуют кваэистацион;биному состоянию.Эти значения давлений составляют Рэпох = 1,9 кгс/см и Р п 10,25 кгс/см. Определение временных характеристик, процесса, обеспачивающих поддержание при пульсирующей подаче газа вышеуказанных расходов газа, показывает, что этому усповию соответствуют н .= 0,15 с и ,сп = 0,18 с. ПРи частоте изменениЯ 1.",схода 6 1/с временные характеристики процесса составляют н = 0,03 с еп - 0,09 с.:опоставление двух приведенных групп режимов, показывает, что при этом обеспечивается следующая производительность резки - при предлагаемом способе максимальное значение скорости 1500 мм/мин, а при известном 1200 мм/мин. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает производительность обработки на 25 вьпае по сравнению с известным способом.Формула изобретенияСпособ плазменно-дуговои обработки, преимуь.ественно розки, при котором расход пназмообразукцего газа,подаваемого в камеру формированиядуги изменяют по периодическому закону и регулируют время нарастанияи спада расхода газа, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения производительности процесса .время нарастания расхода плазмообразующего газа устанавливают в зависимости от величины давления вкамере формирования дуги, которое измеряют при постоянном расходе плаз-.мообразующего газа, соответствую"щем минимальной величине расхода, авремя спада - в зависимости от величины давления которое измеряютпри постоянном расходе газа, соответствующем максимальной величинерасхода,Источники, информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР0520215, кл. В 23 К 31/10, 21.10,74.2, Авторское свидетельство СССР9508365, кл. В 23 К 31/10, 02,10.74,3. Авторское свидетельство СССРпо заявке 92646317, кл. В 23 К 9/1610.07.78.812482 актор Н.Р а писиое 4 Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 илиал аказ б 32/14 ЙНИИПИ Гос по делам 113035, МосквСоставитель Л.СухановаТехред Н.Граб Корректор Н.Бабин Тираж 1148 ПОдарственного комитета СССРизобретений и открытийЖ, Раушская наб., д.