Способ дуговой обработки

О П И (,". А Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬС 11 У Свез Совете ни аСецналнетнческиаРеспублик(51)М. Кл. с присоединением заявки 1 ф В 23 К 3/ОВ 23 К 9/16 3 ЬеумРвтювЮ кеветет ЮВВР аф ааааа азебрвтениЯ я вткаытяй(53) УДК 621., .791,753(088.8) Дата онублнкования еннСания 1 О,1031 В,А, Достовалов, И.С, И 1 апироС.Р. Инльруд, В.И. 7 олотов и В.Г. ДобраавсМйй " ., ,1(54) СПОСОБ ДУГОВОЙ ОБРАБОТ говой обработки, ие воздушно-дуром обработку гой, возбуадаех или гра 4 атипараллельно костолбу дуги поздуха 11. При га обеспечиваетаемого металла,Известен способ ду получивший наименован говой резки, при кото металла производят ду мой с помощью угольны рованных электродов, торой и концентрично дают поток саатого во этом электрическая ду расплавление обрабатыв а струя саатого воздух подаваемая Изобретение относится к способам дуговой обработки, предназначенным для выполнения поверхностной резки и моает быть использовано в судостроении, энергетическом и транспортном машиностроении, химическом и нефтяном машиностроении, а такае в других отраслях народного хозяйства для целей поверхностной обработки литья, разделки кромок под сварку, выплавки дефектов сварных швов и тому подобных аналогичных задач. последовательно за электродом, - егоудаление из полости реза.Недостатком известного способа является то, что его выполнение моаетбыть реализовано только при питаниидуги постоянным током обратной поляр-ности (плюс на электроде), либо припитании дуги переменным током.Данные схемные решения процессаобусловлены необходимостью получения 6достаточно аидкотекучего расплава вполости реза, который моает быть удален струей саатого воздуха.Однако необходимость выполненияпроцесса резки при вышеуказанных схемах питания дуги приводит к существенному повышению расхода электродов,используемых для питания дуги. Высокие скорости сгорания угольных илиграфитнрованных электродов приводятк непроизводительным простоям, обу-;словленным необходимостью смены сгоревших электродов, что в свою очередь обуславливает сниаение произво870041 Известен способ дуговой обработки,при котором столб. дуги возбуждают,между водоохлаждаемым термохимическимкатодом и обрабатываемым иэделием истабилизируют концентричным кольцевым потоком углекислого газа 31 .При данном способе обработки потока газа, вытекающий с высокой скоростью через узкий кольцевой зазор10 между катодным узлом и соплом, срезкоторого расположен на большем расстоянии от поверхностей металла посравнению со срезом катода, стабилизирует столб дугового разряда по его1 у длине. Осуществление данного способана постоянном токе прямой полярностии интенсифицированное охлаждение катода гарантирует высокую долговечность.электрода в процессе обработки.Недостатком данного прототипа является то, что вышеуказанный способобработки, несмотря на то, что он получил широкое применение для целейсварки, не может быть использован дляцелей резки. Это связано с тем, чтов дугах, стабилизированных потокамивоздуха и азота, отсутствует повышение напряжения на дуге, которое имеетместо при использовании в качестве36газа стабилизирующего дугу углекислого газа. Между тем азот и сжатый воздух являются наиболее распространенными рабочими газами для целей дуговой резки. Отсутствие сжатия столбадуги при использовании вышеуказанныхрабочих газов не обеспечивает получения достаточно жидкотекучего расплава, удаляемого воздействием давления дуги и потока газа иэ полости реза.В дуге, обдуваемой потоком газа,существует так называемый начальныйучасток, в котором имеет место горение дуги в свободном ланимнарном потоке. Конец этого участка обусловленф соприкосновением пограничного слояс тепловым слоем газа около дуги иразрушение последнего.Длина данного начального участкаравна 5-б диаметрам столба,ЮИель изобретения - обеспечение поверхностной резки с применением различных по составу рабочих газов,При этом способе резки струя рабочего газа, подаваемого в камеру Формирования дуги, обеспечивает эффективное сжатие столба дуги в канале сопла, вследствие чего такая дуга обеспечивает высокую жидкотекучесть расплава, который под действием давления дуги удаляется из полости .реза. Роль механического воздействия плазмообраэующего газа в удалении расплавленного металла является второсте" пенной, так как вследствие необходимости выполнения процесса резки плазмотроном, ориентированным под углом к поверхности обрабатываемого металла и развитых габаритов дугового плазмотрона, расстояние от среза плазмообразующего сопла до металла составляет несколько десятков миллиметров. Выполнение данного процесса при питании дуги постоянным током прямой полярности обеспечивает высокую стойкость неплавящегося электрода. При этом способе резки также отсутствует насыщение кромки реза азотом.Недостатком известного способа является то, что его реализация связана с необходимостью существенного усложнения резательного оборудования. Для выполнения данного процесса необходимы специализированные установки, включающие в себя источники питания, обладающие специальными статическими и динамическими вольт-амперными характеристиками, а также сложные по своей конструкции так называемые двух- поточные плазмотроны. Кроме того, напряжение на дуге при данном способе резки составляет 130-160 В, что в свою очередь обуславливает увеличение расхода электроэнергии. дительности обработки металла. Кроме того, одним из весьма существенных недостатков процесса является насыщение кромки реза углеродом при данном технологическом процессе. Данное обстоятельство в свою очередь приводит к повышению содержания углерода в металле шва при последующей заварке полученных канавок, что в свою очередь сижает работоспособность сварных соединений.Известен способ дуГовой обработки, при котором снятие поверхностных слоев металла производят так называемой плазменной дугой, вследствие чего данный способ обработки получил наименование поверхностной плазменно-дуговой резки 2 1. Это достигается тем, что стабилизирующий поток газа фокусируют на начальном участке столба дугового ,разряда, а значение расхода устанавливают обеспечивающим значение на8700 5пряженности в столбе дуги не менее5-7 В/мм,На Фнг. 1 изображена схема выполнения предлагаемого способа нафиг. 2 - график, характеризующий изменение напряжения на дуге при изменении месторасположения точки фокусировки газа по длине столба дуги;на фиг, 3 - графики, характеризуюпиевлияние длины дугина изменение еенапряжения при различных расходахраза, стабилизирующего дугу.На фигурах обозначены: обрабатываемое изделие 1, полость реза 2, столбЭ дуги, сопло 4 для подачи стабилизирующего газа, полость 5 для проходастабилизирующего газа, катодный узел6, катодная вставка 7, направление 8выхода газа иэ сопла горелки,угол наклона горелки к поверхности, обрабатываемого металла, Ъ - угол,образованный внутренней поверхностьюсопла горелки, Ь - глубина выплавляемой канавки, Од - изменение напряжения на дуге, 6 - длина столба дуги,А - точка фокусировки потока газа,стабилизирующего дугу, д - величинаминимального кольцевого зазора междунаружной поверхностью катодного узлаи внутренней конусной поверхностьюсопла, ч , Ор Ю - значения расходовстабилизйрующего газа, причем 9 (с ОО. Способ осуществляют следующим образом. 35Между.катодной вставкой 7 и обрабатываемье изделием(Фиг. ) воз.буждают электрическую дугу (столб Э). Одновременно в кольцевую полость 5 мезду внутренней поверхностью сопла 4 4 в и наружной поверхностью катодного узла б подают, гаэ, стабилиэируюшнй дугу При этом ось наклона оси горелки ориентируют под некоторым углом к наружной поверхности обрабатываемого ме З таллв А и перемещают в направлевюи, показанном стрелкой, в результате его получают канавку. Выбор рабочего газа, стабилизирующего дугу, производят в зависимости от материала принятых катодных вставок. При использовании вставок из цнркания или гафиия в качестве газа, стабилизирующего ду" гу, применяют сжатый воздух юа кислород, а при использовании катодиас вставок из вольфрама - азот или смесь азота с аргоном. Вышеуказанные материалы катодных вставок определяют мак симально допустимые значения рабочих 41 бтоков,при резке при использованиисжатого вовдухармавс 300 А, а при использовании азота соответствующее значение тока составляет до 500 А.Значение угла наклона с. выбирают исходя из требуеиых параметров выплавляемой канавки ее ширины и глубины Ь, Чем большую величину имеет данный угол, тем больше глубина и меньше ширина выплавляемой канавки.Для осуществления воэможности реализации данного способа имеет чрезвычайно важное значение обеспечение соответствующего значения направления выхода газа стабилизирующего дугу,.которое зависит от угла , образованного внутренней поверхностью сопла горелки. Чем больше значение угла ф, тем ближе точка А Фокусировки потока газа расположена к срезу катодного узла, поэтому тем большую величину имеет напряжение на дуге Од при данкой ее длине 6 (Фиг. 2). В свою очередь увеличение напряжения на дуге за счет повышения напряженности столба дуги обеспечивает более эффективное вложение тепла в обрабатываемое изделие,что в свою очередь способствует тому, что металл, расплавленный дугой, будет достаточно жидкотекучим, вследствие чего давление дуги на ванну расплавленного металла и потока газа, стабилизирующего дугу, обеспечит ее удаление из полости реза.Таким образом по своей физической сущности предлагаемый способ занииает как бы промежуточное положение между воздушно-дуговой и плазменно-дуговой резкой, если при первом технологическом процессе основную роль в удалении расплавленного металла имеет воздействие нв ванну потока сжатого воздуха, в при втором - давление дуги, то в предлагаемом способе оба указанных фактора играют существенную роль в удалении. расплавленного металла из полости реза. Точку А фокуси- ровки потока стабилизирующего газа эв счет соответствующего значения углаи величины диаметра среза квтодного узла устанавливают на расстоянии ие превышающем 5-6 мм от среза квтодного узла.Чем меньшую величину имеет зазор в между внутренней поверхностью сопла и катоднаи узлом, тем соответственно при меньшем значении расхода гаэв, стабилизирующего дугу, обес9 8700всвою очередь обуславливает снижениеего стоимости, а также уменьшение затрат времени на обслуживание данногооборудования вышеуказанные факторыобуславливают повышение экономичностипроцесса резки, чему также способствует и снижение расхода электроэнер-,гии в 1,7-2,0 раза, вследствие болеенизкого напряжения на дуге.. Следует также отметить и существен Оно более высокую устойчивость поддержания дугового разряда по сравнениюс указанными способами и способом выбранным в качестве прототипа. Так, например, при расходе сжатого воздуха2,0 м/ч нижний предел устойчивогопвддержания дуги составляет 5 А,Ориентировочный технико-экономя"ческий расчет показал, что экономияна один пост для резки при использовании предлагаемого способа состав,ляет около 3000-4000 руб. в год. Формула изобретения .Способ дуговой обработки, при ко 25тором столб дуги, возбуждаемый между 4 10водоохлаждаемым термохимическнм катодом и обрабатываемым изделием, стабилизируют концентричным кольцевым потоком газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения поверхностной резки с применением различных по составу рабочих газов, стабилизирующий поток газа фокусируют на начальном участке столба дугового разряда, а значение расхода газа устанавливают обеспечивающим значение напряженности,в столбе дуги не менее 5-7 В/мм.Источники инФормации, принятые во внимание н экспертизе1. Шапиро И.С. Воздушно-дуговая резка металлов. И., Машгиз, 19 б 0.2. Авторское свидетельство СССР У 483855, кл. В 23 Е 31/10 1975.3, Вайнбойм Д,И, Энергетические 1 характеристнки сварочной дуги с циркониевым катодом, стабилизированной потоком углекислого газа, "Сварочное производство", 1977, У 10 с. 3-4.г870041 стахред Редактор П. Гор ова емчнк аказ 8725/2 ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектн ВНИИПИ Госу по делам 3035, Москватель О. Островский И.Асталош Корректо 151 Подписноедарственного комитета СССРиэобретений и открытийЖ"35, Раушская иаб., д. 4/5