Способ плазменно-дуговой поверхностной резки

СП ЙСАЙЙЕ ЙЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоцналнстнческнкРеспублик и 854651(23) Приоритет - :ъ Опубликовано 15,08 8: Бюллетень Я 30 Дата опубликования описания 1 7 08.81 Оа делам нзобретеннй н открытий(54) СПОСОВ ПХ 1 АЗ 11 ЕННО-ДУГОВОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙРЕЗКИ мотрона,Изобретение относится к сварочной технике, а более конкретно к способам поверхностей плазменно-дуговой резки, предназначенным для разделки узких и глубоилх канавок,Известен способ плазменно-дуговой поверхностной резки, согласно которо - му при каждом последующем проходе дугу устанавливают н положение, симметричное положению предыдущего прохода относительно оси, перпендикулярной обрабатываемой поверхности изделия, с наклоном струи в обратггло сторону, причем при втором проходе дугу смещают от края первой канавки на расстояние равное 53 ее шириггы, а угол наклона дуги при каждом нечетОг ном проходе увеличивается на 5- 10 Ц.Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает вып-. лавку канавок большой протяженности, так как его реализация возможна только при неподвижном положении плаз -Известен способ плазменно-дуг:вой поверхностной резки,при котором .электрод вращают по окружности, расположенной концентрично отверстиюплазмотрона, причем радиус этой окружности пршплмают,равным 0,5-0,75радиуса сопла, а при каждом последующег проходе уменьшают радиус вращегп;я электрода на 10-15% 121,Недостатки этого способа заклк. Очаются в том, что он может применяться только при механизированном перег 1 ешенгли плазмотрона, его реализацияпри ручном выполнении процесса практически невозможна из - за существенного увеличения веса резательногоинструмента. Кроме того, осуществление процесса резки по предлагаемомуспособу связано с увеличением ширинынаплавляемой канавки, что, в свою 20очередь, обуславливает дополнительные затратЫ сварочных материалов привыполнении последующей полуавтоматической сварки в среде углекислого20 риала н полости реза, кромки реза покрывают специальным покрытием, обладающим изоляционным свойством. Такое покрытие, с одной стороны, вследствие своих изоляционных свойств предотвращает шунтирование тока стенками канавки, полученной при выпол ненни предыдущих проходов, а с другой стороны, будучи несмачиваемым жидким металлом, оно способствует растеканию расплавленного металла в полости реза н виде тонкого слоя, 40 предотвращая тем самым скаплинание его перед кромкой реза 4 .Недостатком этого способа является то, что при ручном выполнении процесса резки он требует нанесения этого покрытия с помощью кисти, что обуславливает непроизводительные простои, снижающие производительность выполненгя резательных работ.С момента нанесения покрытия до момента 50 начала выполнения последующего прохода должно пройти определенноевремя, обусловленное необходимостью высыхания покрытия, которое наносят на кромки реза в жидком виде. 55 45 Известен также способ тшаэменнодуговой поверхностной резки на имгаза и автоматической сварке под сло"ем флюса при последующей заварке раз"деланных канавок.Известен способ многопроходнойповерхностной плазменнодуговой резки,выполняемый путем последовательноговыполнения канавок с изменением угланаклона резки, при котором междупроходами выполняют пересекающиеся сканавками выборки ограниченной длины,которые располагают под углом 135150 к направлению резки 3,Недостатком данного способа является то, что он требует выполненияназванных дополнительных выборок,5через которые выходит на наружнуюповерхность изделия металл, расплавляемый дугой в полости реза Наличиетаких выборок при последующей заварке разделанных участков связано также с дополнительным расходом сварочных материалов. Кроме того, данныйспособ не может быть использованприменительно к выборке дефектов вответственных сварных соединениях.25Известен способ многопроходнойповерхностной плазменно-дуговой резки, при котором с целью предупреждения скапливания выпланляемого матепульсном токе, при котором изменение тока синхронизируют с изменением расхода плазмообразующегогаза и устанавливают расход газа при горении дуги на токе импульсов большим, чем на токе фазы 51.Выполнение процесса резки на импульсном токе обеспечивает увеличение процесса резки обрабатываемого металла, а изменение расхода газа с частотой следования импульсон тока способствует поньнпению технико-зкономических показателей процесса,Недостатком известного способа является то, что прн выполнении кананок большой протяженности и выполнении процесса многопроходной резки путем последовательного выпланления канавок с увеличением угла наклона плазмотроона на каждом последующем проходе неизбежно сканлнвание металла, ныплавляемого из части полости реза формируемой данным проходом в объеме полости, сформированной предшествующими проходами. Это обуславливает снижение производительности выполнения резательных работ, так как процесс резки необходимо периодически превращать и удалять из полости реза металл, скопившийся перед лобовой кр омкой р е з а.Цель изобретения - поньппение производительности многопроходной резки, выполняемой с увеличением угла наклона плазмотрона на каждом последующем проходе путем устранения скаплинания расплавляемого металла перед лобовой кромкой реза.Поставленная цель достигается тем, что в способе плазмеино-дуговой поверхностной резки на импульсном токе, при котором изменение тока синхронизируют с изменением расхода плазмообразующего газа и устанавливают расход газа при горении дуги на токе импульсов большим, чем на токе паузы при каждом последующем проходе расход газа при горении дуги на токе импульса повышают на 15-203, а на токе паузы понижают на такую же величину е На фиг. показана полость реза,продольное сечение, и схема горениядуги на импульсном токе при выполне-,нии И -го прохода; на фиг.2 - то жена токе паузы при выполнении й -гопрохода; на фиг,З - то же, на токеимпульса при выполнении И+1 прохода;на фиг.4 - то же, на токе паузы при5 8546 выполнении 11+ 1 прохода; на фиг.5 - диаграммы, характеризующие изменение тока и давления плазмообразующего газа на входе в камеру во время при выполнении й-.го прохода; на Фиг.бто же, при выполнении 11+ 1 прохода; на фиг.7 - граФики, характеризующие влияние числа проходов иа приращение угла наклона плазмотрона и изменение угла дуги в изделие. 1 ОНа фиг.1-7 обозначено 100- продольная ось дугового плазмотрона; М-ось наклона столба дуги к поверхности обрабатываемого изделия; о,ип- угол наклона оси плазмотрона к поверхнос- з ти обрабатываемого изделия при И -ом проходе; С.+, при И + 1 проходе;1 - значение тока режущей дуги;время; 111- значение тока паузы;1 -значение тока в импульсе;1 П -вреИмя паузы; ЬИ - время следования импульса тока; Рпг - давление плазмообразующего газа на входе в камеру плазмотрона; Р -давление плазмообразующего газа на входе в камеру, 25 соответствующее горению дуги на токе импульса при выполнении 1 -го3прохода;Р - при выполнении И + 1 прохода; Рпгп- гри выполне 1нии Н-го пРохоДа; РПГ,- пРи выпол ненни И + 1 прохода;01,И-угол входа дуги в обрабатываемое изделие при ее горении на токе импульса при выпол 1ненни И -го прохода;оц, - то же на токе паузы прн выполнении И-го про- з хода: си+, то же на токе импульса при выполнении И + 1 прохода;0 то же на токе паузы при выполнении И +прохода; Д о.4 - изменение угла наклона плазмотрона при выпол ненни Данного пРохоДа: Ь 0 Ву - изменение угла входа дуги в иэделие на данном проходе.Способ осуществляется следующим образом.При выполнении И -го прохода, при котором угол наклона оси плаэмотрона к поверхности обрабатываемого изделия поддерживают равным Кнп, плазменную дугу 1 возбуждают между электродом 2, находящимся в камере токоведущего сопла 3, и обрабатываемым изделием 4. При этом в сопло 3 подают плазме- образующий газ (аргон или азот,1, а в пространство между этим и наружным. соплом 5 - Фокусирующий газ, в качестве которого используют сжатый воздух. Одновременно плазменную дугу переме 53 6щают углом, вперед в направлении, по"казанном стрелкой. Плазменная дугапри этом горит на лобовую кромку6 реза, на которую локалиэуют анод"ное пятно. В процессе этого плазменная дуга, горящая на лобовую кромкуреза, проходит через полость резаФсформированную предыдущими проходами.Значение тока режущей дуги 1. изменяют по периодическому закону во времени 1; . В течение времени 1 И устанавливают значение тока 1 и, а в течение времени Ь - значение тока 1 ппричем всегда 1 и1 п . При горениидуги на токе 1 И давление плазмообраэующего газа на входе в камеру РпгУстанавливают Рв г, с,а в момент горения дуги на токе Тп - Рп , Таким образом, давление плаэмообразующего газа и, следовательно, его рас"ход изменяют по периодическому закону с частотой следования импульсовтока, при этом также всегда устанавливают Ррг с Ъ Рп г. Поскольку 1 И1 п то дуга при горении на токе 1 и имеет большую жесткость столба. В результате при данномугле наклона оси плазмотрона Снп значение угла входа дуги в изделие притоке 1 и, которое характеризует уголмежду осью столба дуги 00 и наружнойповерхностью обрабатываемого изделияс всегда имеет большее значениепо сравнению с соответствующим значением этого угла при горении дугина токе 1 П -ЫИ. Кроме уменьшениятока, этому способствует расход плаэмообразующего газа на токе 1 П , имеющий меньшее значение по сравнению сгорением дуги на токе 1 п . Это свя-зано с уменьшением угла входа дугив обрабатываемое иэделие и приводитк тому, что дуга горит но разномуна лобовую кромку реза при токах 1 пи 1 11 . уменьшение угла входа дугипри токе 1 П приводит к тому, что активное пятно локализовано на верхнейчасти лобовой кромки, в результатечего поток ионизированного газа,выделенного из столба 8 дуги, направлен но отношению к наружной поверхности металла, находящегося в полостиреза. под меньшим углом,Изменение угла отклонения нонизированного газа в полости реза Ь свобусловлено изменением угла и места,относительно лобовой кромки реза,входа дуги в обрабатываемое изделие,т.е.0 й.р= ССВх ь - Ыохи . Такоеположение анодного пятна в полостиреза обеспечивает дополнительньй разогрев металла, выплавленного иэ полос.ти реза при горении дуги на токе1 и , что в свою очередь, предотвращает его скапливание перед лобоФойкромкой реза.При выполнении последующего( и +)прохода повышают угол наклона осиплазмотрона к поверхности обрабать- оваемого изделия до значения си 1Это увеличение угла наклона оси плазмотрона АА по отношению к обрабатываемому изделию обуславливает уменьшение шунтирования тока боковыми стен-,5хами канавки, полученной при предыдущем проходе. Оно выражается какЬО Н =ф НсНПри выполнении данного проходатакие режимные параметры, как 1 и, 1, исохраняют идентичными как и напредыдущем проходе, но при этом изменяютР, гпо сравнению с предыдущимпроходом, При горении дуги на токе1 и устанавливают давление газа25Р ОХ, а при горении дуги.на токепгюах,- Р,. При прлгунах пгад а пгим пг 1 г,.Увеличение расхода газа при горении дуги на токе 111 обуславливаетуменьшение диаметра столба дуги наданном проходе (И +1). При этом эасчет вьшеуказанного предотвращаетсяшунтирование тоха стенками канавкипрн выполнении данного прохода.Кроме того, за счет таког 1 увеличения расхода плазмообразующего газавозрастает динамическое воздействиена металл, выплавляемый из полостиреза. В свою очередь.уменьшение расхоОда газа при горении дуги на токе 111дополнительно способствует снижению"жесткости" столба дуги на данномуменьшенном токе по сравнению с предыдущим проходом. Поэтому, несмотряна то, что при данном проходе возрастает угол наклона оси плазмотронаи связанный с ним угол входа дугив изделие при горении дуги на токе1 и -сВХ 1 значение угла входа при гоОВХь 1ренин на токе возрастает менее существенно. Т.е. за счет вышеуказанн -ного пРиема обеспечиваютьаСвх=о. , в ,Ьх 8+1 фйхЗФ ЬХ и55Таким образом, повьппение значенияЬ К ростом чиала проходов способВхствует тому, что в полости реза предотвращается скапливание выплавленного металла, так как за счет термического воздействия потока иониэированного газа на выплавленный металл обеспечивается повышенная жидкотекучесть металла выплавленного из части полости 9 реза и находящегося на наружной поверхности металла в части полости 7 реза.Вследствие своей повышенной жидкотекучести этот металл растекается в виде тонкого слоя в части полости реза предшествующим проходом. Засчет этого непроизводительные простои,обусловленные прекращением горения дуги и удалением в данное время металла, скопившегося перед лобовой кромкой реза, отсутствуют,Поскольку с увеличением глубины выборки снижается ширина выплавляемой канавки из - за возрастания количества тепла, отводимого в обрабатываемый металл, то данное уменьшение ширины реза по его глубине являетсяфактором, способствующим возрастаниюколичества металла, скапливающегосяперед лобовой кромкой реза с увеличением числа проходов. Поэтому обусловленньп данным способом закон изменения расхода (давления ) плазмообразующего реза способствует тому, что несмотря на увеличение числа проходов отсутствует скапливание выплавленного металла в полости реза в количествах, препятствующих нормальному осуществлению процесса резки. Такое изменение расхода плазмообразующего газа составляет 15-207. по отношению к расходу газа при выполнении предыдущего прохода. Причем, как было отмечено ранее, при горении дуги на токе импульса устанавливают большой расход газа, а при горении дуги на токепаузы - меньший расход плазмообразующего газа, Изменение расхода газа на меньшую величину нецелесообразно, так как при этом не обеспечивается существенного снижения "жесткости" столба дуги при ее горении на токе паузы, Изменение расхода ппазмообразующего газа на большую величину также нецелесообразно, так как при этом может иметь место двойное дугообразование при горении дуги на токе паузы во время выборки глубоких канавок. При равном времени горения дуги на токе импульса и токе паузы общий расход плазмообразующего газа сохраняет постоянньм свое численноезначение независимо от числа проходов, несмотря на предлагаемы закон его изменения.Использование предлагаемого спосо-. ба плаэменно-дуговой поверхностной резки обеспечивает повышение производительности обработки на 30-407П р и м е р. Плаэменно-дуговая разделка Канавки гяубиной 35 мм выполняется на стали типа АК. При этом длина разделываемого участка 1 м. Резка выполняется на импульсном токе от специапьного источника, обеспечивающего частоту изменения тока 1 "/с при И - ф и Ф 0,5 с. При этом уста новлены следующие режимные параметры процесса: 1=200 А Е 4 =400 А. Резка выполняется при расходе воздуха, охлаждающего резак, равном 5,0 муч соответственно процесс резки выпол нялся двухпоточным.плазмотроном с наружным электрически нейтральным соплом.Угол наклона оси плазмотрона к поверхности обрабатываемого изделия 25 при выполнении первого прохода устаонавливают равным 30, При выполнении первого прохода давление газа, подаваемого в плазмотрон 1 на входе в камеру), изменяют с частотой следования 30 импульсов тока. Это изменение давления фиксируют с помощью датчиков давления ЭД. При выполнении каждого последующего прохода угол наклона ппазмотрона к поверхности обрабаты- З 5о ваемого изделия повышали на 12-15 Давление плазмообразующего газа на входе в камеру изменяют с частотой следования импульсов тока. При этом на первом проходе установлены сле дующие значения давлений газа Ря2=0,6 кгс/см и Рп,х =1,0 кгс/см Соответственно на втором проходе устанавливают, Р =052 кгс 1 см45 и 1 О=1,08 КГСсмна третьемРъ;= 0,43 Кгс 4 см и Р =1,17 кгс ) см и т. д. Данное изменение давления в камере формирования дуги обеспечивают за счет изменения расхода плазмообраэукицего газа, которое составляет 15-203. О Формула изобретения Способ плаэменно-дуговой поверхностной резки на импульсном токе, при котором изменение тока синхронизируют с изменением расхода плазмообразующего газа и устанавливают расход газа при горении дуги на токе импульса большим, чем на токе паузы, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности многопроходной резки, выполняемой с увеличением угла наклона ппазмотрона на каждом последующем проходе путем устранения скапливания расплавленного металла перед лобовой кромкой реза,Таким образом, при выполнении каждого прохода обеспечивают увеличение расходаплаэмообраэующего газана каждом проходе при горении дуги на токе 14 и соответственно понижают при горении дуги на токе плазмы. Указанное изменение режимных параметров процесса обеспечивает отсутствие скапливания выплавленного металлав полости реза, При этом выплавленный металл растекается в виде тонкойпленки, практически не препятствующейнормальному осуществлению процессарезки.При этих особенностях процесс резки, выполняемый путем последовательного выплавления канавок, на скорости перемещения плазмотрона 500 мм/миносуществляется за пять проходов приобщей глубине выборки 35 мм.Сравнение предлагаемого способас известным показывают, что в извест.ном способе количество непроизводи"тельных простоев, обусловленных необходимостью удаления расплавленногометалла из полости реза, возрастаетс увеличением глубины выплавляемойканавки,Так, например, выполнение первыхдвух проходов известным способомне требует дополнительных операций,связанных с удалением выплавляемогометалла из полости реза вручную. Однако на третьей проходе таких остановок было четыре, на четвертомпроходе семь и на пятом - двенадцать. Поэтому всякое прекращениеперемещения гйазмотрона, связанноес необходимостью удаления выплавленного металла из полости реза, требует прекращение горения режущейдуги и отвода плазмотрона от местареза и последующего повторного возбуждения дежурной и режущей дуги. Предлагаемый способ обеспечивает на 30-407. более высокую производительность работ по сравнению с известным.854651 11при каждом последующем проходе расход газа при горении дуги на токе импульса повышают на 15-20% а на ,токе паузы понижают на такую же величинуИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Нф 495176, кл. В 23 К 31/10, 10.06.68,2. Авторское свидетельство СССР 9 554977, кл, В 23 К 31/10, 21.03.71.123. Авторское свидетельство СССР У 449788, кл. В 32 К 3110, 16.04.65,Шапиро И.С. и цр. Яоверхностная плазменно-дуговая резка.-"Сварочное производство", 93, 1977, с,37-39,5. Шапиро И.С. и др. Плазменнодуговая поверхностная резка импульсо ным током.-"Сварочное производство",У 2, 1977, с.33 - 36.