Горелка для дуговой сварки в защитных газах

 

1. ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАрКИ В ЗА8 ИТНЫХ ГАЗАХ, содержащая корпус с закрепленным на нем наружным соплом, внутреннее сопло для подачи защитного газа, охватывающее токопрдводящйй мундштук с каналом для направления плавящегося электрода, а также систему охлаждения с трубкой ., для подвода охлаждающей воды, о т л и чаю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности защиты саагщика от газогмлевыделений, ультрафиолетового излучения и тепла дуги повышения cteneHK использования охлаждающей воды и упрощения сварочного оборудования, горелка снабжена установленным на мундштуке с электрическим контактом и образующим кольцевой канал с наружным соплом трубчатым нагревательным элементом с отверстиями, соо&цающимися с кольцевым каналом, и изолирующей втулкой, расположенной внутри нагревательного элемента и образующей с ним полост ь для нагрева воды, а с наружной по5 верхностью мундштука - камеру охлаждения , сообщающуюся с камерой для нагрева воды и с трубкой для подвода охлаждающей воды. : S 2. Горелка по п. 1, о т л и чающая с я тем, что нагревательный элемент выполнен схемным. ; 3 Горелка по пп. 1 и 2, о т л ича ющ а я с я тем, что отверстия 00 в нагревательном элементе выполнены дросселирующими. Од Nl сл

31675 A СО1ОЭ СОаатСНИХ

WU

РЕСПУБЛИК

{э {и) зав В 23K 16

ГООУДМРС ИЕННЬЧ! КОМИТЕТ ОССР

ПО ДКЛАМ ИЗОВЩТИНИй И ОТНРЬППФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " -::::.!

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТИУ вЂ”. - — — — .-". 3 (21) 3430011/25-27 (22) 26.04.82 (46),30.07.83. Бюл. И 28 (72) Л.А. Гешлин, Г.И. Аненберг и Б.Г. Костанда (71) Опытно-конструкторское бюро

Киевского научно-исследовательского института гигиены труда и профес" сиональных заболеваний (53) 621.791.753.9.034(088.8) (56) !. Авторское свидетельство СССР

И 332964, кл. В 23 К 9/16, 22.05.70.

2. Сапиро Л.С . Сварка и наплавка в среде водяного пара. Донецк, "Дойбасс", 1969, с. 19.

3. Авторское свидетельство СССР и 766784, кл. 8 23 К 9/16, 20.11.78 (прототип) . (54)(57) 1. ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАР"

Ки В ЗАЦИТНЫХ ГАЗАХ, содержащая корпус с закрепленным на нем наружным соплом, внутреннее сопло для подачи. защитного газа, охватывающее токоподводящим мундштук с каналом для направления плавящегося электрода, а также систему охлаждения с трубкой

;для подвода охлаждающей воды, о т -

- л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности защиты сварщика от газопылевыделений, ульт.рафиолетового излучения и тепла дуги повышения степени, использова-Р ния охлаждающей воды и упрацения сва-. рочного оборудования, горелка снабжена установленным на мундштуке с электрическим контактом и образующим кольцевой канал с наружным соплом трубчатым нагревательным элементом с отверстиями, сообщающимися с кольцевым каналом, и изолирующей втулкой, расположенной внутри нагревательного элемента и образующей с ним полость для нагрева воды, а с наружной поверхностью мундштука - камеру охлаждения, сообщающуюся с камерой для нагрева воды и с трубкой для подвода охлаждающей воды.

Ф

2. Горелка no n. 1, о т л и ч. а ющ а я с я тем, что нагревательный элемент выполнен съемным.

3. Горелка по пп. 1 и 2, о т л и" . ч а ю щ а я с я тем, что отверстия в нагревательном элементе выполнены дросселирующими.

1 10

Изобретение относится к оборудованию для полуавтоматической или автоматической сварки.

Известна горелка для плаэменнодуговой резки с разомкнутой системой охлаждения. Горелка содержит электрод, сопло, радиатор с ребрами и наконечник с основным и дополнительным отверстиями, При этом ребра на радиаторе выполнены со стороны, примыкающей к соплу, и образуют с поверхностью последнего каналы для про" хода охлаждающей среды, а дополнительные отверстия в наконечнике выполнены на максимальном удалении от основного отверстия.

При резке охлаждающую газообразную среду, например воздух, пропускают через каналы,.образованные реб.рами радиатора и наружной поверхностью сопла. Часть воздуха через отверстие в наконечнике попадает в зо-. ну резки, а часть через дополнитель"

1 ные отверстия в наконечнике истекает за предель1 горелки, предварительно обдувая наружную поверхность радиатора. Изменением расстояния между наконечником и нижней частью радиатора можно регулировать количество воздуха через отверстия в наконечнике $1(.

Однако конструкция горелки не предусматривает отсос пылегаэовыделений с целью оздоровления условий труда сварщиков, так как применение воздуха в разомкнутой .системе охлаждения черезмерно затрудняет использование какого-либо аспирационного устройства. В зоне резки образуются вихри, которые не только способствуют распространению газопылевыделений по помещению и в зоне дыхания, но и случае применения такого охлаждения в горелках для сварки в среде защитных газов срывают газовую защиту эоны сварки, ухудшая качество сварного шва.

В качест ве охлаждающей среды пред-. усматривается применение воздуха, но так как теплоемкость воздуха невелика, то аффективное охлаждение теплонагруженных деталей горелки требует большого расхода его.

Применение в качестве охлаждающей .среды других газов возможно, но.нецелесообразно, так как стоимость такого охлаждения возрастает.

31675 3

Известна горелка для сварки и наплавки в среде водяного пара, содержащая корпус, мундштук с токоведущими элементами и каналом для подачи сварочной проволоки в зону сварки, канал и сопло для .подачи защитного . газа (водяного пара), подаваемого под избыточным давлением 0,05 кгс/см и применяемого в,качестве защитного щ газа.

Пар в сопло горелки может подаваться как от паропровода, так и от стационарного преобразователя, вхо- . дящего в комплект горелки в виде отдельного вынесенного устройства. Горелка работает с парообразователями, конструкции которых выполнены в виде металлических сосудов, частично заполненных водой, с встроенными электрическими нагревающими элементами.

Вода в парообраэователе нагревается, вскипает и в виде пара через гибкий шланг подается в канал корпуса горелки и далее в сопло.В процессе сварки в зону дуги через сопло подачи защитно го газа подается водяной пар, в результате чего осуществляется защита сварного шва от вредных компонентов $2).

Горелка обладает рядом недостатков: сварка в среде водяного пара применима только для самых неответственных швов или для наплавочных работ, производимых на сварочных токах; применение специальных пароббразователей обуславливает неудобства в работе, особенно на нестационар" ных рабочих местах; применение пара из цеховой магистрали увеличивает длину сложных коммуникаций„ повышает расход пара вследствие утечек. Кроме того, далеко не во всех цехах теплоносителем в системе отопления является пар, часто применяется вода, что ограничивает область применения данной горелки.

Горелка не имеет системы охлаждения, что ограничивает область ее применения и уменьшает срок службы.

При сварке в среде водяного пара значительная его часть расходуется нерационально, так как, поступая в зону дуги, пар разлагается под действием высоких температур. Остальная

55 часть пара участвует в других важных процессах — коагуляции и седиментации (осаждении}. Аэрозоль пара коагулирует с мелкодисперсным свароч3 1 83l ным аэрозолем при одновременно происходящем процессе седиментации (осаждения) прокоагулировавшего аэрозоля.

Такой процесс мог бы быть полезным с точки зрения локализации сварочного аэрозоля в зоне сварки, если бы он протекал интенсивно. В целом такой процесс защиты сварщиков от сварочных газопылевыделений имеет ряд преимуществ по сравнению с другими !О способами, например с аспирацией, и эти полезные процессы целесообразно было бы всячески интенсифицировать.

Тем не менее, в известной горелке задача защиты сварщиков от газопыле- 15 выделений не .ставится и практически не решается. Процессы коагуляции и седиментации недостаточно эффективны.

Незначительность эффекта локализации сварочных газопылевыделений обуслов- zi лена процессами разложения пара сва" рочной дугой, недостаточным количеством пара, участвующим в процессе локализации, большой кинетической энергией газопылевыделений в фактически 25 паровой зоне и малым временем их взаимодействия, невыгодными температурными режимами взаимодействия паровой среды и факела газопылевыделений, несовпадением направлений распростра- ЗО нения отработанного пара и факела газопылевыделений. Следует отметить, что и имеющиеся возможности растворения в среде пара основных газов, входящих в. состав газопылевыделении, 35 таких как НГ, не реализуются в известной горелке по тем же причинам, что и процессы локализации аэрозоля.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой. является горелка для дуговой сварки в защитных газах, содержащая корпус с закрепленным на нем наружным соплом, образующим с внутренним соплом для подачи защитного газа кольцевой канал для отсоса газо" пылевыделений зоны сварки. Внутреннее сопло охватывает токоподводящий мундштук с каналом для направления плавящегося электрода. Горелка имеет систему охлаждения с трубкой для подвода воды, расположенной в рукоятке. 8 рукоятке выполнена камера, соединенная с одной стороны с вытяжным устройством, а с другой стороны - с " 55 кольцевым каналом для отсоса газопы" левыделений через пазы, выполненные на боковой поверхности корпуса. В

675 4 корпусе выполнены также каналы, соединяющие канал для направления плавя щегося электрода с камерой в рукоятке (33.

Однако в горелке встроенная аспирационная система сама по себе не обеспечивает очистку воздуха от пылегазовыделений и предполагает использование фильтрующих устройств, требующих специального обслуживания и побудителей вакуума.

Отсос потока газопылевыделений увеличивает влияние на сварщика других вредных факторов. К таким факторам следует отнести увеличение содержания особо вредного газа - озонав зоне дыхания. !

Повышенное содержание озона обусловлено тем, что при удалении в процессе аспирации газопылевыделений снижаются экранирующие свойства прилегающих к сварочной зоне слоев воздуха и интенсифицируется воздействие на них и человека ультрафиолетового излучения. Вследствие этого под действием ультрафиолетового излучения повышенной интенсивности возрастает ионизация прилегающих к сварочной дуге слоев воздуха и, как следствие,-озона в зоне дуги и зоне дыхания.

Цель изобретения — повышение эффективности защиты сварщика от газопылевыделений, ультрафиолетового излучения и тепла дуги, повышение степени использования охлаждающей воды и упрощение сварочного оборудо" вания.

Поставленная цель достигается тем, что горелка для дуговой сварки в за" щитных газах, содержащая корпус с закрепленным на нем наружным соплом, внутреннее сопло для подачи защитного газа, охватывающее токоподводящий мундштук с каналом для направления плавящегося электрода, а также систему охлаждения с трубкой для под,вода охлаждающей воды, снабжена уста новленным на мундштуке с электрическим контактом и образующим кольцевой канал с наружным соплом трубчатым нагревательным элементом с отверстиями, сообщающимися с кольцевым каналом, и изолирующей втулкой, расположенной внутри нагревательного элемента и образующей с ним полость для нагрева воды,.а с наружной поверхностью мундштука - камеру охлаждения, 103167$ . сообщающуюся с камерой для нагрева воды и с трубкой для подвода охлаждающей воды.

В горелке нагревательный элемент может быть выполнен съемным. 5

В нагревательном элементе отверс" тия выполнены дросселирующими.

На чертеже показана горелка, про" дольный разрез.

Горелка состоит из корпуса 1, в 1О котаром зафиксирован токопровод 2.

На резьбовой выступ токопровода 2 навинчена изолирующая втулка 3 с каналами 4 и 5, в которой зафиксирован токопроводящий диск 6, надетый на 15 мундштук 7. На корпусе 1 закреплено наружное сопло 8, На токопроводящем диске 6 установлено изолирующее кольцо 9, на котором закреплено внутреннее сопло 10 для подачи защитного 2О газа, мундштук 7 âûïîëíåí с каналом

11 для направления плавящегося электрода. Горелка снабжена трубчатым нагревательным элементом 12, закрепленным на выступе токопровода 2 и выступе. диска 6, что обеспечивает надежный электрический контакт с мундшт; ком 7. Изолирующая втулка 3 образует с наружной поверхностью мундштука 7 камеру 1 3 охлаждения, а с нагревательным элементом 12 - полость 14 для подогрева воды. Камера

13 охлаждения сообщается с полостью

14 для подогрева воды через каналы

4, а через каналы 5 - с трубкой 15 35 для подвода охлаждающей воды. Защит" ный газ подается в горелку по трубке 16. В нагревательном элементе 12 выполнены отверстия 17, сообщающиеся с кольцевым каналом 18, образован" 40 ным внутренней поверхностью наружного сопла 8 и наружной поверхностью нагревательного элемента 12. Отверстия 17 выполнены дросселирующими за счет винтов 19. . 45

Горелка работает следующим обра-зом.

В процессе сварки электродная проволока через мундштук 7.и защитный газ по каналу 11 подаются в зону дуги. Электрический ток подается к мундштуку 7 го цепи токопровод 2нагревательный элемент 12 - токопроводящий диск 6 - мундштук 7. Сопло

10 подачи углекислого газа и мундштук 7 при сварке интенсивно нагреваются. Наиболее термонагруженвым элементом является мундштук 7 ввиду того, что он нагревается как теплом дуги, так и проходящим через него сварочным током. Охлаждающая вода подводится к мундштуку 7 по трубке

15 и по каналам 5 в изолирующей втулке 3 .и попадает в камеру 13 охлаждения, охлаждает мундштук 7 и, осуществив теплосъем, попадает по каналу 4 в полость 14 для подогрева воды.

Нагревательный элемент 12 выполнен с таким электрическим. сопротивлением, что при прохождении через него сва" рочного тока он выделяет тепло, достаточное для испарения охлаждающей жидкости. Образовавшаяся при этом жидкостно-паровая смесь через дроссельные отверстия 17 поступает в кольцевой канал .18 и соплом 8 направляется в зону сварки. В канале l8 происходит дальнейшее испарение жидкости и нагрев образовавшегося пара.

Из сопла 8 пар выходит под некоторым избыточным давлением.

В процессе работы горелки на наг-. ревательном элементе 12 возможно об- разование накипи. Для обеспечения удобства эксплуатации горелки нагревательный элемент 12 выполнен съемным. Это позволяет заменить нагревательный элемент на новый, а старый очистить от накипи одним из известных способов.

Истекающий из сопла 8 пар образует паровой конус, который защищает. сварщика от воздействия на него тепла дуги и ультрафиолетового излучения.

Экранирующий сварочную дугу пар смешивается с аэрозолем, образующимся при сварке.

По мере удаления от дуги температура среды резко падает, что способствует конденсации пара, При этом центрами конденсации являются взвешенные частички сварочного аэрозоля, происходит его коагуляция. В процессе коагуляции пароаэрозольной смеси ее частички возрастают в размерах и массе и представляют собой водяные, капли с захваченными взвешенными частичками сварочного аэрозоля. Про- I коагулировавшая водоаэрозольная смесь; осаждается вблизи рабочего места (на полу, различных ограждающих поверхностях), не попадая в зону дыхания, Таким образом, обеспечивается не только защита органов:дыхания сварщика от газопылевыделений, но и защита

10316

ВНИИПИ Заказ 5282/14 Тираж 1106 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 от тепла дуги и ультрафиолетового излучения.

Кроме того, при смешении пара со сварочным аэрозолем и в процессе его конденсации происходит поглощение вредных растворимых в воде газов.

Следовательно, осуществляется не только защита сварщика от вредностей, но и их улавливание (осаждение) .

Дроссельное устройство отверстия 10 . 17 с винтами 19 предназначено для регулирования расхода осаждающей жидкости, а следовательно,.и пара при изменении режимов сварки. Так, при уменьшении силы сварочного тока уменьшаются количество выделяемого сварочного аэрозоля и нагрев токоведущих элементов. Поэтому для локализации пылегазовыделений и охлаждения. горелки требуется меньший расход ох- р0 лаждающей жидкости. Для этого необходимо уменьшить проходное сечение от75 8 верстий 17 в нагревательном элементе

12, что достигается с помощью винтов 19.

Предлагаемая горелка обеспечивает эффективную защиту сварщика от пылегазовыделений, ультрафиолетового излучения и тепла дуги, выделяющихся в процессе сварки, при этом достигается высокая термическая стойкость

1 горелки за счет комплексного охлаждения ее термонагруженных элементов (водой, развитой теплообменной поверхностью, процессом испарения воды); не требуется встроенной или вынесенной аспирационной системы, что повышает удобство эксплуатации горелки и позволяет более радионально использовать охлаждающую воду; обеспечивается регулирование системы охлаждения и.парообразования при изменении режима сварки.