Горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом

 

Использование: в конструкциях сварочных горелок для монтажной сварки самозащитной порошковой проволокой в замкнутых объемах, где естественная вентиляция недостаточна, а применение общеИзобретение относится к сварочному производству, а именно к оборудованию для механизированной дуговой сварки - к конструкциям сварочных горелок, рассчитанных на монтажною сварку самозащитной порошковой проволокой в условиях замкнутых объемов, где естественная вентиляция недостаточна, применение общеобменной вентиляции исключено, а использование стационарных местных отсосов неудобно. обменной вентиляции невозможно. Сущность изобретения: горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом содержит кожух со штуцером для сжатого воздуха, сопло, установленное внутри кожуха соосно с ним, и мундштук с контактным наконечником, размещенным внутри сопла. Горелка снабжена двумя диаметрально противоположно расположенными патрубками, жестко закрепленными на контактном наконечнике. Сопло выполнено токоведущим в виде цилиндра, внутренняя поверхность рабочей части которого выполнена в виде поверхности Лаваля, в рабочей части сопла выполнены сквозные отверстия , точка пересечения осей которых с осью сопла расположена в нерабочей части сопла, а патрубки установлены в упомянутых сквозных отверстиях. Газоотводящая магистраль предложенной горелки является напорной, что повышает эффективность удаления сварочных аэрозолей и позволяет снизить потребление энергии. 3 ил, Известна горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом вредных выделений из зоны сварки, содержащая концентрично охватывающий трубку для подачи защитного газа эжектор, насадок для отсоса выделений, который охватывает с радиальным зазором эжектор, а также внешний кожух со штуцером для подачи сжатого воздуха, охватывающий все вышеперечисленные элементы и сообщающийся с эжектором через перпендикулярные оси VJ 00 ел 00 ел о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 9/173

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811185/08 (22) 09,04.90 (46) 07.01.93. Бюл. N.. 1 (71) Государственный проектно-конструк-торский институт техноло ии монтажа проMbIlUJI8HHOI оборудования

"Гипротехмонтаж" (72) Н.Т,Миронов, В.И.Янатьев, C.Â.Ãåëëåð и В.А,Ковалев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 998045, кл. В 23 К 9/16, 1980, Попов В.A. Горелка для сварки плавящимся электродом без применения специально подаваемых в нее защитных газов. /Сварочное производство, 1989, №

12, с. 24 — 25; (54) ГОРЕЛКА ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ

ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ (57) Использование: в конструкциях сварочных горелок для монтажной сварки самозащитной порошковой проволокой в замкнутых объемах, где естественная вентиляция недостаточна, а применение общеИзобретение относится к сварочному производству, а именно к оборудованию для механизированной дуговой сварки — к конструкциям сварочных горелок, рассчитанных на монтажн ю сварку самозащитной порошковой проволокой в условиях замкнутых объемов, где естественная вентиляция недостаточна, применение общеобменной вентиляции исключено, а использование стационарных местных отсосов неудобно.

„„5U„„1795856 А1 обменной вентиляции невозможно, Сущность изобретения: горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом содержит кожух со штуцером для сжатого воздуха, сопло, установленное внутри кожуха.соосно с ним, и мундштук с контактным наконечником, размещенным внутри сопла. Горелка снабжена двумя диаM8TpBRbHo противоположно расположенными патрубками, жестко закрепленными на контактном наконечнике. Сопла выполнено токоведущим в виде цилиндра, внутренняя поверхность рабочей части которого выполнена в виде поверхности Лаваля, в рабочей части сопла выполнены сквозные отверстия, точка пересечения осей которых с осью сопла расположена в нерабочей части сопла, а патрубки установлены в упомянутых сквозных отверстиях. Газоотводящая магистраль предложенной горелки является напорной, что повышает эффективность удаления сварочных аэрозолей и позволяет снизить потребление энергии. 3 ил, Известна горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом вредных выделений из зоны сварки, содержащая концентрично охватывающий трубку для подачи защитного газа эжектор, насадок для отсоса выделений, который охватывает с радиальным зазором эжектор, а также внешний кожух со штуцером для подачи сжатого воздуха, охватывающий все вышеперечисленные элементы и сообщающийся с эжектором через перпендикулярные оси

1785856 горелки ртверстия в стенках эжектора. В переднем торце кожуха выполнены отверстия для создания регулируемой колоколообразной воздушной завесы вокруг зоны сварки с целью отсечения от зоны дыхания факела вредных газопылевыделений, Недостатками описанной конструкции является повышенная трудоемкость ее изготовления, связанная с необходимостью центрирования центральной трубки, эжектора и кожуха посредством многочисленных ребер, Кроме того, передняя (рабочая) часть горелки имеет при такой компановке неприемлемо большой поперечный.размер, Наиболее близким к изобретению является горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом, содержащая кожух со штуцером для подачи сжатого воздуха, сопло, установленное внутри кожуха соосно ему и мундштук с контактным наконечником, размещенный внутри сопла.

Недостатком этой горелки является недостаточная эффективность удаления сварочных аэрозолей и значительное потребление энергии, поскольку конструкция известной горелки предполагает использование специального побудителя тяги для создания разрежения на входе во внутреннее сопло, что ведет к дополнительным затратам на газоотводящий тракт,. кроме того, поверхность теплообмена цилиндрического мундштука со сжатым воздухом недостаточна, что не обеспечивает принудительное воздушное охлаждение контактного наконечника, который нагревается в процессе токопередачи, что вызывает дополнительные энергопотери и, как следствие, излишнее энергопотребление.

Цель изобретения — повышение эффективности удаления сварочных аэрозолей и снижение потребления энергии, Поставленная цель достигается тем, что горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом, содержащая кожух со штуцером для подачи сжатого воздуха, сопло, установленное внутри кожуха соосно ему и мундштук с контактнгям наконечником, размещенный внутри сопла, снабжена двумя диаметрально противоположно расположенными патрубками, жестко закрепленными на контактном наконечнике, сопла выполнено токоведущим в виде цилиндра, внутренняя поверхность рабочей части которого выполнена в виде поверхности Лаваля, в рабочей части сопла выполнены сквозные отверстия, точка пересечения осей которых с осью сопла расположена в нераб >чей части сопла, а патрубки установлены помянутых в нерабочей части сопла, а патрубки установлены в упомянутых сквозных отверстиях.

На фиг,1 показана горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся

5 электродом, продольный разрез (мундштук, контактный наконечник и шланги условно не разрезаны);на фиг.2 — сопло, вид сверху (плоскость разъема условно затушевана); на фиг,3 — мундштук, диметрическая проек10 ция (затушеван профиль).

Горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом содержит кожух 1 со штуцером 2 для сжатого воздуха, сопло 3, установленное внутри кожуха 1 со15 осно с ним, и мундштук 4 с контактным на-. конечником 5, размещенным внутри сопла

3.

Мундштук 4 выполнен в виде разъемного тройника с центральным 6 и боковыми 7

20 патрубками, расположенными под углом друг к другу и с закрепленным в центральном патрубке 6 контактным наконечником 5.

Сопло 3 выполнено токоведущим в виде цилиндра, состоящего из двух разъемных

25. частей, имеющих форму трубчатых сегментов, внутренняя поверхность которых в рабочей части сопла 3 выполнена сужающейся (8), а в нерабочей — расширяющейся (9), т.е. в виде поверхности Лаваля, Кроме того, в

30 сопле 3 выполнены сквозные отверстия 10, точка пересечения осей которых с продольной осью сопла 3 расположена не ниже нерабочего торца центрального патрубка 6 мундштука 4, соосно с соплом 3, а боковые

35 патрубки 7 соосны с отверстиями 10 в сопле

3. Плоскости разъема сопла 3 и мундштука

4 совпадают, Патрубки 6 и 7 мундштука 4 соединены между собой ребрами, которые параллельны плоскости разъема, Половин40 ки разьемного мундштука 4 изготавливаются штамповкой из медносплавного листа либо методом порошковой металлургии.

Это сводит к минимуму трудоемкость их изготовления при серийном выпуске.

Половинки сопла 3 изготавливают литьем. Позицией 11 на фиг,2 обозначены углубления в стенках сопла 3, прилегающие к отверстиям 10 в плоскости разъема. Углубления 11 соответствуют форме проекций ре50 бер тройника-мундштука 4 на плоскость разъема и служат для утапливания проецируемых на стенках сопла 3 участков ребер тройника-мундштука 4 при сборке горелки.

На фиг.2, помимо наклонных отверстий 10, 5 1 лежащих в плоскости разъема, показано еще одно отверстие, смещенное на П/2 по. дуге периметра. Зтих отверстий может и не быть, В принципе достаточно лишь 10-ти отверстий, лежащих в плоскости разъема, 1785856

10

30

Горелка содержит трубчатый токоведущий корпус 12 с наружным изоляционным покрытием. Передний конец корпуса 12 выполнен с резьбой для крепления сопла 3, которое имеет резьбовую накатку на заднем конце, Поверхность сопла 3 на торец корпуса 12 с радиальным зазором насажен кожух

1. По крайней мере два отверстия 10 лежат в плоскости разъема сегментов сопла 3, и в этих отверстиях.10 закреплен в непосредственном контакте с поверхностью отверстий

10 мундштук 4.

Изоляция внешней поверхности горелки достигается благодаря кожуху 1, который электроизолирован и установлен относительно сопла 3 с радиальным зазором, и торцевой диэлектрической втулке 13, которая крепится на торце сопла 3 посредством разжимного кольца, Втулка.13 служиттакже для формирования воздушного потока, истекающего из среза кожуха 1. Интенсивность этого потока регулируется осевым перемещением кожуха по электроизолиро.ванной поверхности переднего конца корпуса 12; Это возможно благодаря тому, что внешняя поверхность втулки 13 и внутренняя поверхность кожуха 1 имеют различные углы конусности. Следовательно, осевым перемещением кожуха регулируется осевой зазор между срезом кожуха и втулкой 13, а величина зазора задает соотношение между воздушным потоком, поступающим внутрь сопла 3 через наклонные отверстия

10, и потоком, истекающим из среза кожуха.

Сопло имеет внутренний профиль в виде сопряженных малыми основаниями конфузора (сужающаяся часть 8) и диффузора (расширяющаяся часть 9), если смотреть по ходу движения воздушного потока в сопле

3. Участок сопряжения конфузора 8 и диффузора 9 выполняет функцию камеры 14 смещения. Камера 14 расположена на уровне верхнего торца центрального патрубка 6 мундштука 4, где сопло 3 имеет наименьшее

"живое сечение" (под "живым сечением" здесь и далее по тексту понимается поперечное сечение воздуховода, не заполненное воздухонепроницаемыми телами, т,е. свободное для тока жидкости или газа пространство.(Староверов И,Г, Вентиляция и кондиционирование воздуха, Справочник проектировщика. M., l 969).

Контактный наконечник 5 выполнен со втулкой, которая жестко скреплена с гибким шлангом 15 для подачи проволоки и сменного токоподводящего элемента. Гибкий шланг 15 проходит внутри сопла 3 и корпуса

12 и герметично выводится из задней части последнего через специальный патрубок(на чертежах не показан), Порядок первоначальной сборки горелки следующий.

В один из сегментов 3 складывают одну из половинок мундштука 4. При этом боковые патрубки 7 половинки мундштука 4 находятся в отверстиях 10 и углублениях 11 сопла 3 в плоскости разъема сегмента, В центральный патрубок 7 вкладывают контактный наконечник 5, который на участке своей длины; равной длине центрального патрубка 7 мундштука 4, эквидистантен поверхности последнего. Затем на нижнюю половинку мундштука 4 накладывают вторую его половинку так, чтобы плоскости их разьемов совпали, Сверху на первый сегмент сопла 3 и собранные в единый мундштук 4 половинки зквидистантно накладывают второй сегмент сопла 3, Для облегчения сборки одна или обе половинки мундштука 4 могут быть предварительно скреплены винтами (на чертежах не показаны) с сегментами сопла 3.

Оператор зажимает собранные детали в руке и, пропустив задний конец шланга 15 сквозь корпус 12, ввинчивает по резьбе сегмент сопла 3 в корпус 12. При этом все вышеупомянутые элементы фиксируются.

На срез сопла 3 посредством стандартного разжимного кольца крепят втулку 13, которая служит дополнительной поперечной связью для сегментов сопла 3, Вывод заднего конца шланга 15 через патрубок в корпусе 12 герметизируют, например, посредством содержащей уплотнение накидной гайки или любым иным конструктивным средством. К заднему концу корпуса 12 подключают токоподводящий кабель и гибкий шланг газоотводящей магистрали (последние в силу своей тривиальности не показаны).

И, наконец, на внешнюю поверхность переднего конца корпуса 12 надевают кожух 1, на штуцер 5 которого насаживают шланг для подвода сжатого воздуха, Горелка готова к работе, которая происходит следующим образом, Включением привода подающего механизма (на чертеже не показан) производится подача самозащитной порошковой проволоки по шлангу 15 и наконечнику 5 к точке сварки. При этом к электродной проволоке через корпус 12, сопло 3, мундштук

55 4 и токоподводящий элемент наконечника 5 подводится сварочный ток. В силу разности потенциалов между проволокой и изделием зажигается сварочная дуга, Одновременно производят подачу сжатого воздуха по шлангу и штуцеру 2 в кожух 1. В результате

1785856

45

50 плавления оболочки и выгорания шихты самозащитной проволоки, а также плавления металла изделия, образуется факел токсичных газов и аэрозолей. Последний инжектируется в сопло 3, проходит вдоль полости 5 сопла 3 и далее, через полый корпус 12, соединенный с газоотводящим трактом, На выходе из газоотводящего тракта перед выбросом в атмосферу воздухо-аэрозольная смесь фильтруется; 10

Инжекция факела вредных аэрозолей обеспечивается истекающим через направленные в сторону диффузора 9 боковые пат-рубки 7 мундштука 4. В кожухе 1 поддерживают повышенное по отношению 15 к диффузору 8 давление, т.к, живое сечение на срезе кожуха I меньше живого сечения боковых патрубков 7 мундштука 4, Это обес- печивает поступление потока рабочего газа (сжатого воздуха) в сопло 3, Боковые патруб- 20 ки 7 мундштука 4 функционально являются

"рабочим соплом" по принятой в теории эжекторов терминологии (см. Е,Н.ÑîêaëîB и др, Струйные аппараты, — M.: Энергоатомиздат, 1985 г.), а конфузор 8 — приемной 25 камерой. В камере смешения 14 смешиваются рабочий и инжектируемый потоки, Давление смеси рабочего потока (сжатого воздуха) и инжектируемого факела вредных аэрозолей на выходе из корпуса 12 выше. 30 давления факела вредных аэрозолей на входе в сопло 3, но ниже давления в сети сжатого воздуха, т.к, часть сжатого воздуха истекает в форме расходящегося полого ко- нуса через срез кожуха 4, Этим достигается 35 ограждение защитной микроатмосферы над сварочной дугой от сквозняков, характерных для контактной св рки.

Предложенная форма мундштука 4 обеспечивает, с одной стороны, большую площадь электроконтакта с токоведущим соплом 3, а с другой — высокие теплообменные свойства за счет развитой поверхности контакта с холодным рабочим газом, так как попадая из более узкой кольцевой полости кожуха в патрубки мундштука 4, воздух охлаждается. При этом мундштук имеет достаточно малое . аэродинамическое

canðaèâëåHèå инжектируемому потоку, так как большая часть боковых патрубков 7 и ребер мундштука размещена в теле сопла 3.

Малое поперечное сечение ребер мундштука не ведет к превышению допустимой плотности тока.(при его расчете на выделение

Джоулева тепла), так как ребра имеют достаточную ширину, а тск передается на контактный наконечник 5 вдоль наклонно расположенных ребер. В то же время за счет пластинчато-изогнутой формы мундштуки

4 имеют достаточную жесткость и прочность при малой массе, Выходные торцы боковых патрубков 7 мундштука могут иметь не только форму прямого среза, как на фиг.3, но и любую другую, обеспечивающую нужные аэродинамические качества, например, форму обвода сопла 3 в плоскости его разь-, ема. Этим принципиально расширяется вариативность аэродинамических параметров рабочего сопла (т;е, боковых патрубков T мундштука), так как от формы выходного среза патрубков 7 зависит характер истечения рабочего газа .через диффузор (скорость, давление струи и ее структуры), Вопрос оптимизации выходного среза рабочего сопла представляет собой самостоятельную задачу аэродинамики и выходит за рамки настоящего технического решения.

Сжатый воздух, помимо создания расходящейся полой конической струи, ограждающей от ветра и сквозняков защитную микроатмосферу над сварочной ванной, используется также и на эжекцию факела вредных аэрозолей. Таким образом, газоотводящая магистраль предложенной горелки является напорной, что исключает применение специальной вакуумной установки, т.е. повышает эффективность удаления сварочных аэрозолей и позволяет снизить потребление энергии.

Формула изобретения

Горелка для механизированной дуговой сварки плавящимся электродом, содержащая кожух со штуцером для подачи сжатого воздуха, сопло, установленное внутри кожуха соосно с ним, и мундштук с контактным наконечником, размещенный внутри сопла, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности удаления сварочных аэрозолей и снижения потребления энергии, горелка снабжена двумя диаметрально противоположно расположенными патрубками, жестко закрепленными на контактном наконечнике, сапло выполнено токоведущим в виде цилиндра, внутренняя поверхность рабочей части которого выполнена в виде поверхности Лаваля, в рабочей части сопла выполнены сквозные отверстия, точка пересечения осей которых с осью сопла расположена в нерабочей части

5 сопла, а патрубки установлены в упомянутых сквозных отверстиях, 1785856

1785856

Составитель С.Геллер

Техред М,Моргентал

Редактор

Корректор: Н.Кешеля

Производственнс-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 216 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5