Способ предварительного подогреваизделий электрической дугой

 

<. « »1 7ij в М F> А

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реснублик р>797853 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 080279 (21) 2739188/25-27 с присоединением заявки Но— (23) Приоритет(51)М. Кл.з

В 23 К 9/08

Государстаениый комитет ссср по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230181 Бюллетень Н9 3 (53) УДК 621. 791.

° 75(088.8) Дата опубликования описания 230181 (72) Авторы изобретения

С. П. Поляков, П. Ф. Буланый, С. С. Кравченко и A. С.,Малкин (71) Заявитель

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт (54) СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПОДОГРЕВА ИЗДЕЛИЯ электРическОЙ дуГОЙ

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для предварительного дугового нагрева при черновой обработке резанием крупногабаритных деталей иэ труднообрабатываемых материалов.

Известен способ предварительного дугового нагрева при обработке резанием, когда снимаемый резцом материал детали подвергается интенсивному локализованному нагреву плазменной горелкой (11.

Существенным недостатком такого способа нагрева при черновой обработ- 1S ке резанием труднообрабатываемых материалов является небольшая ширина прогрева, определяемая размерами дугового пятна, что ограничивает прогрев больших объемов материала и 20 его съем.

Известен также способ нагрева плазменной стабилизированной дугой, плазмотроном, качающимся в плоскос" ти, наклонной к обрабатываемой поверхности под углом (21.

К недостаткам такого способа иагре

1 ва относятся уменьшение КПД нагрева с увеличением угла колебания, обус ловленное повышенным рассеянием энер- ЗО гии при более длинных дугах; быстрый износ режущего инструмента иэ-за неравномерности прогрева снимаемого материала по всей ширине нагреваемой полосы

Ограничение верхнего предела используемых частот механических колебаний накладывает ограничения на максимальную линейную скорость обрабатываемой поверхности, что снижает производительность съема металла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ предварительного дугового нагрева перед свар" кой, при котором электрическую дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки (сварки) (3 ).

Недостатками укаэанного способа являются уменьшение КПД нагрева, обусловленное изменением теплового воздействия дуги на обрабатываемый материал иэ-за ее отклонения, à также неравномерность прогрева металла по толщине, следствием чего является быстрый износ режущего инструмента.

Решить задачу о равномерности прогрева путем значительного увеличения

797853 длины дуги и уменьшения угла отклонения практически невозможно. Это обусловлено как резким уменьшением в длинных дугах КПД нагрева обрабатываемого материала, так и нестабильностью горения дуги.

Цель изобретения — увеличение производительности процесса подогрева путем увеличения глубины подогрева и получения равномерного слоя подогретого металла.

Это достигается тем, что согласно способу предварительного подогрева изделия. электрической дугой, при котОром дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки, в течение каждого периода колебаний дуги регулируют мощность дуги, изменяя ток дуги в соответствии с закономерностью

0 =3 (0,75т0,86} Зо Sin P<с,„5in(2ZC — — ), 25 .,где До — среднее значение тока дуги, A), с,„- максимальный угол отклонения дуги; () — круговая частота магнитного

> поля, под действием которого дуга совершает колебательное движение, рад./c время, с; !2 — начальная фаза колебаний,рад.

Регулировка мощности дуги в процессе поперечного колебания электрической дуги позволяет управлять нагревом для достижения необходимой ширины полосы с равномерным прогревом по глубине. Принципиальное отличие 40 предлагаемого способа регулирования силы тока электрической дуги в зависимости от угла ее отклонения, отсчитываемого от оси плазменной горелки, заключается в том, что в каж- 45 дый момент времени учитывается уменьшение КПД нагрева материала, обусловленное изменением теплового воздействия электрической дуги при ее отклонении. Суть решения задачи состоит в том, .что удельный тепловой поток в нагреваемом материале необходимо поддерживать постоянным независимо от угла отклонения электрической дуги относительно оси плазменной горелки. Это достигается увеличением силы тока, так как его стабилизация не обеспечивает равномерное распределение теплового потока на нагреваемой поверхности при отклонении электрической дуги. 60

Поиск оптимального закона регулирования силы тока проводится в два этапа. На первом этапе исследуется методом секционированного электрода связь между КПД нагрева материала и углом отклонения электрической дуги, отсчитываемым от оси плазменной горелки. В результате проведенных исследований установлено, что

КПД нагрева материала пропорционален квадрату косинуса максимального угла отклонения электрической дуги.

На втором этапе поиска оптимального закона регулирования устанавливается связь между частотой отклонения электрической дуги и частотой изменения силы тока, протекающего через нее. Такая связь была получена на основании того, что в процессе отклонения электрической дуги за время, равное периоду ее колебания, необходимо два раза увеличивать ток дуги.

Исходя из этого, частота изменения силы тока электрической дуги должна быть. в два раза выше частоты магнитного поля, под действием которого колеблется электрическая дуга.

На фиг. 1 изображен временной закон регулирования силы тока электрической дуги, на фиг. 2 — закон изменения отклонения электрической дуги от оси плазменной горелки A=A sin Mt

0 где Ао- амплитуда отклонения.

Угол отклонения электрической ду— ги, отсчитываемый от оси плазменной горелки, связан с амплитудой отклонения соотношением с9 =Ao h где

Max

h — расстояние от среза плазменной горелки (плазмотрона прямого действия) до поверхности нагреваемого материала, измеряемое вдоль оси горелки.

Предлагаемый закон регулирования силы тока учитывает как незначительное влияние эффективности теплопередачи при малых углах отклонения электрической дуги, так и отражает сильное влияние больших углов отклонения дуги на эффективность теплопередачи. При выбранном законе регулирования удельный тепловой поток, поступающий в нагреваемый металл, постоянен и не зависит от угла отклонения дуги.

Пример. Для получения сравнительных данных проводится черновая обработка резанием с предварительным подогревом согласно известному и предлагаемому способам. В качестве материала для обработки с подогревом выбираются заготовки из легированной стали.

Испытания показали, что максимальный угол отклонения электрической дуги от оси плазменной горелки при предварительном дуговом подогреве без регулирования силй тока, при котором обеспечивается равномерно прогретая полоса, не превышает 20-25 о

При больших углах отклонения электрической дуги от оси плазменной горелки прогрев неравномерен, КПД обрабатываемого материала падает, эффективность обработки резанием снижается

797853

Условия пронедения опыта КПД, % ед ний к, A.

Съем мет алла, мм

Спосо

Среднее напряже ние, В

Известный

105 55

320

Предлагаемый

125 67

380

Формула изобретения где из-за сокращения стойкости режущего инструмента.

Предлагаемый способ предварительного дугового нагрева при черновой обработке труднообрабатываемых материалов резанием выполняется в следующем порядке.

С помощью осциллятора между катодом и соплом плазменной горелки возбуждается дуга. Потоком ионизированного газа замыкается участок катодвращающаяся деталь и образуется новая электрическая цепь протекания тока дуги. Дуга между катодом и соп- лом плазменной горелки гасится, Затем 5 ток электрической дуги модулирует-. ся (глубина модуляции до 10% от среднего значения тока, частота модуляции

50 Гц) путем изменения напряжения, действующего в цепи питания электри- Щ ческой дуги, достигаемого включением в нее вторичной обмотки трансформатора, на первичную обмотку которого подается напряжение сети. Поперечное переменное магнитное поле создается пропусканием тока через магнитную отклоняющую систему, запитываемую от усилителя мощностью 50 Вт. В качестве входного сигнала для усили-. теля служит выходной сигнал частотой

25 Гц от звукового генератора ГЗ-33.

Для контроля процессов регулирований силы тока электрической дуги и фазового соотношения между колебаниями тока дуги и индукции поперечного переменного магнитного поля сигналы, соответствующие названным параметрам, и ндицируются на э кране двухлучевого осциллографа С1-18. Регулируется фаза колебаний индукции маг- 40 нитного поля подключением различного числа реактивных резисторов, образующих фазосднигающую цепь, включенную последовательно с магнитной отклоняющей системой таким образом, что на- 45 чала колебаний тока дуги и ее отклонения совпадают и соответствуют времени с=0. Затем изменением напряжения на вторичной обмотке трансформатора устанавливается такая глубина модуляции тока электрической дуги, при которой в процессе поперечного перемещения конца дуги одновременно производится регулировка ее мощности путем изменения тока в соответствии с заданным соотношением. Посла H выполнения указанных приемов подводится резец к обрабатываемой детали, включается продольная подача суппорта и производится снятие металла, прогреваемого электрической дугой. д

Результаты испытаний приведены в таблице (испытынались заготовки диаметром 450 мм из стали марки

1X18H10T).

Использование предлагаемого способа предварительного подогрева при черновой обработке резанием труднообрабатываемых материалов по сравнению с существующими способами обеспечивает повышение эффективности нагрева материала при отклонении электрической дуги от оси плазменной горелки за счет регулирования силы тока по предлагаемому соотношению на 10-15В.

Следствием этого является воэможность снижения расхода электрической энергии, потребляемой источником питания дуги на единицу объема снимаемого металла. Повышение съема металла, которое достигается за счет увеличения равномерной ширины полосы прогрева, сокращает станочное время черновой обработки труднообрабатываемых материалов на 45-50% т.е. почти в дна раза.

Способ предварительного подогрева изделия электрической дугой, преимущественно при черновой обработке резанием труднообрабатываемых материалов, при котором дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки,о т л и ч а ю щ и й» с я тем, что, с целью увеличения производительности процесса подогрева путем увеличения глубины подогрева и получения равномерного слоя подогретого металла, в течение каждого периода колебания дуги регулируют мощность дуги, изменяя ток дуги в соответствии с закономерностью

3 =Во (0 |5-:085j 7 sin Я д„sin (luau - ) ю

Dо — среднее значение тока дуги А; шо„- максимальный угол отклонения дуги в магнитном по ле, рад.

797853

Фиа1

Составитель Г. Квартальнова

Редактор И. Николайчук Техред С.Мигунова Корректор М. Вигула

9893/13 Тираж 1157 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

И - круговая частота магнитного поля, под действием которого дуга совершает колебательное движение, рад,1Ь;

- время, с;

1Ц2 - начальная фаза колеба-

5 ний, рад.

Йсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании 9 1351140, кл. В 3 Т, опублик. 21. 07. 71.

2. Строшков А.М. и др. Обработка рез анием труднообрабатываемых материалов с нагревом. М., "Машиностроение, 1977.

Э. Патент C2IA М 3130294,кл.219-123, опублик. 21.04 ° 64.