Горелка для плазменной обработки материалов

 

Союз Советскии

Социалистических

Республик

К АВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (51) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20. 02. 80 {2! ) 2885144/25-2 (5l)M. Кл.

В гЗ КМ1В с присоединениеет заявки рй тосуаорстееиый комитет

СССР

II0 делам изооретеиий и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621.791. . 755.034. (088. 8) Опубликовано 15 11 .81 Бюллетень %42

Дата опубликования описания 17.11.81 (72) Авторы изобретения

Н. А . Соснин и С. А. рмаков

) Ленинградский ордена Ленина поличетенияасхттФ инСтитут им. М. И. Калинина (7I ) Заявитель (54) ГОРЕЛКА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ

МАТЕ РИА ЛОВ

Изобретение относится к плазменной обработке и может быть использовано для ручной и механизированной сварки, .резки, наплавки, напыления и других технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства.

Известен плазматрон для обработки материалов (сварки, резки и др.), который содержит электродную часть с узлом крепления электрода, токоподвода, осуществляю.

10 щего подвод тоха к электроду через элементы элехтродной части, сопловой части, изолированной от электродной диэлектриком, и уплотнения, герметизирующие вместе- с элементами конструкции полость вокIS руг электрода, по которой плазмообразующий гаэ поступает к рабочему аобу элек- трода и выходит наружу через плазмообразутоцтее сопло (11 и (2) .

В таких плазматронах точная центровка электрода относительно изолированного плазмообразующего сопла, неоходимая для нормальной работы без образования двойкой дуги, приводяп1ер х выходу из строя сопла и нарушению процесса, достигается высокой точностью изготовления и сборки деталей плазматрона. Это существенно ус» ложняет и удорожает конструкцию плазматрона н его быстроизнашивающихся элементов — электрода и сопла, а часто не обеспечивает требуемой точности центровки оси электрода и оси сопла, особенно необходимой на форсированных режимах при больших отношениях тока дуги к диаметру сопла, что снижает надежность,работы плазматрона.

Значительно проще и дешевле в изготовлении плазматроны (и их быстроизнашивающиеся элементы); в которых предусмотрена возможность осуществления в процессе эксплуатации центровки электрода относительно сопла посредством специально выполненных элементов конструк ции, например, с помотцью сферического шарнира jS J .

Малогабаритные плазматроны для ручной обработки материалов с возможностью центровки элехтрода относительно сопла

0654

3 88 требуют по сравнению с плазматронами для механизированных технологических процессов максимального упрощения конструкции с целью уменьшения габаритов и веса, а это создает дополнительные трудности в создании таких плазматронов.

Наиболее близкой по технической сушности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является горелка для плазменной обработки материалов, содержащая корпус с установленным в нем держателем электрода, выполненным со сферическим шарниром с фиксатором, а также сопло и токойодвод.. Корпус выполнен водоохлаждаюшим, а фиксатор выполнен в виде резьбовой втулки. Токоподвод также выполнен водоохлаждаюшим и припаян к электродному узлу, а сферический шарнир выполнен металлическим, токопроводящим. вопло изолировано от электрода посредством диэлектрика (пластмасс или резины), который одновременно является несшим элементом, фиксирующим электрод и сопло один относительно другого и создающим полость йля плазмообразуюшего газа вокруг электрода. Для герметизации газовой полостии снаружи электродной части установлен колпачок с уплотнением со стороны корпуса. Электродом служит вольфрамовый стержень, осевое положение которого и центровка относительно сопла определяются фиксацией сферического шарнира реэь бовой втулкой $43 .

Однако диэлектрик между электродом и соплом, образующий газовую полость, расположен очень близко от вольфрамового электрода, который,будучи закреплен в сферическом шарнире. с большим вылетом, в процессе работы сильно нагревается, что может привести к подгоранию диэлектрика и выходу горелки из строя.

Этому способствует и возможное возбужcreme дежурной дуги между вольфрамовым. электродом и соплом вблизи диэлектрика.

Так как электродный узел и сопло горелки опрессованы диэлектриком и представляют собой неразборный узел, то любая чеисправность в этом узле практически являетая неустранимой. Кроме того, при опрессовке диэлектриком велика вероятность снятия арматуры электродного узла и сопла, что приводит к уменьшению проходных сечений каналов охлаждения электро« да и сопла. Все это сушественно снижает надежность и ремонтопригодность данной горелки, ведет к усложнению конструкции.

Охлаждение электрода осуществляется только путем теплоотвода через металли5

as

4 ческий сферический шарнир, контактируюший с .водоохлаждаемым корпусом электродного узла. Недостаточное охлаждение электрода существенно сужает технологические возможности горелки. значительно ограничивает ток обратной полярности, необходимыР для сварки алюминия и его сплавов; не позволяет испольэовать термохимические катоды, необходимые для применения йешевых окислительных плазмообразуюших газов (воздуха, углекислого газа). Кроме того, при значительном вылете неохлаждаемого вольфрамового электрода из сферического шарнира велики отходы вольфрама.

Конструкция сферического шарнира позволяет осуществить только совмещенную настроРку осевого положения электрода относительно сопла и его центровку, что создает неудобства при эксплуатации,. снижает точность настройки и требует применения специальных калибров.

I1enb изобретения — уменьшение габаритов горелки, повышение надежности ее работы и точности установки электрода от- носительно сопла.

Пель достигается тем, что горелка для плазменной обработки материалов, сойержашая корпус с установленным в нем держателем электрода, выполненным со сфе- рическим шарниром с фиксатором, а также сопло и токоподвод, снабжена Фиксатором осевого положения электрода, установленным в сферическом шарнире, выполненном иэ диэлектрического материала, при этом корпус и сопло выполнены за одно целое, фиксатор шарнира установлен на корпусе, а токоподвод соединен c: держателем электрода водоохлаждаемым сьемным переходником.

На фиг. 3. изображена горелка, обший вид; на фиг. 2 — варианты исполнения ра»» бочего конца электрода, разрез.

Горелка имеет сопло 1, электрод 2 и узел крепления и центровки электрода, содержашиР корпус 3 со сферическим шарниром 4 и фиксатором 5 шарнира 4. Диэлектриком, изолируюшим электрод и сопло, служит сферический. шарнир 4,-выпол» ненныР из диэлектрического материала, причем фиксатор 5 расположен на корпусе

3, который выполнен эа одно целое с соплом 1. Внутри сферического шарнира 4 расположен фиксатор осевого положения электрода 2, состоящий, например, из

Q8HFoBopo зажима 6 и резьбовой втулки

Токоподвод 8 подключен к электроду 2 посредством с,емного переходника 9.

880654

Горелка проста и технологична в изготовлении, она не требует сложных специальных операций, таких как опрессовка диэлектриком готовой арматуры электродного узла и сопла, что значительно умень шает брак и повышает релюнтопригодность горелки. Наличие раздельноР регулировки осевого положения и центровки

$$ электрода упрощает и повышает точность установки электрода относительно сопла без ужесточения допусков на изготовление деталеР горелки.

Электрод 2 закреплен в переходнике 9, например, с помощью резьбы. Внутри электрода 2 расположена трубка 10 для подвода охлаждающего агента, например воды, к рабочему концу электрода 2. Гер- $ метизация электрода 2 может осуществляться с помощью уплотнения 11 и накид- ной гайки 12. Герметизация полости плазмообразуюшего газа вокруг электрода

2 обеспечена уплотнением 13, установленным внутри сферического шарнира 4 и самим сферическим шарниром 4, плотно прижимаемым fbHKcBTopoM 5 к корпусу 3. При необходимости горелка снаружи

1$ может быть защищена разъемным кожухом

14, выполненным; например, из пластмассы.

3а счет.внутреннего охлаждения электрода 2 его рабочиР конец может иметь различные исполнения в зависимости от 20 назначения плазматрона, например (см. фиг. 2) вариант а — с вольфрамовым стержнем дпя работы на прямой полярности в инертных газах; вариант в-из теплопроводного металла для работы на обратной 2$ полярности в инертных газах; вариант с -. термохимическиР катод с активной вставкой (цирконий, гаФниР) для использования окислительных плазмообразуюших газов (воздух, углекислый газ). 30

Работа горелки предусматривает предварительную настройку положения рабочего конца электрода 2 относительно сопла

1. Такая настройка является разовоР и необходима только при смене электрода 2. $

Настройка положения рабочего конца электрода 2 относительно сопла 1 может осуществляться с помощью визуального контроля через выходной канал сопла 1 при использовании фиксаторов: Фиксатора 0 с втулкой 7 — осевого положения электрода и фиксатора 5 сферического шарнира 4.

Возможен вариант предварительной центровки электрода 2 в сопле 1 путем прижатия рабочего конца электрода 2 к внутреннему „$ конусу сопла 1 или к выходному каналу сопла 1 (в зависимости от диаметра электрода), после чего Фиксатором 5 зажимается сферический шарнир 4 и далее осуществляется необходимая настройка осевого положения электрода 2 с использованием Фиксатора с втулкой 7.

Перед зажиганием дуги в горелку подается вода для охлаждения электрода 2и сопла 1 и плазмообразуюший газ. Зажигание дуги, как правило, осуществляется с помощью искрового разряда между электродом 2 и соплом 1, генерируемого с помощью осциллятора, но возможно также зажигание дежурной дуги путем закорачивания промежутка между электродом 2 и соплом с помощью вспомогательного электрода (например графитового стерженька), вводимого снаружи в канал сопла 1.

При замыкании Факела дежурной дуги на электроводяшее изделие, включенное в цепь источника питания, зажигается основная дуга, осуществляющая плазменную обработку (сварку, резку и т.д.1. При обработке диэлектриков,. а также при напылении и сфероидизации, горит только независимая дуга - между электродом и соплом 1.

Как похазали испытания горелки, предложенная конструкция полностью исключает подгорание диэлектрического сферического шарнира 4 за счет его удаления от зоны горения дуги и наличия внутреннего охлаждения электрода 2. Отсутствие при изготовлении операции опрессовки арматуры электродного узла и сопла диэлектриком сводит к нулю вероятность деФормации и уменьшения сечения каналов охлаждения, что в итоге увеличивает интенсивность охлаждения и надежность плазматрона в среднем более чем в 2 раза.

Наличие внутреннего. охлаждения электрода обеспечивает надежную работу на токах обратной полярности в три раза больших без увеличения габаритов и л ас< ы плазматрона, .то в среднем в три раза повышает производительность сварки и полностью исключает расход вольФрама.

Конструкция горелки позволяет без обгорания изоляции и нарушения центровки в десять раз увеличить длительный ток косвенной дуги (между электродом и соплом), доведя его до значения номинального тока прямой дуги, горящей между электродом и изделием, что значительно расширяет технологические возможности горелки и позволяет испольэовать ее для сварки тугоплавких диэлектриков, для сфероидизации, напыления.

880654

При сохранении габаритов и массы горелка проще по конструкции, отличается повышенной надежностью и расширенными

1 технологическими возможностями при ручной и механизированной, обработке различных материалов, включая металлы, сплавы,и диэлектрики.

Одна горелка заменяет, например, горелку дпя ручной сварки на прямой полярности и горелку для сварки алюминиевых сплавов на обратной полярности при одновременном расширении технологических возможностей установки, которую можно . использовать, например, для плазменной сварки алюминиевых сплавов больших толшин или на повышенных скоростях для плазменной наплавки, а также для сварки и обработки диэлектриков, включая тугоплавкие, например кварц.

Формула изобретения

Горелка для плазменной обработки материалов, содержащая корпус с установленным в нем держателем электрода, выполненным со сферическим шарниром и

Фиксатором,. а также сопло и токоподвод, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью уменьшения габаритов горелки, повышения надежности ее работы и точности установки электрода относительно сопла, горелка снабжена Фиксатором осевого положения электрода, установленным в сферическом шарнире, выполненном из. диэлектрического материала, при этом

36 корпус и сопло выполнены за одно целое, фиксатор шарнира установлен на корпусе, а токоподвод соединен с держателем электрода водоохлаждаемым съемным переходником.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Васильев К. В. Плазменно-дуговая резка. М., Машиностроение", 1974, с. - 21- 24.

2. Быховский Ll. Г. Плазменная резка.

Л., "Машиностроение, 1972, с. 71-73.

3, Патент Франции No. 2244326, кл. В 23 К 15/00, 11.04.75.

4, Недорезов В, Е, Электросварочные

: машины. Л., Машиностроение", 1977, с. 58-60.

880654

Составитель Г. Квартальнова

Редактор М. Бандура Техред И. Гайду Корректор Ю. Макаренко

Заказ 9814/19 Тираж 1151 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, i . Ужгород, ул. Проектная, 4