Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов

 

„,ф96131

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20 02.81 (21) 3251066/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл, з

В 23 К 9/16

Государственный комитет

СССР (53) УДК 621.791. .753.9.034 (088.8) Опубликовано 15.02.83. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 25.02.83 по делам изобретений н открытий (54) ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ

ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

Изобретение относится к сварочному оборудованию и предназначено для использования при электродуговой.сварке, преимущественно в среде защитного газа и при сварке порошковой проволокой.

Известна горелка для плазменно-дуговой резки с разомкнутой системой охлаждения, содержащая электрод, сопло, радиатор с ребрами и наконечник с основным и дополнительными отверстиями (1)

Недостатком этой горелки является отсутствие встроенного отсоса газов, более того, встроить отсос в такую горелку представляет значительную техническую сложность, поскольку в зону резки подается отработавшая охлаждающая среда. Это вызывает интенсивную турбулентность в зоне резки, в результате чего трудно произвести сколько-нибудь эффективное улавливание газов. Общеобменная вентиляция в таких случаях малоэффективна.

Если применить такое устройство для сварки в среде защитного газа или порошковой проволокой, то нарушится сам технологический процесс сварки, поскольку защитные газы будут перемешиваться с истекающим охлаждающим потоком, в результате чего будет нарушена защита. Оборудование горелки встроенным отсосом и в этом случае представляет большую . техническую сложность.

Известна горелка для электродуговой сварки, содержащая корпус, токоведушие элементы с радиатором, сопло для подачи защитного газа и наконечник для подачи охлаждающего воздуха. Горелка выполнена в виде сварочного пистолета, в рукоятку которого встроен пневмомотор подачи сварочной проволоки. Охлаждающий воздух подается к радиатору при температуре сети, без расширения, и далее поступает на пневмомотор (2).

Однако это решение определяет низкую

15 эффективность охлаждения радиатора при больших сварочных токах, поскольку температура воздуха в сети достаточно высота, что является недостатком этой горелки.

Известна также горелка для дуговой свар20 ки, содержащая насадку, источник вакуума и рукав для отсоса вредных газов. В горелке источник вакуума размещен между рукавом и насадкой, при этом источник вакуума совмещен с насадкой. а выходная часть насадки выполнена в виде камеры смешения

996131

)5

4О

55 эжектора. В процессе сварки выделяющиеся газы и аэрозоль всасываются в насадку и далее, через рукав, удаляются из зоны сварки (3) .

Однако горелка этой конструкции обладает рядом недостатков.

Охлаждение насадки и размещенных в ней участков токоведуших элементов и наружной поверхности сопла подачи защитного газа осушествляется за счет теплосъема потоком отсасываемого воздуха, а участок токоведущих элементов внутри сопла для подачи защитного газа и само сопло изнутри охлаждаются защитным газом. Такое охлаждение в этом случае недостаточно.

В результате недостаточного охлаждения и наличия выступа в аспирационном тракте, образующего лабиринтный канал для всасываемого потока газопылевыделений, прон;.ходит засорение аэрозолем насадки и рас,ю .ожс нных внутри нее токоведущих эле ;.1. г>11 и «п,)а и накопление аэрозоля перед вь.с. <(и>м Это приводит к резкому снижению теплоотдячи токоведушими элементами.

Кроме того. повышается аэродинамическос сопротивление аспирационного тракта, что резко снижает эффективность газопылеотсоса. Участок токоведуших элементов, размещенный в корпусе горелки вне насадки, вообще не охлаждается, а корпус горелки охлаждается лишь частично. Это снижает срок службы горелки, а при сварке большими токами высокая температура нагрева рукоятки ухудшает условия труда сварщиков.

Энергия эжектируюшего газа используется нерационально, поскольку в зоне наиболее низких температур (ня выходе сопла) отсутствует омывание:<олодным воздухом т(. и л о и я и р ч + e I I I I I) I x э. I с м с. 1 T o (3.

Н "с.,1() 1 ря ll т и I i) c il. Ii) - >Ip3 яв.I);< .. н н; ибо(Гс х<),;. »»1) эл<-);(Ятом горел,, Гств т н (к 1 . >-; —:<(:в<нный контакт

- т :,:i!1 р) )к(»11.",::, . (1" 1< lli à.:(и. Таким об,;;).)() -):.. Г Г:111 ЭЖС"«1!1,),", >I (ЕГО ГЯЗЯ ИСПОЛЬзу тс.; .1.!>I )(1,1(. IIII)I <;,:.11)oчных газов и аэроз<.)11 . ли>ць к )св; íío 3;1 с и: эжектируе- мого загрязненного воздуха у яствует в охлаждении, что нерационально.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной внутри него токоподводящей трубкой и эжектором, сопло которого установлено на токоподводяшей трубке концентричпо ей, отсасываюшую насадку, охватываюшуK) collëo для подачи защитного газа, а также рук(»)тi.ó.."-))!

Однако горе,:.кя -.(<:й ко)гструкции обладает рядом IIC«>(r;:,-1:<:в.

О х л а ж д(. и и с 1:.;, I (".>. I <. « Г (" р )1 о 11 я и ;) я ж Г l<ных элемент<и) <(oi(,;! .. чодячи зящитноГО ГЯЗ(1. Н Я(1) i. ».,». В<). : !!,(И>1()! 0 Ъ !ЯГ ГI<(> токоподводяшей трубки, наиболее приближенного к сварочной дуге) малоэффективно, так как осушествляется лишь отсасываемым потоком воздуха с пылегазовыделениями. Температура этого потока относительно велика и при больших сварочных токах составляет 100 — 200 C:

Вследствие недостаточного охлаждения указанных элементов горелки наблюдается их интенсивное засорение сварочным аэрозолем. Этот фактор приводит к тому, что, во-первых, ухудшается теплообмен между охлаждаемыми элементами горелки и потоком отсасываемого воздуха, во-вторых, уменьшается сечение аспирационного канала горелки и повышается шероховатость его стенок. В результате снижается долговечность наиболее термонагруженных элементов горелки и после кратковременной эксплуатации ухудшается эффективность работы ее аспирационной системы.

Вследствие недостаточного охлаждения наиболее термонапряженных элементов область применения горелки ограничена по силе сварочного тока. Сварка при токах свыше 300 А при обеспечении длительного срока службы потребует увеличения сечения токоподводяшей трубки и дополнительного охлаждения, что, в свою очередь, повлечет увеличение массы горелки.

Кроме того, энергия эжектируюшего газа для охлаждения горелки используется нерационально. Это обусловлено тем, что при истечении газа из сопла, его охлаждение достигается только за счет эффекта дросселирования, который характеризуется низкими температурным и энергетическим КПД.

Цель изобретения — интенсификация охлаждения токоведуших элементов горелки эжектирующим газом и повышение эффективности отсоса вредных выделений.

Цель достигается тем, что горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной внутри него токоподводяшей трубкой и эжектором, сопло которого установлено на токоподводяшей трубке концентрично ей, отсасывающую насадку, охватываюшую сопло для подачи защитного газа, а также рукоятку, снабжена вторым эжектором, последовательно соединенным с первым, и адиабатной вихревой трубой, при этом сопло первого эжектора расположено в зоне рукоятки и его полость соединена с выходным отверстием «горячего» конца вихревой трубы, а сопло второго эжектора расположено на отсасываюшей насадке концентрично ей и его полость соединена с выходным отверстием «холодного» конца вихревой трубы.

На выходе «горячего» конца вихревой трубы установлен регулируемы и дроссель.

На фиг. 1 схематически изображена предлягяеIvldB горелка, продольный разрез (токов дущие элементы, канал и сопло для подачи защитного газа не разрезаны); на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1.

Горелка содержит корпус 1 с рукояткой 2.

Внутри корпуса 1 расположена токоподводящая трубка 3 с каналами для направлейия электродной проволоки и подачи защитного газа. На конце трубки 3 расположено сопло 4 для подачи защитного газа. Горелка имеет отсасывающую насадку 5, охватывающую сопло 4. В корпусе 1 горелки встроены два эжектора, последовательно соединенные. Сопло 6 одного эжектора установлено йа токоподводящей трубке 3 концентрично ей в зоне рукоятки. Ойо образовано внутренней поверхйостью кольцевой камеры 7, наружной поверхностью конца рукоятки 2 и стенками 8 всасывающей камеры 9 эжектора, к выходному каналу которого подсоединен рукав 10 для удаления вредных выделений. Сопло 11 второго. эжектора расположено на отсасывающей насадке 5 и образовано наружной поверхностью насадки 5, внутренней поверхностью кольцевой камеры 12 и внутренней. поверхностью обечайки 13. Полости сопел б и 11 эжекторов через кольцевые камеры 7 и 12 сообщаются с адиабатной вихревой трубой, которая имеет спиральное сопло 14, диафрагму 15, установленные в корпусе 16. К соплу 14 посредством штуцера 1?, установленного в корпусе 16, подсоединена трубка 18 для подвода сжатого газа.

К диафрагме примыкает трубка 19 для выхода холодного воздуха, которая является «холодным» концом вихревой трубы.

С противоположной стороны к корпусу 16 присоединена трубка 20, один конец которой сообщен со спиральным соплом 14: а второй — с трубкой 21, являющейся «горячим» концом вихревой трубы. В трубку 20 встроен регулируемый дроссель 22. «Холодный» конец вихревой трубы сообщен с кольцевой камерой 12, а ее «горячий» конец — с кольцевой камерой 7 эжекторов.

Горелка работает следующим образом.

В горелке в процессе сварки электродная проволока и защитный газ по каналам в токоподводящей трубке 3 и соплу 14 для подачи защитного газа подаются в зону дуги.

Сжатый газ по трубке 18 и штуцеру 17 поступает в спиральное сопло 14, установленное в корпусе 16 вихревой трубы. В спиральном сопле 14 происходит закручивание потока, движущегося со скоростью, близкой к скорости звука, и его расширение. Вследствие сложных газодинамических и термодинамических процессов происходит энергетическое разделение газа йа два потока: холодный и горячий. Разница в температуре между потоками достигает 40 — 60 С и более в зависимости от соотношения между массовым расходом газа через «холодйый» и «горячий» концы, регулируемым посредством дросселя 22. Холодный поток поступает в трубку 19 через диафрагму 14 и далее в кольцевую камеру 12. Горячий поток

oTBo3liTcH Il03 H2KoTotlbl%1 избыточным 338лением с противоположной стороны сопла 14 через трубку 20, дроссель .! «21 в кольцевую камеру?. Реж:-:.:; аботы вихревой трубы подобран таким образом, что сжа5 тый газ расширяется не полностью, вследствие этого холодный и горячий потоки на выходе из вихревой трубы имеют избы гочное давление.

Источником вакуума, обеспе шнакпцим удаление вредных выделений из зоны- сварки, являются два последовательно соединенных эжектора. Поток холодного газа из кольцевой камеры 12 поступает в щел ной канал сопла 11, образованный наружной поверхностью отсасывающей насадки 5 и внутренней поверхностью обечайки 13. В щелевом канале сопла скорость холодного потока значительно возрастает. В результате этого, при истечении холодного газового потока из щелевого канала, в отсасывающей насадке 5, являющейся всасывающей каме20 рой эжектора, создается разрежение. Образующиеся при сварке вредные пылегазовыделения всасываются в насадку 5 и далее поступают в аспирационный канал в корпусе 1 и рукоятке 2 горелки, который является камерой смешения эжектора. В канале корпуса горелки поток пылегазовыделений смешивается с эжектирующим холодным потоком. Смешанный поток поступает к всасывающей камере 9 другого эжектора.

Горячий поток газа из кольцевой камезо ры 7 поступает в щелевой канал сопла 6.

В щелевом канале сопла 6 скорость горячего потока значительно возрастает. В результате этого, при истечении горячего газового потока из щелевого канала сопла 6 во всасывающей камере 9 создается разрежез5 ние, благодаря чему смешанный поток из эжектора, расположенного у насадки 5, поступает во всасывающую камеру 9 и далее в проточную часть эжектора рукоятки 2, где поток удаляемых вредностей смешивается с горячим потоком. Смешанный поток из эжектора рукоятки поступает в аспирационный рукав 10 и удаляется из рабочей зоны сварщика. Регулирование температуры холодного потока осуществляется дросселем 22. В процессе дросселирования изменяются соотношения как температуры, так и расходов

4 горячего и холодного потоков. Этим достигается оптимальный режим работы горелки в зависимости от режима сварки.

Охлажденный поток, постчпающий из «холодного» конца вихревой трубы, омывает наружную поверхность насадки 5 и внутрен5О нюю поверхность кольцевой камеры 12 и обечайки 13, благодаря чему происходит их интенсивное охлаждение. Аспирационный канал корпуса 1 и рукоятки 2 горелки и токоведущие элементы охлаждаются смешанным потоком.

Предлагаемая горелка по сравнению с известной обеспечивает более интенсивное охлаждение наиболее термонагруженйых элементов горелки — токоведущих элемен7

996131 тов и отсасывающей насадки; КПД процесса охлаждения в вихревой трубе (холодный

КПД (11 = 24 — 25%) значительно выше, чем КПД процесса дросселирования (5> —=

= 1,7%), в том числе с использованием обдува в известных конструкциях, чем достится более эффективное охлаждение гается не гия пр ри равных затратах энергии, т.е. эн р сжатого газа используется более рациона льно. Кроме того, обеспечиваетея более эффективное удаление вредных выделений за счст уменьшения налипания сварочного аэрозоля на стенки аспирационного канала го. Зто достигается, во-первых, более иненных тенсивным охлаждением термонагруж ей образующих аспирационный канал, деталей, о р у ными а во-вторых, более низкими температур характеристиками потока пылегазовыделений в аспирационном канале, взаимодействующего с холодным эжектирующим потоком.

Формула изобретения

1. Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с расположенной вйутри него токоподводящей трукой и эжектором, сопло которого установлено на токоподводящей трубке концентрично ей, отсасывающую насадку, охватывающую сопло для подачи защитного газа, а ю

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СС P № 332964, кл. В 23 К 9/16, 22.05.70.

2. Патент ФРГ № 1565627, кл. 49 h 9/12, 23. 12.71.

3.-Авторское свидетельство СССР по заявке № 2720605, кл. В 23 К 9/16, 27.09.76.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2457424, кл. В 23 К 9/!6, 01.03.77 (прототип). также рукоятку, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации охлаждения токоведущих элементов горелки эжектирующим газом и повышения эффективности отсоса вредных выделений,. горелка снабжена вторым эжектором, последовательно соединенным с первым, и адиабатной вихревой трубой, при этом сопло первого эжектора расположено в зоне рукоятки, и его полость соединена с выходным отверстием «горячего» конца вихревой трубы, а сопло второго эжектора расположено на отсасывающей насадке концентрично ей, и его полость соединена с выходным отверстием «холодного» конца вихревой трубы.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что на входе «горячего» конца вихревой

15 трубы установлен регулируемый дроссель.

996131

17 16

Составитель Г. Квартальнова

Редактор Л. Химчук Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 798/22 Тираж 1104 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4