Горелка для дуговой сварки в среде защитных газов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<„996132

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.02.81 (21) 3273734/25- -27 (51) М. Кл с присоединением заявки №вЂ”

- В 23 К 9/16

Гееудлрстааннмй кемнтет (23) Приоритет—

Опубликовано 15.02.83. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 25.02.83

СССР ао делам нэабретеннй н еткрмтнй (53) УДК 621.791. .753.9.034 (088.8) Л. А. Гешлин, А. И. Азаров, Г. И. Аненберг, Б. и Е. П. Тупчий (72) Авторы изобретения

Опытно-конструкторское бюро Киевского научно-исс института гигиены труда и профзаболе (71) Заявитель (54) ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ В СРЕДЕ

ЗАЩИТНЫХ - ГАЗОВ

Изобретение относится к сварочному оборудованию и предназначено для использования в процессе электродуговой сварки, преимущественно в среде защитных газов 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 11).

Недостатком этой горелки является отсутствие встроенного отсоса газов. Более того, встроить отсос в такую горелку пред.ставляет большую техническую сложность, поскольку в зону резки подается отработанная охлаждающая среда. Это вызывает.интенсивную: турбулентность в зоне резки, в результате чего трудно произвести скольконибудь эффективное улавливание газов..06 щеобменная вентиляция в таких случаях малоэффективна.

Если применить такое устройство для сварки в среде защитных газов или порошковой проволокой, то нарушится сам тех-нологический процесс сварки, поскольку защитные газы будут перемешиваться с отходящей охлаждающей средой, в результате чего будет нарушена защита. Кроме того, устройствсь для указанных видов сварки в обязательном порядке должны снабжаться устройствами для отсоса газов и сварочного аэрозоля. Самым эффективным для этой цели являются встроенные отсосы, но их реализация при рассмотренной системе охлаждения затруднена.

Известна также горелка для электродуговой сварки, содержащая корпус, токоведущие элементы с радиатором, соплом для подачи защитного газа и наконечником для подачи охлаждающего воздуха. Горелка выполнена в виде сварочного пистолета, в ру15 коятку которого встроен пневмомотор подачи сварочной проволоки. Охлаждающий воздух подается к радиатору при температуре сети, без расширения, и далее поступает на пневмомотор (2) . го

Однако это решение определяет низкую эффективность охлаждения радиатора при больших сварочных токах, поскольку температура воздуха в сети достаточно высока, что является недостатком этой горелки.

996132

15 0

Известна горелка для ручной полуавтоматической сварки в среде защитных газов модели R 6 «ВЕРПАКР», рассчитанная для работы при сварочных токах до 600А. Горелка состоит из корпуса с рукояткой, токоведущих элементов, канала подачи защитного газа, сопла для подачи защитного газа, аспирационного сопла. Токоведущие элементы фиксируются в полых корпусе и рукоятке. Аспирационное сопло сообщается с полостью корпуса и рукоятки и далее, через гибкий рукав, с выносным фильтровентиляционным агрегатом. В процессе сварки сварочный аэрозоль и газы, смешанные с окружающим воздухом, всасываются через аспирационное сопло в полости корпуса и рукоятки, охлаждая при этом оба сопла и токоведущие элементы, и далее, через гибкий рукав и фильтровентиляционный агрегат вытекают в атмосферу (3).

Однако эта горелка обладает рядом недостатков.

Охлаждение сопел и токоведущих элементов производится нагретым воздухом, температура которого достаточно высока, а скорость движения в аспирационном канале сравнительно невелика. В этих условиях теплоотдача от сопел и токоведущих элементов неэффективна, что укорачивает срок их эксплуатации при сварке на больших токах, ухудшает условия труда за счет перегрева корпуса и рукоятки, снижает производи. тельность.

Кроме того, охлаждение производится смесью воздуха со сварочным аэрозолем, а температура сопел и токоведущих элементов достаточно высока, происходит интенсивное налипание аэрозольных частиц на их наружную поверхность. Теплообмен между охлаждающим воздухом и охлаждаемыми элементами при этом ухудшается, что снижает срок службы, ухудшает отсос вредностей.

Известны горелки, в которых система охлаждения выполнена с применением вихревого эффекта (4) .

Однако эти горелки предназначены для сварки в специальных условиях. Они имеют, как показали испытания, недостаточное охлаждение, не пригодны для широкого внедрения, особенно там, где возникает необходимость применения встроенных отсосов газов и аэрозоля.

Известна горелка для электродуговой сварки, содержащая корпус с радиатором, соплом для подачи защитного газа и наконечником для подачи охлаждающего воздуха на радиатор и сопло, зафиксированном в кронштейне. Охлаждение радиатора происходит за счет обдува его охлаждающим воздухом, истекающим через перфорированные отверстия наконечника. При истечении в атмосферу сжатый воздух расширяется, в результате чего его температура снижается.

Кронштейн для фиксации наконечника час25

35 0

50 тично экранирует руку сварщика от лучистого тепла (5).

Недостатком известной горелки является низкая эффективность использования сжатого воздуха, поскольку КПД процесса дросселирования, примененного в этом решении, заведомо мало (1,7 /<) . Вследствие этого, температура охлаждающего воздуха недостаточно низкая и эффективность охлаждения невелика. Кроме того, в процессе обдува происходит подмешивание окружающего воздуха, вследствие чего результирующая температура охлаждающего потока выше температуры истекающего из наконечника воздуха и обдув радиатора и сопла при такой конструкции неравномерен, а в процессе эксплуатации теплообмен между радиатором, соплом и охлаждающим потоком ухудшается вследствие постепенного налипания аэрозольных частиц и брызг металла на обдуваемые поверхности. Это снижает срок службы горелки, в которой отсутствует система аспирации газов и сварочного аэрозоля.

Наиболее близкой 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 установленной в нем токоподводящей трубкой, сопло для подачи защитного газа, охватывающую сопло отсасывающую насадку, соединенную с аспирационным каналом, а также рукоятку. Горелка снабжена газоструйным блоком отсоса (эжектором), сопло которого установлено на токоподводящей трубке. Такое расположение сопла позволяет охлаждать нагревающуюся в процессе работы токоподводящую трубку (6) .

Недостатками известной горелки являются плохое охлаждение сопла для подачи защитного газа, отсасывающей насадкой, так как эти элементы охлаждаются отсасываемым потоком воздуха с пылегазовыделениями, температура этого потока относительно велика и вследствие недостаточного охлаждения этих элементов наблюдается интенсивное засорение их отсасываемыми выделениями. Это приводит к ухудшению теплообмена между охлаждаемыми элементами горелки и потоком отсасываемого воздуха. уменьшается сечение аспирационного канала горелки и повышается шероховатость его стенок. Вследствие недостаточного охлаждения горелка не может быть использована для сварки на повышенных токах сварки, т.е. не может быть повышена производительность процесса сварки.

Цель изобретения — повышение эффективности охлаждения горелки, удобства эксплуатации и производительности труда.

Цель достигается тем, что горелка для дуговой сварки в среде защитных газов с

996132

5 !

О

20 25

55 отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с установленной в нем токоподводящей трубкой, сопло для подачи защитного газа, охватывающую сопло отсасывающую насадку, соединенную с аспирационным каналом, а также рукоятки, снабжена вихревой трубой, на «горячем» конце которой установлена экранирующая обечайка, образующая с наружной поверхностью вихревой трубы кольцевую полость для сообщения с окружающей средой, и установленным на сопле для подачи защитного газа отражателем, сопряженным со стенкой отсасывающей насадки и образующим совместно с поверхностью токоподводящей трубки, выполненной с ребрами, и корпусом горелки, канал для отвода охлаждающей среды, соединенный в зоне отсасывающей насадки с выходным отверстием «холодного» конца вихревой трубы и в зоне рукоятки с аспирационным каналом, при этом корпус горелки выполнен с полым экранирующим выступом, по лость которого соединена с каналом для отвода охлаждающей среды и с кольцевой полостью для сообщения с окружающей средой, а вихревая труба закреплена в полом экранирующем выступе.

Канал для отвода охлаждающей среды выполнен сужающимся в зоне рукоятки.

На фиг. 1 схематически представлена предлагаемая горелка, общий вид, разрез; на фиг. 2 — разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4— разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 — разрез Г-Г на фиг. 1.

Горелка содержит корпус 1, выполненный с полым экранирующим выступом 2.

Корпус 1 выполнен за одно целое с рукояткой 3. Внутри корпуса 1 расположена токоподводящая трубка 4 с каналом для по-дачи защитного газа 5. На токоподводящей трубке 4 выполнены ребра 6. Горелка имеет сопло 7 для подачи защитного газа, на котором установлен отражатель 8. Сопло -7 выполнено с ребрами 9. В горелку входит отсасывающая насадка 10, охватывающая сопло 7. Отражатель 8 сопряжен с цилиндрической стенкой насадки 10, т.е. его периферийная поверхность контактирует с внутренней поверхностью насадки 10. Сопло 7 для подачи защитного газа выполнено как одно целое с ребрами 9 и отражателем 8. В экранирующем выступе 2 закреплена вихревая труба 11 своим «горячим» концом 12, на котором с зазором установлена экранирующая обечайка !3, образующая совместно с наружной поверхностью «горячего» конца 12 вихревой трубы 11 кольцевую полость 14 для сообщения с окружающей средой. Экранирующая обечайка 13 выполнена с ребрами 15. Отражатель 8 совместно с поверхностью токоподводящей трубки 4, ее ребрами 6 и корпусом 1 образуют канал:16 для отвода охлаждающей среды. Канал 16 в зоне отсасывающей насадки 10 соединен (сообщается) с выходным отверстием «холодного» конца 17 вихревой трубы 11. Внутренняя поверхность корпуса 1 и полость рукоятки 3 образуют аспирационный канал 18, сообщающийся с отсасывающей насадкой 10 и побудителем тяги (не показан). Канал 16 в зоне рукоятки выполнен сужащимся и сообщающимся с аспирационным каналом 18.

Кольцевая полость 14 сообщается с полостью 19 экранирующего выступа 2, а полость 19, в свою очередь, сообщается с каналом 16 для отвода окружающей среды (воздуха). Корпус 1 и рукоятка горелки 3 выполнены полыми, состоящими из 2-х половин, с плоскостью разъема, совпадающей с плоскостью симметрии горелки. Ребра токоведущих элементов 6 сопряжены с ребрами 9 сопла подачи защитного газа посредством вставок 20 из электроизоляционного материала. Сопловой ввод 21 вихревой трубы 11 сообщен с каналом подвода сжатого воздуха 22.

Назначение отражателя 8 состоит в том, чтобы, во-первых сформировать поток удаляемых газов и сварочного аэрозоля таким образом, чтобы он с минимальными сопротивлениями всасывался в аспирационный канал 18; во-вторых, отделитель полость «холодного» конца 17 вихревой трубы 11 и полость между отсасывающей насадкой 10 и соплом 7 подачи защитного газа, где движется охлаждающий поток, от всасывающей полости отсасывающей насадки 10; в-третьих, поскольку отражатель 8 охлаждается, налипание сварочного аэрозоля на его поверхности практически отсутствует, а сам отражатель 8 препятствует попаданию аэрозоля в канал 16 для отвода охлаждающего воздуха. Выполнение охлаждаемых отражателя 8 и ребер 9 заодно с соплом 7 подачи защитного газа позволяет улучшить охлаждение самого сопла 7 подачи защитного газа, которое является одной из cBMblx термонагруженных деталей, снижает засорение его аэрозолем, увеличивает его термостойкость и позволяет поддерживать стабильное сопротивление аспирационного тракта.

Назначение сужающегося канала 16 состоит в том, чтобы, во-первых, направить охлаждающий поток к аспирационному каналу 18 вдоль токоведущих элементов для их охлаждения; во-вторых, обеспечить подсос атмосферного воздуха через канал 14 и полость 19. Разрежение в полости 19 образуется как за счет вакуума от внешнего источника, так и за счет пониженного давления в сужающемся канале (вследствие увеличения скорости охлаждающего потока в сужающемся канале 16), что обеспечивает охлаждение «горячего» конца 12 вихревой трубы 11.

996132

Горелка работает следующим образом.

Сварочная проволока непрерывно подается в зону сварки через центральный канал 5 токоподводящей трубки 4 с ребрами 6.

Одновременно через канал токоподводящей трубки 4 в полость сопла подачи защитного газа 7 подается защитный газ. В процессе сварки большими токами происходит интенсивный нагрев токоведущих элементов, сопла 7 и насадки 10 и менее интенсивный— внутренних и наружных поверхностей корпуса 1, рукоятки 3, выключателя. Охлаждение нагревающихся элементов горелки осуществляется воздухом. В процессе работы горелки сжатый воздух по каналу 22 при температуре сети подается в сопло 21 вихревой трубы 11. В результате известного вихревого эффекта (эффекта Ранка) из «холодного» конца 17 неадиабатной вихревой трубы 1! весь подаваемый воздух выходит охлажденным и далее поступает в полость между указанной насадкой 10 и соплом 7, охлаждая при этом поверхности сопла 7, насадки 10, отражатель 8 и ребра 6 и 9 токоподводящей трубки 4 и сопла 7.

3алее охлаждающий поток поступает в сужающийся канал 16 и аспирационный канал 18, охлаждая токоведущие элементы и корпус 1 горелки. При этом скорость охлаждающего воздуха в сужающемся канале 16 возрастает. В результате совместного воздействия разрежения, создаваемого побудителем (не показан), и кинетической энергии потока охлаждающего воздуха происходит подсос атмосферного воздуха через полость 19 и полость 14. При этом охлаждается «горячий» конец 12 вихревой трубы 11.

Одновременно охлаждается экранирующая обечайка 13 с ребрами 15, защищающие вместе с экранирующим выступом 2 руку сварщика от излучения дуги.

Отсос газов и сварочного аэрозоля осуществляется через насадку 10. При этом

1 дополнительно охлаждаются стенки сопла 7, насадки 10, отражателя 8, корпуса 1 и рукоятки 3. Выполнение отражателя 8 аспирационного тракта жестко сопряженным с цилиндрической внутренней поверхностью сопла 7 и его ребрами 9 позволяет легко осуществить замену сопла и насадки в случае необходимости, сформировать поток отсасываемых газов оптимальным образом и добиться дополнительного охлаждения одного из наиболее термонагруженных элементов — сопла для подачи защитного газа.

Соединение «холодного» конца 17 вихревой трубы с каналом 16 в зоне отсасываюшей насадки 10 увеличивает эффект охлаждения.

Поскольку температура его стенок всегда отрицательна, охлаждение сопла 7, и особенно насадки 10, производится не только обдувом, но и посредством контакта кор25

Формула изобретения

1. Горелка для дуговой сварки в среде за цитных газов с отсосом выделений из зоны сварки, содержащая корпус с установленной в нем токоподводящей трубкой, сопло для подачи защитного газа, охватывающую сопло отсасывающую насадку, соединенную с аспирационным каналом, а также рукоятку, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения горелки, удоб40 ства эксплуатации и производительности труда, горелка снабжена вихревой трубой, на

«горячем» конце которой установлена экранирующая обечайка, образующая с наружной поверхностью вихревой трубы кольцевую полость для сообщения с окружающей сре45 дой, и установленным на сопле для подачи защитного газа отражателем, сопряженным со стенкой отсасывающей насадки и образующим совместно с поверхностью токоподводящей трубки, выполненной с ребрами и корпусом горелки канал для отвода охлаждающей среды, соединенный в зоне отсасывающей насадки с выходным отверстием «холодного» конца вихревой трубы и в зоне рукоятки с аспирационным каналом, при этом корпус горелки

55 выполнен с полым экранирующим выступом, полость которого соединена с каналом для отвода охлаждающей среды и с кольцевой полостью для сообщения с окружающей сре5

20 пуса «холодного» конца 17 с корпусом насадки 10.

По сравнению с прототипом при применении предлагаемой горелки достигается эффективное охлаждение ее термонагруженных элементов, обеспечиваемое использованием энергии сжатого воздуха в вихревой трубе, увеличение производительности труда, обусловленное, во-первых, с возможностью сварки на повышенных сварочных токах, и, вовторых, улучшением условий труда при сварке (защитой руки от ожегов и перегрева, эффективным удалением сварочного аэрозоля и газов) и увеличивается срок службы как отдельных элементов горелки, так и всей горелки, повышается надежность работы ее охлаждаемых элементов и отсоса, отсутствует полностью или уменьшено до минимума залипание каналов аэрозолем. Предлагаемое исполнение горелки позволяет эффективно охладить не только наиболее термонагруженные элементы (сопло, насадку, токоведушие элементы), но и менее термонагруженные (стенки корпуса и рукоятки, экранирующие элементы) .

Кроме того, отражатель защищает аспирационный канал и канал отвода охлаждающего воздуха от засорения сварочным аэрозолем, формирует поток охлаждающего воздуха.

996132 иг. дой, а вихревая труба закреплена в полом экранирующем выступе.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что канал для отвода охлаждающей среды выполнен сужающимся в зоне рукоятки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2. Патент ФРГ № 1565627, кл.49h 9/12, 23.12.71.

3. Отсос газопылевыделений при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. Экспрессинформация. Информэнерго, сер. «Сварочные работы», № 1 (!42) 1973, с. !6 — !7.

4. Рагунович С. Выбор системы охлаждения сварочных горелок, предназначенных для работы на открытых площадках. — «Теория и практика сварочного производства».

Свердловск, 1978, № 2, с. 61 — 63.

5. Авторское свидетельство СССР. № 599938, кл. В 23 К 9/16, 28.06.76.

6. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2457424, кл. В 23 К 9/16, 01.03.77 (прототип).

996132

1ц

Г- Г

Редактор А. Хмичук

Заказ 798/22

Составитель Г. Квартальнова

Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Тираж 1104 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела м изобретений и открытий

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

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