Способ к.в.васильева стабилизации столба дуги

 

(19)RU(11)1003461(13)C(51)  МПК ⁶    _{B23K31/10, B23K9/00}Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ К.В.ВАСИЛЬЕВА СТАБИЛИЗАЦИИ СТОЛБА ДУГИ

Изобретение относится к термической резке материалов и может быть использовано при плазменно-дуговой резке металлов. В настоящее время при плазменной резке металлов в основном применяется стабилизация столба дуги потоками текучей среды (газов, жидкостей и их смесей). Известно, что при плазменно-дуговой резке дуги стабилизируют потоком нейтрального или инертного газа, который подают параллельно и концентрично столбу дуги. Однако турбулентные пульсации газа, а также возмущения, вносимые поверхностью обрабатываемого металла в поток при резком изменении направления его движения, вызывают большие колебания столба дуги, т.е. снижают качество стабилизации и качество резки. Известен способ стабилизации, осуществляемый обтеканием плазменного столба потоком пылевидной воздушно-водяной смеси в продольном направлении. При этом в результате испарения капель воды понижается температура на периферии столба, что вызывает лучшее его обжатие. Однако сложный и еще недостаточно изученный комплекс электрофизических процессов ограничивает при этом допустимые пределы плотности электрического тока в столбе сжатой дуги до 30 А/м. При таком способе стабилизации возможно двойное дугообразование и разрушение устройств, реализующих этот способ, в результате снижается эффективность плазменно-дуговой резки. Известен способ плазменной резки металлов, при котором столб дуги стабилизируют вихревыми потоками жидкости и газа. Возникающие при этом процессы тепловой сепарации, а также появление радиального градиента давления с зоной разрежения в центре позволяют несколько повысить качество стабилизации и плотности тока в столбе дуги до 40 А/мм². Однако явления, описанные выше, лимитирующие плотность тока, не ликвидируются. Известен способ плазменной резки со сжатием столба дуги струей воды, вытекающей под острым углом из кольцевого зазора возле среза сопла. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ стабилизации столба дуги при плазменно-дуговой резке, по которому концентрично столбу дуги подают жидкую среду отдельными струйками. В двух последних способах векторы скорости лотков жидкой среды лежат в одной плоскости и пересекаются с осью стабилизируемого столба дуги. При ограниченной мощности потоков они не могут проникнуть в столб дуги, оттесняются им на стенки формирующего канала сопла или в окружающее пространство. Этим достигается некоторое сжимающее воздействие, которое лишь дополняет стабилизацию стенкой сопла. При большой мощности потоков они пересекаются с осью столба дуги, не превратившись полностью в плазму, в результате чего в столбе дуги возникают неэлектропроводные участки и он теряет устойчивость. В этих способах для стабилизации дуги необходимо использование жесткого (металлического) сопла, обеспечивающего так называемую "стеночную" стабилизацию. Описанные явления ограничивают плотность тока сжатой дуги и не позволяют снизить ширину реза, повысить производительность процесса резки, уменьшить расход металла и электроэнергии. Целью изобретения является уменьшение ширины реза, повышение производительности процесса резки, уменьшение расхода металла и электроэнергии путем повышения степени обжатия столба дуги. Это достигается тем, что по способу стабилизации столба дуги при плазменно-дуговой резке, по которому концентрично столбу дуги подают жидкую текучую среду отдельными струйками, эти струйки жидкой текучей среды направляют по прямолинейным образующим однополостного гиперболоида. Оси струек образуют с осью стабилизируемого столба скрещивающиеся прямые и не пересекаются с ней. В месте наибольшего сближения эти струи образуют кольцевую полость, окружающую столб дуги, причем каждая струя расположена в плоскости, касательной к нему, и лишь смывает его наружный кольцевой слой, обеспечивая тем самым его сжатие. Наибольший эффект достигается при величине расстояния t между осями струй в месте наименьшего сечения, равном (1,1 - 3,0) d_о, где d_о - диаметр струйки жидкой среды. Остальные параметры стабилизирующих струй рабочей среды могут быть определены на основании приведенного соотношения по известным зависимостям с учетом конкретных требований к условиям стабилизации плазменной дуги. Предложенное решение позволяет получить эффект стабилизации плазменного столба, исключающий необходимость использования металлического сопла. Посредством уменьшения диаметра кольцевой полости может быть достигнуто повышение плотности тока, так как отсутствие электропроводных стенок сопла исключает возможность появления аварийного режима двойной дуги. Это позволяет уменьшить ширину реза и повысить скорость резки, что обеспечивает повышение производительности резки и уменьшение расхода металла и электроэнергии. На фиг. 1 показано относительное положение струек жидкости и столба дуги; на фиг. 2 - относительное положение струек жидкости и столба дуги в наиболее узком сечении (А-А на фиг.1) однополостного гиперболоида, перпендикулярном его продольной оси. Столб сжатия дуги 1 имеет диаметр d_пс. По прямолинейным образующим В-В и С-С однополостного гиперболоида (линии 2 в продольном сечении) в направлении разрезаемого металла подают струйками 3 диаметром d_о жидкость (например, воду, жидкую углекислоту). Относительно продольной оси столба дуги 1 струйки жидкости 3 наклонены под углом β. Расстояние между осями струек жидкости и столба дуги ε = 0,5 (d_пс + d_о). В сечении А-А (фиг.2) сечение струек жидкости имеет вид эллипса, у которого малая ось имеет длину, равную диаметру струйки d_o, а большая ось - длину, равную d_o cos β. Взаимодействие струек жидкости со столбом дуги обеспечивается следующей взаимосвязью геометрических характеристик, которую следует использовать при расчете,
arctg + = где n - количество струек жидкости;
β - угол наклона струек к продольной оси столба дуги;
Δ - ширина воздушного промежутка между соседними струйками в плоскости наиболее узкого сечения однополостного гиперболоида, мм (причем Δ= - 0,1 d_o - + 2d_о);
d_о - диаметр струйки жидкости, мм (d_о = 0,2 - 0,6 мм);
d_nc - диаметр столба дуги, мм;
ε= 0,5 (d_nc + d_о). Стабилизирующее и формирующее действие струек жидкости обеспечивается в описываемом способе стабилизации переохлаждением периферийных участков столба дуги за счет теплоты испарения жидкости и возникновения потока ее массы навстречу тепловому, препятствуя прониканию тепла к жидкости, что снижает тепловые потери. Важно отметить, что по сравнению с известными способами предлагаемый способ стабилизации требует значительно меньших расходов плазмообразующей среды, а это позволяет значительно повысить и температуру столба сжатой дуги. П р и м е р. Производилась стабилизация столба сжатой дуги сплошными струйками воды со следующими геометрическими характеристиками:
количество струек жидкости n = 8;
угол наклона струек к продольной оси столба сжатой дуги β= 35^о30;
диаметр струйки жидкости d_о = 0,5 мм;
диаметр плазменного столба сжатой дуги d_nc = 1 мм;
длина столба сжатой дуги l_nc = 10 мм. Вода подавалась из водопроводной сети под давлением 1-2 ати. Дуга зажигалась осциллятором, включенным с промежуток катод - металл. Была достигнута плотность тока в столбе сжатой дуги 200-210 А/мм². При этом никаких вредных явлений или процессов не наблюдалось. Дальнейшее увеличение плотности тока лимитировалось мощностными возможностями серийно выпускаемой установки для плазменной резки. Использование способа стабилизации столба сжатой дуги при резке металлов по сравнению с аппаратом АПР - 409У4 обеспечивает повышение плотности тока в 5-6 раз, что позволит уменьшить ширину реза и повысить скорость резки и производительность труда.

Формула изобретения

СПОСОБ К В ВАСИЛЬЕВА СТАБИЛИЗАЦИИ СТОЛБА ДУГИ. Способ стабилизации столба дуги, по которому концентрично столбу дуги подают жидкую текучую среду отдельными струйками, отличающийся тем, что, с целью уменьшения ширины реза, повышения производительности процесса резки, уменьшения расхода металла и электроэнергии путем повышения степени обжатия столба дуги, струйки жидкой текучей среды направляют по прямолинейным образующим однополостного гиперболоида.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2002

Извещение опубликовано: 20.10.2002        

---