Способ резки труб плазменной горелкой

 

СПОСОБ РЕЗКИ ТРУБ ПЛАЗМЕННОЙ ГОРЕЛКОЙ, при котором производят относительное перемещение трубы и горелки и осуществляют резку с одновременным удалением грата и шлака при помощи экрана, который соединяют с горелкой и размещают внутри разрезаемой трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества резки путем устранения налипания грата и шПака на внутреннюю поверхность трубы,перед началом резки центр кривизны приемной поверхности экрана совмещают с точкой пересечения продольной оси плазменной горелки с внутренней поверхностью трубы, а ось симметрии экрана смещают относительно продольной оси плазменной горелки в .направлении резки.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3524007/25-27 (22) 21.12.82 (46) 15.02.84. Бюл. Р 6 (72) Л.С. Слоним, Б.С. Грановский и Г.A. Максаков (71) Всесоюз ный научно-исследовательский и проектно-технологический институт угольного машиностроения (53) 621.791.94.054.3(088.8) (56) 1. Патент ГДР )) 143223, кл. В 23 К 7/04, 13.08.80.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 659306, кл. В 23 К 7/04, 01.08.76 (прототип). (54)(57) СПОСОБ РЕЗКИ TPYE ПЛАЗМЕННОЙ ГОРЕЛКОЙ, при котором производят относительное перемещение трубы и горелки и осуществляют резку с одновременным удалением грата и шлака при помощи экрана, который соединяют с горелкой и размещают внутри разрезаемой трубы, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения качества резки путем устранения налипания грата и шлака на внутреннюю поверхность трубы, перед началом резки центр кривизны приемной поверхности экрана совмещают с точкой пересечения продольной оси плазменной горелки с внутренней поверхностью трубы, а ось симметрии экрана смещают относительно продольной оси плазменной горелки в .направлении резки.

1073024

Изобретение относится к плазменно-дуговой резке и может быть использовано при термической резке труб с обкаткой плазмотроном вокруг неподвижной разрезаемой трубы или при резке с вращением трубы относи- 5 тельно неподвижного плазмотрона.

Известен способ.,улавливания расплава, включающий прием расплава охлаждаемой поверхностью экрана, расположенного внутри вращающейся )р трубы (1 3 °

Однако этот способ характеризуется недостаточной эффективностью улав— ливания расплава, так как при переходе на резку других типоразмеров труб (иного диаметра и толщины стенки) увеличивается сектор разбрызгивания расплава,что приводит к его нЕполному улавливанию, т.е. снижению эффективности. Кроме того, не учтен эффе т откло, ения факела от продоль 20 ной оси резака или плазмотрона в направлении, обратном вращению трубы, или в направлении обкатки трубы плазмотроном при неподвижной в процессе резки трубе, что приводит к увеличению количества расплава, попадаемого и наплавляемого на внутреннюю поверхность трубы, т.е. к снижению эффективности улавливания расплава.

Под расплавом подразумевается 30 продукт, получаемый в результате воздействия плазмен ной струи на разрезаемый металл (грат и шлак).

Известен также способ резки труб плазменной горелкой, при котором 35 производят относительное перемещение трубы и горелки и осуществляют резку с одновременным удалением грата и шлака при помощи цилиндрического экрана, который соединяют с 4О горелкой и размещают внутри разрезаемой трубы (2 )., Недостатком известного способа является низкая эффективность улавливания расплава, обусловленная большим4 рассеянием расплава от экрана при отражении. Так же не учтен эффект отклонения факела от продольной оси резака или плазмотрона, в результате чего трудно получить высокое качество резки.

Цель изобретения — повышение качества резки путем устранения налипания грата и шлака на внутреннюю поверхность трубы, Указанная цель достигается тем, 55 что согласно способу резки труб плазменной горелкой,при котором производят относительное перемещение трубы и горелки и осуществляют резку с одновременным. удалением грата к 6Q шлака при помощи цилиндрического экрана, который соединяют с горелкой и размещают внутри разрезаемой трубы, перед началом резки центр кривизны приемной поверхности экрана совмещают с точкой пересечения продольной оси плазменной горелки с внутренней поверхностью трубы, а ось симметрии экрана смещают относительно продольной оси плазменной горелки в направлении резки.

На фкг. 1 изображена схема осуществления способа; на фиг. 2 — схема подачи хладагента на экран; на фиг. 3 — устройство для реализации способа.

Схема включает экран 1, разрезаемук трубу 2, плазменную горелку

3, каналы 4 для подачи водл, охлаждающей экран, устройство 5 для подачи хладагента на экран, приемную поверхность 6 экрана, наружную поверхность 7 экрана, сопло Ы,для подачк хладагента.

На станине 9 смонтированы опора

10 для разрезаемой трубы 2, стол 11, на котором установлен привод 12 поворота экрана 1 для улавливания расплава и плазменной горелки 3. Горелка 3 закреплена в суппорте 13, который через кронштейн 14 жестко связан с экраном 1. Таким образом, экран 1 установлен с возможностью синхронного и синфазного поворота вокруг продольной оси трубы 2, которая на столе 11 установлена неподвижно.

На фкг, 1 приняты буквенные обозначения: х — угол поворота экрана, точка 0 — точка пересечения продольной оси горелки с внутренней поверхностью трубы, 0„ — центр симметрии экрана 1, Н, — радиус приемной поверхности экрана, >3 — радиус наружной поверхности экрана, угол между продольной осью глазменной горелки и линией, проходящей через точки 0 и О.„, 6, у к 6 — угловые размеры экрана, ю„- направление обкатки плазменной горелки относительно неподвижной трубы, и — направление вращения трубы при неподвижной горелке, Z — длина экрана, .. — диаметр трубы 2.

Перед началом резки экран 1 устанавливают внутри трубы 2 так, чтобы центр кривизны 0 приемной поверхности б экрана совпадал с точкой пересечения продольной оси плазм нной горелкк 3 с внутренней поверхностью трубы. Относительно точки 0 в плоскости реза экран 1 смещают от продольной оск плазменной горелки 3 в направлении резки {поворачивают на угол ь,)к закрепляют неподвижно относительно горелки 3„ Включается система охлаждения экрана, обеспечивающая непрерывную циркуляцию хладагента, например воды, по каналам 4. Сжатый воздух при помощи устройства 5 подается в зону падения грата и шлака на экран- 1.

Далее включается рабочая дуга горелки 3 и начинается резка трубы 2.

1073024

Резка может выполняться в двух режимах: плазменная горелка 3 с экраном 1 неподвижны, а труба 2 поворачивается вокруг своей продольной оси в направлении стрелки co, или наоборот, труба 2 неподвижна а плаз- 5

/ менная горелка 3 с экраном 1 синхронно обкатываются вокруг трубы 2 в направлении стрелки и>,.

Образующиеся при резке грат и шлак охлаждаются экраном до температуры, I0 исключающей их наплавление и налипание на экран, и сжатым воздухом удаляются с экрана. При этом грат дополнительно охлаждается настолько, что не налипает на внутреннюю поверхность 5 трубы 2. Наиболее эффективен прием расплава на экран, центр кривизны приемной поверхности которого совмещен с точкой пересечения продольной оси горелки с внутренней поверх- 0 ностью трубы в зоне реза. Здесь используется известный из оптики эф- фект, заключающийся в том, что лучи света, исходящие из центра кривизны сферы, после отражения от нее возвра- 5 щантся в обратном направлении. Это придает операции приема расплава новое качество — обеспечивается направленное рассеивание частиц расплава, при котором исключается его наплавление и налипание на внутреннюю поверхность трубы, что ведет к повышению эффективности улавливания, Движение частиц расплава после отражения от экрана навстречу факелу способствует их дополнительному измель- 35 чению, а значит и более быстрому остыванию при выходе из факела.

При обкатке горелкой неподвижной трубы или при вращении трубы от- 40 носительно неподвижной горелки происходит отклонение факела от продольной оси горелки в направлении резки.

Величина угла отклонения факела определяется скоростью обкатки или Д5 скоростью вращения трубы, а также толщиной стенки трубы и может достигать 30 . В этом случае, если экран расположен непосредственно под горелкой (например, симметрично относительно продольной оси горелки), значительная часть расплава. минуя экран. попадает непосредственно на внутреннюю поверхность трубы, что можно устранить, увеличив ширину экрана в плоскости реза.

Однако такое решение не всегда пригодно, например при переходе на резку труб другого типоразмера,особенно меньшего диаметра. При этом нарушается требование совмещения 60 центра кривизны рабочей поверхности экрана с точкой пересечения продольной оси плазмотрона с внутренней поверхностью трубы, что совершенно недопустимо. 65

Оптимальным техническим решением, позволяющим устранить нежелательные последствия эффекта отклонения факела, является поворот экрана от продольной оси горелки относительно центра кривизны приемной поверхности экрана в направлении резки.

Охлаждение рабочей поверхности экрана, например циркуляцией хладагента внутри него, исключает коробление и перегрев экрана. В определенной мере охлаждение экрана способст- вует и охлажцению расплава. Однако в процессе реза расплав накапливается на экране и интенсивности циркуляции хладагента недостаточно для

его охлаждения, слой расплава нарастает, превращается в сгусток, нарушающий форму рабочей поверхности экрана, что ведет к усилению его рассеяния, причем расстояния ненаправленного, на внутреннюю поверхность Tpv6û. Расплав рлссенваеTGH в раскаленном состоянии, так как при отраже нии не охлаждается и, следова тельно, частицы расплава могут направляться на трубу, Указанный недостаток полностью устраняется при подаче хладагента, например сжатого воздуха, непосредственно в зону взаимодействия факела с рабочей поверхностью экрана, т.е. в зону наиболее вероятного попадания и направления расплава. В отли ые от вн треннего охлаждения экрана, хладагент, подаваемый извне, отводит расплав с экрана, дополнительно рассеивая его,предотвращая тем самым образование упомянутого сгустка, а также охлаждает рассеива,eмый им расплав нBст0лько чTО Го следний на внутреннюю поверхность трубы не налипает.

Каналы 4 могут иметь различную конфигурацию, определяемую технологией их изготовления и заложенным в конструкцию принципом охлаждения.

Расположение каналов 4 внутри экрана

1 может быть равномерным и неравномерным, также соседние каналы 4 могут быть различны по диаметру.

Зкран 1 в плоскости реза выполнен сферическим с радиусами приемной поверхности 6 и наружной поверхности 7 В н й, соответственно, причем Л y P. что обеспечивает опти"2 мальные условия расположения каналов

4 внутри экрана 1, что в итоге исключает наплавление расплава на приемную поверхность 6 за счет наиболее эффективного ее охлаждения, а уменьшение кривизны приемной поверхности 6 ве— дет к облегчению удаления остывшего расплава с экрана.

Центр кривизны О приемной поверхности 6 совмещен с точкой пересечения продольной оси горелки 3 с внут1073024 ренней поверхностью трубы 2, что обеспечивает отражение расплава s направлении, обратном направлению их падения на приемную поверхность 6, что снижает количество, расплава, попадающего на внутреннюю поверхность тру- 5 бы.

Экран 1 повернут на угол M от продольной оси горелки 3 относительно центра 0 кривизны приемной поверхнОсти экрана в направлении обкатки. 10

В случае симметричного выполнения экрана поворот может осуществляться на угол р =К/2. .Экран 1 в плоскости реза может бЫть несимметричным. Часть его прием- 5 ной поверхности 6, имеющая угловой размер d", в процессе реза предназначена для накопления .расплава, стекающего с приемной поверхности с угловым размером, и его дополнительного охлаждения. Поэтому экран 1 в пределах угла о может иметь ковшеообразную форму. Приемная поверхность б экрана 1 в плоскости реза относительно центра кривизны 0 имеет угловой размер f> 2, так как в пределах угла Г осуществляется наиболее интенсивное накопление расплава.

Длина L экрана 1 по продольной оси трубы 2 определяется из конструктивных соображений и из условия наименьшего просыпания остывших частиц внутрь трубы и может быть выбрана из условия L 3 3/4D где

Э вЂ” диаметр трубы 2. Экран 1 по продольной оси трубы 2 может быть выполнен плоским, сферическим, ковшеобразным и т.п.

Угловой размер экрана 1 в плоскости реза относительно центра кривизны 0 определяется из соотношения 8 = (3. ° .4) о, которое получено по результатам эксперимента и является оптимальным с точки зрения эффективности улавливания расплава. Подача хладагента, например сжатого воздуха, непосредственно в зону взаимодействия факела с приемной поверхностью б экрана 1 осуществляется с помощью устройства 5, например компрессора, через сопло

8, выполненное, например, в форме раструба.

В процессе резки остывшие и рассеянные частицы расплава собиоаются в трубе совершенно не наплавляясь и не налипая на ее внутреннюю поверхность °

Изобретение полностью исключает наплавление и налипание расплава как на внутреннюю поверхность трубы, так и на экран. При применении известного способа улавливается 5070% расплава (30-50% расплава наплавляется на внутреннюю поверхность трубы), а при осуществлении предлагаемого способа улавливается 100% расплава.

1073024

1073024 ю.У

ВНИИПК Заказ 259/10 Тираж 10З7 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4