Горелка для дуговой обработки в среде защитных газов

 

Изобретение относится к обработке металлов и может быть использовано для электродуговой сварки металлов в среде защитного газа на постоянном токе обратной полярности. Цель изобретения - обеспечение термообработки и наплавки в среде окислительных газов и их смеси с инертными газами путем увеличения срока службы горения и повышения стабильности горения дуги, а также стабилизация размеров сварного шва при малых токах дуги путем снижения нижнего порога устойчивого горения дуги и повышение стабильности возбуждения дуги. В горелке с диэлектрическим соплом 1 медный электрод 2 выполнен с плоским рабочим торцом, рабочая поверхность которого расположена в полости сопла от его среза на расстоянии, не большем 0,5 D_p-диаметра рабочего торца электрода. Такое выполнение горелки обеспечивает работу горелки без перегрева сопла и загрязнения его каплями, стабильное горения дуги по обратной полярности. 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов и может быть использовано для электродуговой сварки металлов в среде защитного газа на постоянном токе обратной полярности. Кроме того, горелка может быть использована для наплавки, поверхностной термообработки металлов, очистки поверхности металлов от окислов и тонких электропроводных покрытий. Целью изобретения является обеспечение термообработки и наплавки в среде окислительных газов и их смеси с инертными газами путем увеличения срока службы горелки и повышения стабильности горения дуги. Целью изобретения является также стабилизация размеров сварного шва при малых токах дуги путем снижения нижнего порога устойчивого горения дуги, а также повышение стабильности возбуждения дуги. На чертеже показана горелка в разрезе. Горелка содержит сопло 1, выполненное из диэлектрического материала, в котором концентрично ему расположен водоохлаждаемый неплавящийся цилиндрический электрод 2 с плоским рабочим торцом, перпендикулярным продольной оси горелки и расположенным в полости сопла. Наружная поверхность электрода 2 в совокупности с внутренней поверхностью сопла 1 образует кольцевой канал 3 для формирования потока защитного газа. Электрод 2 выполнен из меди или медных сплавов. Рабочий торец электрода 2 расположен от среза сопла на расстоянии, не превышающем 0,5 диаметра рабочего торца электрода. При расположении электрода на расстоянии, большем 0,5 диаметра рабочего торца электрода, имеет место перегрев сопла до разрушения, загрязнение сопла каплями обрабатываемого металла. Площадь поперечного сечения канала 3 на срезе сопла равна 0,15 0,25 S_э, S_э площадь рабочего торца электрода 2. При увеличении площади поперечного сечения канала 3 больше 1,25 S_э качество дуговой обработки снижается из-за кинетического воздействия потока защитного газа, интенсивного охлаждения сварного шва и околошовной зоны. При уменьшении площади поперечного сечения канала 3 ниже 0,15 S_э имеет место неудовлетворительная защита сварочной ванны. Для стабилизации размеров сварного шва за счет снижения нижнего порога устойчивого горения дуги на рабочем торце электрода выполнено углубление диаметром 0,7 0,95 D_p, где D_p диаметр рабочего торца электрода, и глубиной 0,1 0,25 D_p. При диаметре углубления D_у~0,7D₀ минимальный стабильный ток горения дуги меньше на 20% по сравнению с плоским электродом, а при D_у~0,95D_p минимальный стабильный ток горения дуги меньше по сравнению с плоским электродом. При D_у>0,95D_p стенка электрода подплавляется при работе горелки через 5 15 мин. При 0,1 D_p≅ H_y≅0,25D_p горение дуги и размеры сварного шва стабильны, при H_y≅0,1D_p нет положительного заметного влияния на стабильность горения дуги, а при H_y>0,25D_p подплавляется кромка электрода. Для повышения стабильности возбуждения дуги в центре рабочего торца электрода выполнен выступ диаметром D_в 0,05 0,25D_p. При D_в<0,05D имеет место перегрев и оплавление выступа, при D_в>0,25D_p не наблюдается улучшения возбуждения дуги. При высоте выступа H_в>0,25D_p и H_в<0,1D эффекта улучшения возбуждения дуги не наблюдается. Расположение электрода в полости сопла способствует стабильности дугового разряда потоком защитного газа. Плоская рабочая поверхность электрода создает предпосылки для блуждания анодного пятна по поверхности, ограниченной потоком защитного газа. Длина дуги в этом случае практически постоянна, параметры дуги также постоянны. Кроме этого, плоская рабочая поверхность электрода исключает попадание рабочего торца электрода в зону дуги и тем самым снижает тепловую нагрузку на электрод. Величина кольцевого зазора между электрода и соплом определяет расход защитного газа, необходимый для стабилизации анодного пятна на плоской поверхности электрода, и позволяет ограничивать тепловую нагрузку на сопло. Образцы горелки изготовлены, испытаны и используются в лабораторных условиях для наплавки постоянным током обратной полярности литых деталей из сплавов АК6М2Н, АК12 для поверхностного оплавления деталей автомобиля ВАЗ, изготовленных из серого и высокопрочного чугунов, для сварки деталей из алюминия и его сплавов, сплавов на основе железа, меди, титана, вольфрама и др. для очистки поверхностей алюминиевых и стальных деталей перед сваркой на контактных машинах. Испытания показали высокую надежность горелки, стабильность горения дуги на токах более 25 А при диаметре электрода в 7,5 мм, расходе защитного газа свыше 10 л/мин, хорошее качество сварных соединений оплавленного или наплавленного металла и хорошую чистоту очищаемой поверхности; при этом использовался стандартный источник питания постоянного тока с падающей вольт-амперной характеристикой.

Формула изобретения

1. Горелка для дуговой обработки в среде защитных газов, содержащая сопло, расположенный концентрично ему водоохлаждаемый неплавящийся цилиндрический электрод с плоским рабочим торцом, перпендикулярным продольной оси горелки и расположенным в полости сопла, а также кольцевой канал для формирования потока защитного газа, образованный внутренней поверхностью сопла и наружной поверхностью электрода, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения термообработки и наплавки в среде окислительных газов и их смеси с инертными газами путем увеличения срока службы горелки и повышения стабильности горения дуги, рабочий торец электрода выполнен из меди или медных сплавов, а его рабочая поверхность расположена от среза сопла на расстоянии, не превышающем 0,5 диаметра рабочего торца электрода, при этом площадь поперечного сечения кольцевого канала на срезе сопла равна 0,15 1,25 площади рабочего торца электрода. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью стабилизации размеров сварного шва при малых токах дуги путем снижения нижнего порога устойчивого горения дуги, на рабочем торце электрода выполнено углубление диаметром 0,7 0,95 диаметра рабочего торца электрода и глубиной 0,1 0,25 диаметра рабочего торца электрода. 3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности возбуждения дуги, в центре рабочего торца электрода выполнен выступ диаметром 0,05 0,25 диаметра рабочего торца электрода и высотой 0,1 0,25 диаметра рабочего электрода. 4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что сопло выполнено из диэлектрического материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1