Способ плазменно-дуговой резки

 

О П И С А Н И Е рц 580070

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.02.76 (21) 2323791/27 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.11.77. Бюллетень № 42 (45) Дата опубликования описания 24.11.77 (51) М. Кл. - В 23К 31/10

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.791.75

{088.8) по делам изобретений и открытий

I, i (72) Авторы изобретения

3. М. Баркан и И. С. Шапиро (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Предлагаемое изобретение относится к способам термической резки металлов, в частности, к способам разделительной плазменно-дуговой резки и может быть использовано в энергетическом и химическом машиностроении, а также в других отраслях народного хозяйства.

Известен способ плазменно-дуговой резки с использованием в качестве плазмообразующей среды технического азота (1). Однако при этом способе получение резов полностью свободных от натеков выплавленного металла (грата) обеспечивается в узком диапазоне технологических режимов (по току для данного диаметра сопла плазмотрона, скорости процесса резки и расходе плазмообразующего газа).

Кроме того, увеличение степени сжатия столба дугового разряда за счет повышения расхода газа возможно только до некоторого предела, так как при дальнейшем повышении азота имеет место эрозия вольфрамового катода и снижение эксплуатационной надежности плазмогенерирующих устройств.

Расширение диапазона технологических режимов, гарантирующих получение так называемых «безгратовых резов», может быть обеспечено при питании плазменной дуги импульсным током (2). Но при этом эрозия катода не только не снижается, а даже возрастает. Кроме того, указанный способ требует применения сложного оборудования пз-за необходимости использования специальных источников питания плазменной дуги.

Качество кромок реза может быть повыше5 но за счет пульсирующего изменения скорости перемещения плазмотрона (3). Однако необходимость периодического выключения электродвигателя привода не позволяет реализовать высокие скорости перемещения плазмо10 трона из-за инерционности процессов управления двигателем привода. Кроме того, при использовании данного способа не устраняется эрозия вольфрамового катода при работе на повышенных токовых режимах.

1,-, Известен способ плазменно-дуговой резки с пульсирующей (прерывистой) подачей плазмообразующего газа (4). Периодическое изменение давления газа в процессе резки, обусловливает проведение процесса при пониженных токовых режимах. Данное обстоятельство связано с необходимостью предотвращения двойного дугообразованпя при уменьшении давления в камере до минимального значения.

Резка при пониженных токовых режимах приводит к некоторому снижению производительности обработки, а также не обеспечивает полного устранения грата на нижних кромках реза, хОтя кОлп 1ество грата несколько из30 меняется за счет периодически изменяющегося

580070 давления дуги на ванну расплавленного мста t;t;I.

Ц(Л1> 1130()J)(. Г(Il I I » . >> 13(Л!1>111 Г!> Il, IÎÒII 0(TI>

ТОКа В Ка11(IЛС СОПЛ(l, IIOI3htCIIÒ!> tt J)0113 130,111 ÃO, ll>ность обработки и уменьшить гратообразованне.

Эта цель достигается тем, "ITo во время npct(J)(1!It(. Hkftt IIOдачи азОТа в ка !<. OI13(. IIJIIIHMO()<)ра Iytotttet o газа подак)т аргон.

На фиг. 1 и 2 приведена схема горения дуги в полости реза при плазменной рсзкс с подачей аргона и поперечное сечение плазменного реза по окончании подачи газа; на фиг. 3 и 4 — то же, с подачей азота; на фиг. 5 приведена диаграмма изменения режимных параметров процесса при питании дуги импульсным током.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Между плазмотроном 1 и обрабатываемым изделием 2 толщиной 6 возбуждают плазменную дугу 3 и перемещают плазмотрон в направлении, показанном стрелкой. В камеру плазмотрона подают аргон под давлением РА,. Время подачи аргона принимают равным t4,. 3а это время плазменная дуга стремится углубиться в обрабатываемое изделие и соответственно анодное пятно перемещается по лобовой кромке реза и занимает положения 5 (начало подачи аргона) и 6 (окончание подачи аргона). Величина углубления анодного пятна в полости реза возрастает от величины hl до Ь . Ширина реза в момент времени t, имеет значение по верху B„, а по низу В„, что соответствует углу скоса кромок, равному а!. Затем подачу аргона прекращают и в течение времени ti> подают в камеру под давлением Рк., азот. Подача азота обеспечивает большее сжатие столба дугового разряда 3, что способствует уменьшению диаметра столба дуги от значения а) (диаметр столба дуги при подаче аргона) до значения и . За время t, анодное пятно перемещается из положения 7 в положение 8. Если в момент начала подачи азота (положение анодного пятна 7) величина углубления анодного пятна в полости реза равна Й,, причем

Й, = h., то к моменту окончания подачи азота (положение анодного пятна 8) это значение возрастает до h4, причем h4 ) h2. Таким образом большая величина углубления анодного пятна в полости реза способствует дополнительному внесени)о тепла в ее нижнюю часть, что, в свою очередь, обеспечивает возрастание ширины реза по низу до значения bH, причем

ЬН, ) bH1, уменьшает угол скоса кромок до значения а2, которое меньше а1. За счет изменения соотношения между t, и ti, обеспечивают регулировку угла скоса кромок получающихся при резке.

При плазменно-дуговой резке в среде технического азота выполнение процесса, особенно при использовании стержневых электродов, связано с необходимостью поддержания стро-о определенных режимов параметров процесса во избежание предотвращения повьппснно5

1О

3О

65 го износа !зольфрамового электрода. Его износ

0()x c;I0t3IItt3;t(t возннкновс!ц(с так называемой

<< tI3oIt ttoIt дггll», 110, н (!30!О Î I(Р(. дь. п1)11)30днт к <и<ходу нз строя сопла цлазмотрона, т. (, при этом резко снижается эксплуатационная надежность плазмогенерирующих устройств для резки металла.

И:31!Ос м атс J)1! ил Я и !1 1 Одil Об > (. 013л(.tl дt)у м >I

Данные обстоятельства ограничивают режимы резки по величине тока и расходе плазмообразующего газа при использовании технического азота. Процессы разрушения катода из-за его химического взаимодействия с плазмообразующей средой и локального перегрева происходят во времени. Поэтому ограничение времени t, не обеспечивает возможности протекания этих процессов, вследствие того, что имеет место последующая подача аргона— той плазмообразующей среды, в которой эти процессы практически отсутствуют.

Предлагаемый способ обеспечивает возможность выполнения процесса резки с более высокими значениями давления Рк,, исключая износ материала катода.

Предлагаемый способ значительно расширяет диапазон технологических режимов, при которых гарантируется отсутствие натеков на н)!ж(!их кромках реза. Наличие таких натеков при резке в азоте связано с избыточным внесением тепла в ни к!зю!О часть полости реза, что обусловлено высокой проплавляющей способностью плазменной дуги в среде азота.

По предлагаемому способу при подаче аргона искусственно «открывают» анодное пятно от нижней части полости реза и перемещают его в верхщою часть, что обеспечивает более равномерное внесение тепла в лобовую кромку реза 4. Кроме того, принудительное перемещение анодного пятна от положения 5 до положения 8 повышает эффективность ввода тепла в обрабатываемое изделие, уменьшая тем самым потери тепла на перегрев и испарение расплавленного металла в полости реза.

Предлагаемый способ не требует поддержания строго определенных режимных параметров по величине тока, диаметру канала сопла и расходу газа для получения «безгратовых» резов. Частоту изменения импульсов состава плазмообразующей среды

r(t=, ) выбирают исходя из отсутствия рисок на боковых кромках реза. Чем выше скорость перемещения плазмотрона, тем соответственно Rblше должно быть значение f. В свою очередь

T, t.„+ (;;> . Эффективность выполнения

580070

160 280

1,6 4,2

0,8 0,9

1,2 1,6

Г ! (1

Г

)ф 7 а

Д ())4 г v

)с сс) /

I!) ue. 2

:! 1 11110 ГО C н О ГО О а р 0 3 к 1! 310 ж с т б I (1 Т Ь П 0 !3 Ьl ш (. 11 а за счет использования импульс)юго тока. При этом время подачи импульса тока IH llpII;III»ают равным 4, а длительность тока паузы /„ принимают равным 4. Время подачи импульсов тока синхронизируют с временем подачи азот 1, 1. (.. /, яр пни м як)т ра иным 1;;, I оотв< 1 С I В(.11110 1((Пример. Производят плазменно-дуговую резку нержавеющей стали толщиной 10 мм.

Диаметр сопла формирующего плазменную дугу составляет 3 мм. При прекращении подачи азота в камеру плазмотрона подают аргон.

Давление подаваемых газов составляет

2,0 кгс/см -. Частота изменения состава газа

6 пер/сек.

Для получения сравнительных данных параллельно производят плазменно-дуговую резку в среде азота с пульсирующеи (прерывистой) подачей газа, Газ подают под давлением

2,0 кгс/см, а частоту изменения импульсов давления принимают также 6,0 пер/сек. Определяют предельный ток, обеспечивающий отсутствие двойного дугообразования, максимальная скорость резки, а также фиксируется качество кромок реза с точки зрения наличия грата.

Ниже приведены результаты проведения известного способа (1) и предлагаемого (2):!!реяеаьнми ток, Л

М))ксима1ьная скорость резк(, м )IHH

Скорость резки, ири которой отсутствуют

)натеки на кромках, м/мtlí максимальная мии((мальиая

Формула изобретения

10 Способ плазменно-дуговой резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используют азот, подачу которого периодически прекраща)от, о т л и ч а Io Ill, è и с я тем, что, с целью повышения производительности за счет

15 увеличения плотности тока в сопле дугового плазмотрона и одновременно снижение гратообразования во время прекращения подачи азота в качестве плазмообразующего газа подают аргон.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шапиро И. С. и Персиц Л. М. «Плазменно-дуговая резка нержавеющих сталей в среде технического азота», «\имическое и нефтя25 нос машиностроение», 1969 ¹ 12, стр. 24 — 26.

2. Авторское свидетельство СССР ¹ 304092, кл. В 231(31/10, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР № 520215, кл. В 23К 31/10, 1974.

80 4. Авторское свидетельство СССР ¹ 508365, кл. В 23К 31/10, 1974.

58007О

Фиг 9

Составитель И. Лурье

Редактор Э. Шибаева

Корректор О. Тюрина

Техред Н. Рыбкина

Подписное

Тппогра< шя, пр. Сапунова, 2

Заказ 2999/11 Изд, № 935 Тираж 1207

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5