Способ многопроходной плазменно-дуговой резки

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (,) 823040

Ф

4, „ ///-:: ь. Г,. (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 31. 05 ° 79 (21) 2781145/25-27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

В 23 К 31/10

Государственный «омитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.0431. Бюллетень Мо 15 (53) УДКб 21. 791.

947 (088 8) Дата опубликования описания 25.04.81 (72) Авторы изобретения

Мкб"-"-""- -" -: :

j ме„ни,.» ....

И. С. ШаПиро, 3. М. Баркан и Л. В. Г

Дальневосточный ордена Трудового Красног политехЪический институт им. В. В. Ку (71) Заявитель (54) СПОСОБ МНОГОПРОХОДНОЙ II3IA3MEHHO-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Изобретение относится к способам поверхностной плазменно-дуговой обработки, предназначенным для разделки широких канавок большой глубины.

Известен способ поверхностной плаэменно-дуговой резки, при котором дугу, ориентированную под углом по отношению к линии реза, перемещают поступательно вдоль линии реза 11). ,Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает выплав-ку широких канавок.

Известен также способ разделки широких канавок большой глубины, при котором последовательно чередуют колебания дуги вдоль лобовой кромки реза с ее перемещениями в попереч-, ном направлении f2).

Недостатком известного способа является то, что он требует для своего осуществления относительно сложное оборудование. При этом качество кромок реза невысокое вследствие наличия на кромках реза заметных рисок, обусловленных невозможностью реализации при данной схеме процесса больших частот колебаний дуги в по" лости реза.

Известен способ многопроходной поверхностной плазменно-дуговой реэ- 3()

) ки, выполняемой с изменением угла наклона плазмотрона при каждом последующем проходе. Такое увеличение угла наклона плазмотрона при каждом последующем проходе уменьшает степень шунтирования столба дуги стенками полости реза, полученной при выполнении предыдущих проходов, что в свою очередь повышает эффективность выполнения многопроходной резки (3).

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает получение широких канавок. Глубина выборки при каждом последующем проходе не превышает 0,5-0,7 глубины канавки, полученной при выполнении первого прохода, что снижает произьодительность реэательных работ за счет увеличения числа проходов при резке.

Известен способ многопроходной поверхностной плазменно-дуговой резки, при котором амплитуду колебаний сжатой дуги на каждом последующем проходе уменьшают снижением напряженности магнитного поля, которое накладывают на дугу 4 1.

Недостатком известного способа ф является то, что он требует для своего осуществления эмпирический под82304 О бор значения напряженности магнитного поля, регулируемого за счет изменения тока в катушке отклоняющей системы. Завышение оптимального значения напряженности снижает производительность выполнения работ, 5 связанных с резкой, поскольку при этом снижается глубина выплавляемой канавки и качество кромок реза, так как получаемый угол разделки кромок не отвечает требованиям процесса последующей дуговой сварки.

Уменьшение значения напряженности также не обеспечивает требуемого угла разделки кромок, а кроме того черезмерное увеличение глубины съема металла на каком-то промежуточном проходе резко снижает производительность выполнения последующих проходов из-за шунтирования тока стенками канавки, полученной на данном проходе. 20

При требуемой ширине выборки на каждом проходе, определяемой формой разделки кромок, при выполнении многопроходной резки оптимальное значение глубины выборки должно быть постоянным на каждом проходе.

Цель изобретения — обеспечение повышения производительности путем уменьшения числа необходимых проходов при разделке канавки данной глубины и повышение качества кромок реза.

Поставленная цель достигается тем, что на первом проходе измеряют амплитудное значение напряжения на дуге, соответствующее минимальному значению скорости, обеспечивающей максимальную глубину канавки, затем на втором проходе измеряют значение напряжения на дуге, соответствующее максимальному значению скорости, обе- 4 обеспечивающее минимальное углубление дуги в изделие, а при выполнении каждого последующего прохода уменьшение амплитуды колебаний сжатой дуги производят за счет обеспечения по- 4 стоянства прироста напряжения на дуге, которое поддерживают равным удвоенной разнице напряжений, измеренных при первом и втором проходах.

На фиг. 1 изображены выплавляемая канавка, продольное сечение и ориентация дуги в полости реза.при выполнении первого прохода; на фиг. 2 выплавляемая канавка, продольное сечение и ориентация дуги в полости реза при выполнении второго прохода; на фиг. 3 - изменение амплитудных значений напряжения на дуге при выполнении первого прохода и при перемещении дуги со скоростью, обеспечивающей минимальную глубину проплавления металла; на фиг. 4 — полость реза, поперечное сечение; на фиг. 5

® влияние напряженности магнитного поля на изменение глубины и ширины наплавляемой канавки при однопроходной резке.

На фигурах обозначены:

00 — продольная ось канавки, выплавленной при первом проходе;

AA — продольная ось канавки, выплавленной при втором проходе;

U — изменение напряжения на дуге по ширине выплавляемой канавки;

0 „- минимальное напряжение на дуге при выплавке первой ка, навки;

"a минимальное напряжение на дуге при перемещении плазмотрона с максимальной скоростью;

Ыа — разница между амплитудами минимальными значениями напряжения на дуге при выплавке первой канавки и при перемещении плазмотрона с максимальной скоростью;

b — ширина выплавляемой канавки;

Ь вЂ” ширина канавки, выплавленной при первом проходе;

Ь вЂ” ширина канавки, выплавленной при втором проходе;

Ь.) " глубина канавки, „выплавленной при первом проходе; глубина канавки, выплавленной при втором проходе;

Е" — общая глубина выборки при многопроходной резке;

h — глубина выплавляемой канавки;

H — напряженность магнитного поля;, . — угол наклона оси плазматрона к поверхности изделия.

Способ осуществляется следующим образом.

Между электродом 1, находящися в камере формирования плазменной дуги токоведущего сопла 2, и обрабатываемым изделием 3 возбуждают сжатую дугу 4 и перемещают в направление, показанном стрелкой. При этом одновре5 менно в токоведущее сопло 2 подают плаэмообраэующий газ, а в пространство между токоведущим соплом 2 и наружным (электрически нейтральным) соплом 5 подают воздух, охлаждающий. плазмотрон.

В процессе резки сжатую дугу отклоняют (колеблют) в поперечном направлении с помощью, переменного магнитного поля. Значение напряженности внешнего магнитного поля при выполнении первого прохода устанавливают, исходя иэ требовония получения данной ширины выборки b.

С увеличением значения напряженности возрастает ширина канавки b, и па60 дает ее глубина h. Поэтому совместным подбором соответствующих значений напряженности и скорости перемещения плазмотрона устанавливают при выплавке первой канавки б требуемые napah5 метры формы реза — ширину канавки b, 823040 (и ее глубину h . Это значение шири1 ны канавки Ь„ выбирают, исходя из необходимости обеспечения требуемого угла раскрытия кромок, определяемого требованиями выполнения последующего процесса сварки. Таким образом, зная

:значение общей глубины выборки gh обеспечивают соответствующее значение ширины канавки Ь при данном токе и

1 угле наклона плазмотрона к поверхности обрабатываемого металла d, . Отклонение дуги (ее колебания) поперек линии реза обуславливается изменением напряжения на дуге 0 при ее перемещении в поперечном найравлении. При расположении дуги в середине выплавляемой канавки, т.е. в плоскости, 15 перпендикулярно поверхности обрабатываемого изделия, напряжение на дуге имеет минимальное значение Ug„ . Соответственно в крайних точках перемещения дуги (по краям выплавляемой канав-go ки) напряжение на дуге имеет максимальное значение, так как при этом возрастает длина дуги из-за изгиба столба дуги.

При выполнении первого прохода определяют значение Ua.

Затем устанавливают максимальную скорость перемещения плазмотрона, при которой глубина наплавляемой канавки практически равна нулю при данном токе, угле наклона плазмотрона, расходе плазмообразующего и охлаждающего газа, а также расстоянии от среза сопла до поверхности металла.

При этих условиях возбуждают вновь сжатую дугу и перемещают плазмотрон 35 с данной скоростью.

Значение напряженности магнитного поля Н поддерживают таким же, как и при выполнении первого прохода, и фиксируют при этом также измерение 4() амплитуды значений напряжения на дуге 0 . Так как при этом напряжение на дуге имеет меньшую величину вследствие меньшей длины столба дуги, что в свою очередь определяется практическим отсутствием проплавления обрабатываемого металла, то и минимальное амплитудное значение 0 „„„,(Ц„ „,.

Зная соответствующее значение Ua и .

0О определяют разницу между ними

Omlnl

50 ь0 а = Uomu 0ом>

В случае, если привод перемещения плазмотрона не обеспечивает возможности перемещения плазменной дуги со . скоростью, исключающей проплавление обрабатываемого металла, то определе- 55 ние значения U .дроизводят при неподвижном положении плазмотрона, а горение дуги поддерживают на водоохлаждаемом нерасходуемом аноде.

Так как при поверхностной плазмен- бО но-дуговой резке формирование полости реза обуславливает тепловыделение в активном пятне,находящемся на лобовой кромке реза, то продольйая ось вы-.— плавляемой канавки 00 практически сов-65 падает с центром расположения анодного пятна на лобовой кромке. Так как напряжение линейно возрастает с увеличением ее длины, то при выполнении первого прохода, по сравнению с перемещением дуги с максимальной скоростью, увеличение напряжения на дуге обусловлено увеличением ее погружения на величину /2, которому

1 таким образом соответствует прирост напряжения д0а.

При выполнении второго прохода по условию получения канавки 7 глубиной, равной глубине полученной при первом проходе, ось AA этой канавки проходит через центр расположения анодного пятна на лобовой кромке реза.Поэтому при выполнении второго прохода, при котором обеспечивают увеличение глубины погружения дуги, равное

h,при условии, что глубину выплавляемой канавки h получают равной h, напряжение на дуге соответственно возрастает на величину 2bUa.

Поэтому при выполнении второго прохода при постоянстве прочих ре>кимных параметров процесса уменьшают напряженность магнитного поля,,а следовательно и амплитуду колебаний дуги в полости реза до значения, при котором напряжение на дуге составляет величину 0ц,+2ь0п.

При этом при выплавке канавки 7 обеспечивают получение выборки на даннОм проходе глубиной Ь и шириной Ь .

Таким образом, прр. каждом последующем проходе обеспечивают напряжение на дуге, равное 0 +ь0д n„ где n — номер данного йрохода. При этом условии получают за счет соответствующего изменения напряженности магнитного поля Н на каждом последующем проходе глубину выборки, равную глубине, получаемой при выполнении первого прохода, т.е. обеспечивают следующее соотношение Z h = n h, где п — общее число выполненных проходов.

Предлагаемый способ обеспечивает закон изменения напряженности внешнего магнитного поля, определяемый соответствующими значениями напряжения на дуге, что в свою очередь, гарантирует выполнение разделки, имеющей общую глубину 25 за минимально возможное число проходов, при условии поддержания скорости перемещения плазмотрона постоянной на каждом проходе.

Так как общая глубина получаемой выборки при предлагаемом способе пропорциональна глубине канавки, выплавленной на первом проходе, то данную глубину канавки обычно обеспечивают максимально возможной, что достигается выбором минимально возможной скорости перемещения плазменной дуги. Несмотря на то, что скорость

823040 перемещения дуги особенно при выплавке глубоких канавок, является относительно невысокой, обеспечива,ется меньшее время выполнения про° цесса резки за счет уменьшения непроизводительных простоев, обусловленных уменьшением числа проходов.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности обработки металла в 1,5-2 раза.

Пример, Многопроходиая выплавка канавок осуществляется на плас тине малоуглеродистой стали толщиной

30 мм. При этом в качестве плаэмообразующего газа используют технический азот, охлаждение плазмотрона производят воздушно-водяной средой, подаваемой на проход в пространство между внутренним и наружным соплами.

При резке питание режущей дуги выполняется с помощью установки ОПР-6, резка осуществляется на токе 250 А, расход азота составляет 3,0 м /ч, расход сжатого воздуха 4,0 мз/ч и расход воды 1 л/ч.

При выполнении первого прохода устанавливают значение напряженности внешнего магнитного поля, равное

180 Э. При скорости перемещения плаэмотрона, равной 400 мм/мин обеспечивают получение канавки шириной 16 мм и глубиной 9 мм. Осциллографирование изменения напряжения показало, что при этом 0; составляет 125 В. 3атем устанавливают скорость перемещения плазмотрона 4000 мм/мин, при которой глубина выплавляемой канавки (максимальная) составляет 0,3 мм.

При этом Ц „составляет 115 В, т.е.

aUa = 125-115 = 10 В.

Эатем при данном же угле наклона плазмотрона 30 производят вторичную выборку канавки по канавке, полученной при выполнении первого прохода.

Значение напряженности внешнего переменного магнитного поля устанавливают исходя из условий достижения напряжением на дуге на данном проходе значения u,,„= -125 + 20 = 145 в.

При данйой же скорости перемещения плазмотрона.(400 мм/мин) при обеспечении постоянства углу наклона оси плазмотрона, равного 30, общая глубина выборки составляет 18 мм.

Соответственно, значение напряженности внешнего магнитного поля при выполнении данного прохода составляет

125 Э. Таким образом, выполнение двух указанных проходов обеспечивает равную глубину выборки на каждом проходе (9 мм). Соответственно, выполнение третьего прохода с обеспечением

Ue g 145+60 165 Впозволяет довести глубину выплавляемой канавки до

27 мм.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает при выполнении многопроходной резки постоянство глубиФормула

2. Авторское свидетельство СССР

Р 483855, кл. В 23 К 31/10, 04.07.73.

3. Авторское свидетельство СССР

® Р 495176, кл. В 23 К 31/10, 18.02.74. изобретения

Способ многопроходной плазменнодуговой резки, при котором амплитуду колебаний сжатой дуги на каждом последующем проходе уменьшают снижением напряженности магнитного поля, которое накладывают на дугу, о т л и ч а ю шийся тем, что,, с целью повышения производительности путем уменьшения числа необходимых проходов при разделке канавки данной глубины и повышения качества кромок реза, на первом проходе измеряют амплитудное значение напряжения на дуге, соответствующее минимальному значению скорости, обеспечивающей максимальную глубину канавки, затем на втором проходе измеряют значение напряжения

40 на дуге, соответствующее максимальному значению скорости, обеспечивающее минимальное углубление дуги в изделие, при выполнении каждого последующего прохода уменьшение амплитуды

4 колебаний сжатой дуги производят за счет обеспечения постоянства прироста напряжения на дуге, которое поддерживают равным удвоенной разнице, напряжений, измеренных при первом и втором проходах.

4, Шапиро И. С. Поверхностная плаэменно-дуговая резка.-"Сварочное производство", 1973, 3, с. 41-43. ны выплавляемой канавки на каждом проходе.

Это постоянство глубины выборки может быть достигнуто за счет соответствующего выбора значения напря кенности внешнего магнитного поля Н, .которое устанавливают на каждом проходе как функцию изменения напряжения на дуге, значение которого позволяет определить предлагаемый способ.

Таким образом, предлагаемый способ устраняет настроечные операции, связанные с подбором напряженности внешнего магнитного поля при выполнении каждого прохода, что обеспечивает соответствующее повышение производитель15 ности обработки металла.

Сопоставление предлагаемого способа с известным показало, что он обеспечивает повышение производительности обработки в 1,5-2,0 раза.

823040

Составитель Л. Суханова

Редактор О. Малец Техре М.Коштура Ко ректорН. Шаыдкак

Заказ 1953/14 Тираж 1148, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская н

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уд. Проектная, 4