Установка для дуговой сварки в среде защитных газов

 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при дуговой сварке в среде защитных газов. Цель изобретения - повышение энергетической эффективности дуговой сварки полотнищ из листовых заготовок в среде углекислого газа. Установка содержит изолированный электрод, устройство 16 для подачи газа в виде камеры сгорания с форсункой, подключенной к источнику топлива, кинематически связанные между собой турбину 22, компрессор 23 и электрогенератор 24. Выходной и входной конфузоры компрессора 23 и турбины 22 присоединены соответственно к камере сгорания и патрубку для отсоса газа из зоны сварки, входной и выходной диффузоры компрессора 23 и турбины 22 сообщены с атмосферой, а изолированный электрод электрически связан с электрогенератором 24. В установке осуществляются процесс сжатия воздуха в компрессоре 23, процесс изобарного подвода теплоты сгорания топлива в камере сгорания, процесс изохорного подвода теплоты, излучаемой сварочной головкой 5, к продуктам сгорания, процесс расширения рабочей среды в турбине 22 и процесс изобарного отвода теплоты в окружающую среду. Результатом процесса расширения является трансформация подводимой теплоты в механическую работу, используемую электрогенератором 24 и компрессором 23. Вырабатываемая электрогенератором 24 электроэнергия потребляется сварочной головкой 5. При этом утилизируется теплота, излучаемая сварочной головкой 5 и свариваемым изделием. Одновременно обеспечивается генерация защитного углекислого газа. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,.>ВО< ) (1)5 В ?3 К 9/16

Щ a,г! "" %" 11Ц

11ОТЕпд

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный номитет

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (? i ) 4401088/25-27 (22) 01.04.88 (46) 07.04.90. Вюл. 1Ф 13 (75) В.11.Коротков (53) 621.791.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1148742, кл. В 23 K 9/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1338989, кл. В 23 К 9/1 6, 1985. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ (57) Изобретение относится к сварочному п роизв одств у и может быть использовано при дуговой сварке в среде защитных газов, Цель изобретения — повышение энергетической эффективности дуговой сварки полотнищ иэ листовых заготовок в среде углекислого газа. Установка содержит изолированный электрод, ус тройс тв о

l 6 для подачи газа в виде камеры сгорания с форсункой, подключенной к источнику топлива, кинематически связанные между собой турбину 22, компрессор ?3 и электрогенератор 24.

Выходной и входной конфузоры компрессора 23 и турбины 22 присоединены соответственно к камере сгорания и патрубку для отсоса газа из зоны сварки, входной и выходной диффузоры компрессора 23 и турбины 22 сообщены с атмосферой, а изолированный электрод электрически связан с электрогенератором 24. В установке осуществляется процесс сжатия воздуха в компрессоре 23, процесс изобар ного подвода теплоты сгорания топлива в камере сгорания, процесс изохорного подвода теплоты, излучаемой сварочной головкой 5, к продуктам сгорания, процесс расширения рабочей среды в турбине 22 и процесс изобарного отвода теплоты в окружающую среду. Результатом процесса расшире1!

555082

40 ния является трансформация подводимой теплоты в механическую работу, используемую электрогенератором 24 . и к омп ресс ором 23. Выра батыва ема я электрогенератором 24 электроэнергия потребляется сварочной головкой 5.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при дуговой сварке непланящимся электродом в среде защитных газов преимущественно полотнищ из листовых заготовок.

Целью из об ре тения яв ляе тс я ион ышение энергетической эффективности процесса дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов, На фиг. 1 изображена установка, профильный разрез (вид слева); на фиг, 2 — то же, продольный разрез (нид справа); на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема установки, на фиг. 4 — термодинамический цикл, осуществляемый в предлагаемой установке.

Установка для дуговой сварки в среде защитных газов содержит корпус 1 с внутренней камерой 2 и ролики 3 и 4 для подачи и удаления свариваемых иэделий тина полотнищ. Во внутренней камере 2 размещена сварочная головка 5, имеющая неплавящийся электрод 6 из вольфрама, концентрично расположенный в изолированном охлаждаемом сопле 7. Предусмотрен канал 8 для подачи плазмообразующего газа — аргона, Установка снабжена устройством 9 для подачи присадочной проволоки 10, включающим катушку 11, механизм 12 подачи, термостойкий направляющий шланг 13 с наконечником 14 и прижимной ролик

15 ° Во внутренней камере 2 смонтировано устройство 16 для подачи газа, выполненное в виде камеры 17 сгорания с форсункой 18, подключенной посредством трубопровода 1 9 и насоса 20 к топливному баку (не показан). Предусмотрен патрубок 21 для отсоса газа из эоны сварки.

Кроме того, установка снабжена кинематически связанными между собой турбиной 22, компрессором ?3 и электрогенератором 24. Кинематичес15

При этом утилизируется теплота, излучаема я сва роч ной головкой 5 и свариваемым изделием, Одновременно обеспечивается генерация защитного углекислого газа. 4 ил.

I кая связь осуществляется посредством общего вала 25, установленного в подшипниковых опорах 26 — 28 и связывающего роторы 29 и 30 турбины

22, и компрессора 23 с выходным валом 31 электрогенератора 24 через муфту 32. Выходной конфузор 33 компрессора 23 присоединен с камере 17 сгорания. Входной конфузор 34 турбины 22 присоединен к патрубку 21 для отсоса газа из зоны сварки. Входной 35 и выходной 36 диффузоры компрессора 23 и турбины 22 сообщены с атмосферой. При этом входной 35 и выходной 36 диффузоры снабжены фильтрами для очистки поступающего воздуха и снижения токсичности выпускных газов соответственно. Предусмотрены секции 37 и 38 электрогенератора 24 для питания дуги прямого и косвенного действия соответственно, регулируемые резисторы 39, 40 и осциллятор 41, Установка работает следующим обI ра зом.

В результате сгорания топлива, подаваемого в форсунку 18 камеры 17 сгорания насосом 20 по трубопроводу

19, во внутреннюю камеру 2 поступает горячий углекислый газ, обеспечивающий предварительный подогрев снариваемых листов, подаваемых роликами 3, и защиту зоны сварки. Путем оплавления присадочной проволоки 10, поданаемой механизмом 12 через направляющий шланг 13 и наконечник 14, электрическая дуга неплавящегося электрода 6 осуществляет сварку полотнищ, транспортируемых роликами 4.

Расход плазмообразующего газа при этом минимальный. Во внутренней камере 2 к рабочей газовой среде дополнительно подводится высокопотенциальная теплота, излучаемая сварочной головкой 5, внутренняя энергия среды повышается. По патрубку 21 рабочая среда через входной конфузор 34 подается в турбину 22, где в результа1555082 те расширения ннутренняя энергия трансформируется в кинетическую, ротор 29 приводится во вращение, передаваемое через общий вал 25 и муфту 32 ротору 30 компрессора 23 и электрогенератору 24. Отработавшие газы через выходной диффуэор 36 и фильтр, обеспечивающий снижение токсичности до требуемой. нормы, выбрасываются в атмосферу. Вырабатываемая электрогенератором 24 электроэнергия подается в сварочную головку 5 и поддерживает горение высокотемпературной дуги. Атмосферный воздух через входной диффузор 35 поступает в компрессор 23, где сжимается, Сжатый воздух из выходного конфузора 33 поступает в камеру сгорания для поддержания эффективного горения и создания начального давления, Как обычно при сварке в углекислом газе применяется присадочная проволока с повышенным содержанием кремния и марганца для обеспечения восстановленияия ок ислов .

В качестве топлива, подаваемого в форсунку 18 камеры 17 сгорания насосом 20 по трубопроводу 19, может быть использован природный газ с низшей теплотой сгорания Н = 31,8

52,1 МДж/кг, имеющий следующий состав при 20 С, об.Х:

СНФ 8198-99,2

С,Н, 0,07-10,,г

CÔHiÎ 0-7, 6

C H„ 0-3, 6

СО О, 01-0, 7

Н О, 48-8,?

Природный газ состоит в основном из метана, реакцию полного сгорания которого можно представить в следующем виде:

СН + 20 = СО + 2Н О + 800 кДж.

В соответствии с приведенной реакцией устройство 16 для подачи газа, выполненное в виде камеры 17 сгорания, генерирует газы, состоящие в основном из безвредных продуктов сгорания топлива — углекислого газа и паров воды. Содержание окиси углерода при коэффициенте избытка воздуха 0,9 — 1,1 не превышает 1Х.

Теплота, вьцеляющаяся в результате горения топлива, используется для осуществления термодинамическо5

50 го-цикла, результатом которого является выработка электроэнергии, необходимой для дуговой сварки, генерируемый углекислый газ используется в качестве защитного rasa а пары воды оказывают значител1.но меньшее влияние на качество сварного шва по сравнению с газовой сваркой, 1

В установившемся режиме осуществляется термодинамический цикл а-Ь-с -с-d-а с иэобарно-изохорным подводом теплоты, состоящий из ряда последовательно и непре рывно и ротекающих процессов. Процесс а-Ь является процессом сжатия атмосферного воздуха в компрессоре 23. Процесс

Ь-с является процессом изобарного подвода теплоты сгорания топлива в камере 17 сгорания, Процесс с -c. является процессом изохорногс подвода теплоты к продуктам сгорания топлива неплавящегося электрода 6, Процесс с-d является процесс ом расширения рабочей среды в турбине 2?. Результатом этого процесса является трансформация поднодимой теплоты в механическую работу, используемую электрогенератором 24 и компрессором 23. При этом вырабатываемая электрогенератором 24 электроэнергия потребляется сварочной головкой 5 для производства дуговой сварки. Процесс d-а является процессом изобарного отвода теплоты в окружающую среду. При осуществлении терf. модинамического цикла;.-Ь-с -с-с1-а утилизируется теплота, излучаемая сварочной головкой 5 и свариваемым изделием, в результате чего к полезной работе обычного газотурбинного цикла, равной заштрихованной горир S зонтальными линиями площади аЬс d прибавляетс я доп олнитель на я поле зная работа, равная площади Й с сй ! заштрихованной вертикальными линиями (фиг. 4), используемая для получения дополнительной электроэнергии.

Одновременно обеспечивается генерация защитного газа. Это позволяет существенно повысить энергетическую эффективность процесса дуговой сварки в среде защитных газов, Установка может быть использована преимущественно для сварки нелегированных и низколегированных сталей в судостроении, ракетостроении, производстве сосудов, строительстве доменных печей и пр.

)555082

Применение предлагаемой установки, учитывая большую энергоемкость перечисленных процессов, повышает энергетическую эффективность процесса сварки с 10 до ЗОБ.

Составитель Г. Тютченкова

Техред Л.Олийнык Корректор Э. Лончакова .4

Редактор А. Мотыль

Заказ 524

Тираж б47

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Формула изобретения

Установка для дуговой сварки в среде защитных газов, содержащая изолированный электрод, устройство для подачи газа и патрубок для отсоса газа из зоны сварки, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения энергетической эффективности процесса сварки, установка снабжена

I. кинематически связанными между собой турбиной, компрессором, имеющими конфузоры и диффузоры, и электрогенератором, а устройство для подачи газа выполнено в виде камеры сгорания с форсункой, подключенной к источнику топлива, при этом выходной и входной конфузоры компрессора и турбины присоединены соответственно к камере сгорания и патрубку для отсоса газа из зоны сварки, входной и выходной диффузоры компрессора и турбины сообщены с атмосферой, а электрод электрически связан с электрогенератором,