Способ плазменно-дуговой резки

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАЙИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЙ ()742086

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 29,0877 (21) 2520075/25-27 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (5!)М. Кл.

В 23 К 31/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 250680. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 250680 (53) УДК 6 21. 791. 94 7 (088. 8) (72) Авторы изобретения

3. Y.. Áàðêàí, А. П.Королев и И.С.Шапиро (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ

Изобретение относится к способам разделительной плазменно-дуговой резки и может быть использовано для резки металлов толщиной до 60 мм в различных отраслях народного хозяйства при использовании в качестве плазмообразующей среды технического азота.

Известен способ плаэменно-дуговой резки в среде технического азота,при котором величину тока режущей дуги изменяют по периодическому закону (1) .

Недостатком этого способа является то, что его выполняют при неизменном расходе плазмообразующего газа. Поэтому при выборе расхода газа, исходя иэ предотвращения двойного дугообразования при горении дуги на токе паузы, данный расход газа не гарантирует отсутствия двойного дугообразования при горении дуги на токе, равном току в импульсе.

Вместе с .тем выбор расхода плазмообраэующего газа, гарантирующего отсутствие двойного дугообразования при горении дуги на токе, равном току в импульсе, обуславливает неоправданное увеличение расхода газа при горении дуги на токе паузы и снижение .технико-экономических показателей процесса резки.

Известен способ плазменно-дуговой резки, выполняемый в среде технического азота, при котором режимы резки, гарантирукщие высокую долговечность элементов дугового плазмотрона, выбирают исходя из диаграммы предельнодопустимых режимов. Эта диаграмма, построенная в координатах ток-расход плазмообразующего газа, имеет вид

С-образной кривой,у которой нижний участок характеризует условия работы.

15 сопла плазмотрона, а верхний участок определяет условия работы вольфрамового стержневого катода (2) .

Однако при максимально допустимых

20 плотностях тока сопла данного диаметра обеспечивается выполнение про- цесса резки при сравнительно ограниченных расходах плазмообразующего газа (не свыше 3,0-4,0 м /ч, что ограничивает напряжение на дуге и ограничивает производительность выполнения резательных работ. увеличение же расхода газа с целью обеспечения повышения напряжения на дуге

30 обуславливает неизбежное уменьшение

742086 величины рабочего тока, что также не обеспечивае- существенного повышения производительности резки. При этом режимам, обеспечивающим максимальное значение плотности тока в канале сопла, соответствует строго определенный расход плазмообразующего газа. Данное обстоятельство, связанное с необходимостью поддержания строго определенных режимных параметров процесса, в ряде случаев затруднено,поэтому, исходя иэ необходимости гарантирования высокой долговечности элементов дугового плазмотрона, процесс резки выполняют при заниженных значениях тока для сопла данного диаметра, что, в свою очередь, снижает производительность резки.

Кроме того, режимы, выбранные исходя иэ обеспечения высокой долговечности элементов дугового плазмотрона, не всегда являются оптимальными с точки зрения обеспечения ими высокого качества кромок реза, характеризуемого полным отсутствием натеков выплавленного металла на нижних кромках реза, что усложняет настройку режима р =оты резательного .плазмотрона, которая характеризуется двухстадийным выбором режимных параметровв на первой стадии их выбирают исходя иэ необходимости гарантирования высокой долговечности элементов другого плазмотрона, а затем корректируют с целью обеспечения. ими соответствующего качества кромок реза.

Это вызывает непроизводительные простои реэательного оборудования, обусловленные необходимостью подбора соответствующих режимов.

Известен способ плазменно-дуговой резки, при котором изменяют величину тока режущей дуги и расход плазмообразующего газа (3)

Недостатком данного способа является то, что он не гарантирует высокой долговечности вольфрамового стержневого катода. Повышение тока одновременно с увеличением расхода газа неблагоприятно сказывается на долговечности вольфрамового стержневого катода, обуславливая эрозионное разрушение вольфрамового катода. Это разрушение катода обусловлено химическим взаимодействием азота с материалом катодом, вследствие того, что азот взаимодействует с вольфрамом, образуя нитриды вольфрама, а также локальным перегревом рабочего торца электрода, обусловленного его нагревом катодным пятном.

Цель изобретения — повышение производительности обработки и качества кромок реза, а также гарантирование высокой долговечности элементов плазмотрона при выполнении резки в среде азота.

Цель достигается тем, что последовательно чередуют по периодически повторяющемуся закону трехступенчатое изменение тока и расхода плазмообраэующего газа, на первой ступени повышают расход плазмообраэующего газа, а величину тока режущей дуги сохраняют неизменной, при работе на второй ступени повышение тока синхронизируют с уменьшением расхода плаэмообразующего газа, а при работе на третьей ступени уменьшение тока синхронизируют с уменьшением расхода плаэмообраэующе10.rо газа, причем суммарную длительность всех ступеней принимают равной 0,30,5 с при равенстве длительностей каждой ступени между собой, а расход газа при работе на первой ступени

15 повышают в 1,3-1,7 раза по сравнению с предельно допустимым значением для данного тока.

На фиг. 1 изображена диаграмма предельно допустимых режимов при

;щ стационарных режимных параметрах, а также диаграмма выбора режимных параметров; на фиг.2 в изменение режимных параметров во времени.

Соответствующие режимные параметры процесса приведены на фиг.2 в масштабе 1:2.

На чертежах обозначено:область 1 предельно допустимых режимов, характеризующих условия работы сопла плаэмотрона, область 2 предельно допустимых режимов, характеризующих условия работы сопла плазмотрона и вольфрамового стержневого катода, область 3 предельно допустимых режимов, характеризующих условия раЗ5 боты вольфрамового стержневого катода при стационарных режимных параметрах, первая ступень 4 изменения режимных параметров процесса, вторая ступень 5 изменения режимных

4р Параметров процесса, третья ступень б изменения режимных параметров процесса, область 7 рабочих режимов, P — область двойного дугообразования при стационарных режимных параметрах, Š— область рабочих режимов при стационарных режимных параметрах, Э вЂ” значение тока режущей дуги, 34 — значение тока режущей дуги при работе на первой ступени,J — максимальное значение тока при работе

5Р на второй ступени, Q — значение расхода плазмообразующего газа,Q< минимальное значение расхода газа при работе на первой ступени,Q 2 минимальное значение расхода газа

55 при работе на второй ступени,Q > максимальное значение расхода газа при работе на второй ступени, A,В, С вЂ” точки, характеризующие режимные параметры процесса на каждой ступени, D — область рабочих режимов,t время, t время изменения режимных параметров процесса при работе дугового плаэмотрона на первой ступени, время изменения режимных пара-.

2 метров процесса при работе дугового

742086 плазмотрона на второй ступени, t> время изменения режимных параметров процесса при работе дугового плазмотрона на третьей ступени.

Способ осуществляют следующим образом. 5

Между электродом, установленным . в камере дугового плазмотрона, и обрабатываемым изделием возбуждают плазменную дугу и в процессе резки изменяют по определенному закону режимные параметры процесса: величину тока режущей дуги 3 и расход плазмообразующего газа Q . Режимные параметры выбирают исходя из диаграммы предельно допустимых режимов, которая характеризует соответствующие 15 режимные параметры при постоянном значении тока и расхода газа. условия работы сопла дугового плазмотрона характеризует область 1, которая носит возрастающий характер, т.е. всякое увеличение .рабочего тока обуславливает необхбдимость увеличения расхода плазмообразующего газа с целью предотвращения двойного дугообразования. Соответственно область 2 характеризует 25 предельно допустимые режимы, характеризующие работу вольфрамового стержневого катода, и она имеет падающий характер, т.е. чем больше должна быть величина рабочего тока, тем соответст-30 венно меньшим должен быть расход плазмообразующего газа с целью предотвращения эрозии вольфрамового катоца. Область 3, являющаяся пересечением областей 1 и 2, характеризует З5 те режимы при стационарных режимных параметрах, при которых имеет место как эрозия катода, так и разрушение сопла вследствие двойного дугообразования. То есть, все возможные режимы резки при стационарных режимных параметрах лежат в области Е, ограниченной областями 1 и 2. Соответственно те режимы, которые лежат в области Р, не могут быть использованы при резке плазмотрона со стержневым катодом, так как не гарантирует долковечность элементов .дугового плазмотрона при стационарных режимных параметрах процесса.

Поэтому при выполнении предлагаемого способа при.его осуществлении на первой ступени 4 в течение време-. ни t», повышают расход плазмообраэующего газа от значения Q до в то время, как значение тока режу- 55 щей дуги Э сохраняют постоянным.

Точки A и В характеризуют граничные режимные параметры плазменной дуги при работе на данной ступени. Несмотря на то, что увеличение расхода Я) плазмообразующего газа на данной ступени производят на 30-70% больше, чем это допускает область 2, эрозия катода при этом отсутствует. Это обусловлено тем фактом, что разрушение 5 катода связано с определенным временем горения плазменной дуги t . А так как время t<принимают незначительным, то за это время эрозия катоца произойти не успевает, несмотря на то, что точка В лежит вне области предельно допустимых режимов. Затем в течение времени ",< повышают значение тока от = до 3> а расход плазМообразующего газа уменьшают от до Q > . Точки В и С характеризуют в течение времени t, граничные условия подцержания плазменной дуги на второй ступени изменения режимных параметров 5.

Таким образом, область Э характеризует область рабочих режимов при выполнении предлагаемого способа резки, которую ограничивает треугольник

ABC. При этом условия подцержания дуги в двух точках A и С выбирают ле-, жащими внутри области Е, которая характеризует область рабочих режимов при стационарных режимных параметрах процесса, а условия поддержания дуги в точке В выбирают вне области E. Отсутствие эрозии катода при существенном возрастании расхода плазмообразующего газа обуславливается тем, что режим поддержания горения дуги на данном расходе газа весьма ограничен по времени, в то время как последующий режим поддержания дуги в точке С не представляет опасности для работы катода, а режим горения дуги, отвечающий ее поддержанию в точке А, вообще не представляет никакой опасности для стержневого вольфрамового катода и является как бы своеобразным режимом "отдыха", характеризующим работу катода.

Поэтому все режимы, лежащие в области 7, гарантируют высокую долговечность элементов дугового плазмотрона, определяемую условиями работы катода и сопла.

В то же время, за счет соответст-. вующего увеличения расхода газа, отвечающего поддержанию плазменной дуги при режимных параметрах, отвеча ющих точке В, обеспечивают повышение напряжения на дуге, что в свою очередь способствует повышению производительности выполнения реэательных работ. Этому также способствует периодическое изменение таких режимных параметров, как величина тока и расход плаэмообразующего газа, что обуславливает изменение глубины анодного пятна в полости реза при работе на каждой ступени и способствует более эффективному вводу тепла в обрабатываемое изделие.

Соотношение между г„, t и t> обычно принимают равными между собой.

Однако выбор г t>>г обеспечивает дополнительное повышение производительности выполнения резательных ра )42086 бот. Соответствующее значение тока

J принимают, исходя из диаграммы предельно допустимых режимов для стационарных режимных параметров,как максимально возможное значение тока для соответствующего диаметра сопла плазмотрона.

Величину, характеризующую значение тока равное 3,, принимают как (0,7-0,9) 3„;уменьшение этого тока более, чем на 30%, по сравнению с током J> нерационально, так как при этом не обеспечивается повышение производительности по сравнению с . известным способом.

Примером выполнения предлагаемого способа является разделительная 15 плазменно-дуговая резка стали марки

12Х18Н10Т толщиной 25 мм. Резка выполняется плазмотроном PIIN-6,входящим в состав установок ОПР-6,0ПР-6-2N,ОПРт6-3М, с вольфрамовым стер- 20 жневым катодом в среде технического азота. При предлагаемом способе в соответствии с диаграммой предельно допустимых режимов для сопла диаметром 3 мм, имеющего высоту канала так- 25 же 3,0 мм и глубину утопления электрода 8,0 мм, для стационарных режимных параметров установлен следующий режим, обеспечивающий максимальное значение плотности тока s канале 30 сопла J = 350A, цй . = 3,8 мэ/ч.

При выполнении предлагаемого способа эа счет программирования режимных параметров обеспечивают трехступенчатое изменение параметров режима. При 35 этом за счет программирования параметров режима во времени обеспечивают значения параметров режима в точках

A,В и С (фиг.1), приведенные в табл.1.

4О

Таблица 1

Параметры режима

Н аи менов ание точки

Ток, A Расход азомз/ч

300

2,6

300

8,2

350

3,8

Параметры режима, характеризующие поддержание дуги в точках А ии СС, выбирают также, исходя из диаграммы щ предельно допустимых режимов, в то время как расход азота, характеризующий поддержание дуги в точке В,повышают примерно в 1,5 раза.по сравнению с соответствующим значением, хаТ а б л и ц а 2

Способ

Показатели процесса резки

Напряжение на дуге, В

Максимальная скорость, м/ми н

Известный

1,4

125

Предлагаемый

1,85

140

Сопоставление данных, приведенных. в табл.2, показывает, что при использовании предлагаемого способа максимальная скорость резки возрастает на

32Ъ по сравнению с известным. Данная разница по производительности становится еще большей с учетом получения кромок реза, характеризующихся полным отсутствием натеков выплавленного металла.

При использовании известного способа при максимальных скоростях резки на кромках реза всегда имеются натеки выплавленного металла.

Их устранение, связано с необходимостью уменьшения скорости резки на

20% по сравнению с ее максимальным значением. Предлагаемый способ гарантирует получение "безгратовых" резов и при максимальной скорости перемещения плазмотрона. С учетом указанного фактора разница по производительности между известным и предлагаемым способом возрастает на 65%.

Формула изобретения

Способ плазменно-дуговой резки, шэи котором изменяют величину тока рактеризующим диаграмму предельно допустимых режимов 5,5 м /ч . При этом режимные параметры процесса изменяются по периодическому закону от точки A к точке В и С и т.д.

За счет такого периодически повторяющегося изменения режимных параметров процесса обеспечивают изменение углубления анодного пятна в полости реза, что в свою очередь обеспечивает более эффективный ввод тепла в обрабатываемое изделие и способствует повышению производительности выполнения реэательных работ. Этому также способствует и повышение напряжения на дуге.

В табл.2 приведены данные, характеризующие известный и предлагаемый способ.

742086 режущей дуги и расход плазмообразующего газа, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки и качества кромок реза, а также гарантирования высокой долговечности элементов плазмотрона при выполнении резки в среде азота, последовательно чередуют по периодически повторяющемуся закону трехступенчатое изменение тока и расхода плазмообразующего газа, на первой ступени повышают расход плазмообразующего газа, а величину тока режущей дуги сохраняют неизменной, при работе на второй ступени повышение тока синхронизуют с уменьшением расхода плазмообразующего газа, а при работе на третьей ступени уменьшение тока синхронизируют с уменьшением расхода плазмообразующего газа, причем суммарную длительность всех ступеней принимают равной 0,3-0,5 с при равенстве длительностей каждой ступени между собой, а расход газа при работе на первой ступени повышают в 1,3-1,7 раза по сравнению с предельно допустимым значением расхода для данного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 304092, кл. В 23 К 31/10, 1968.

2. Шапиро И.С. и др. Плазменнодуговая резка, "Химическое и нефтяное машиностроение", Р 12, 1969, с.24-26.

3. Авторское свидетельство СССР

9 508365, кл. В 23 К 31/10, 1974.

ЦНИИПИ Заказ 3566/4 Уираж 1160 Подписное

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