FI86038C - Plasmabraennare. - Google Patents

Description

86038

Plasmapoltin Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-5 osan mukainen plasmakaaripoltin.

Plasmakaaripolttimessa hitsaukseen käytettävä ns. päävalo-kaari palaa polttimen elektrodin ja työkappaleen välillä. Polttimen suutinosa koostuu kahdesta sisäkkäin olevasta 10 kammiosta. Sisemmän kammion keskellä on volframelektrodi, ja kammion päässä on reikä elektrodin kärjen kohdalla. Plasmakaasu syötetään tähän kammioon. Sisemmän kammion ympärillä on toinen kammio, joka avautuu sisemmän kammion reiän ympärille. Tähän ulompaan kammioon syötetään valo-15 kaarta ympäröivä suojakaasu.

Koska plasmakaaripolttimen valokaari palaa työkappaleen ja elektrodin välillä olevassa kaasussa, on kaasua ionisoitava ennen päävalokaaren sytyttämistä jotta kaasu johtaisi säh-20'. köä. Ionisointi tapahtuu sisemmän kammion muodostaman suut- timen ja elektrodin välillä palavan apuvalokaaren avulla. Apuvalokaari ionisoi plasmakaasua, jolloin työkappaleen ja elektrodin välille muodostuu sähköä johtava ionisilta ja . . päävalokaari voi syttyä.

25 Päävalokaari saa palaa ainoastaan elektrodin ja työkappaleen välillä, koska elektrodin ja suuttimen välillä palava suuritehoinen valokaari tuhoaa nopeasti suuttimen. Normaalisti suuttimen jäähdytys ja polttimessa vallitsevat säh-30' : köiset ja magneettiset voimat estävät päävalokaaren sytty misen elektrodin ja suuttimen välille. Tällöin kuitenkin elektrodin kärjen on sijaittava tarkasti suuttimen sähköisessä keskiössä. Jos suuttimen reikä ja elektrodin kärki ovat symmetrisiä, sähköinen keskiö on yleensä myös geomet-35: '· rinen keskiö.

Suuttimen reiän muoto ja sähköisen keskiön paikka muuttuvat hitsauksen aikana useista syistä. Elektrodin kärki saattaa 2 86038 olla sivussa sähköisestä keskiöstä jo hitsauksen alkaessa polttimen, suuttimen ja elektrodin valmistusepätarkkuuksien takia. Hitsauksen aikana suuttimen reiän paikka muuttuu tällöin hitaasti ja plasmasuihku kääntyy sivuun. Reiän 5 muoto muuttuu usein myös hitsausroiskeiden ja muiden epä puhtauksien takia. Kun plasmasuihku kääntyy sivuun, työskentely polttimella vaikeutuu ja tulee lopulta mahdottomak si. Hitsaussaumojen laatu heikkenee ja toistettavuus vaikeutuu valokaaren muuttuessa. Apukaari huononee ja päävalo-10 kaaren sytyttäminen vaikeutuu ja lopulta päävalokaarta ei saada syttymään lainkaan. Tällöin suutin ja yleensä myös elektrodi on vaihdettava. Plasmapolttimien suuttimet vaurioituvat helposti, joten suuttimen vaihto keskeyttää usein hitsauksen ja suuttimia kuluu paljon.

15 Käsinhitsaukseen tarkoitetuissa polttimissa elektrodin paikkaa voidaan muuttaa ainoastaan työstämällä sen kärkeä, koska elektrodi on keskitetty kiinteästi suuttimeen keraamisilla tukipaloilla. Elektrodin työstäminen on hidasta ja 20 aikaa vievää, koska työ on suurten tarkkuusvaatimusten takia tehtävä koneellisesti.

Suurissa, hitsaukseen käytettävissä mekaanisesti ohjatuissa plasmapolttimissa elektrodin paikkaa voidaan säätää epäkes-25 komekanismilla. Tällaisissa polttimissa suuttimen reikä on suuri ja päävalokaari sytytetään suuttimen reiässä elektrodin ja suuttimen välillä kiertävän suurtaajuuskipinän avulla. Keskitys tapahtuu siten, että suurtaajuuskipinä sytytetään ja elektrodia siirretään epäkeskomekanismin avulla 30 kunnes kipinä kiertää suuttimen reiässä symmetrisesti.

Tällainen mekanismi on liian raskas käsikäyttöisiin poltti-miin ja sitä voidaan käyttää ainoastaan suurtaajuuskipinäl-lä sytytettävissä polttimissa. Elektrodin paikkaa ei voi tällä laitteella säätää päävalokaaren palaessa, koska pol-35 tin ei ole kaasutiivis säädön aikana.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sovitelma, 3 86038 jonka avulla plasmapolttimen elektrodin kärjen paikkaa voidaan säätää.

Keksintö perustuu siihen, että polttimen elektrodi kiinni-5 tetään polttimen runkoon kiristettävän pallonivelen väli tyksellä, jolloin elektrodia voidaan kääntää nivelen varassa sen kärjen siirtämiseksi ja se voidaan lukita paikoilleen niveltä kiristämällä.

10 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle plasmapolt- timelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

15

Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla elektrodi voidaan keskittää helposti suuttimen aukkoon. Keskitys voidaan tehdä silmämääräisesti katsomalla elektrodia suuttimen aukosta ja kääntämällä se aukon keskelle. Tällä tavoin elektrodi saa-20daan siirrettyä suuttimen geometrisen keskiöön. Tarkempi keskitys sähköiseen keskiöön voidaan tehdä apuvalokaaren ' palaessa. Tällöin elektrodia käännetään kunnes apuvalokaari lähtee suorassa polttimen kärjestä, jolloin tiedetään että elektrodin kärki on suuttimen sähköisessä keskiössä ja 25 valokaari on paras mahdollinen. Suuttimen keskiön siirtyes sä hitsauksen aikana päävalokaari kääntyy sivulle ja hitsaus vaikeutuu ja hitsin laatu heikkenee. Tämän keksinnön avulla on mahdollista kääntää elektrodi hitsauksen aikanakin oikeaan kohtaan. Kun elektrodi siirretään nopeasti 30 - uuteen sähköiseen keskiöön, valokaari ei muutu ja hitsin laatu pysyy hyvänä. Suuttimet kuluvat vähemmän ja vaurioituvat harvemmin, koska poltin toimii jatkuvasti oikealla tavalla. Suuttimia kuluu vähemmän ja työkatkojen määrä pienenee, mikä lisää työn tuottavuutta.

Yhden keksinnön suoritusmuodon avulla voidaan säätää elektrodin asemaa suuttimen akselin suunnassa. Elektrodin asetus- 35 4 86038 syvyyden säätö mahdollistaa apukaaren säädön parhaaksi mahdolliseksi, mikä varmistaa valokaaren helpon syttyvyy-den.

Edellä mainitut edut ovat erityisen tärkeitä pienireikäisiä 5 plasmasuuttimia käytettäessä. Jos polttimessa on kiinteä keskitysmekanismi, polttimen osat on valmistettava erittäin tarkasti, jotta elektrodin kärki ja suutimen reikä saataisiin asemoitua oikein. Tarkoista toleranssista huolimatta suuttimia kuluu paljon, koska suuttimen reiän keskiön pie-10 nikin siirtyminen aiheuttaa reiän kokoon nähden suuren virheen elektrodin kärjen paikassa. Tämän keksinnön mukaisen elektrodin keskityksen avulla elektrodin kärki saadaan pienireikäisilläkin suuttimilla asetettua oikeaan kohtaan ja pysymään siinä hitsauksen aikana. Tämän ansiosta voidaan 15 käyttää erittäin pieniä suuttimia. Pienen plasmasuuttimen avulla saadaan aikaan erittäin pieni ja kontrolloitu lämpö-vaikutus ja kapea hitsausrailo. Tällaisella polttimella voidaan hitsata pieniä ja ohuita kappaleita ja tehtyjen hitsien laatu paranee. Pienemmän lämmöntuonnin seurauksena 20 kappaleeseen syntyy vähemmän lämpöjännityksiä, kaasusuojaus toimii paremmin eikä hitsiin synny helposti reikiä. Pientä plasmasuutinta käyttävällä ns. mikroplasmahitsauksella voidaan monissa kohteissa korvata elektronisuihkuhitsaus.

25· Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin oheisten piirustusten avulla.

Kuvio 1 on kaaviokuva keksinnön toimintaperiaatteesta.

30 Kuvio 2 on yksityiskohtainen halkileikkaus yhdestä keksin nön suoritusmuodosta.

Kuviossa 1 on esitetty tämän keksinnön mukainen keskielekt-rodin 1 kiinnitys- ja keskityssovitelma, joka on toteutettu 35 v pallonivelellä. Keskielektrodin 1 pidinholkki 13 on kiinnitetty nivelen pallo-osaan 7 ja se kulkee pallo-osan 7 läpi keskiakselin kohdalta. Pallo-osa 7 on valmistuksen yksin- 5 86038 kertaistamiseksi sylinterimäinen ja ainoastaan sen otsapin-nat ovat pallopintoja. Pidinholkin 13 sisällä on kes-kielektrodi l. Pallo-osa 7 on sijoitettu poltinpään ylärun-gossa 9 olevaan laakeripesään 23, johon on muotoiltu pallo-5 osan 7 otsapintaa vastaava pallopinta. Pallo-osa 7 on kiin nitetty laakeripesään 23 kiristysmuhvilla, jonka kierre-osassa 11 on pallo-osan 7 toiseen pallomaiseen otsapintaan vastaava pinta. Kierreosa 11 kiinnittyy poltinpään ylärun-koon 9 kierteellä.

10

Pallo-osan 7 yläpäässä on sylinterimäinen kierreosa, johon on kiinnitetty keskielektrodin säätömuhvi 14. Säätömuhvin 14 päässä on eristeaineesta valmistettu nuppi 15.

15 Kuviossa 1 on esitetty plasmasuutin 2, jonka suutinreiän epäkeskeisyyttä on liioiteltu. Suutin 2 on kiinnitetty poltinpään alarunkoon 6 ja elektrodin 1 kärki on kohdistettu suuttimen 2 reikään. Elektrodin 1 keskiakselin Ke ja polttimen keskiakselin Kp välillä on kulmaero a.

20

Elektrodin 1 kohdistus suuttimen 2 reikään tehdään seuraa-valla tavalla. Pallo-osan 7 kiristystä löysätään hieman kiertämällä kiristysmuhvin kierreosaa 11 auki. Kun pallo-osa 7 on sopivan löysällä laakeripesässä 23, pallo-osaa 7 25· voidaan kääntää nupista 15 vääntämällä. Tällöin nuppi 15 ja elektrodin 1 kärki liikkuvat kaarevien nuolten osoittamalla tavalla. Kohdistus voidaan tehdä joko katsomalla elektrodin 1 kärkeä suuttimen 2 reiästä tai apuvalokaaren palaessa kohdistus voidaan tehdä valokaaren suoruuden ja terävyyden 30 avulla, jolloin elektrodia 1 siirretään kunnes apuvalokaari | on hyvä. Kun elektrodin 1 paikka on säädetty, pallo-osa 7 lukitaan laakeripesään 23 kiertämällä kiristysmuhvin kierreosa 11 tiukasti pallo-osaa 7 vasten. Pallo-osan 7 kiris-tysvoima voidaan pitää vakiosuuruisenakin, jolloin kiristys 3§ v asetetaan sellaiseksi, että pallo-osaa 7 voidaan kääntää kohtuullisella voimalla, mutta se ei siirry hitsattaessa. Kiristys tiivistää samalla laakeripesän 23 kaasutiiviiksi.

6 86038

Keskielektrodin 1 syvyyssäätö tehdään nuppia 15 kiertämällä. Kun nuppia 15 kierretään se liikkuu pallo-osan 7 kierteiden varassa ja siirtää keskielektrodin 1 pidinholkkia 13 pystysuoran nuolen kuvaamalla tavalla. Syvyydensäätöme-5 kanismia ja elektrodin 1 syvyyden säätöä käsitellään tar kemmin jäljempänä.

Kuviossa 2 on esitetty yksi tämän keksinnön mukainen plas-mapoltin. Tässä kuviossa on jäähdytysveden virtausta kuvat-10 tu pitkillä valkoisilla nuolilla 17, plasmakaasun virtausta mustilla nuolilla 18 ja suojakaasun virtausta lyhyillä valkoisilla nuolilla 19. Polttimen jäähdytystä ja kaasujen virtausta ei käsitellä seuraavassa tarkemmin, koska näiden virtausten toteuttaminen plasmakaaripolttimessa on hyvin 15 tunnettua eikä virtausjärjestetyillä ole vaikutusta keksin nön soveltamiseen.

Polttimen rungon kuoriosa 10 on epoksimuovia ja se jatkuu kahvaksi 20, jonka sisällä kulkee tarvittavat sähkö-, 20 kaasu-, ja vesijohdot. Kuoriosan 10 sisällä on vesijäähdy- • · tetty poltinpään ylärunko 9, jossa on laakeripesä 23 pallo-osaa 7 varten. Keskielektrodille 1 tuleva sähkövirta johdetaan elektrodille 1 ylärungon 9 kautta ja tuodaan ylärun-golle 9 johdolla 22. Ylärungon 9 laakeripesän 23 puoleiseen 25 päähän tukeutuu välieriste 8, jonka toisella puolella on vesijäähdytteinen alarunko 6. Alarunkoon 6 johdetaan sähkövirtaa johdolla 21 ja virta kulkee alarungon 6 kautta sen päähän kiinnitettyyn plasmasuuttimeen 2. Edellä mainitut osat muodostavat suuttimen 2 ja elektrodin 1 välille apu-30 kaaren virtapiirin. Plasmasuuttimen 2 reiän koko voidaan tässä polttimessa valita väliltä 0,35 - 3,2 mm.

Plasmasuutinta 2 ympäröi poltinrungon päässä keraaminen suojakaasukupu 4, joka on kiinnitetty polttimen kuoriosaan 3$ .· 10 kiinnitysmuhvilla 5. Suojakaasukuvun 4 ja alarungon 6 väliin jäävään kaasutilaan on sijoitettu lasivillainen suojakaasun virtauksen laminarisointivastus 3. Elektrodi 1 li 7 86038 pidinholkkeineen 13 on polttimen keskellä. Pallo-osa 7 on lukittu laakeripesään 23 kiristysmuhvin kierreosan 11 avulla. Kiristysmuhvin kierreosan 11 yläpäässä on eristeosa 12, jonka avulla kierreosaa voidaan kiertää.

5

Elektrodin 1 pidinholkki 13 kulkee pallo-osan 7 läpi säätö-muhvin 14 sisään. Hoikin 13 päässä on laippa, joka vastaa säätömuhvissa 14 olevan reiän olakkeeseen. Säätömuhvin 14 reikään kierretty ruuvi 16 lukitsee pidinholkin 13 olaketta 10 vasten. Säätömuhvin 14 yläpäähän on vielä kiinnitetty nuppi 15, jota vääntämällä ja kiertämällä elektrodin 1 asema ja syvyys säädetään.

Elektrodin 1 syvyyssäätö tehdään seuraavasti. Keskielektro-15 di 1 työnnetään pidinholkin 13 sisään. Pidinholkki 13 on tarkkamittainen vedetty kupariputki ja keskielektrodi 1 kiinnittyy siihen riittävän tiukasti ilman kiristystä. Kun keskielektrodi 1 on työnnetty pidinholkkiin 13, plasmasuu-tin 2 kiinnitetään paikoilleen. Nyt nähdään elektrodin 1 20 kärjen asema suutimeen 2 nähden. Jos elektrodi 1 ulkonee suuttimen 2 reiästä, voidaan se painaa suuttimen sisään esim. painamalla suutintä 2 pöytää vasten. Nyt elektrodin 1 syvyyssäätö voidaan tehdä nuppia 15 kiertämällä.

25 Nuppi 15 on kiinnitetty säätömuhviin 14, joka puolestaan on liitetty kierteellä pallo-osaan 7. Kun nuppia 15 kierretään, säätömuhvi 14 liikkuu kierteensä varassa ja siirtää samalla elektrodin 1 pidinholkkia 13, jolloin elektrodikin 1 siirtyy. Elektrodin 1 syvyyssäätö voidaan tehdä silmämää-30 räisesti tai apukaarta ja päävalokaarta tarkkailemalla.

Edellä esitettyjen lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suoritusmuotoja. Rakenteen yksinkertaistamiseksi voidaan elektrodin 1 syvyyssäätö jättää pois, jolloin elektrodin 1 35 syvyys on asetettava työntämällä elektrodi 1 pidinholkkiin oikealle kohdalle, mikä voi olla hankalaa. Polttimen kaasu-tiiviys voidaan varmistaa esim. O-renkailla, mutta pallo- 8 86038 osan 7 ja laakeripesän 23 välinen tiiviys on riittävä ilman eri tiivistimiä, mikäli osat valmistetaan kohtuullisen tarkoiksi. Kiristysmuhvin eristysosa 12, nuppi 15, ruuvi 16 ja välieriste 8 valmistetaan sähköä eristävistä materiaa-5 leista, esimerkiksi synteettisistä polymeereistä. Polttimen metalliosat on edullisinta valmistaa kuparista ja messingistä hyvän lämmön johtavuuden ja helpon muokattavuuden takia. Valmistusmateriaalit eivät kuitenkaan ole keksinnön kannalta merkityksellisiä.

10

Polttimen pallo-osa 7 voidaan korvata standardipallolaake-rilla, jolloin ylärungossa 9 olevasta laakeripesästä 23 tulee yksinkertaisempi. Pallo-osan 7 muoto voi vaihdella, kunhan siinä vaan on sopivat liukupinnat, joiden varassa 15 osa voi kääntyä. Laakerointi voitaisiin toteuttaa myös mo- ninivelisen kardaaniripustuksen avulla, mutta tällöin rakenteesta tulee erittäin monimutkainen, joten tällainen ratkaisu tulee kysymykseen vain erikoistapauksissa. Muitakin nivelratkaisuja voidaan käyttää, mutta ne johtavat 20 helposti hyvin monimutkaisiin rakenneratkaisuihin. Mini- miedellytys nivelen keksinnön mukaiselle toiminnalle on se, että nivelellä on vähintään kaksi vapausastetta.

Elektrodin 1 korkeussäätö voidaan toteuttaa esimerkiksi 25 siten, että pidinholkin 13 päähän kiinnitetään sähköä eris tävästä materiaalista valmistettu tanko, joka ulottuu sää-töholkin 11 eristeosan läpi. Elektrodin korkeus säädetään tällöin nostamalla tai laskemalla elektrodia 1 käsin ja eristeosa voidaan lukita paikalleen esimerkiksi kar-30 tioliitoksella. Tämä rakenne voidaan tehdä sellaiseksi, että elektrodi 1 voidaan poistaa polttimesta yläkautta, jolloin se voidaan vaihtaa suutinta 2 irrottamatta.

Keksinnön suurimmat edut saavutetaan pienillä ns. mikro-35 plasmapolttimilla, koska tämän keksinnön avulla on mahdol lista käyttää erittäin pieniä plasmasuuttimia, mutta polttimen koko ei rajoita keksinnön sovellusalaa ja keksintöä li 9 86038 voidaan soveltaa plasmasuihkupolttimiinkin.

Claims (5)

10 86038

1. Plasmahitsauspoltin, joka käsittää 5. kuoriosan (10) ja sen sisään sovitetut runko- osat (6, 8, 9), ja - elektrodin (1) ja johonkin runko-osaan (6) kiinnitetyn plasmasuuttimen (2), jossa on reikä plas- 10 makaarta varten, tunnettu siitä, että - elektrodi (l) on sovitettu johonkin polttimen 15 runko-osaan (9) sellaisen nivelen (7) välityksel lä, jolla on ainakin kaksi vapausastetta.

2. Patenttivaatimuksen l mukainen poltin, tunnettu siitä, että elektrodi (1) on sovitettu niveleen (7, 23) 20 pidinholkin (13) ja niveleen (7, 23) kierreliitoksella kiinnittyvän säätömuhvin (11) välityksellä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poltin, tunnettu siitä, että nivel (7, 23) on pallonivelen tapainen nivel. 25 ’

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poltin, tunnettu siitä, että nivel koostuu laakeripesästä (23), jonka sisäpinnasta ainakin osa on pallomainen, pallo-osasta (7), jonka pinta on ainakin osittain pallomainen ja lukituseli- 30 mestä (11), jossa on pallo-osan (7) pintaan vastaava pallo- pinta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen poltin, tunnettu siitä, että lukituselin (11) on liitetty kierreliitoksella 35. runko-osaan (9), jossa on laakeripesä (23). n 86038