RU2036059C1 - Plasmatron for cutting - Google Patents

Abstract

FIELD: plasma cutting of metals. SUBSTANCE: the swirler 6 is made of material with a thermal expansion factor α, being higher, than the temperature expansion factor a₁ of a material of the holder 4 of the electrode 2. The swirler 6 is mounted with a play δ in the cavity 5 of the holder 4 of the electrode 2. A value of the play d is selected in such a way, that upon heating over a cutting operation this play is being completely taken off, providing a tight fit due to the above mentioned temperature expansion factors difference. EFFECT: enhanced strength of an electrode of the plasmatron. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к плазмотронам для воздушно-плазменной резки с воздушным охлаждением электрода и сопла и может найти применение при резке листового металла и труб в монтажных условиях, а также при разделке отслужившей техники на металлолом в полевых условиях, особенно при ручном перемещении плазмотрона. The invention relates to plasmatrons for air-plasma cutting with air-cooled electrode and nozzle and can find application in cutting sheet metal and pipes in installation conditions, as well as in cutting old equipment for scrap metal in the field, especially when manually moving the plasma torch.

Основной трудностью, возникающей в процессе резки плазменной дугой, является обеспечение необходимой стойкости плазмотрона, которая определяет и время работы плазмотрона, и его производительность. Недостаточная стойкость деталей плазмотрона не позволяет использовать процесс резки с повышенными параметрами режима (например, большие токи). Повысить стойкость плазмотрона можно обеспечением надежного охлаждения его элементов, например электрода, сопла и т.д. The main difficulty arising in the process of cutting by a plasma arc is to ensure the necessary resistance of the plasma torch, which determines both the time of operation of the plasma torch and its performance. The insufficient durability of the parts of the plasma torch does not allow the use of a cutting process with increased mode parameters (for example, high currents). It is possible to increase the resistance of the plasma torch by providing reliable cooling of its elements, such as an electrode, nozzle, etc.

Одним из способов повышения стойкости плазмотрона является применение водяной системы охлаждения. Однако это не дает возможности применять его при температуре ниже 0^оС. Применение охлаждающих жидкостей, замерзающих при температурах порядка -40^оС, также вызывает затруднения, так как необходимо иметь замкнутую систему охлаждения, содержащую, как правило, бак, насос, радиатор и вентилятор. Применение охлаждающей жидкости (воды) требует наличия как минимум трех магистралей, подключенных к плазмотрону: для подвода жидкости; для отвода жидкости; для подвода плазмообразующего газа. Сокращение количества магистралей, подводимых к резаку, позволяет значительно упростить его конструкцию, уменьшить габариты и вес головки, ручки и кабель-шлангового пакета, что значительно облегчает труд резчика.One way to increase the resistance of a plasma torch is to use a water cooling system. However, this makes it impossible to apply it at a temperature below 0 ^C. The application of coolants freezing at temperatures of about ^-40 ° C, also causes difficulties, because it is necessary to have a closed cooling system comprising usually a tank, a pump, and radiator fan. The use of coolant (water) requires at least three lines connected to the plasma torch: for supplying fluid; to drain fluid; for supplying a plasma-forming gas. Reducing the number of highways supplied to the torch, can significantly simplify its design, reduce the dimensions and weight of the head, handles and cable-hose package, which greatly facilitates the work of the cutter.

Другой способ охлаждения, предусматривающий использование в качестве охлаждающей среды воздуха, обладает некоторыми преимуществами по сравнению с водяным охлаждением (проще конструктивно), однако эффективность такого охлаждения значительно ниже водяного, а потому требует специальных средств для повышения эффективности охлаждения, одним из которых является использование элементов, контактирующих, например, с электродом, и за счет теплопроводности отводящих тепло от деталей. Another method of cooling, involving the use of air as a cooling medium, has some advantages compared to water cooling (easier structurally), however, the efficiency of such cooling is much lower than water cooling, and therefore requires special means to increase cooling efficiency, one of which is the use of elements, contacting, for example, with the electrode, and due to thermal conductivity, heat is removed from the parts.

Цель изобретения повышение стойкости деталей плазмотрона при использовании в качестве охлаждающей среды воздуха за счет улучшения их охлаждения. The purpose of the invention is to increase the resistance of parts of the plasma torch when used as a cooling medium, air by improving their cooling.

Известен плазмотрон для резки, содержащий активную электродную вставку, закрепленную в обойме, имеющей полость для охлаждающей жидкости, в которой размещен завихритель. Known plasma torch for cutting, containing an active electrode insert, mounted in a holder having a cavity for the cooling liquid in which the swirl is placed.

Недостатком этого устройства является наличие относительно большого зазора между наружной поверхностью трубки и внутренней поверхностью обоймы и наличие двух патрубков, что усложняет конструкцию и уменьшает лечение для прохода охлаждающей среды. The disadvantage of this device is the presence of a relatively large gap between the outer surface of the tube and the inner surface of the cage and the presence of two nozzles, which complicates the design and reduces treatment for the passage of the cooling medium.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

При плазменной резке с воздушным охлаждением плазмотрона необходимо обеспечить достаточное охлаждение электрода, что достигается согласно изобретению плотным контактом завихрителя с обоймой при температуре резки, в результате чего возрастает теплоотвод от электрода, а следовательно, повышается его стойкость и увеличивается срок службы плазмотрона, а также создаются условия для ведения процесса резки при повышенных режимах, что увеличивает производительность процесса. In plasma cutting with air cooling of the plasma torch, it is necessary to ensure sufficient cooling of the electrode, which is achieved according to the invention by tight contact of the swirl with the holder at the cutting temperature, as a result of which the heat sink from the electrode increases, and therefore, its durability increases and the life of the plasma torch increases, and conditions are also created for conducting the cutting process under high conditions, which increases the productivity of the process.

На чертеже показан предлагаемый плазмотрон, сечение. The drawing shows the proposed plasmatron, section.

Плазмотрон для резки содержит электрододержатель 1, в который ввинчен электрод 2 с активной вставкой 3 и обоймой 4, имеющей полость 5 с размещенной в ней рабочей частью завихрителя 6. На электрододержатель 1 снаружи навинчен изолятор 7, охваченный снаружи стаканом 8, который, в свою очередь, охвачен снаружи изоляционным кожухом 9. Стакан 8 и кожух 9 зафиксированы на изоляторе 7 с помощью гайки 10, которая служит также контргайкой, препятствующей свинчиванию изолятора 7 с электрододержателя 1. В стакан 8 ввинчен мундштук 11, на внутренней поверхности которого выполнена многозаходная резьба для прохода охлаждающего воздуха. Мундштук 11 обеспечивает крепление сопла 12 за счет его прижима к изоляционной втулке 13, которая упирается в выступы на торце изолятора 7. Завихритель 6 установлен в полости 5 обоймы 4 с зазором δ, равным величине допуска посадки с натягом, и выполнен из материала, коэффициент α теплового расширения которого больше коэффициента α₁ теплового расширения материала обоймы 4. Наружная повеpхность рабочей части завихрителя 6 и внутренняя поверхность обоймы 4 могут быть выполнены как цилиндрическими, так и коническими.The plasma torch for cutting contains an electrode holder 1, into which an electrode 2 with an active insert 3 and a ferrule 4 is screwed, having a cavity 5 with the working part of the swirler 6 located on it. An insulator 7 is screwed on the outside of the electrode holder 1 and is enclosed outside by a glass 8, which, in turn, is covered externally by the insulating casing 9. The glass 8 and the casing 9 are fixed on the insulator 7 with a nut 10, which also serves as a lock nut, preventing the insulator 7 from being screwed from the electrode holder 1. A mouthpiece 11 is screwed into the glass 8, on the inner surface Multiple threads are made for the passage of cooling air. The mouthpiece 11 secures the nozzle 12 by clamping it to the insulating sleeve 13, which abuts against the protrusions on the end of the insulator 7. The swirl 6 is mounted in the cavity 5 of the holder 4 with a gap δ equal to the fit tolerance of the fit, and made of material, coefficient α thermal expansion of which is greater than coefficient α _{1 of} thermal expansion of the casing material 4. The outer surface of the working part of the swirl 6 and the inner surface of the casing 4 can be made both cylindrical and conical.

Плазмотрон работает следующим образом. The plasma torch works as follows.

В канал электрододержателя 1 подают сжатый воздух, поступающий в канал завихрителя 6, из которого поток воздуха выходит в полость между наружным торцом завихрителя 6 и внутренним торцом электрода 2, обдувая этот торец электрода 2. Из названной полости поток воздуха выходит по многозаходной нарезке, предусмотренной на наружной поверхности рабочего участка завихрителя 6, находящегося внутри полости 5 электрода 2. Пройдя через завихритель 6, поток воздуха поступает в полость между хвостовиком завихрителя 6 и внутренней полостью электрододержателя 1, из которой этот поток через отверстия в электрододержателе 1 выходит в кольцевую полость между наружной поверхностью электрододержателя 1 и соответствующими участками внутренней поверхности изолятора 7 и втулки 13. Из указанной кольцевой полости поток воздуха выходит двумя частями. Меньшая часть воздуха проходит по канавкам, образованным многозаходной нарезкой, на наружной поверхности электрододержателя 1 и внутренней поверхностью втулки 13. Эта часть воздуха поступает в дуговую камеру между электродом 2 и соплом 12, обеспечивая формирование плазменной дуги, горящей между электродом 2 и изделием (не показано). Большая часть воздуха по каналам, ограниченным выступами на торце изолятора 7 и соседней торцовой поверхностью втулки 13, выходит в кольцевую полость между внутренней поверхностью стакана 8 и соответствующими участками наружной поверхности изолятора 7 и втулки 13, а затем проходит по канавкам, образованным наружными поверхностями втулки 13 и сопла 12 и многозаходной нарезкой, выполненной на внутренней поверхности мундштука 11. При этом обеспечивается охлаждение втулки 13, мундштука 11 и сопла 12. После этого названная большая часть потока воздуха выходит наружу. Compressed air is introduced into the channel of the electrode holder 1, which enters the channel of the swirler 6, from which the air stream enters the cavity between the outer end of the swirler 6 and the inner end of the electrode 2, blowing this end of the electrode 2. From the said cavity, the air flow exits through the multi-thread cutting provided for the outer surface of the working section of the swirler 6, located inside the cavity 5 of the electrode 2. Passing through the swirl 6, the air stream enters the cavity between the shank of the swirl 6 and the inner cavity of the electrode ator 1, from which the flow through the openings in the electrode holder 1 goes into the annular cavity between the outer surface of the electrode 1 and the corresponding inner surface portions of the insulator 7 and the bushing 13. From said circumferential chamber air stream exits the two parts. A smaller part of the air passes through the grooves formed by multi-cutting, on the outer surface of the electrode holder 1 and the inner surface of the sleeve 13. This part of the air enters the arc chamber between the electrode 2 and the nozzle 12, providing the formation of a plasma arc burning between the electrode 2 and the product (not shown ) Most of the air through the channels limited by the protrusions on the end of the insulator 7 and the adjacent end surface of the sleeve 13, enters the annular cavity between the inner surface of the glass 8 and the corresponding sections of the outer surface of the insulator 7 and the sleeve 13, and then passes through the grooves formed by the outer surfaces of the sleeve 13 and a nozzle 12 and a multi-thread cutting made on the inner surface of the mouthpiece 11. This ensures cooling of the sleeve 13, the mouthpiece 11 and the nozzle 12. After that, the aforementioned most of the air flow but comes out.

После возбуждения режущей дуги электрод 2 и завихритель 6 нагреваются и происходит расширение названных деталей. After the excitation of the cutting arc, the electrode 2 and the swirl 6 are heated and the named parts expand.

Благодаря более высокому коэффициенту теплового расширения материала завихрителя 6 его рабочая часть расширяется сильнее, чем соответствующая часть обоймы 4 электрода 2, в результате чего выбирается зазор δ между наружной поверхностью завихрителя 6 и внутренней поверхностью обоймы 4 электрода 2, образуя в соединении посадку с натягом. В результате непосредственного контакта этих деталей обеспечивается передаче тепла от электрода 2 к завихрителю 6 путем теплопроводности. Отвод тепла от завихрителя 6 осуществляется потоком воздуха путем конвекции. Таким образом, значительно увеличивается теплоотводящая поверхность электрода. В результате плотного прижима электрода к завихрителю обеспечивается временное увеличение массы электрода и они начинают работать как единое целое в процессе теплообмена с потоком воздуха. Благодаря этому стойкость электрода повышается примерно в два- три раза по сравнению с известными вариантами исполнения воздушного охлаждения. Due to the higher coefficient of thermal expansion of the material of the swirl 6, its working part expands more than the corresponding part of the holder 4 of the electrode 2, as a result of which a gap δ is selected between the outer surface of the swirl 6 and the inner surface of the holder 4 of the electrode 2, forming a tight fit in the connection. As a result of direct contact of these parts, heat is transferred from the electrode 2 to the swirler 6 by heat conduction. Heat removal from the swirl 6 is carried out by a stream of air by convection. Thus, the heat sink surface of the electrode is significantly increased. As a result of the tight pressing of the electrode to the swirl, a temporary increase in the mass of the electrode is provided and they begin to work as a unit in the process of heat exchange with the air stream. Due to this, the resistance of the electrode increases by about two to three times in comparison with the known options for the execution of air cooling.

Claims (1)

ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ РЕЗКИ, содержащий активную электродную вставку, закрепленную в обойме, в полости которой для охлаждающей жидкости расположен завихритель, отличающийся тем, что завихритель выполнен из материала с коэффициентом теплового расширения, большим коэффициента теплового расширения материала обоймы, при этом завихритель установлен с зазором относительно внутренней поверхности обоймы, равным величине допуска посадки с натягом. A PLASMOTRON FOR CUTTING, containing an active electrode insert fixed in a holder, in the cavity of which a swirl is located for the coolant, characterized in that the swirl is made of a material with a thermal expansion coefficient greater than the coefficient of thermal expansion of the holder material, while the swirl is installed with a gap relative to the inner the surface of the cage, equal to the value of the tolerance of landing with interference.