Пристрій для екзотермічного різання

Устройство для экзотермической резки, включающее тепловыделяющий элемент с центральным сквозным каналом для прохода кислорода и тонкостенный корпус, концентрично окружающий тепловыделяющий элемент по всей длине с зазором, образующим периферийный кольцевой сквозной канал для прохода кислорода, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что отношение площадей поперечного сечения центрального и периферийного каналов составляет и,3-0,5, а тепловыделяющего элемента и тонкостенного корпуса - 2,0-2,5. Изобретение относится преимущественно к электродным материалам для подводной резки, в частности, к штучным трубчатым экзотермическим электродам и может быть использовано для резки металлов и неэлектропроводных материалов под водой. Известен электрод для подводной резки [1], который содержит стальной трубчатый корпус, в котором расположено несколько железных прутков. Недостатком этого известного устройства является низкая производительность резки вследствие нестабильного горения электрода. В качестве прототипа выбрано устройство для резки [2], содержащее две тонкостенные металлические трубки, концентрично расположенные друг относительно друга с оптимальным зазором, образующим периферийный кольцевой канал для прохода га за. Кроме того, в полости внутренней трубки размещены электродные стержни, образующие по оси электрода центральный канал для прохода кислорода. Недостатком выбранного в качестве прототипа устройства является низкая производительность резки вследствие пониженной стабильности экзотермического горения электрода, а следовательно повышенного коэффициента его использования из-за неоптимального соотношения поперечных сечений тепловыделяющих элементов и образованных кислородных каналов В основу изобретения поставлена задача создать устройство для резки, содержащее тепловыделяющий элемент с центральным сквозным каналом для прохода кислорода и тонкостенный корпус, концентрично окружающий тепловыделяющий элемент по всей его длине с зазором, образующим периферийный кольцевой сквоз (21)4914952/SU (22)27.02.91 (24) 28.02.97 (46)28.02.97. Бюл. N? 1 (56) 1. Патент США N? 4416444. кл. В 23 К 9/18. 22.11.88 г 2. Патент США № 4114863, кл. В 23 К 27/00, 19.09.78 (прототип). (72) Данченко Михайло Євгенович, Грецький Юрій Якович, Лаппа Андрій Вітальович, Савич Ігор Маврикійович, Головко Микола Вікторо вич (73) Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона АН України (UA) 00 ю о 12829 ной канал для прохода кислорода, в котором отношение площадей поперечного сечения центрального и периферийного каналов составляет 0,3-0.5, а тепловыделяющего элемента и тонкостенного корпуса - 2.0-2,5, что позволит обеспечить эффективное взаимодействие центрального и периферийного потоков кислорода с тепловыделяющим элементом и за счет этого стабилизировать горение электрода при одновременном повышении концентрации теплового потока режущего экзотермического факела, в результате чего обеспечивается повышение производительности резки и увеличение коэффициента использования электрода под водой При меньшем 0,3 соотношении площадей поперечного сечения центрального и периферийного каналов расход кислорода, проходящего через центральный канал, недостаточен для полного окисления тепловыделяющего элемента и удаления металла из полости реза. При величине указанного соотношения более 0,5 происходит ускорение сгорания тепловыделяющего элемента, охлаждение режущего факела и снижение его прорезающей способности. При соотношении площадей поперечных сечений тепловыделяющего элемента и корпуса меньшем 2.0 сгорание тепловыделяющего элемента значительно опережает сгорание корпуса. В результате часть высокотемпературного ядра экзотермического факела погружается в полость корпуса, тепловая мощность режущего факела и производительность резки падают. При указанном соотношении больше 2,5 скорости сгорания тепловыделяющего элемента и корпуса практически адекватны. При этом окружающий высокотемпературное ядро экзотермического факела козырек практически отсутствует, формирование факела ухудшается, концентрация его теплового потока и производительность резки падают, коэффициент использования электрода уменьшается» При сочетании оптимальных соотношений сечений потоков газа, тепловыделяющего элемента и корпуса обеспечивается стабильность горения электрода. Улучшается формирование режущего факела, повышается концентрация теплового потока, что позволяет достичь предельных значений производительности резки и коэффициента использования электрода. Следовательно, предлагаемые существенные отличия и новизна элементов электрода обеспечивают получение максимальной эффективности его работы. На чертеже показано устройство для экзотермической резки, разрез. Устройство электрод состоит из тепловыделяющего элемента 1 с центральным сквозным каналом 2 для прохода кислорода, расположенного внутри тонкостенного корпуса 3 с 5 равномерным зазором, образующим периферийный кольцевой сквозной канал 4 для прохода кислорода. Для осуществления резки зафиксированный в электрододержателе электрод замыка10 ют на электропроводную поверхность, открывают газовый клапан (на рисунке не показан), осуществляя подачу кислорода внутрь электрода через каналы 2 и 4 и включают ток. После поджига электрода ток может быть от15 ключей, а горение будет продолжаться за счет экзотермической реакции между электродными материалами 1 и 3 и кислородом. Резка осуществляется высокотемпературным экзотермическим факелом. При отключении под20 ачи кислорода электрод гаснет и процесс резки прекращается. Достижение положительного эффекта при осуществлении данного технического решения подтверждается результатами лабора25 торных исследований вариантов конструкции электрода. Увеличение производительности резки обеспечивается повышением тепловой мощности и концентрации экзотермиче-' ского факела при уменьшении расхода 30 электрода. Увеличение концентрации экзотермического факела, связанное с увеличением удельной массы сгорающего тепловыделяющего элемента и уменьшением поперечного 35 сечения электрода, обеспечивается предлагаемой конструкцией тепловыделяющего элемента из толстостенной трубки при оптимальном сечении центрального кислородоподающего канала в пределах 0,3-0,5 40 установленной величины поперечного сечения периферийного кольцевого канала, при этом оптимальную площадь поперечного сечения металла цилиндрического тепловыделяющего элемента по отношению к пло45 щади поперечного сечения металла, окружающего тепловыделяющий элемент тонкостенного корпуса устанавливают в пределах 2,0-2,5. В рассматриваемых вариантах электро50 да (таблица) проходной кольцевой зазор периферийного канала составляет 0.6-0,8 мм, а диаметр центрального канала тепловыделяющего элемента - в пределах 2,5-3,5. Один из вариантов выполнения элект55 рода следующий. При выполнении центрального канала тепловыделяющего элемента сечением меньшим 0,3 величины периферийного канала (вариант 1 таблицы) не был обеспечен достаточный центральный поток кислорода 12829 как для сгорания тепловыделяющего элеющего элемента менее 2,0 величины площамента, так и для сжигания и выдувания меди поперечного сечения металла тонкостенталла из полости реза. Превышение ного корпуса электрода (варианты 5 площади поперечного сечения сгорающего таблицы) снизились тепловая эффективметалла тепловыделяющего элемента бо- 5 ность и прорезающая способность экзотерлее, чем в 2,5 раза по отношению к металлимического факела, а также коэффициент ческому сечению тонкостенного корпуса использования электрода. Оптимальный вапривело к снижению производительности риант 3 (см.таблицу) конструкции экзотерэкзотермической резки и коэффициента исмического электрода при отношении пользования электрода. 10 проходного сечения центрального канапа к При увеличении проходного сечения периферийному около 0,4 при отношении центрального канала тепловыделяющего площади сечения тепловыделяющего элеэлемента до величины более, чем 0,5 велимента к корпусу около 2.3 обеспечил повычины проходного сечения периферийного шение производительности резки при канала электрода и уменьшении площади 15 увеличении коэффициента использования сечения сгорающего металла тепловыделяэлектрода почти вдвое. Диаметр центп/п Отношение Отношение пло рального кана- площадей цент- щади тепловыла рального и пе- дел. элемента к рифер. каналов площади корпуса Длина реза, Коэффициент мм использования электрода 1 2,0 0,2 2,8 180 0,40 2 2.5 0,3 2,5 220 0.49 3 3,0 0,4 2.3 310 0,69 4 3,5 0,5 2,0 240 0,53 5 4,0 0,6 1,4 200 0,44 6 Прототип 140 0,35 та к\ч. Л 4'XxN 12829 Упорядник Замовлення 4085 Техред М.Моргентал Коректор М. Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул Гагар'та, 101