АППАРАТ ДЛЯ СВАРКИ, ПАЙКИ, РЕЗКИ И ТЕРМООБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области обработки материалов,в частности для сварки, пайки,резки и термообработки материалов. Цель изобретения - повышение эффективности и надежности аппарата, увеличение ресурса и времени непрерывной работы. Поставленная задача достигается тем,что монополярный анод расположен в центре пакета электролизера,а два монополярных электрически замкнутых между собой катода - по краям пакета электролизера, электролизер в рабочем состоянии полностью залит электролитом, в схему аппарата введен разделитель газожидкостной смеси со змеевиковым холодильником внутри. Полученная газовая смесь барботирует через подпитывающую воду, очищаясь от примеси щелочи. В схему введен второй жидкостной затвор с чистой органической жидкостью. Питание электролизера постоянным током осуществляется от трансформатора для электродуговой сварки. Изобретение может использоваться для ремонта автотехники, сантехнического оборудования, в промышленном производстве, строительстве, а также в тех случаях, когда требуется пламя горелки с высокой температурой.

1. Аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, содержащий электролизер, состоящий из монополярных и биполярных электродов, выступающих за пакет электролизных ячеек, прокладок, стяжных фланцев и и шпилек с гайками, жидкостной затвор и газовую горелку, отличающийся тем, что монополярный анод установлен в центре пакета электролизера, а два электрически замкнутые между собой монополярные катоды расположены по обоим концам пакета электролизера, центральная ось электролизера наклонена к горизонтали на угол до 45^o в зависимости от соотношения диаметра электродов и длины пакета электролизера, таким образом, что штуцер для отвода газожидкостной смеси из электролизера находится в верхней части электролизера, электролизер полностью заполнен электролитом в схему аппарата введен разделитель газожидкостной смеси в виде цилиндра с дном и крышкой, внутри разделителя установлен змеевиковый холодильник для подачи жидкого хладагента, верхний штуцер разделителя соединен со штуцером выхода газожидкостной смеси из электролизера, а нижний-со штуцером для возврата электролита в электролизер, верхняя крышка разделителя является глухой и создает в его верхней части тупиковый газовый объем, несколько ниже верхней глухой крышки по периметру цилиндра разделителя равномерно выполнены капиллярные отверстия, разделитель своей верхней тупиковой частью и капиллярными отверстиями входит снизу внутрь цилиндрической емкости подпитывающей воды, имеющей несколько больший диаметр по сравнению с разделителем, и жестко /на сварке/ связан с нею таким образом, что газовая смесь проходит капиллярные отверстия и барботирует через подпитывающую воду/дистиллят/, очищаясь от примеси щелочи, емкость снабжена водомерным стеклом, нижняя часть емкости дистиллята соединена трубопроводом с нижней частью разделителя, на верхней крышке емкости дистиллята имеются два штуцера для отвода газовой смеси, после емкости дистиллята установлен параллельно второй жидкостной затвор для чистой органической жидкости, с помощью двух регулирующих вентилей газовой горелки газовая смесь разделяется на два потока и выходит из емкости дистиллята через два штуцера и направляется на два параллельно установленных затвора: с чистой органической жидкостью и водой/или другой жидкостью/, в затворе с чистой органической жидкостью /бензином, ацетоном, метиловым спиртом или др./ поток газовой смеси насыщается парами этой жидкости, улучшая качество и регулируя температуру пламени горелки, при этом оба жидкостных затвора снабжены водомерными стеклами; питание электролизера постоянным током осуществляется от трансформатора для электродуговой сварки через выпрямительный мост, если трансформатор дает на выходе переменный ток, состоящий из 4-х диодов или вентилей, или без него, если трансформатор дает на выходе постоянный электрический ток; на случай отсутствия хладагента в состав сварочного аппарата введен воздушный вентилятор.

Предлагаемый аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов может использоваться при ремонте автотехники, сантехнического оборудования, в производстве стекла и металлокерамики, а также во всех других случаях, когда требуется пламя горелки с высокой температурой.

Известен аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов /см: Глизманенко. Газовая сварка и резка, М. Высшая школа, 1969. с. 22-25/.

Аппарат содержит баллоны с редукторами для ацетилена и кислорода, шланги и газовую горелку со смесителем.

Известное устройство имеет следующие недостатки: 1.Сложность транспортировки газовых баллонов к месту проведения работ и необходимость наличия специального помещения для их хранения.

2. Необходимость ручной регулировки для создания смеси газов в определенном соотношении. Ближайшим аналогом предполагаемого изобретения является аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов/см. ж. ЦК ВЛКСМ Моделист-конструктор. N 7, 1980. C. 44/.

Аппарат состоит из регулируемого выпрямителя, включенного в сеть переменного тока /~ 220в/, электролизера, водяного затвора с обратным клапаном и газовой горелки. В водяной затвор добавляется органическая жидкость/бензин, ацетон или др./ для создания необходимой температуры и качества пламени.

Электролизер состоит из электродов с отверстиями для газа и электролита, отделенных друг от друга уплотнительными прокладками, являющимися одновременно дистанционными элементами между электродами, стяжных фланцев и шпилек с гайками. Электроды выступают наружу за размер пакета электролизных ячеек с целью обеспечения отвода тепла из зоны электролиза. Электролизер на половину заполняется электролитом/водным раствором КОН или NaOH/, при этом верхняя часть ячеек электролизера служит для отделения газа от электролита и заполнена газовой смесью.

Гидрозатвор выполнен в виде цилиндра с дном и крышкой, заполненного водой с примесью органической жидкости, в жидкость опущена барботажная трубка с обратным клапаном.

Газовая горелка выполнена в виде трубки с огнегасящей набивкой, со штуцером для подвода газовой смеси и полой иглой для ее выхода.

Известный аппарат имеет недостатки:
1. Малоэффективный отвод тепла из зоны электролиза из-за отсутствия циркуляции электролита, что резко снижает время непрерывной работы аппарата/ до 0,5-1 ч/.

2. Наличие в верхней части электролизера взрывоопасной смеси/кислорода и водорода/ без электролита может привести к ее взрыву. Это становится возможным из-за образования из продуктов коррозии деталей электролизера так называемых "мостиков" между электродами и проскоку между ними электрического разряда.

3. Отсутствие в схеме устройств для очистки газовой смеси от электролита, что ухудшает качество пламени, имеющийся же гидрозатвор для этой цели малоэффективен.

4. Принятый в аппарате способ насыщения газовой смеси органической жидкостью добавлением ее в барботируемый газовой смесью водяной затвор ненадежен, т. к. в процесс работы соотношение воды и органической жидкости в гидрозатворе будет неконтролируемо изменяться, что приведет к неуправляемому изменению степени насыщения газовой смеси.

5. Расположение анода рядом со стяжным фланцем требует /в случае выполнения фланца из металла, что неизбежно в аппаратах большей производительности/надежной и достаточно сложной электроизоляции анода от него и стяжных шпилек.

6. Наличие в схеме регулируемого выпрямителя переменного тока, выполняющего только одну узкую задачу-питание электролизера, неоправдано.

Предполагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и создание аппарата для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, имеющего более высокую эффективность и надежность, более высокий ресурс работы и практически неограниченное время непрерывной работы.

Указанный технический результат достигается за счет повышения эффективности тепломассообменных процессов, изменения схемы электрического соединения электродов и изменения схемы аппарата.

Сущность изобретения заключается в следующем:
1. Центральная ось пакета электролизера наклонена к горизонтали на угол до 45^o в зависимости от соотношения диаметра электродов и длины пакета электролизера таким образом, что штуцер для выхода газожидкостной смеси из электролизера находится в его верхней части, при этом электролизер в рабочем состоянии полностью заполнен электролитом/водным раствором КОН или NаОН/.

2. В схему сварочного аппарата введен разделитель газожидкостной смеси со змеевиковым холодильником внутри для подачи хладагента, газовый штуцер электролизера соединен с верхней частью разделителя, электролитный штуцер электролизера соединен с нижней частью/днищем/ разделителя.

3. Схема электрического соединения электродов выполнена следующим образом. Монополярный анод расположен в центре пакета электролизера, а два электрически замкнутых между собой монополярных катода- по обоим краям пакета электролизера, что исключает возможность пробоя анода на фланцы и шпильки электролизера.

4. Разделитель своей верхней частью с глухой верхней крышкой входит внутрь снизу в емкость подпитывающей воды/дистиллята/, имеющей несколько больший диаметр по сравнению с разделителем. На некотором расстоянии /50-70мм/ от верхней крышки разделителя по периметру его цилиндрического корпуса равномерно выполнены капиллярные отверстия, которые также входят внутрь емкости дистиллята и через которые газовая смесь барботирует через слой дистиллята, очищаясь от примесей щелочи.

5. В схеме аппарата предусмотрен второй жидкостной затвор, который заполнен чистой органической жидкостью и установлен параллельно имеющемуся гидрозатвору в прототипе.

6. Для питания электролизера используется любой выпускаемый промышленностью сварочный трансформатор с регулятором тока, причем сварочный трансформатор, имеющий на выходе постоянный ток, соединяется с электролизером напрямую. Если трансформатор имеет на выходе переменный ток, предлагаемый аппарат обеспечивается выпрямительным мостом, состоящим из 4-х диодов или вентилей. В состав аппарата введен воздушный вентилятор.

Существенными отличиями предполагаемого изобретения являются:
1. Центральная ось электролизера наклонена к горизонтали на угол до 45^oв зависимости от соотношения диаметра электрода и длины пакета электролизера, при этом штуцер для отвода из электролизера газожидкостной смеси находится в верхней части электролизера.

2. В схему аппарата введен разделитель газожидкостной смеси, который своей верхней тупиковой частью вместе с капиллярными отверстиями входит снизу внутрь емкости дистиллята, причем разделитель соединен с емкостью дистиллята жестко/на сварке/. Верхняя часть разделителя, не входящая внутрь емкости дистиллята, соединена с газовым штуцером электролизера, а нижняя часть-с электролитным штуцером электролизера. Внутри разделителя установлен змеевиковый холодильник для подачи хладагента. На случай отсутствия хладагента аппарат снабжен вентилятором.

3. Расположение монополярного анода в центре пакета электролизера и двух замкнутых между собой катодов по краям пакета электролизера.

4. В схему аппарата введен второй жидкостной затвор для чистой органической жидкости/бензина, ацетона, спирта или др./ установленный параллельно имеющемуся в прототипе. Газовая горелка аппарата имеет два штуцера с регулирующими вентилями для входа двух потоков газовой смеси.

5. Распространение предлагаемого газосварочного аппарата на использование практически со всеми аппаратами для электродуговой сварки, причем, если сварочный трансформатор имеет на выходе переменный ток, электролизер обеспечивается выпрямительным мостом.

Предлагаемые существенные отличия позволяют получить следующие технические результаты:
1. Наклон центральной оси электролизера к горизонтали позволяет резко увеличить скорость циркуляции электролита и тепломассообмен в электролизере.

2. Введение в схему аппарата разделителя газожидкостной смеси со змеевиковым холодильником внутри для подачи хладагента и вентилятора, на случай отсутствия хладагента, позволяет обеспечить более эффективный отвод тепла электролиза, а при подаче жидкого хладагента обеспечить непрерывную работу аппарата практически без ограничения.

3. Расположение монополярного анода в центре электролизера,а двух замкнутых между собой катодов по краям пакета электролизера практически полностью исключает возможность пробоя анода на стяжные фланцы и шпильки электролизера.

4. Наличие в верхней тупиковой части разделителя по периметру его цилиндрической обечайки капиллярных отверстий и расположение этой верхней части внутри нижней части емкости дистиллята позволяет за счет барботажа газовой смеси через дистиллят обеспечить ее эффективную очистку от примесей щелочи.

5. Введение в схему аппарата второго, параллельно установленного, жидкостного затвора с чистой органической жидкостью и подача определенной части газовой смеси на этот затвор, путем регулирования расходов двух потоков газовой смеси с помощью двух вентилей газовой горелки,позволяет более надежно и точно обеспечивать необходимую степень насыщения газовой смеси парами органической жидкости.

6. Возможность использования предлагаемого газосварочного аппарата практически с любым выпускаемым промышленностью аппаратом для электродуговой сварки позволяет исключить из состава изделия достаточно сложный/особенно для значительных мощностей/ регулируемый выпрямитель тока. Аппараты для электродуговой сварки имеются практически на всех производствах.

На фиг.1 схематично изображен предлагаемый аппарат для сварки,пайки, резки и термообработки материалов.

Аппарат состоит из следующих узлов: электролизера 1,содержащего монополярный анод 2, установленный в центре пакета электролизера, два монополярных катода 3, замкнутые между собой и расположенные с двух концов пакета электролизера, биполярные электроды 4, прокладки 5, стяжные фланцы 6 и 7 и стяжные шпильки 8, на фланце 7 предусмотрены штуцеры для выхода газожидкостной смеси 9 и для возврата электролита 10; разделителя 11 со змеевиковым холодильником 12 и капиллярными отверстиями, расположенными по периметру цилиндра разделителя несколько ниже /на 50-70мм/ глухой верхней крышки разделителя, разделитель снабжен штуцерами для входа газожидкостной смеси 13, выхода электролита 14 и входа подпитывающей воды из емкости дистиллята 15; емкости подпитывающей воды /дистиллята/ 16 со штуцером 17 для подачи дистиллята в разделитель 11, водомерным стеклом 18 и двумя штуцерами для выхода газовой смеси 19, емкость 19 жестко /на сварке/ соединена с разделителем 11 таким образом, что тупиковая верхняя часть разделителя с капиллярными отверстиями входит снизу /через дно/ в емкость дистиллята, а штуцер 17 емкости 16 с помощью трубопровода соединен со штуцером 15 разделителя; жидкостного затвора 21 с барботажной трубкой 22, водомерным стеклом 23 и штуцером 24 для его заправки; жидкостного затвора 25 с барботажной трубкой 26, водомерным стеклом 27 и штуцером 28 для его заправки; газовой горелки 29 с двумя входными штуцерами и регулирующими вентилями 30 и 31.

Для питания электролизера постоянным током используется практически любой выпускаемый промышленностью трансформатор для электродуговой сварки 32 с регулирующей рукояткой 33 и выпрямительным мостом 34, состоящим из 4-х диодов или вентилей 35, если на выходе трансформатор дает переменный ток, или без выпрямителя 34, если трансформатор дает на выходе постоянный ток. В состав аппарата введен воздушный вентилятор 36.

Работает предлагаемый сварочный аппарат следующим образом.

Постоянный ток от сварочного трансформатора 32 через выпрямительный мост 34 / или без него, если трансформатор на выходе дает постоянный ток/подается на монополярные анод 2 и катоды 3 электролизера 1. В электролизере сразу же начинается процесс разложения воды на кислород и водород, полученная газовая смесь вместе с электролитом через штуцер 9 выходит из электролизера и через штуцер 13 подается в разделитель 11, в разделителе газовая смесь отделяется от электролита и через капиллярные отверстия в верхней части разделителя поступает в емкость дистиллята 16, где барботирует через дистиллят и очищается от примесей щелочи, электролит охлаждается змеевиковым холодильником 12 и возвращается в электролизер через штуцер14 и 10. Газовая смесь на выходе из емкости 16 с помощью вентилей 30 и 31 газовой горелки 29 делится на два потока, один из потоков строго определенного расхода проходит жидкостной затвор 21, заполненный чистой органической жидкостью, и насыщается ее парами с целью улучшения качества пламени горелки и создания необходимой температуры. Второй поток проходит гидрозатвор 25, заполненный водой и служащий для защиты аппарата от обратного удара пламени горелки. Жидкостной затвор 21 также защищает аппарат от обратного удара пламени горелки, т.к. в нем отсутствует необходимое количество кислорода для возгорания органической жидкости: весь имеющийся в смеси кислород расходуется на сжигание водорода.

Внедрение предлагаемого изобретения позволит повысить надежность и эффективность аппарата, увеличит ресурс и время его непрерывной работы.