Электрод для дуговых процессов в активных газовых средах

 

1. ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ В АКТИВНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ, содержащий корпус и активную вставку , выполненную из металла подгруппы титана, отличающийся тем, что, с целью повышения срока слулсбы электрода при одновременном увеличении допустимых токов путем повышения термостойкости активной вставки , состав активной вставки дополнительно содерхгит графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: Графит3-30 Металл подгруппы титанаОстальное 2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что графит в электродную массу введен в виде углегра- § фитового волокна. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3 5В В 23 К 35/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3-30

Осталь ное

Графит

Металл подгруппы титана

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3500498/25-27 (22) 18 ° 10.82 (46) 30 ° 03.84. Бюл. Р 12 (72) В.И.Лакомский, Ю.В.Борт, A.ß.Òàðàí, E.Â.Êoâàëåâcêèé и С.И.Замковой, a (71) Ордена Ленина и Ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е.О.Патона (53) 621.791.75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 287213, кл. В 23 К 9/16, 1968.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 353495, кл. В 23 К 9/16, 1969 (прототип). (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВЫХ

ПРОЦЕССОВ В АКТИВНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ, содержащий корпус и активную вставку, выполненную из металла подгруппы титана, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы электрода при одновременном увеличении допустимых токов путем повышения термостойкости активной вставки, состав активной вставки дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

2. Электрод по п. 1, о т л и ч а юшийся тем что графит в элек1 2 тродную массу введен в виде углегра- @ фитового волокна.

1082595

Изобретение относится к дуговым процессам в активных газовых средах и может быть использовано в плазменной технике в качестве электродов плазмотронов для резки металлов и неметаллов, сварки, плавки, поверхност- 5 ного оплавления и химико-термической обработки различных материалов и т.п.

Известии электроды для работы в активных газовых средах,рыполненные из металлов подгруппы титана. 11 . 30

Их стойкость Обусловлена образованием тугоплавкой защитной пленки, состоящей из окислов и нитридов этих элементов, При нормальных температурах защитная пленка обладает низ- 15 кой электропроводностью, а при высоких температурах, близких к температуре ее плавления, электропроводность пленки повышается до 10 м ° см (2).

Поэтому циркониевые и гафниевые электроды сравнительно хорошо работают только в установившемся режиме.

При повторных зажиганиях дуги интенсивный тепловой поток в электрод вызывает разрушение керамической плен» ки из-за больших различий в значениях коэффициентов термического расширения пленки и металла электрода. В результате термохимические электроды из циркония и гафния выдерживают ограниченное число включений.

Ресурс работы электродов из циркония и гафния определяется также наличием надежного контакта между активной вставкой из этих металлов и медным электродержателем. Уже после 10-минут- З5 ной работы электрода из циркония на воздухе при 150 A на границе циркония и меди образуется твердый раствор

Еп-О (5}, что существенно снижает работоспособность электрода. Обеспе- 40 чение надежного контакта значительно усложняет технологический процесс производства электродов.

Кроме того, электроды из циркония и гафния допускают ограниченную то- 45 ковую нагрузку (не более 300-330 A) так как при более высоких токах не обеспечивается необходимый теплоотвод.

При работе на токах более 350 А

50 катодное пятно занимает практически всю рабочую поверхность активной вставки, с чем можно судить но"образованию луйок на рабочей поверхности электрода, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является термохимический электрод, содержащий активирующие добавки, сни- 60 жающие работу выхода электрона, которые хотя и понижают температуру катодного пятна, но снижают при этом и температуру плавления активной вставки (2), 65

Поэтому эти электроды не позволяют существенно повысить токовую нагрузку при сохранении срока службь1 электрода.

Цель изобретения — повышение. срока службы электрода при одновременном увеличении допустимых токов путем повышения термостойкости активной вставки.

Поставленная цель достигается тем, что в электроде для дуговых процессов в активных газовых средах, содержащем корпус и активную вставку, выполненную из металла подгруппы титана, состав активной вставки дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

3-30

Остальное

Графит

Металл подгруппы титана

При этом графит в электродную массу может быть введен в виде углеграфитового волокна.

Электродную массу, представляющую собой смесь порошков металлов подгруппы титана и графита, запрессовывают в медную водоохлаждаемую сбой . му. Запрессовку осуществляют при давлении, достаточном для образовани> компактного электрода и обеспечения хорошего контакта прессовки и обоймы, высокой электро- и теплопроводности в месте контакта. В процессе работы электрода за счет образования карбидов металлов подгруппы титана происходит самоспекание электродной массы у поверхности рабочего торца электрода, а на самой поверхности рабочего торца образуется тугоплавкая керамическая пленка, содержащая в своем составе компоненты электрод|ной массы и активной газовой среды (например окислы, нитриды циркония или гафния) . .Окислы и нитриды элементов подгруппы титана обладают высокими эмиссионными свойствами и создают со своими карбидами непрерывный ряд растворов, что обеспечивает довольно плавный переход от окисла к металлографитовой смеси через оксикарбиды и карбиды. !

В процессе работы оксидная пленка находится в жидком состоянии и легко залечивает несплошности пленки, образующиеся при окислении углерода и выхода из активной вставки микропузырьков окиси углерода.

Пример. В медную обойму с наружным диаметром 16 .мм, изготовленную иэ меди М-1 при давлении

6,6 106 Па запрессовали порошкообразную электродную массу, состоящую из смеси порошков графита и циркония марки М-41. Диаметр активной

1082595

Номер опыта

Содержание графита Содержание в электродной мас- циркония се мас.% в электродной масс, мас.В

Эрозия, г/Кл

1,8 16

8,1 ° 10

30

Составитель Г.Тютченкова

Редактор E.Ïàïï Техред A.Áàáèíåö Корректор A.Äýÿòêî

Заказ 1635/13 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вставки 5 мм. Эрозионные испытания электродов проводили в среде воздуха при давлении 1,1 ° 10 Па на токе 500 A. Результаты испытаний приведены в таблице. !

Электрод работает следующим образом.

При включении электрического пи,тания и зажигания дуги тепло из ка.тодного пятна распространяется вглубь

,активной вставки и приводит к само спеканию низлежащих слоев материала вставки вследствие реакции образования карбидов. Эта реакция начинает развиваться уже при 1000 С. По мере работы. электрода окисная пленка на 15 поверхности электрода расходуется на испарение, разбрызгивание и т.п. И граница раздела пленка-газ передвигается вглубь электрода. При этом перемещается вглубь и температурное 2р поле в материале вставки. Образуются новые порции карбидов, идет окисление углерода и металла вставки.

Такой процесс протекает до полного расходования материала вставки. При этом окисная пленка резко снижает скорость поступления кислорода из газовой фазы в материал вставки.

Предлагаемый электрод, благодаря тому что он выполнен самоспекающимся, имеет в процессе работы высокую электро- и теплопроводность по всей поверхности контакта активной вставки с обоймой, а также позволяет изготавливать электроды произвольной формы, например с поверхностью активной вставки в виде кольца или спирали.

Количество графита, вводимого в электродную массу, составляет

3-30 вес.Ъ. При введении менее

3 вес.Ъ графита не обеспечивается 40 повышения термостойкости, так как в этом случае образуется эвтектика с температурой плавления соизмеримой с температурой плавления металлической основы. При введении более

30 вес.Ъ графита образуется недостаточно прочная пленка окислов металпов подгруппы титана, не обеспечирающая удовлетворительную работу электрода. Наименьшая эрозия электрора наблюдается при стехиометрическом соотношении графита и металлов подгруппы титана.

Введение в состав электродной мас сы углеграфитового волокна повышает ресурс работы электрода на 5-10%.

Испытания показали, что время работы электродов, содержащих графит и металлы подгруппы титанар увеличилось на 30-50% по сравнению с чисж металлическими электродами, а предельно допустимый ток при этом увеличился на 150-200 A.

Ф

Такое увеличение предельно допустимых токов позволит отказаться от применяемых на таких токах остродефицитных вольфрамовых электродов (стоимость лантанированных электродов диаметром 1-10 мм составляет

35 руб/кг, и от использования аргона, а использовать широко в качестве плазмообразующего газа кислородсодержащие газовые смеси. В случае использования в качестве плазмообразующего :газа азота П сорта по ГОСТ 9293-74, являющегося побочным продуктом при производстве кислорода и выбрасываемого нйне в атмосферу,экономия составит 0,79 руб. на каждом кубометре йлазмообразующего газа.