Способ плазменной обработки плазмотроном с секционированным каналом

 

Изобретение относится к способам плазменной обработки плазмотроном с секционированным каналом и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение стабильности возбуждения электрической дуги между катодом и выходным соплом плазмотрона. Перед возбуждением дуги на секции плазмообразующего канала подают отрицательное напряжение, на катод - положительное, на сопло - отрицательное. После возбуждения дуги между катодом и соплом снимают напряжение с секций канала и меняют полярность напряжений на катоде и сопле на ту, при которой ведется обработка. Время изменения полярности ограничено временем сохранения проводимости плазмы в канале плазмотрона, достаточным для возбуждения дуги на прямой полярности, на которой ведется плазменная обработка. Способ позволяет стабилизировать зажигание дуги в канале плазмотрона как с изолированными друг от друга секциями, так и закороченными секциями. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4050651/31-27 (22) 04.04:86 (46) 15.02.90. Бюл. № 6 (71) Московский институт электронной техники (72) П. П. Кулик, А. М. Антропов, О. В. Синягин и И. М. Токмулин (53) 621.791.75 (088.8) (56) Жуков М. Ф. и др. Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена. Сборник, Н.: Наука, 1977, с. 131. (54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАЗМОТРОНОМ С СЕКЦИОНИРОВАННЫМ КАНАЛОМ (57) Изобретение относится к способам плазменной обработки плазмотроном с секционированным каналом и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к способам плазменной обработки плазмотронами с секционированными каналами и может быть применено в процессах плазменной технологии в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение стабильности возбуждения электрической дуги между катодом . и выходным соплом плазмотрон а.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы изменения потенциалов катода, секций, выходного сопла и электрического тока между катодом и выходным соплом при осуществлении способа; на фиг. 2 приведена электрическая схема для реализации способа; на фиг. 3 — временная диаграмма ее работы.

„„SU„„15427 4 (51)5 В 23 К 9 !6 стабильности возбуждения электрической дуги между катодом и выходным соплом плазмотрона. Перед возбуждением дуги на секции плазмообразующего канала подают отрицательное напряжение, на катод — положительное, на сопло — отрицательное.

После возбуждения дуги между катодом и соплом снимают напряжение с секций канала и меняют полярность напряжений в катоде и сопле на ту, при которой ведется обработка. Время изменения полярности бграничено временем сохранения проводимости плазмы в канале плазмотрона, достаточным для возбуждения дуги на прямой полярности, на которой ведется плазменная обработка. Способ позволяет стабилизировать зажигание дуги в канале плазмотрона как с изолированными друг от друга секциями, так и закороченными.

3 ил.

Способ осуществляют следующим образом.

В начальный момент (1) на катод подают отрицательный потенциал, а на выходное сопло — положительный: На секциях нет потенциала, В момент t производят смену потенциалов катода и выходного сопла на обратные, а на секции подают отрицательный потенциал. Однако, так как тока между катодами и соплом нет, то до момента t потенциалы на катоде и выходном сопле могут быть нулевые и на запуск плазмотрона это не повлияет.

Затем в момент tz в канал плазмотрона подают газ и осуществляют электрический пробой между катодом и ближайшей к нему секцией, в результате чего возбуждается электрическая дуга между секцией

1542734 и катодом, которая под действием потока газа перемещается вдоль канала плазмотрона с секции на секцию. В момент t электрическая дуга выносится на выходное сопло и между катодом и выходным соплом начинает протекать электрический ток обратного направления. Этот момент может быть определен по появлению электрического тока в токоподводе к выходному соплу либо визуально по достижению плазменной, струей максимальной длины. В момент-t4 от ключают потенциал с секцией, чтобы пре-! дотвратить шунтирование на них электри, ческой дуги. для перехода к электрической дуге с исходной полярностью потенциалов (отрицател ьный — на катоде и положительный — на выходном сопле) в момент 4 отключают обратные потенциалы с катода и выходного сопла и электрический ток между ними прекращается. Однако одновременно с отключением обратных потенциалов подавать на катод и выходное сопло исходные потенциалы нельзя, так как все известные отключающие устройства запираются в течение определенного времени и может произойти разрушение устройств вследствие короткого замыкания. Однако длительность паузы между отключением обратных потенциалов (t ) и подачей исходных потенциалов на катод и выходное сопло (t6) ограничена временем сохранения проводимости плазмы в канале плазмотрона, достаточной для невозбуждения электрической дуги при подаче исходных по тенциалов. Установлено, что допустимое вре мя паузы возврастает при увеличении раз1 ности потенциалов катод -- выходное сопло, уменьшении длины канала (например, за счет уменьшения числа секций), уменьшении скорости плазмообразующего газа в

1 канале плазмотрона и увеличении электрического тока дуги при обратных полярностях потенциалов.

Допустимая длительность паузы может быть оценена из условия, что напряженность электрического поля в промежутке, возникшем за время паузы между катодом и плазменным столбом вследствие движения плазмы, в канале плазмотрона, больше напряженности пробоя холодного плазмообразующего газа т(К. Л() d2/G Е, где т — допустимая длительность паузы при изменении полярностей потенциалов катода и выходного сопла с обратных на исходные;

AU — разность потенциалов между катодом и выходным соплом при исходных полярностях;

d — диаметр канала плазмотрона;

G — объемный расход плазмообразующего газа;

Š— напряженность пробоя холодного плазмообразующего газа;

К вЂ” коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности и формы электродов, зависимость скорости потока плазмы в канале

5 от величины тока электрической дуги при обратных полярностях, влияние длины канала и т. д.

Плазмотрон 1 состоит из катода 2, металлических секций 3, разделенных изоля10 ционными прокладками 4, через отверстия 5 в которых подают плазмообразующий газ 6 в канал плазмотрона, и выходного сопла 7.

Работой электрической схемы по заложенной программе управляет контроллер 8.

В начальный момент все полупроводниковые приборы Vt — Ч4 закрыты и на катоде, секциях и выходном сопле нет потенциалов. В момент ti контроллер 8 открывает транзисторы Ч1,. VZ и включает

20 реле Рl. В результате на катод 2 подается положительный потенциал источника 9 постоянного тока, а на выходное сопла 7 — отрицательный потенциал.

Вследствие замыкания контактов КРI на секции подается отрицательный потенциал.

25 В момент tz замыкают кнопку К2 и на повышающий трансформатор TP подают высокочастотное напряжение от источника 10.

Дроссель ДР и конденсатор CI защищают полупроводниковые приборы Vl и V4 и источник 9 от высокочастотного напряжения.

Под действием высоковольтного ВЧ-напряжения происходит электрический пробой между катодом 2 и ближайшей к нему секцией 3 и возбуждается электрическая дуга, которая в момент tq выносится потоком газа на выходное сопло 7, в результате чего срабатывает токовое реле Рт, включенное в цепь выходного сопла 7.

После замыкания контактов КРт токо. вого реле Рт контроллер 8 в момент t закрывает транзисторы Vl, V2 ч отключа.

40 ет реле Рl, а в момент 4 открывает тиристоры V(3), V(4) в результате чего на катод подается отрицательный потенциал, а на выходное сопло — положительный. Пауза между моментами t4 т ts программируется в контроллере 8 длительностью, достаточной для возникновения тока электрической дуги между катодом 2 и выходным соплом 7 при включении тиристоров ЧЗ, V4, Вместо транзисторов Vl; VZ могут быть использованы тиристорные ключи или любые другие быстродействующие переключающие устройства.

Пример. Зажигание дуги осуществляли в плазмообразующем секционированном канале с длиной, равной 0,23 м. Напряжение на дуге 200 В, тог дуги 70 А, отношение G/d =80 м/с. Время т=60 мкс.

Возбуждение дуги стабильно.

Предложенное возбуждение электричес кой дуги в плазмотроне с секционированным каналом позволяет производить ста1542734

5 бильный запуск плазмотрона как с изолированными друг от друга, так и закороченными между собой секциями, а простота реализующей способ электрической схемы обеспечивает надежность ее работы, компактность и удобство эксплуатации.

Формула изобретения

Способ плазменной обработки плазмотроном с секционированным каналом, при ко- 10 тором возбуждают дугу, а обработку ведут дугой прямой полярности, отличаюе щийся тем, что, с целью повышения стабильности возбуждения дуги, перед ее возбуждением на секции канала подают отрицательное напряжение, на катод-положительное, на сопло — отрицательное, а после возбуждения дуги между катодом и соплом снимают напряжение с секций канала и меняют полярность напряжений на катоде и сопле на ту, при которой ведется обработка, в течение времени сохранения проводимости плазмы в канале плазмотрона, достаточной для возбуждения дуги на прямой полярности.

1542734

Уl фы2.3

Составитель Г. Тютченкова

Редактор M. Келемеш Техред И. Верес Корректор Л. Патай

Заказ 368 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Г1роизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101