Плазмотрон

 

Использование: для плазменной сварки и резки черных и цветных металлов. Сущность изобретения: плазмотрон подключается к источнику питания плазменной дуги. Подаются защитный и плазмообразующий газы (например, аргон) в соответствующие сопла. Охлаждающая жидкость (например, вода) подается раздельно в систему охлаждения электродного узла 5 и в систему охлаждения плазмообразующего сопла 3 через штуцер 6 и каналы 8 и 10 в кольцевой канал 12 вблизи рабочей зоны сопла 3 и далее через каналы 11, 9 и штуцер 7 на слив. Щелевые проходные отверстия, образованные при пересечении цилиндрических поверхностей канала 12 по всей его высоте, обеспечивают интенсивное охлаждение сопла 3. Система охлаждения плазмообразующего сопла 3 позволяет повысить надежность работы плазмотрона за счет более высокой степени охлаждения его теплонагруженных элементов и, как следствие, уменьшить поперечные габариты и упростить конструкцию. 2 ил.

Изобретение относится к плазменной обработке металлов, в частности к устройствам для плазменной сварки и резки черных и цветных металлов.

Массовое использование плазменной сварки и резки сдерживается недостаточной надежностью плазмотронов, отсутствием устройств, сочетающих простоту конструкции, изготовления и обслуживания, малые габариты и массу с высокой мощностью. Мощность и надежность плазмотронов определяется эффективностью охлаждения теплонагруженных элементов, а особенности выполнения системы охлаждения во многом определяют устройство, массу и габариты плазмотронов.

Известен плазмотрон, содержащий электродный узел, плазмообразующее сопло, изолятор, систему подвода газов и систему автономного охлаждения электронного узла и плазмообразующего сопла, причем системы охлаждения выполнены в виде полых камер с разделительными перегородками. Такое выполнение систем охлаждения электродного узла и плазмообразующего сопла обеспечивает высокую эффективность охлаждения теплонагруженных зон (патент США N 4275287, 1989).

Однако такое выполнение систем охлаждения ведет к усложнению конструкции, большому количеству комплектующих узлов и, как следствие, к значительному увеличению поперечных размеров и материалоемкости. Это делает невозможным применение таких плазмотронов для сварки в труднодоступных местах, затрудняет эксплуатацию, обслуживание и переналадку режимов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является плазмотрон (патент США N 4389559, 1983), содержащий электродный узел, изолятор, корпус, плазмообразующее и защитное сопла, систему для подвода защитного и плазмообразующего газов и последовательно соединенные системы охлаждения электродного узла и плазмообразующего сопла, причем система охлаждения плазмообразующего сопла состоит из кольцевого охлаждающего канала, соединенного в верхней части с подводящим и отводящим каналами, выполненными (расположенными) диаметрально противоположно в корпусе. Такое устройство плазмотрона позволило уменьшить габариты, обеспечить замену плазмообразующего сопла, что расширяет технологические возможности и повышает срок службы плазмотрона.

К недостаткам такого плазмотрона можно отнести сложность устройства, значительное количество комплектующих деталей сложной формы, недостаточную эффективность охлаждения теплонагруженных элементов за счет последовательного соединения систем охлаждения электродного узла и плазмообразующего сопла. Кроме того, подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществляются в верхней части охлаждающего кольцевого канала на наружной поверхности сопла, вследствие чего большая часть охлаждающей жидкости циркулирует в верхней части кольцевого канала по кратчайшему пути, а в нижней части вблизи наиболее теплонагруженной зоны образуется застойная зона. Это снижает эффективность охлаждения теплонагруженных элементов, а следовательно, мощность и надежность работы плазмотрона. Попытки направить охлаждающую жидкость в нижнюю зону в аналогичных устройствах за счет направляющих пазов, ребер и т.п. как это выполнено в известном плазмотроне (патент США N 4275287, 1984), неизбежно приводят к усложнению конструкции и увеличению радиальных размеров плазмотрона.

Задача изобретения повышение мощности и надежности плазмотрона, упрощение его конструкции и уменьшение габаритов.

Технический результат изобретения заключается в интенсификации процесса охлаждения теплонагруженных элементов плазмотрона.

Это достигается тем, что в плазмотроне, содержащем полый корпус со штуцерами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, соединенные с корпусом защитное и плазмообразующее сопла, закрепленные соответственно на наружной и внутренней его поверхности, установленный внутри корпуса электродный узел с системой его охлаждения и изолятор между электродом и плазмообразующим соплом, систему подвода защитного и плазмообразующего газов, кольцевой канал на наружной поверхности плазмообразующего сопла, расположенные в корпусе и соединенные с кольцевым каналом диаметрально противоположные каналы подвода и отвода охлаждающей жидкости, каналы подвода и отвода охлаждающей жидкости выполнены вдоль всей высоты кольцевого канала и, пересекаясь своими цилиндрическими поверхностями с внешней поверхностью кольцевого канала, образуют щелевые проходные отверстия. При этом площадь проходного сечения щелевого отверстия должна быть равна площади поперечного сечения подводящего (отводящего) канала, а расстояние между центрами подводящего (отводящего) канала и кольцевого канала должно быть больше внешнего радиуса кольцевого канала.

В результате такого выполнения системы охлаждения плазмообразующего сопла она становится самостоятельной, независящей от системы охлаждения электрода, это способствует интенсификации процесса охлаждения плазмообразующего сопла. В результате сопряжения цилиндрических поверхностей подводящего и отводящего каналов с внешней цилиндрической поверхностью кольцевого охлаждающего канала по всей его высоте образуются щелевые отверстия, через которые обеспечивается интенсивное проточное движение охлаждающей жидкости по всей высоте кольцевого канала. Выполнение подобного сопряжения подводящего и отводящего каналов исключает возникновение застойной зоны в нижней части кольцевого канала, что способствует интенсификации процесса охлаждения плазмообразующего сопла. Предлагаемая система охлаждения плазмообразующего сопла позволяет упростить конструкцию плазмотрона (за счет исключения промежуточных деталей), снизить радиальные габариты, упростить обслуживание и ремонт при высокой эффективности охлаждения сопла.

Площадь проходных сечений щелевых пропускных отверстий должна быть равна площади поперечных сечений подводящего (отводящего) канала, а межцентровое расстояние подводящего (отводящего) канала и кольцевого канала должно быть больше внешнего радиуса кольцевого канала. При несоблюдении этих условий не обеспечивается циркуляция жидкости по всей высоте кольцевого канала.

На фиг. 1 изображен предлагаемый плазмотрон, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Плазмотрон состоит из корпуса 1 и соединенных с ним на резьбе с уплотнениями защитного сопла 2, плазмообразующего сопла 3 и изолятора 4, выполненного, например, из фторопласта. В изоляторе 4 установлен на резьбе электродный узел 5, снабженный медно-вольфрамовым наконечником, устанавливаемым при помощи резьбового соединения. Корпус 1 имеет штуцера 6 и 7 и радиальные каналы 8 и 9 для подвода и отвода охлаждающей жидкости системы охлаждения, включающей диаметрально противоположные и параллельно расположенные каналы 10 и 11, засверленные с торца корпуса 1, а затем заглушенные, и кольцевой канал 12, охватывающий плазмообразующее сопло 3 в наиболее теплонагруженной части. Пересечение цилиндрических поверхностей каналов 10 и 11 с внешней цилиндрической поверхностью кольцевого канала 12 образует щелевые проходные отверстия с площадью проходного сечения, равной площади поперечного сечения каналов 10 и 11 соответственно. При этом должно соблюдаться условие: расстояние между центрами подводящего 10 (отводящего 11) и кольцевого 12 каналов должно быть больше наружного радиуса кольцевого канала 12. В корпусе также выполнены системы подачи защитного и плазмообразующего газов (не показаны).

Плазмотрон работает следующим образом.

Плазмотрон подключается к источнику питания плазменной дуги. Подается защитный и плазмообразующий газы (например, аргон) в соответствующие сопла (не показаны). Охлаждающая жидкость (например, вода) подается раздельно в систему охлаждения электродного узла 5 и в систему охлаждения плазмообразующего сопла 3 через штуцер 6 и каналы 8 и 10 в кольцевой канал 12 вблизи рабочей зоны сопла 3 и далее через каналы 11, 9 и штуцер 7 на слив. Щелевые проходные отверстия с площадью проходного сечения, равной площади поперечного сечения каналов 10 и 11 соответственно, образованные при пересечении цилиндрических поверхностей каналов 10 и 11 с внешней цилиндрической кольцевой поверхностью кольцевого канала 12 по всей его высоте, обеспечивают интенсивное охлаждение сопла 3.

Изобретение позволяет повысить надежность работы плазмотрона за счет более высокой степени охлаждения теплонагруженных элементов и, как следствие, снизить поперечные габариты плазмотрона и упростить его конструкцию.

Формула изобретения

ПЛАЗМОТРОН, содержащий полый корпус с штуцерами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, защитное и плазмообразующее сопла, закрепленные соответственно на наружной и внутренней поверхностях корпуса, установленный в корпусе электродный узел с системой его охлаждения и изолятор между электродом и плазмообразующим соплом, систему подвода защитного и плазмообразующего газов, кольцевой канал на наружной поверхности плазмообразующего сопла, расположенные в корпусе и соединенные с кольцевым каналом диаметрально противоположные каналы подвода и отвода, отличающийся тем, что каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости и кольцевой канал соединены проходными отверстиями, образованными пересечением боковых поверхностей упомянутых каналов, по высоте равными высоте кольцевого канала и имеющими площадь, равную площади поперечного сечения соответственно канала для подвода или отвода охлаждающей жидкости, а расстояние между осями кольцевого канала и каналов для подвода и отвода охлаждающей жидкости больше наружного радиуса кольцевого канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2