Плазменная горелка

 

Использование: микроплазменная сварка и резка металлов. Сущность изобретения: плазменная горелка содержит корпус с полостью, соединенной с системой подачи воды и с центральным каналом, внутри которого установлен электрод со сменным наконечником, имеющим тугоплавкую вставку, установленную заподлицо с наружной поверхностью сменного наконечника, а также завихритель и сопло. Горелка снабжена диэлектрической трубкой, установленной на электроде. На упомянутой трубке установлен медный пористый фильтр с конусным концом со стороны рабочего торца горелки. Медный пористый фильтр установлен в контакте с корпусом горелки по наибольшему диаметру. Наружная поверхность конусного конца фильтра расположена под углом 5-15^o к внутренней поверхности сопла. Полость корпуса заполнена пропитанным водой наружным слоем ваты и внутренним слоем из теплостойкой ткани, прилегающим к пористому фильтру. Завихритель выполнен в виде спиральных канавок на конусном конце фильтра. Использование для плазмообразования водяного пара позволяет производить не только резку металлов, но также стекла и керамики. Конструкция горелки имеет повышенный ресурс работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электрометаллургии, в частности, к микроплазменной сварке и резке металлов. Благодаря высокой теплопроводности пара по сравнению с другими газами, плазма пара обладает высокой температурой, позволяющей производить резку и плавку стекла, керамики и др. материалов.

Устройства микроплазменной сварки содержат в качестве газового носителя для образования плазмы, в основном, инертные газы; но в последнее время все чаще стали встречаться устройства с водяным паром, благодаря их простоте, отсутствию дорогих инертных газов и большой теплопроводности пара.

Созданы плазмотроны с вихревой стабилизацией дуги водяным паром и циркониевым катодом [1] Кроме того, разработан способ и устройство дуговой сварки, при котором начало процесса осуществляется коротким замыканием электрода [2] а окончание снижением скорости подачи электрода.

Недостатком известных устройств является их громоздкость, большая стоимость или малый ресурс работы.

Наличие газовых энергоносителей резко повышает габариты и стоимость всего устройства, а применение пара уменьшает ресурс.

Известна конструкция плазменного пистолета для сварки и резки материалов [3] содержащая внутренний металлический стержень со съемным тугоплавким наконечником, коаксиально расположенную диэлектрическую трубку, корпус горелки с осевым каналом и корпус пистолета, кнопку с пружиной на противоположном конце внутреннего стержня, а также ручку и подводящие провода.

Недостатком известной конструкции является значительные габариты и большая цена всего устройства плазмотрона из-за использования системы хранения и подачи газа.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является плазменная горелка, содержащая корпус с полостью, соединенной с системой подачи воды. Горелка имеет центральный канал, внутри которого установлен электрод со сменным наконечником, имеющим тугоплавкую вставку. Горелка имеет завихритель и сопло. Тугоплавкая вставка установлена заподлицо с наружной поверхностью сменного наконечника. Вода, проходя по завихрителю с кольцевой спиральной структурой, создает защитную пленку на стенках, далее образуется водяной пар. Недостатком такого устройства является громоздкость, большая стоимость и малый ресурс работы.

На чертеже показан общий вид горелки.

Пунктиром показана тугоплавкая вставка в виде проволоки по п. 3 патента, когда она перемещается.

Описание устройства в статике: внутренний металлический стержневой электрод 1 имеет съемный медный наконечник 2, в котором на торце установлена тугоплавкая вставка 3, содержащая циркониевый или гафниевый стержень установленный по оси заподлицо с наконечником. Коаксиально электроду 1 расположена диэлектрическая трубка 4. Между вставкой 3 и трубкой 4 имеется зазор 5.

Пористый медный фильтр 6 установлен на трубке 4. Корпус горелки выполнен с центральным (осевым) каналом 8 и состоит из двух частей 9 и 10. Полость корпуса заполнена теплостойкой тканью 11, образующей внутренний слой и ватой 12, расположенной снаружи слоя теплостойкой ткани. На корпусе закреплена пробка 13 с прокладкой 14. Герметичность корпуса обеспечивается прокладками 15 и 16. Со стороны нерабочего конца электрода установлены кнопка 17, пружина 18 и гайка 19. Для удобства работы имеется ручка 20. Подача напряжения производится проводами 21. На передней торцевой конусообразной поверхности пористого медного фильтра выполнены спиральные тангенциальные канавки 22. Наружная поверхность конусного конца фильтра 6 расположена под углом 5-15^o к внутренней поверхности сопла. Длина центрального канала корпуса выполнена равной его диаметру, а диаметр вставки выполнен равным 0,3-0,5 диаметра наконечника.

Устройство работает следующим образом: открутив пробку 13, внутрь заливается вода и пропитывается ею вата 12 и теплостойкая ткань 11. В свою очередь, теплостойкая ткань 11 намотана на пористый медный фильтр 6. Пробка 13 закрывается. Включается источник питания и на плазменный пистолет подается напряжение питания отрицательный на внутренний металлический стержневой электрод 1, а положительный на корпус горелки 7. Далее нажимается кнопка 17 и тугоплавкая вставка 3 с циркониевым стержнем диаметром 0,3-0,5 от диаметра медного наконечника доходит до поверхности конуса горелки 7 на малое расстояние, равное 0,15-0,25 высоты рабочего зазора, и в результате возникает разряд внутри, разогревающий пористый фильтр. После разогрева медного фильтра начинается интенсивный процесс парообразования, пар по зазору, образуемому за счет угла расходимости 5-15^o между конусообразной поверхностью пористого медного фильтра 6 и корпуса горелки 7. Поток закручивается так же за счет спиральных тангенциальных канавок 22. Пар ионизируется, и плазма за счет динамического потока с избыточным давлением выходит наружу в виде длинного иглообразного пламени.

Ресурс работы увеличивается до 3-х раз. Это происходит за счет оптимальности конструкции и выбранных соотношений размеров.

Все указанные в формуле изобретения численные значения соответствуют оптимальному соотношению, т.е. выбраны наиболее вероятностные значения резонансной кривой. Так, установка тугоплавкой вставки заподлицо с медным наконечником и выбор ее диаметра в 0,3-0,5 часть от диаметра наконечника соответствует оптимальному теплоотводу вставки при работе в плазме пара и минимальному времени его выгорания. Выбор зазора при поджиге в 0,15-0,25 величины рабочего зазора в плазме соответствует оптимальным условиям поджига при минимальном эффекте выгорания вставки. Длина канала корпуса горелки, равна его диаметру и равная 0,2-0,3 величины рабочего зазора соответствует максимальной температуре пламени при минимальном выгорании электродов. Кроме того, из последнего соотношения следует, что если поменять величину рабочего зазора, то необходимо менять и корпус горелки. Именно так и делают: в комплекте плазменного пистолета даны вставки корпуса горелки с разными диаметрами осевого канала, например, 0,5 мм, 0,8 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм. В результате достигается различная толщина шва при резке и сварке. Габариты, вес и цена плазменного пистолета минимальны. Так, при объеме заливаемой воды в 100 мл, вес всего плазменного пистолета составляет всего около 300 г. При мощности до 300З-700 Вт устройство режет и сваривает металлы толщиной от 0,05 до 4 мм, а также режет керамику и стекло толщиной до 3 мм.

Формула изобретения

1. Плазменная горелка, содержащая корпус с полостью, соединенной с системой подачи воды, и с центральным каналом, внутри которого установлен электрод со сменным наконечником, имеющим тугоплавкую вставку, установленную заподлицо с наружной поверхностью сменного наконечника, а также завихритель и сопло, отличающаяся тем, что она снабжена установленной на электроде диэлектрической трубкой, установленным на упомянутой трубке медным пористым фильтром с конусным концом со стороны рабочего торца горелки, установленным в контакте с корпусом горелки по наибольшему диаметру, при этом наружная поверхность конусного конца фильтра расположена под углом 5-15^o к внутренней поверхности сопла, полость корпуса заполнена пропитанным водой наружным cлоем ваты и внутренним слоем из теплостойкой ткани, прилегающим к пористому фильтру, завихритель выполнен в виде спиральных канавок на конусном конце фильтра, причем длина центрального канала корпуса выполнена равной его внутреннему диаметру, а диаметр вставки равным 0,3-0,5 диаметра наконечника.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что тугоплавкая вставка запрессована методом горячей насадки.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что тугоплавкая вставка навита из проволоки на всю длину медного наконечника и внутреннего стержня.

РИСУНКИ

Рисунок 1