Способ плазменной обработки металлов

Изобретение относится к способу плазменной обработки металлов, такой как сварка, резка и наплавка. Для питания рабочей сжатой дуги на плазмообразующее сопло-анод подают положительный потенциал относительно обрабатываемого материала. Для питания второй рабочей сжатой дуги на электрод-анод плазмотрона подают положительный потенциал относительно обрабатываемого материала. Формируют вторую сжатую дугу между электродом плазмотрона и обрабатываемым материалом путем подачи на упомянутый электрод положительного потенциала от другого источника питания, а обработку осуществляют одновременно двумя сжатыми дугами на токах обратной полярности. Техническим результатом является повышение качества и производительности обработки металлов, особенно алюминиевых и магниевых сплавов, за счет увеличения эффективности и ширины зоны катодной очистки металла в зоне обработки и повышения мощности в зоне обработки. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам плазменной сварки, резки и наплавки.

Известен способ плазменной сварки на прямой полярности, при котором рабочая сжатая дуга, питаемая от отдельного источника питания, горит между электродом-катодом плазмотрона и изделием, а дополнительная (дежурная) дуга, питаемая от второго источника питания, постоянно горит между электродом-катодом и плазмообразующим соплом (анодом) (патент РФ №2111098 от 20.05.1998, кл. B23K 10/02).

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что рабочая сжатая дуга, горящая между электродом-катодом плазмотрона и изделием, работает на токе прямой полярности, а вторая дуга, между электродом-катодом и плазмообразующим соплом (анодом), не участвует в обработке изделия. Это приводит к тому, что на поверхности изделия отсутствует эффект катодной очистки, мощность в зоне обработки ограничена мощностью рабочей сжатой дуги.

Наиболее близким аналогом является способ плазменной резки и наплавки, при котором рабочая сжатая дуга, питаемая от основного источника питания, горит между соплом-анодом и изделием, а дополнительная (дежурная) дуга, питаемая от второго источника питания, постоянно горит между электродом-катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом (анодом) (авт.свидетельство СССР №1815885 М.кл. B23K 10/00 от 27.11.1996 г.). Данный способ принят за прототип.

Признак известного способа, совпадающий с признаком заявленного изобретения - способ плазменной обработки металлического материала, включающий формирование сжатой дуги между соплом-анодом плазмотрона, имеющего электрод, и обрабатываемым материалом, на который подают отрицательный потенциал от источника питания.

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что мощность в зоне обработки ограничена мощностью рабочей сжатой дуги, а вторая дуга не участвует в обработке изделия. Кроме того, мощность рабочей дуги ограничена малыми токами.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении качества и производительности обработки металлов, особенно алюминиевых и магниевых сплавов, за счет увеличения эффективности и ширины зоны катодной очистки металла в зоне обработки и повышения мощности в зоне обработки.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе плазменной обработки металлического материала, включающем формирование сжатой дуги между соплом-анодом плазмотрона, имеющего электрод, и обрабатываемым материалом, на который подают отрицательный потенциал от источника питания, согласно изобретению, формируют вторую сжатую дугу между электродом плазмотрона и обрабатываемым материалом путем подачи на упомянутый электрод положительного потенциала от другого источника питания, а обработку осуществляют одновременно двумя сжатыми дугами на токах обратной полярности.

Новые признаки способа - формируют вторую сжатую дугу между электродом плазмотрона и обрабатываемым материалом путем подачи на упомянутый электрод положительного потенциала от другого источника питания, а обработку осуществляют одновременно двумя сжатыми дугами на токах обратной полярности.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что плазменную обработку ведут двумя сжатыми дугами, питаемыми от отдельных источников питания, обе дуги работают на токах обратной полярности, одна дуга горит между электродом-анодом плазмотрона и обрабатываемым материалом, вторая дуга горит между плазмообразующим соплом-анодом плазмотрона и обрабатываемым материалом.

При этом обеспечивается повышение мощности в зоне обработки за счет участия двух дуг в обработке материала, увеличивается эффективность катодной очистки поверхности материала в зоне обработки, повышается стабильность горения дуг и концентрация энергии за счет взаимодействия электромагнитных полей дуг.

Способ плазменной обработки осуществляют при помощи устройства, содержащего два источника питания и плазмотрон, имеющий электрод-анод и плазмообразующее сопло. Для формирования сжатой дуги с электрода-анода на обрабатываемый материал, используется отдельный источник питания. Плазмообразующее сопло выполняет роль второго электрода-анода. Для формирования сжатой дуги с сопла-анода на обрабатываемый материал используется второй источник питания.

Возбуждение сжатой дуги с электрода-анода на обрабатываемый материал производится при помощи высоковольтного высокочастотного разряда, вторая дуга с плазмообразующего сопла на обрабатываемый материал возбуждается самопроизвольно.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема реализации способа плазменной обработки.

На схеме показаны: обрабатываемый материал 1, электрод-анод плазмотрона 2, плазмообразующее сопло плазмотрона 3, источник питания сжатой дуги электрод-анод - обрабатываемый материал 4, источник питания сжатой дуги плазмообразующее сопло - обрабатываемый материал 5.

Осуществление способа заключается в следующем.

Включают подачу воды в системы охлаждения плазмотрона (не показаны) и подачу плазмообразующего и защитного газа. Включают источник питания 4. При помощи высоковольтного высокочастотного разряда возбуждают сжатую дугу 6 с электрода-анода 2 на обрабатываемый материал 1. Включают источник питания 5. Сжатая дуга 7 с плазмообразующего сопла-анода 3 на обрабатываемый материал 1 возбуждается самопроизвольно.

Таким образом, в процессе обработки горят две соосные сжатые дуги на обрабатываемый материал. При этом увеличивается эффективность и ширина зоны катодной очистки металла в зоне обработки и повышается мощность в зоне обработки.

Пример конкретного выполнения.

Разработана и изготовлена установка (опытный образец) для осуществления описанного способа плазменной обработки металлов. Установка включает плазмотрон, два источника питания сжатых дуг с напряжением холостого хода не ниже 75 В и падающей внешней вольтамперной характеристикой, необходимое вспомогательное оборудование. При осуществлении способа изменяли рабочий ток сжатой дуги электрод-анод плазмотрона - обрабатываемый материал в диапазоне 50-250 А, ток сжатой дуги между плазмообразующим соплом-анодом плазмотрона и обрабатываемым материалом - 30-120 А. Диаметр плазмообразующего сопла изменяли в пределах 3-6 мм. При сварке алюминия толщиной 10 мм скорость сварки обеспечивалась в пределах 20-30 м/час, что выше не менее чем в 1,5 раза скорости по прототипу. При этом внутренние дефекты отсутствовали, сварные швы имели благоприятную форму. Предварительная очистка кромок металла под сварку не производилась.

При наплавке высоколегированных сплавов на стали различных марок улучшалось смачивание наплавляемым металлом поверхностей обрабатываемых материалов, увеличивалась ширина наплавки за один проход до 30 мм без поперечных перемещений плазмотрона. Процессы сварки и наплавки отличаются стабильностью и обеспечивают высокое качество работ.

Способ плазменной обработки металлического материала, включающий формирование сжатой дуги между соплом-анодом плазмотрона, имеющего электрод, и обрабатываемым материалом, на который подают отрицательный потенциал от источника питания, отличающийся тем, что формируют вторую сжатую дугу между электродом плазмотрона и обрабатываемым материалом путем подачи на упомянутый электрод положительного потенциала от другого источника питания, а обработку осуществляют одновременно двумя сжатыми дугами на токах обратной полярности.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для термической резки металлов с помощью малогабаритной машины тепловой резки со сменными резаками для газовой и плазменной резки, обеспечивающей также зачистку и маркировку поверхности вырезаемых деталей красящим составом с помощью сменных инструментов.

Изобретение относится к плазмотронам. Плазмотрон содержит корпус 1, изоляционную втулку 2, сопло 3, электрод 4, размещенный в конической полости 18 электрододержателя 5, завихритель 17 с канавками и газоподводящим каналом 6, направленным в кольцевую конусообразную полость 7, где установлен многоступенчатый газодинамический фильтр 8 (ГДФ), выполненный в виде двух расположенных соосно один за другим дефлекторов - непроницаемый дефлектор 9 и перфорированный дефлектор 10 и трех кольцевых камер - кольцевая цилиндрическая камера 11, кольцевая распределительная камера 12 и кольцевая вихревая камера 13.

Изобретение относится к области плазменной техники. Плазменная горелка содержит каскад между катодом и анодом.

Изобретение относится к области плазменной техники. Электрод для дуговой плазменной горелки содержит наружную стенку в целом цилиндрической формы, торцевую стенку и выступ.

Изобретение относится к способу плазменной резки заготовки посредством установки плазменной резки, которая содержит источник струи плазмы и плазменную горелку, которая имеет электрод и форсунку, которая содержит небольшой зазор от электрода на нижнем конце плазменной горелки для образования между ними плазменной камеры.

Изобретение относится к области плазменного нанесения покрытий. Установка плазменного нанесения покрытий или обработки поверхности подложки (3) содержит рабочую камеру (2), которая является вакуумируемой и в которой может быть размещена подложка (3) и плазменная горелка (4) для создания плазменной струи (5) нагреванием технологического газа, причем плазменная горелка (4) имеет сопло (41), через которое плазменная струя (5) может выходить из плазменной горелки (4) и простираться вдоль продольной оси (А) в рабочей камере (2).

Изобретение относится к области плазменной техники. Сопло для плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, содержит сверление сопла для выхода струи плазменного газа на конце сопла, первый участок, внешняя поверхность которого выполнена цилиндрической, и примыкающий к нему, к концу сопла второй участок, внешняя поверхность которого суживается по направлению к концу сопла конически, причем предусмотрена/предусмотрены, по меньшей мере, одна канавка подвода жидкости и/или, по меньшей мере, одна канавка отвода жидкости и продолжаются через второй участок во внешней поверхности сопла (4) по направлению к концу сопла и причем канавка подвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок подвода жидкости и/или канавка отвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок отвода жидкости также продолжается/продолжаются через часть первого участка, а в первом участке находится, по меньшей мере, одна канавка, сообщающаяся с канавкой подвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок подвода жидкости или с канавкой отвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок отвода жидкости.

Изобретение относится к системе для термической обработки с использованием струи плазмы и/или лазерного луча. Лазерная головка (22) и плазменная головка (21) выполнены с возможностью присоединения к одному хвостовику (20).

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в металлообработке для плазмохимического модифицирования поверхности металлов (ионно-плазменное азотирование, плазменное оксидирование и т.д.), для плазменной обработки полимерных материалов (уменьшение пористости, изменение гидрофобных свойств и т.д.).

Изобретение относится к плазменной обработке изделия, в частности к способам для плазменной поверхностной закалки и отпуска металлов и сплавов. .

Изобретение относится к парожидкостному плазмотрону. На металлическом трубчатом корпусе закреплен резервуар для рабочей жидкости, заполненный влаговпитывающим материалом. Сопло-конфузор удерживается на передней части трубчатого корпуса съемным колпачком с помощью резьбового соединения. Внутри корпуса размещены соосно подвижный центральный электрод и электроразрядная камера. Цилиндрическая головная передняя часть упомянутого испарителя имеет кольцевой уступ в виде хвостовика со сквозными продольными пазами. На нем размещены охватывающие его снаружи подпружинивающий испаритель упругий элемент, который упирается с одной стороны во внутренний кольцевой выступ корпуса, а с другой стороны - в уступ головной части испарителя, и вкладыш, выполненный из набора колец, изготовленных из капиллярно-пористого материала. Электрод коаксиально с зазором относительно испарителя закреплен в головной части металлического стержневого держателя, а хвостовая задняя часть его установлена с возможностью продольного перемещения в пускорегулирующем и центрирующем электрод механизме. Внутри корпуса находится дренажная трубка, один конец которой расположен вблизи хвостовика испарителя, а другой конец - в задней части резервуара вблизи его заправочной горловины. Хвостовик испарителя выполнен цилиндрическим с наружным диаметром меньше наружного диаметра головной части испарителя, что упрощает его изготовление и сборку плазмотрона. Упругий элемент выполнен из набора термостойких тарельчатых пружин. Технический результат заключается в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации плазмотрона. 1ил.

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложен электрод для использования в горелке для сварки плазменной дугой. Электрод включает в себя тело, имеющее передний участок, средний участок и задний участок. Передний участок включает в себя рабочий конец электрода, содержащий проводящий первый материал, причем рабочий конец электрода включает в себя: 1) область вспомогательного контакта для зажигания вспомогательной дуги поперек сопла и 2) излучатель. Средний участок содержит второй материал и ограничивает ближний конец для сопряжения с передним участком и дальний конец для сопряжения с задним участком. Плотность материала, присущая второму материалу, составляет, по меньшей мере, половину плотности материала, присущей первому материалу. Электрод также включает в себя токопроводящий тракт, идущий от переднего участка к заднему участку упомянутого тела. Технический результат - улучшение маневренности горелки и облегчение пользования при ручных операциях. 8 н. и 50 з.п. ф-лы, 6 ил.

Плазмотрон с эффективным охлаждением может найти применение в машиностроении при любых видах плазменной обработки материалов. Стенки полого корпуса плазмотрона с внутренней стороны изолированы термостойким материалом. Плазмотрон содержит также плазмообразующее сопло, катод с катододержателем и устройство для подвода плазмообразующего газа. Для охлаждения теплонагруженных элементов использованы тепловые трубки. Конец одной тепловой трубки установлен внутри катода и соединен с катодом. Другая тепловая трубка размещена в корпусе, и ее конец соединен с плазмообразующим соплом. Вторые концы указанных тепловых трубок выведены за пределы корпуса и соединены с радиаторами, которые помещены в бак с охлаждающей жидкостью. Зазоры между теплонагруженными элементами и тепловыми трубками заполнены теплопроводной термостойкой пастой. Охлаждение с помощью тепловых трубок упрощает конструкцию плазмотрона и снижает его габариты, одновременно обеспечивая высокую степень и скорость отвода тепла от теплонагруженных элементов. Интенсивный теплоотвод повышает ресурс работы, мощность и надежность плазмотрона. 1 ил.

Изобретение относится к области термической резки труб на трубосварочных агрегатах. Устройство содержит основание, перемещаемую по направляющим основания тележку с парой ходовых колес и с жестко закрепленной на ней стойкой, несущей перемещаемую в радиальном направлении каретку с плазменным резаком, привод вращения плазменного резака и привод перемещения тележки. Устройство также снабжено установленными на тележке симметрично относительно ее вертикальной оси на консольных концах дополнительными ходовыми колесами и боковыми роликами. Боковые ролики, образующие базовую опорную поверхность, расположены с одной стороны тележки, а боковые ролики, фиксирующие положение тележки относительно основания, расположены с другой стороны тележки на валах с эксцентриситетом. Плазменный резак установлен на оси в опорах и снабжен приводом поворота относительно вертикальной оси каретки, при этом на одной из опор установлен фиксатор угла наклона резака. Использование изобретения позволяет повысить качество резки, уменьшить отходы металла и увеличить производительность. 8 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники. . Электродуговой плазмотрон имеет корпус, в котором соосно установлены изолированные друг от друга водоохлаждаемые электроды - анод и катод. Между ними находится узел ввода плазмообразующего газа. Канал анода состоит из конфузора и диффузора, выполненных в форме усеченных конусов, которые сопряжены своими верхними основаниями. Переход между конусами выполнен тороидальным с радиусом образующей окружности r=4…8 мм. Углы при вершинах конусов конфузора и диффузора равны соответственно α=80°…96° и β=38°…48°. Диаметр наименьшего сечения канала равен D=15…18 мм. Катод представляет собой медную водоохлаждаемую обойму с тугоплавкой вставкой и имеет на конце форму усеченного конуса с углом при вершине γ<α. Катод установлен так, что его конический участок располагается в конфузоре анода, а торец его тугоплавкой вставки находится внутри тороидального перехода. Узел ввода плазмообразующего газа представляет собой изоляционную втулку, расположенную над обоймой катода перед входом в канал анода. Втулка имеет не менее двух рядов отверстий диаметром d=0,4…0,6 мм. Каждый ряд содержит не менее 12 отверстий, распределенных равномерно по окружности. Оси отверстий проходят через продольную ось плазмотрона и наклонены к этой оси под углом δ=(45…60)°. Технический результат - увеличение рабочего тока плазмотрона до 2000 А, повышение производительности процесса центробежного распыления, увеличение ресурса работы электродов плазмотрона в среднем до 300 ч, обеспечение стабильной работы плазмотрона в диапазоне силы тока от 700 до 2000 А. 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к способу плазменной резки заготовок. Для осуществления резки используют горелку плазменной резки, содержащую по меньшей мере корпус горелки, электрод и сопло. В процессе резки плазменную струю наклоняют или отклоняют, по меньшей мере перед проходом по краю заготовки, под углом δ относительно оси, расположенной перпендикулярно поверхности заготовки, так что положение истечения плазменной струи от заготовки расположено на расстоянии в направлении перемещения подачи, которое составляет не более половины величины, обеспечиваемой в случае, когда плазменная струя падает перпендикулярно поверхности заготовки. В результате обеспечивают качество поверхности при плазменной резке, не требующей какой-либо дополнительной обработки. 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к способу плазменной обработки металлов, такой как сварка, резка и наплавка. Для питания рабочей сжатой дуги на плазмообразующее сопло-анод подают положительный потенциал относительно обрабатываемого материала. Для питания второй рабочей сжатой дуги на электрод-анод плазмотрона подают положительный потенциал относительно обрабатываемого материала. Формируют вторую сжатую дугу между электродом плазмотрона и обрабатываемым материалом путем подачи на упомянутый электрод положительного потенциала от другого источника питания, а обработку осуществляют одновременно двумя сжатыми дугами на токах обратной полярности. Техническим результатом является повышение качества и производительности обработки металлов, особенно алюминиевых и магниевых сплавов, за счет увеличения эффективности и ширины зоны катодной очистки металла в зоне обработки и повышения мощности в зоне обработки. 1 ил., 1 пр.

Наверх