Способ отклонения тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве проволочки между электродами действием поперечного магнитного поля



Способ отклонения тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве проволочки между электродами действием поперечного магнитного поля
Способ отклонения тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве проволочки между электродами действием поперечного магнитного поля
Способ отклонения тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве проволочки между электродами действием поперечного магнитного поля

 

H05H1/00 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2614526:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, расстояние от катода до анода выбирается таким, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом при подаче напряжения на разрядный промежуток на катоде образуется канал, созданный тепловой кумулятивной струей расплавленного металла, исходящий из точки контакта катода и проволочки. Действие магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению канала, изменяет направление канала. Технический результат - возможность управления направлением тепловой кумулятивной струей расплавленного металла и образованного ей канала на металлическом катоде в импульсном дуговом разряде при взрыве проволочки между электродами под действием поперечного к направлению к канала магнитного поля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение. Заявляемое изобретение может найти применение при формировании направленной тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве размещаемой между электродами проволочки. При этом изобретение обеспечивает управление процессом формирования тепловой кумулятивной струи посредством направленного действия поперечного магнитного поля, обеспечивающего создание сварного шва определенной формы и траектории.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ искривлений траекторий заряженных частиц в вакууме в магнитном поле [В.Л. Грановский. Электрический ток в газе. М.: Наука, 1971, с. 19]. Сущность способа заключается в том, что магнитное поле искривляет траекторию пучка заряженных частиц в вакууме, а под действием силы Лоренца в электрическом и магнитном полях меняется ее форма.

Однако известный способ не позволяет изменять направление кумулятивной тепловой струи расплавленного металла в процессе ее формирования и, соответственно, траекторию образованного ей канала на поверхности катода.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения канала, образованного тепловой кумулятивной струей расплавленного металла, на металлической поверхности катода в импульсном дуговом разряде при взрыве металлической проволочки между электродами [Патент RU 2537383]. В соответствии с изобретением между электродами с фиксированным расстоянием между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, при этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд самопроизвольно без проволочки не зажигается, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом проволочка располагается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее, а при подаче напряжения на разрядный промежуток из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде образуется канал, исходящий из точки касания в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения.

Однако данный способ не позволяет изменять направление формирования кумулятивной тепловой струи расплавленного металла и образованного ей канала на поверхности катода.

Раскрытие изобретения

Техническая задача, решаемая в предложенном изобретении, заключается в разработке способа, позволяющего отклонять тепловую кумулятивную струю расплавленного металла и образованного ей канала на поверхности металлического катода, а также менять траекторию канала и управлять ее формой в импульсном дуговом разряде при взрыве проволочки между электродами действием поперечного магнитного поля.

Технический результат изобретения заключается в возможности формирования сварных швов и каналов на металлических поверхностях заданной траектории.

Поставленная задача решается формированием направленной тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки, включающий подачу на электроды напряжения, обеспечивающего лавинный пробой разрядного промежутка, возникающий при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки, с формированием тепловой кумулятивной струи расплавленного металла на металлической поверхности катода, направление движения которой задают посредством воздействия магнитного поля, приложенного перпендикулярно к направлению канала, причем электроды размещают на расстоянии друг от друга, исключающем самопроизвольное зажигание разряда без проволочки, а полная сила Лоренца позволяет менять траекторию канала и управлять ее формой путем изменения силы разрядного тока, величины и направления магнитного поля.

Суть заключается в следующем. Между анодом и катодом при фиксированном расстоянии между ними размещают тонкую металлическую проволочку из различных металлов, которая находится в контакте с упомянутыми электродами. При этом один из концов проволочки может быть размещен, например, в специально выполненном для него отверстии внутри катодной поверхности. При подаче напряжения на электроды возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку. В результате происходит пробой разрядного промежутка в парах металла, из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде возникает тепловая кумулятивная струя расплавленного металла и образованный ею канал. При этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд без проволоки не возникает. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. Под действием магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению канала, происходит изменение направления канала на катоде.

Физические процессы, лежащие в основе заявляемого способа, заключаются в следующем. При взрыве проволочки в малой области вокруг точки касания катода и проволочки происходит локальный нагрев металла и выход горячих электронов из нагретой области. Поскольку на анод уходят не все электроны, у поверхности катода возникает отрицательный объемный заряд и электрическое поле пространственного заряда с минимумом потенциала около точки касания проволочки и катода. В результате над поверхностью металла образуется направленный поток электронов, движущийся в электрическом поле пространственного заряда. Электропроводность вдоль канала больше, чем средняя электропроводность металла катода. Движение заряженных частиц вдоль канала происходит из-за возникновения объемного пространственного заряда электронов и действующей при этом электрической составляющей силы Лоренца. Скорость движения зарядов меняется при изменении силы разрядного тока. Внешнее магнитное поле, перпендикулярное скорости электронов, отклоняет поток электронов, не влияя при этом на тяжелые ионы, поступающие из межэлектродного промежутка, заполненного плазмой. Радиус закругления теплового канала определяется величиной ларморовского радиуса электронов.

Совместное действие на движущиеся заряды электрического и магнитного полей приводит к тому, что полная сила Лоренца позволяет менять траекторию канала и управлять ее формой путем изменения силы разрядного тока, величины и направления магнитного поля.

Данный способ дает возможность управлять направлением формирования теплового кумулятивного потока расплавленного металла и образованного им канала на металлической поверхности катода.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема реализации изобретения, на фиг. 2 представлены фотографии каналов, образованных тепловыми кумулятивными потоками расплавленного металла на пластинке-катоде.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - проволочка, 2 - катод, 3 - анод, 4 - отверстие в катоде для размещения проволочки, 5 - каналы на катоде, образованные тепловой кумулятивной струей расплавленного металла, 6 - переменное сопротивление, 7 - блок подачи напряжения на электроды, 8, 9 - направление вектора магнитной индукции.

Осуществление изобретения

Способ осуществляют следующим образом.

Между металлическими электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение. Возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, при этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором газовый разряд без проволочки не зажигается, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом один конец проволочки располагается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее. При подаче напряжения на электроды из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде возникает тепловая кумулятивная струя расплавленного металла и образованный ей канал. Действие магнитного поля, перпендикулярного направлению канала, приводит к изменению направления канала на катодной поверхности.

Схема осуществления способа показана на фиг. 1. Проволочка 1 натянута между катодом 2 и анодом 3 и контактирует с ними. При этом один конец проволочки контактирует с катодной поверхностью внутри отверстия 4 в катоде. Расстояние между электродами изменялось и составило 0,5-2 см. Для подачи напряжения на электроды используется выпрямительный агрегат «Дельфин» 7 с выпрямленным напряжением 220 В. Разрядный ток в максимуме меняется в области 10-50 А с помощью переменного сопротивления 6. Длительность разряда около 0,1 секунды. В качестве катода применялись различные металлы (Cu, Ni, Fe, Ti, латунь, нержавеющая сталь и другие). Брались проволочки разных металлов и сплавов (Cu, Ni, Fe, нихром, ковар и другие).

Диаметр проволочек менялся в интервале 0,02-0,1 мм, их длина изменялась от 15 до 30 мм.

При подаче напряжения на разрядный промежуток с проволочкой, натянутой между электродами, из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде под действием избыточных электронов с катода и ионов из плазмы образуется канал 5. Канал 5 исходит из области контакта катода и проволочки - отверстия в катоде 4 и направлен от места контакта (область пониженного потенциала, созданная избыточным объемным пространственным зарядом электронов с катода) в сторону более положительного потенциала.

В том случае, если катод помещается в магнитное поле, создаваемое полосовым магнитом, направленным перпендикулярно к плоскости катода (каналу), тепловой кумулятивный поток расплавленного металла и образованный им канал отклоняются на катодной поверхности от первоначального направления в ту или другую сторону в зависимости от направления вектора магнитной индукции. При этом полная сила Лоренца позволяет менять траекторию канала и управлять ее формой путем изменения силы разрядного тока, величины и направления магнитного поля.

На фиг. 2 представлены фотографии каналов, образованных тепловыми кумулятивными потоками расплавленного металла на пластинке-катоде из трансформаторного железа. На фотографиях траектории каналов 1 получены в отсутствие магнитного поля. Траектории 2 и 3 получены при магнитном поле величиной 5 Гс при противоположных направлениях вектора индукции магнитного поля. Направления вектора магнитной индукции обозначены цифрами 4 - к поверхности чертежа и 5 - от поверхности чертежа. Величина магнитного поля в опытах не превышала 10 Гс.

Пример. При осуществлении несамостоятельного (импульсного) разряда с расстоянием между электродами 15 мм использовалась медная проволочка диаметром 0,06 мм. В качестве катода брались пластины из трансформаторного железа длиной 50 мм. Максимальный разрядный ток в импульсе составил 45 А. Величина магнитного поля в опыте 2,5⋅10-2 Тл (1 Тл = 1⋅10-4 Гс). При скорости электронов 4⋅105 м/с ларморовский радиус электронов равен 0,01 м. Таким же оказывается и радиус закругления канала.

Таким образом, в предложенном способе впервые решена проблема управления направлением тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в импульсном дуговом разряде при взрыве проволочки между электродами действием поперечного магнитного поля.

Способ прост в осуществлении и эффективен. Его можно применять в технике и в научных исследованиях, например в новых технологиях микроэлектроники. При шовной электросварке тонких металлических пластин способ позволяет получать сварные швы различных профилей. Возможно использование способа для получения каналов при создании микросхем.

1. Способ формирования направленной тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки, включающий подачу на электроды напряжения, обеспечивающего лавинный пробой разрядного промежутка, возникающий при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки, с формированием тепловой кумулятивной струи расплавленного металла на металлической поверхности катода, направление движения которой задают посредством воздействия магнитного поля, приложенного перпендикулярно к направлению канала, причем электроды размещают на расстоянии друг от друга, исключающем самопроизвольное зажигание разряда без проволочки.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что при этом направление тепловой кумулятивной струи расплавленного металла и образованного ей канала на металлической поверхности катода изменяют посредством изменения силы разрядного тока, величины и направления магнитного поля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для осуществления процесса плазменного химического осаждения из паровой фазы. Цилиндрический резонатор устройства плазменного химического осаждения стекломатериала из паровой фазы на внутреннюю поверхность подложки в виде трубки содержит наружную цилиндрическую стенку, выполненную с резонансной полостью, проходящей в периферийном направлении вокруг оси цилиндра, боковую стенку с частями, ограничивающими резонансную полость в направлении оси цилиндра, и щелевую структуру, расположенную в периферийном направлении вокруг оси цилиндра с обеспечением доступа микроволновой энергии из резонансной полости радиально внутрь упомянутой трубки.

Изобретение относится к области средств получения высоких динамических давлений и температур и может быть использовано для проведения химических реакций, изменения кристаллической структуры твердых тел при высоком давлении и температуре, в частности для получения искусственных алмазов (алмазного порошка), для сжатия DT-льда с целью получения нейтронного источника, для осуществления инерциального термоядерного синтеза.

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложен электрод для использования в горелке для сварки плазменной дугой.

Изобретение относится к области получения плазм, представляет собой способ и устройство для получения плазмы, которые могут использоваться для обогрева, уничтожения любых типов отходов, газификации углеродсодержащих твердых и жидких материалов, для плавления и пайки металлических и неметаллических материалов.

Предлагаемое изобретение относится к области использования электроракетных двигательных установок в составе космического аппарата и предназначено для проведения испытаний ее на электромагнитную совместимость с информационными бортовыми системами, например на помехоустойчивость бортового вычислительного комплекса КА.

Предложен низкочастотный излучатель электромагнитной энергии. Он содержит трансформаторы с магнитопроводом, замыкающимся с помощью излучателей и вторичных обмоток трансформаторов.

Изобретение относится к области плазменной техники. Индукционный плазматрон содержит трубчатый корпус плазматрона, трубу для удержания плазмы, расположенную в трубчатом корпусе плазматрона соосно с ним, головную часть газораспределителя, расположенную на одном конце трубы для удержания плазмы и структурированную поставлять по меньшей мере одно газообразное вещество в трубу для удержания плазмы; индукционный связующий элемент для подачи энергии газообразному веществу для получения и поддержания плазмы в трубе для удержания плазмы, а также емкостный экран, включающий в себя пленку из проводящего материала, нанесенную на внешнюю поверхность трубы для удержания плазмы, или внутреннюю поверхность трубчатого корпуса плазматрона.

Система предназначена для управления струей плазмы. Система содержит генератор плазмы, камеру сжатия плазмы, имеющую наружную стенку, образующую внутреннюю полость камеры, и просвет, причем внутренняя полость камеры частично заполнена жидкой средой, причем выпускное отверстие генератора плазмы гидравлически соединено с внутренней полостью камеры сжатия через просвет, генератор волн давления, содержащий несколько поршней, расположенных вокруг камеры, причем поршни предназначены для создания направленной в жидкую среду сходящейся волны давления, средство образования полости для образования в жидкой среде удлиненной пустой полости, и устройство управления струей, содержащее средство для инжекции отклоняющего струю материала, сообщающееся с источником отклоняющего струю материала и имеющее выпускной конец, направленный в место образования струи в полости, причем средство для инжекции выполнено с возможностью инжекции отклоняющего струю материала в полость таким образом, чтобы струя текучей среды, образованная в месте образования струи, была прервана или отклонена в сторону от генератора плазмы.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к способам и устройствам с излучающей плазмой, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, например при испытаниях приборов и материалов на устойчивость к облучению световым излучением, аналогичным излучению природных и техногенных факторов.

Изобретение относится к газоразрядным источникам плазмы, в частности к ВЧ индукционным (ВЧИ) устройствам, применяемым в составе технологических источников плазмы или ионов, а также в составе ионных двигателей или недвигательных ионных систем типа ионных «пушек» для удаления космического мусора с рабочих орбит.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении стали в электродуговых печах с регулированием показателей фликера. В способе создают посредством запоминающего устройства банк данных по фликеру, в котором сохраняются временные динамики моментального фликера (MF) в зависимости от характеристик состояния и рабочих характеристик, выполняют посредством регистрирующего устройства измерение временной динамики MF во время начальной фазы расплавления и определяют имеющие к ней отношение характеристики состояния и рабочие характеристики, выполняют посредством вычислительного устройства сравнение измеренных временных динамик MF во время начальной фазы расплавления с сохраненными временными динамиками фаз расплавления общих динамик банка данных по фликеру с учетом характеристик состояния и рабочих характеристик, выполняют посредством вычислительного устройства выбор временной общей динамики с максимальным совпадением MF, а также характеристик состояния и рабочих характеристик в качестве спрогнозированной общей динамики фликера, выполняют посредством управляющего устройства упреждающее динамическое согласование дальнейшего управления процессом производства стали при сравнении спрогнозированной общей динамики с заранее заданными предельными показателями для фликера.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для контроля электрических параметров, характеризующих состояние подэлектродных объемов ванны трехфазной трехэлектродной руднотермической печи с расположением электродов в линию и короткой сетью по схеме «звезда» на электродах.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для контроля электрических параметров, характеризующих состояние подэлектродных объемов ванны трехфазной рудно-термической печи с шестью электродами, расположенными в линию.

Изобретение относится к области электрометаллургии, где применяются электропечи для выплавки высококремнистых, карбидных и тугоплавких материалов. Рудно-термическая электропечь содержит: трансформатор с выводами и вводами низкого напряжения (НН), соединенными токоподводами с электроконтактным зажимом реверсивно-подвижного электрода и наружной электроконтактной клеммой подового электрода, с расположенной сверху подового электрода углеродистой токопроводящей подины футерованной ванны печи, установленной в герметичный металлический кожух и закрытой сводом.

Изобретение относится к электротермии. В способе определения электрического параметра, характеризующего состояние подэлектродного пространства трехфазной трехэлектродной руднотермической печи, в качестве электрического параметра определяют собственный разностно-потенциальный коэффициент ванны на участках «электрод-подина» для каждого из электродов, для чего последовательно к каждому электроду подключают управляемый источник питания измеряющей частоты, отличной от рабочей частоты источника питания печи, к выводу подины печи и нулевому выводу вторичных обмоток печного трансформатора подключают фильтр, прозрачный для тока измеряющей частоты и непрозрачный для тока рабочей частоты, оставляют неизменными амплитуду и фазу ЭДС источника питания измеряющей частоты электрода, для которого определяют собственный РПК ванны, изменяют амплитуды и фазы ЭДС источников измеряющей частоты двух других электродов так, чтобы сумма действующих значений токов измеряющей частоты в них была равна нулю, измеряют ток в этом электроде, активную мощность, выделяющуюся на участке «электрод-подина» на измеряющей частоте, и вычисляют собственный разностно-потенциальный коэффициент участка ванны «электрод-подина» для этого электрода по определенной формуле.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для установки дополнительной реактивности трансформатора электродуговой печи. Технический результат состоит в упрощении и повышении точности установки реактивности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам управления работой электрических печей для получения легированного (циркониевого) корунда. .

Изобретение относится к трансформаторной системе (1) для дуговой электропечи (2) с тремя электродами (202), причем трансформаторная система (1) содержит по меньшей мере два трехфазных трансформатора (100).

Изобретение относится к технологии производства электрокорунда, в частности к способам управления плавкой белого электрокорунда в электродуговой печи. .

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложен электродуговой плазмотрон. Электродуговой плазмотрон содержит корпус, в котором соосно установлены анод, катод и изоляционная втулка с отверстиями. Проточная часть анода выполнена в виде канала переменного поперечного сечения, образованного тремя соосными цилиндрами, которые сопряжены между собой усеченными конусами. Конусы обращены своими верхними основаниями к центральному цилиндру. Катод представляет собой медную водоохлаждаемую обойму с тугоплавкой вставкой и имеет на конце форму усеченного конуса. Отверстия в изоляционной втулке располагаются в несколько рядов, каждый из которых содержит не менее шести отверстий, распределенных равномерно по окружности. Отверстия располагаются так, что их оси скрещиваются с продольной осью плазмотрона. Техническим результатом является увеличение рабочего тока плазмотрона до 2000А, повышение производительности процесса распыления, повышенный ресурс работы электродов и возможность получения плазменных струй с различной формой и температурой. 2 ил., 2 пр.
Наверх