Электрод для дуговой и плазменной обработки

 

1.ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВОЙ И ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ в защитных газах, содержащих азот,сост.оящий из держателя, выполненного из тугоплавкого • материсша, с размещенной на его торце активной вставкой, выполненной из веществ с малой работой выходаэлектронов, отличающийся" тем,.что,с целью повышения диапазона рабочих токов, снижения тепловых потерь в электроде и улучшения стабилизации дуги во всех пространственных положениях, держатель выполнен из металлов 1У А группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева.2.Электрод по п. 1, .о т л и - чающийся тем, что, с целью снижения стоимости электрода, держатель выполнен из титана.3.Электрод по п. 1, отличающийся тем, что держатель выполнен из циркония.4.Электрод по п. 1, отличающийся тем, что держатель выполнен из гафния. •(Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН...Я0„„639201

3(5)) В 23 К 35/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2161155/25-27 (22) 01.08.75 (46) 15.11.83. Бюл. Р 42 (72) Д.Г,Быховский и A.A.Âîðîïàåâ (53) 621.791.75.037(088.8) (56) 1. Патент США Р 2892924, кл. 219-118.

2, Авторское свидетельство СССР

М 525328, кл, С 21 С 5/56,21 ° 03,75.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 479342, кл. В 23 К 35/00, 1972 (прототип). (54)(57) 1.ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВОЙ И

ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ в защитных газах,содержащих азот, состоящий из держателя,выполненного из тугоплавкого . материала, с размещенной на его торце активной вставкой, выполненной из веществ с малой работой выхода электронов, отли ч ающи и с я тем, что,с целью повышения диапазона рабочих токов, снижения тепловых потерь в электроде и улучшения стабилизации дуги во всех пространственных положениях, держатель выполнен из металлов 1У А группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева.

2, Электрод по и. 1, .о т л и чающий с я тем, что, с целью снижения стоимости электрода, держатель выполнен из титана.

3. Электрод по и. 1 о т л и ч а ю шийся тем, что держатель выполнен из циркония.

4, Электрод по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что держатель выполнен из гафния.

639201

Изобретение относится к дуговой и плазменной обработке металлов и может быть использовано в дуговых и плазменных горелках для обработки на прямой полярности.

Известен электрод для обработки метаЛлов на прямой полярности, состоящий из циркониевого стержня с наконечником, выполненным из смеси циркония и нитрита циркония и со.держащий от 5 до 93 азота (1 j. Этот электрод работает в диапазоне токов не выше 300 A и не обеспечивает стабилизации дуги во всех пространственных положениях на всем диапазоне регулирования тока.

Известен электрод для плазменной обработки в защитных газах, содержа щих азот, состоящий из вольфрамовог держателя с активной вставкой, выполненной из Т1, 2 r или Hf (2 ).

Этот электрод обеспечивает стабильную работу только при изменении концентрации азота вместе с изменением тока на всем диапазоне регулирования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является электрод для дуговой плазменной обработКи в защитных газах„ состоящий из вольфрамового держателя с активной вставкой на торце, в которой размещены вещества с малой работой выхода электронов (3 3. Этот электрод обеспечивает стабилизацию дуги в узком диапазоне токов (до

80 А), тогда как максимальная токовая í"ãðóçíà равна 500 A.

Кроме того, при включении дуги на малом токе, например 15-20 А, дуга стабильна и простанственно локализирована. Если увеличить силу тока, стабилизация и пространственная локализация дуги на токоэлектроде сохраняется вплоть до максимально допустимых значений тока. Но при любых изменениях тока в сторону его понижения стабилизация дуги и ее пространственная локализация нарушаются.

Например, при использовании вольфрамового электрода с активной вставкой из окисла лантана катод работает на токах до 500 А, а стабилизация и пространственная локализация дуги при изменении рабочего тока в обе стороны достигается только в диа пазоне до 80 A.

Цель изобретения - повышение диапазона рабочих токов, снижение тепло вых потерь в электроде и улучшение стабилизации дуги во всех пространственных положениях на всем диапазоне регулирования тока, а также снижение стоимости электродов.

С этой целью предлагается электрод, состоящий из тугоплавкого держателя, который выполнен из титана, циркония или гафния с размещенной на его торце активной вставкой, выполненной из веществ с калой работой выхода электронов.

Такое исполнение электрода позволяет существенно повысить диапазон рабочих токов, значительно снизить тепловые потери в электроде,. улучшить стабилизацию дуги во всех пространственных положениях на всем диапа10 зоне регулирования тока.

Изготовление электрода иэ металлов 1У A группы с активной вставкой, выполненной иэ веществ с малой работой выхода электронов способствует

15 повышению эмиссионной способности и локализации сатодного пятна вр всем диапазоне регулирования тока. о Тепловые потери в электроде снижаются при этом не менее, чем в 5 раз и это позволяет полностью Снять охлаждение электрода. Значительно расширяется диапазон рабочих токов: до

300 Ана держателе из титана,,до

500 А на держателе иэ циркония и до 700 А на держателе из гафния.

Существенным преимуществом заявленного электрода перед известными явилось сохранение стабилизации дуги .во всем диапазоне регулирования, так что рабочий ток можно многократно менять в обе стороны, Например, на держателе иэ циркония была обеспечена стабилизацйя дуги как при увеличении силы тока от 50 до 500 А, так и при снижении тока в 10 раз

35 (от 500 до 50 A), при использовании в качестве вещества с малой работой выхода электронов окисла церия. В то время как при работе с наиболее распространенными вольфрамовыми электродами для.локализации и стабилизации дуги электрод нужно периодически перетачивать °

Предлагаемый электрод обеспечивает стабилизацию и пространственную локализацию дуги на всем диапазоне регулирования при любой концентрации азота, в то время как известный электрод стабильно работает только при изменении концентрации азота вместе с изменением тока.

Предлагаемый электрод может работать при очень малых концентрациях азота, так что в. качестве защитного газа можно испольэовать не только

55 . азот или смесь газов с малой добавкой азота, но также и технический аргон °

Простота обработки материала держателя (титана, циркония, гафния) в сочетании с низкой стоимостью материала держателя, особенно титана, 60 делают предлагаемый электрод черезвычайно перспективным. Стабилизация и пространственная локализация дуги связана с локализацией катодного пятна на соединении, образованном на поверхности активной

639201

Редактор С.Титова Техред Ж.Кастелевич

Корректор В.БУтяга

Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 10793/2

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул.Проектная, 4 вставки. Для обраэовани я необходимого соединения держатель должен быть изготовлен из металлов 1У А группы, активная вставка должна быть выполнена иэ вещества с малой работой выхода электронов, а защитный гаэ дол жен содержать азот.

Такое исполнение электрода обеспечивает расширенный диапазон рабочих токов, значительное снижение тепловых потерь в электроде, стаби- 10 лиэацию и пространственную локализацию дуги во всем диапазоне регулирования с воэможностью многократного изменения тока в обе стороны.

Исследования показали, что в ка- 15 честве веществ с малой работой выхода электронов, используемых в активных вставках, могут применяться редкоземельные элементы или их окислы °

Выполняя держатель из металлов

1У A группы, было установлено следующее. Размещением активной вставки в любом наперед заданном месте на торцовой или цилиндрической поверхнОсти стержнеВОГО держателя мОжнО достичь строго определенного пространственного полржения дуги: ось дуги всегда расположена по нормали к поверхности активной вставки . Это обстоятельство позволяет располагать активную вставку в любой точке поверхности электрода, создавать электроды любой самой сложной формы (охлаждение электрода не требуется) и производить дуговую и плазменную обработку материалов любой конфигурации в самых труднодоступных местах.

Были изготовлены цилиндрические стержневые электроды из титана, циркония и гафния диаметром 4 и б мм с активной вставкой из окисла церия.

Окисел церия был эапрессован в глу0 хое отверстие на торцовой поверхности электрода, глубина отверстия

4 мм, диаметр 1,5 мм.

Испытания электродов проводили в смеси с аргоном азота при концентрации азота в смеси не выше 1%.

Электроды испытывали в следующем режиме: вначале дугу возбуждали на токе 20 А, затем плавно увеличивали силу тока до определенного значения и дугу выключали, Следующее включение производили снова на токе 20 A.

Регулировку тока от 50 до 700 A производили через 50 A с последующим выключением дуги, т.е. дугу выключали на токах 50, 10, 150... 700A.

Испытания показали следующее: все электроды работают в режиме ста-. билизации и пространственной локализации дуги во всем диапазоне регулирования, так что при использовании данного конкретного электрода (титанового, циркониевого или гафниевого) рабочий ток можно многократно изменять в обе стороны.

Максимально допустимые значения тока на электрод составили: для титанового электрода — 300 А, для циркониевого электрода — 500 А, для гафниевого электрода - 700 А. Все электроды прошли испытания на максимально допустимых значениях тока в течение 5-7 часов.