Неплавящийся электрод для дуговыхпроцессов

 

О П И С А Н И Е ()841871

И3ОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социапистическик

Республик (6I) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 1 I 07. 78 (21) 2630651/25-27 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51)М. Кл..В 23 К 35/06

Гааударстаанный каиитет

СССР

Опубликовано 30.06.81. Бюллетень,% 24 (53) УДК 621.791. .755(088.8) аа деаам изабретений к аткрыткй

Дата опубликования описания 30.06.81!

M.Ã.Ôðèäëÿíä, М.Ç.Живов, Н.А.Лебединская и (72) Авторыизобретения

В.М.Мохов гс-",;а..

Государственный проектный и научно-исслед

) И ТЕ.;Т,;:;1 вша едр ский„., (7I ) Заявитель институт "Гипроникель"

/ 171 (54) НЕПЛАВЯЩИИСЯ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ

ИзобрЕтение относится к области электродуговой обработки и может быть применено при плазменной резке, сварке,наплавке металлов их выплавке в

I ме таллур гни .

Известны конструкции неплавящего5 ся электрода, преимущественно катода, выполняемого в виде стержня (актив- . ной вставки): цилиндрйческой формы, закрепленного, например, пайкой или

10 прессовкой, в медной водоохлаждаемой обойме и предназначенного для работы в различных плазмообразующих средах 1 1).

Общим недостатком известных конструкций является низкая стойкость. электрода при высоких тепловых нагрузках на него, обусловленная тем, что теплоотвод от рабочей поверхности электрода и охлаждающей его 1кзтдкости, преимущественно воды, происходит только по цилиндру с диаметром практически равным диаметру активной вставки.

Известна конструкция электрода также с цилиндрической активной вставкой, в которой водоохлажпаемая поверхность обоймы выполнена параболической и эквидистантной с трубхой охлаждения 1 2).

Недостатком этой конструкции является необходимость увеличения длины активной вставкит что, в свою очеоедь, ухулшает теплоотвод оТ нее.

Известен неплавяшийся электоод для дуговых процессов содержащий обойму с расположенной в ней трубкой для подачи охлаждающей фазы. и закрепленную íà торце обоймы активную вставку, выполненную в виде усеченного конуса, М сужающегося к рабочему торцу электрода и имеющего со стороны охлаждения углубление .

Однако эта конструкция хотя и повышает термосФойкость электрода, в сравнении с указанными выше не оптимальна, особенно при повышении тепловых нагрузок и в связи с перегревом

41871

10!

20

30

Л5

3 8 рабочей поверхности активной вставки и обусловленным этим ее выгоранием.

Цель изобретения — повышение ресурса работы электрода путем увеличения его термостойкости при эксплуатации на повышенных тепловых нагрузках.

Указанная цель достигается тем, что электрод снабжен корпусом и размещенной внутри него трубкой, установленными коаксиально обойме и образующими кольцевые полости для дополнительного охлаждения вставки, а углубление выполнено в виде шарового сегмента.

На фиг.1 изображен предлагаемый электрод, общий вид; на фиг.2 - конфигурация активной вставки неплавящегося электрода, выполненной с заглублением и с боковым охлаждением.

Неплавящийся электрод (фиг.l)состоит из водоохлаждаемого корпуса 1 и закрепленной в нем обойме 2 (на резьбе на конусной насадке и т.п.), выполненной из тепло-и электропроводного металла, как правило, меди высокой частоты. Электрод также содержит коаксиальные несообщающиеся внутренние полости 3 и 4, служащие для подачи охлаждающей жидкости к его рабочему участку. В обойме 2 плотно укреплена запрессовкой или пайкой активная вставка 5, выполненная в виде усеченного конуса, сужающегося к участку привязки на ней приэлектродной области дуги. Поверхность 6 вставки, обращенная к полости охлаждения, въ полнена с заглублением, преимущественно в виде шарового сегмента. Вставка

5 может быть как сквозной, т.е. непосредственно контактировать с охлаждающей электрод жидкостью, так и несквозной, и отделяться от этой жидкости прослойкой 7 из теплопроводного материала обоймы. Полости 8 и 9 в электроде предназначены для отвода охлаждающей жидкости после съема тепла с рабочего участка электрода.

Предлагаемое изобретение основано на результатах расчетов на ЭВМ вЂ” 222 температурных полей в катоде и экспериментальных данных, полученных на укрупненно-лабораторной установке института "Гипроникель". Эти результаты показывают, что при токах дуги свыше 500 А тепловод от активной . вставки, вь1полненной в виде усеченног6 конуса в обойму, оказывается недостаточным: вставка перегревается, в значительной степени выгорает и работа электрода становится невозможной. Вставка с заглублением по предлагаемому изобретению обладает значительно меньшим тепловым сопротивлением, благодаря чему температура ее при прочих равных условиях на 150300 С ниже, чем у вставки без за0 глубления. физически это объясняется тем, что при наличии заглубления уменьшается расстояние от рабочей поверхности вставки, воспринимающей фактически весь тепловой поток от дуги, до охлаждающей катод жидкости или прослойки из теплопроводного металла между вставкой и этой жидкостью. Тепловой поток от дуги, первоначально направленный вдоль оси катода, как бы отражается от боковых поверхностей конуса и значительная его часть, регулируемая величиной заглубления, направляется в радиальном направлении к периферии обоймы.

В этом случае эффективным становится дополнительное боковое охлаждение катода, осуществляемое наряду с центральным благодаря наличию двух полостей охлаждения, при этом обеспечивается снижение температуры водоохлаждаемой поверхности активной вставки или прослойки обоймы еще на

30 — 60, а теплового потока, отводимого через центральную часть этой

35 поверхности, на 1.5 — 25X.

Активная вставка выполнена из графита марки С-1, запрессована в водоохлаждаемую медную обойму. Габариты конусных вставок одинаковы с углом

ЛО при вершине О", лежащем в пределах

45-60, за исключением того, что во о вставке на фиг.2 выполнено заглубление в виде шарового сегмента высотой

Н и диаметром основания d. !

В таблице приведены температуры в различных точках активных вставок обоих сравниваемых типов, полученные при использовании неплавящегося электрода в качестве катода дуги постоянного тока, горящей на токе 1000 А в смеси природного и углекислого газов, и коэффициента теплоотдачи к охлаждающей воде 210 Вт/м ° град. Характер5 2 ные точки выбраны следующим образом: т.А — в центре рабочей поверхности активной вставки, на которой осуществляется привязка приэлектродной области дуги; т. — на границе рабо5 84 чей поверхности активной вставки с медной обмоткой; т.С вЂ” на оси активной вставки на расстоянии Н от ее основания, соответствующем высоте шарового сегмента; т.D — на основании

Температура в точках, оС

Катод (Е

А В ) C

546

190

220

1785

3700

Предлагаемый

Известный

305

340

820

2050

2980

Формула изобретения

Неплавящийся электрод для дуговых процессов, содержащий обойму с расположенной в ней трубкой для подачи охлаждающей среды и закрепленную на торце обоймы. активную вставку, выполненную в виде усеченного конуса, сужающегося к рабочему торцу электрода и имеющего со стороны охлаждения углубление, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса работы электрода путем увеличения его термостойкости при эксплуатации на повышенных тепловых нагрузках, электрод снабжен корпусом и размещенной

35 внутри него трубкой, установленными коаксиально обойме и образующими кольцевые полости для дополнительного охлаждения вставки, а углубление выполнено в виде шарового сегмента.

Ю Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Зсибян Э.M. Плазменно-дуговая аппаратура. Изд-во "Техника", Киев, 1971, с.80-82.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 420222, кл.В 23 К 35/02, 1975.

3. Патент Австрии У 271653, кл. 21 К 38/01, 1969.1.Полученные в таблице данные приведены для катода с активными вставками, диаметры оснований которых состявляю соответственно 2 ° 10 м и

-з

4,5 10 м с высотой 3 10 м и высотойН шарового сегмента для вставки по фиг.2, равной 1,5 10 м.

Аналогичные зависимости сохраняются .и для катодов, имеющих иные размеры и материалы вставок. . Анализ данных, приведенных в таблице показывает, что в случае известного катода температура на рабочей поверхности активной вставки превышает температуру плавления графита, равную 3700 С, что исключает возможность его работы в наиболее выгодном для указанной плазмообразующей смеси режиме постоянного возобновления и приводит к ее выгоранию.

Работа предлагаемого электрода заключается в следующем.

После подачи охлаждающей электрод воды через центральную и боковые полости, причем через центральную с интенсивностью, в 2,3 раза большей, чем через боковую, и подачи в дуговой промежуток плазмообразующего газа зажигают дугу.

Благодаря наличию заглубления на охлаждаемой стороне конусной активной вставки и боковому (совместно с центральным) охлаждению электрод работает без выгорания и без превышения пре1871 6 активной вставки на. расстоянии от оси, соответствующем радиусу основания шарового сегмента; т.Š— на границе основания активной вставки с медной обоймой. дельных тепловых нагрузок и температур для материала вставки.

84! 87)

Родо

Рода

6 7

Составитель Jl.Ñóõaíoâà

И* P

Заказ 4948/13 Тираж 1148 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам, изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãáðîä, ул.Проектная,4