Плазмотрон для обработки электро-проводных материалов

 

Союз Советскнк

Соцнеянстнческнк

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 200278 (21) 2581266/25-27 847533 (51) М.. Кл.

Н 05 Н 1/26

В 23 К 9/16

В 23 К 31/10 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15,07.81.- Бюллетень №26

Дата опубликования описания 15.07.81 (53) УДК 621. 791. .947(088.8) Э.С. Решетько, А.Г. Бондаренко, B.В. асецхийу «

С.М. Волков и С.В. Печкин

I Ь .;1р,;:,, ! уЧ

Тульский политехнический институт р (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

1 54 ) ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение. относится к машиностроению, в частности к устройствам, генерируемым плазму для нагрева и обработки поверхностей различных изделий и для обработки электропроводимых материалов, и может найти применение в машиностроении для закалки, отжига, поверхностной обработки и упрачнения металлических иэделий и также в металлургии для плазменного переплава металлов.

Известны электродуговые плазмотроны, предназначенные для обработ.— ки металлических поверхностей плазменной струей. Они содержат охлаж- 15 даемай катодный узел, корпус, одновременно являющийся и изолятором, сопловой узел со сменной вставкой, в которой происходит формирование плазменной струи 11 . 20

Недостатком такого плазмотрона является получение струи плаэьы неболыаих геометрических размеров, позволякавях обрабатывать малую поверхность, и что, в свою очередь, 25 не позволяет получить высокую проя.зводятельность при обработке протяженных металлических и неметаллическим поверхностей. Кроме того, нря данной конструкции истечение 30 плазменной струи происходит с высокой скоростью, которая. вместе с анодным пятном, появляющимся на изделии, вызывает разрушение поверхности, появляется эффект резки, что требует. специальных мер по снижению скорости истечения струи или температуры, а это, в конечном счете снижает тепловой КПД плазмотрона.

Неметаллические изделия такой плазмотрон вообще не может обрабатывать.

Известен плазмотрон;состоящий из двух кольцевых электродов, расположенный параллельно друг другу, соленоида постоянного тока, охватывающего оба электрода и корпуса. Плазмообразующий газ подают в промежуток между электродами и нагревают вращающейся дугой. Дуга врацается под действием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия тока дуги и магнитного поля, создаваемого соленоидом. В таком плазмотроне дуга, за счет своего вращений, охватывает значительную поверхностью P).

Недостатком такого плаэмотрона является трудность обработ си плоских, а также и профилированных, протяженных поверхностей из-за громоэд847533 ко ти его конструкции, кроме того, дуга в плазмотроне располагается на значительном расстоянии от обрабатываемой пОверхности.

Известен также плазмотрон для обработки электропроводимых материалов, содержащий корпус, установленный в нем электрод, выполненный в виде незамкнутой спирали с токоподводящим концом,и систему газоподвода ГЗ .

Цель изобретения — повышение производительности труда путем увеличения площади обрабатываемой поверхности.

Цель достигается тем, что в плазмотроне для обрабо"êè электропроводных материалов, содержащем корпус, установленный в нем электрод, выполненный в виде незамкнутой спирали с токоподводящим концом, и систему газоподвода, токоподводящий конец незамкнутой спирали установлен на одном уровне с рабочим торцом корпуса плазмотрона, а спираль выполнена монотонно удаляющейся от этого торца с шагом, подаваемым по закону

Y КХ ",. где Y — шаг незамкнутой спирали;

К - коэффициент пропорциональности;

Y,. -. расстояние от токоподводящего конца вдоль спирали электрода.

Выполнение электродов по предлагаемой конструкции позволяет наиболее полно использовать пондеромоторные силы, которые действуют на дугу.

Объемная плотность этих сил равна где

Быстрое перемещение дуги между электродами позволяет нагревать протяженные поверхности изделий с высокой скоростью, не разрушая его плотность тока; напряженность магнитного поля.

Сила F направлена перпендикулярно к векторам плотности тока и напряженности магнитного поля. Сила F направлена перпендикулярно к векторам г отности тока и магнитного поля.

В данном случае пондермоторные силы действуют на электрическую дугу и перемещают ее вдоль спирали электрода.

Расчет напряженности магнитного .поля показал, что если расстояние между электродами изменяется по закону КХ ", то пондеромоторная сила, Действующая на дугу от собственного ,магнитного поля, максимальна. Дуга

1под действием этой силы перемещает ся с максимальной скоростью от токоподвода вдоль электродов. Экспериментальная проверка подтвердила этот

sакон. поверхность. Такая дуга эквивалентна распределенному источнику тепла °

На фиг. 1 изображен плазмотрон общий вид; на фиг. 2 — то же, вид снизу.

Плазмотрон состоит из корпуса 1, выполненного из термостойкой керамики, причем его рабочая плоскость повторяет форму обрабатываемого изделия. В корпусе 1 выполнены каналы

2 для подачи плазмообразующего газа через штуцер 3. Электрод 4, выполненный в виде незамкнутой спирали, монотонно удаляющейся от рабочей плоскости корпуса, шагом, изменяющимся по указанному закону. Плазмотрон работает следующим обарзом.

В электрод 4 подают охлаждакнцую воду. Через штуцер 3 в канал 2 подают плазмообразующий газ (например азот, углекислый газ, и т.д.).

Электрод 4 и изделие 5 подключают к источнику питания, одновременно к этим ее полюсам подключают и осциллятор. Происходит пробой промежутка между электродом 4 и изделием и возникает электрическая дуга. Эта дуга под действием пондеромоторных сил начинает перемещаться по электроду 4 с места токоподвода.

Возникающая электрическая дуга одновременно перемещается и по изделию 5, нагревая его. Дуга перемещается до тех,пор пока не достигнет конца спиралевидного электрода 4 и погаснет на нем. Скорость перемещения дуги при токе 200-600А переменного тока достигает 100 600 м/с, что определяется с помощью скоростной киносъемки. Поскольку осциллятор постоянно включен между электродом 4 и изделием, то после погасания дуги на конце электрода 4, дуга снова возникает в точке наименьшего расстояния между изделием и электродом, и цикл повторяется.. Так как длина электрода довольно велика, то дуга проходит по относительно большой площади и нагревает значительной объем газа, который нагревает обрабатываемую поверхность, за относительно. короткое время. Это позволяет осуществлять нагрев больших протяженных поверхностей, что приводит к повышению производительности труда, а также и более равномерного нагреву, что повышает качество термообработки.

Плазмотрон предложенной конструк-. ции позволяет существенно повысить производительность труда при плазменной термообработке протяженных поверхностей с целью получения заданных свойств. Кроме того, упроЩается саиа конструкция плаэмотрона; уменьшаются его габариты, достигается равномер" ный нагрев обрабатываемой поверхности и увеличивается тепловой КПД.

Производительность труда при плазменной правке балок увеличивается в

847533 фиг. 1

5-8 раз. Экономический эффект от внедрения данного плазмотрона составляет 35 тыс. р. в год.

Формула изобретения

Плазмотрон для обработки электропроводных материалов, содержащий корпус, установленный в нем электрод, выполненный в виде незамкнутой спирали с токоподводящим концом, и систему газопровода, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения производительности путем уве.— личения площади обрабатываемой поверхности;токоподводящий конец незамкнутой спираю?й установлен на одном уровне с рабочим торцом корпуса плазмотрона, а спираль выполнена монотонно удаляющейся от этого торца с шагом, подаваемым по закону

Y КХ

ВНИИПИ Заказ 5530/86

Тираж 849 Подписное

Филиал ЛПЛ Патент, .г Ужгород, ул.Проектная. 4 где Y — - шаг незамкнутой спирали;

К вЂ” коэффициент пропорциональности;

Х - расстояние от токоподводящего конца вдоль спирали

5 электрода.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Патент Великобританий

9 11226688884433, кл. Н 5 Н 04.10.70.

10 2. Жуков М.Ф. и др. Электродуговые нагреватели газа. М., "Наука", 1973, с. 25.

3. Юшков В.И. и др. Исследование плазмотрона с коаксиальными электро)5 дами . — ТрУды химико-металлургического института. Комплексная переработка руд горных металлов Казахстана, том. VI, Алма-Ата, "Наука", 1969, с. 143-147.