UA45253A - Електродуговий плазмотрон - Google Patents

Abstract

Електродуговий плазмотрон включає корпус, у якому співвісно установлені електродотримач, стержньовий катод, закріплений у електродотримачі з можливістю переміщення вздовж вертикальної осі плазмотрона, зовнішнє сопло для підведення захисного газу, нижня частина якого виконана конічною, і внутрішнє сопло для утворення плазми. Внутрішнє сопло обладнане каналами, виконаними під кутом до вертикальної осі плазмотрона, а вздовж кола конічної частини зовнішнього сопла виконані отвори.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до електродугових пристроїв для одержання 2 низькотемпературної плазми, які використовують для нанесення покриттів із дроту, і може бути використаний у різних галузях промисловості.

Найбільш близьким за технічною суттю та технічним результатом, що досягається, до плазмотрона, що пропонується, є електродуговий плазмотрон (див. в.з. ФРН Мо 3711259, М.Кл. 4 В23К 28/00, НОБН 1/24, від 03.04.87, опубл. 20.10.88), що включає корпус, у якому співвісно установлені електродотримач, стержньовий 70 катод, закріплений у електродотримачі з можливістю переміщення вздовж вертикальної осі плазмотрона, зовнішнє сопло для підведення захисного газу, нижня частина якого виконана конічною, і внутрішнє сопло для утворення плазми. Між корпусом та електродотримачем існує порожнина змінного перетину для проходження захисного газу.

Зовнішнє сопло для підведення захисного газу і внутрішнє сопло для утворення плазми виконані суцільними. т Відомий електродуговий плазмотрон не забезпечує надійного фокусування плазмової струмини, що обумовлює низький коефіцієнт використання матеріалу, який напилюють, високий знос внутрішнього та зовнішнього сопел, недостатній ступінь використання енергії плазмової струмини.

Це пояснюється тим, що захисний газ, який одночасно є фокусувальним та охолоджувальним, подається до порожнини для проходження газу між корпусом та електродотримачем, яка має змінний перетин. При 720 проходженні через цю порожнину відбувається завихрення захисного газу, утворюється турбулентний потік, що приводить до нерівномірного розподілення газу як у порожнині для його проходження, так і у зазорі між внутрішнім та зовнішнім соплами. Це, у свою чергу, зумовлює нерівномірність тиску захисного газу по окружності зазору на плазмову струмину та нестабільність її обтиснення. Плазмова струмина під нерівномірним тиском газу може зміщуватися, що приводить до зміни траєкторії польоту часток матеріалу, який напилюють, і 79 збільшенню його втрат, а також до одержання неякісного покриття. При цьому впливу високих температур « зазнає не тільки внутрішнє, але й зовнішнє сопло, що приводить до окислювання та вигорання металу. Дуга між соплом та дротом, який використовують як матеріал, що напилюють, нестійка, що приводить до неповного та нерівномірного розплавлення і розпилення металу та до одержання неякісного покриття. У зоні пониженого тиску захисного газу бризки розплавленого металу, який напилюють, попадають на сопло, що також спричиняє його о підвищений знос. Зовнішнє сопло зазнає також впливу потоків гарячих газів, що піднімаються від зони плазмової ІС о) струмини. Крім того, при виконанні зовнішнього сопла для підведення захисного газу та внутрішнього сопла для утворення плазми суцільними неможливо забезпечити ефективне охолодження електродотримача та сопел. Це см пояснюється тим, що при подаванні під тиском, достатнім для їх охолодження, потік захисного газу буде юю пережимати плазмову струмину, що приведе до одержання неякісного шару покриття, підвищення винесення дасток розплавленого металу, що напилюють, або до повного погашення електричної дуги. Таким чином, З відомий електродуговий плазмотрон не дозволяє досягти надійного фокусування плазмової струмини і достатнього ступеня охолодження його конструктивних елементів. При цьому виникають високі втрати матеріалу, що напилюють, високий знос зовнішнього та внутрішнього сопел. Ступінь використання енергії « дю плазмової струмини у відомому плазмотроні недостатній. з

В основу винаходу поставлено задачу удосконалення електродугового плазмотрона шляхом нового с виконання його конструктивних елементів, що забезпечить надійне фокусування плазмової струмини і, як

Із» наслідок, підвищення коефіцієнта використання матеріалу, який напилюють, зменшення зносу внутрішнього та зовнішнього сопел і підвищення ступеня використання енергії плазмової струмини.

Поставлена задача вирішується тим, що в електродуговому плазмотроні, що включає корпус, у якому їз 15 співвісно установлені електродотримач, стержньовий катод, закріплений У електродотримачі з можливістю переміщення вздовж вертикальної осі плазмотрона, зовнішнє сопло для підведення захисного газу, нижня 1 частина якого виконана конічною, і внутрішнє сопло для утворення плазми, відповідно до винаходу, новим є те, о що, внутрішнє сопло споряджене каналами, виконаними під кутом 8 - 147 до вертикальної осі плазмотрона, а вздовж окружності конічної частини зовнішнього сопла виконані отвори. 1 50 Новим також є те, що отвори виконані на відстані від нижнього торця зовнішнього сопла, яка дорівнює 0,2 - са 0,3 від довжини твірної його конічної частини.

Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, полягає у тому, що нове виконання конструктивних елементів електродугового плазмотрона, а саме: спорядження внутрішнього сопла каналами; ве. виконання каналів під кутом 8 - 147 до вертикальної осі плазмотрона; виконання вздовж окружності конічної частини зовнішнього сопла отворів, у сукупності з відомими ознаками забезпечує надійне фокусування плазмової струмини, завдяки чому підвищується коефіцієнт використання матеріалу, який напилюють, зменшується знос внутрішнього та зовнішнього сопел, підвищується ступінь бо використання енергії плазмової струмини.

Технічний результат досягається також за рахунок того, що отвори виконані на відстані від нижнього торця зовнішнього сопла, яка дорівнює 0,2 - 0,3 від довжини твірної його конічної частини.

Спорядження внутрішнього сопла плазмотрона каналами сприяє вирівнюванню турбулентного потоку захисного газу, який утворюється у порожнині для проходження газу між корпусом та електродотримачем, що бо має змінний перетин. При проходженні через канали тиск у потоці газу вирівнюється і на виході із зазору між внутрішнім та зовнішнім соплами утворюється ламінарний потік захисного газу, який надійно фокусує плазмову струмину. Потік захисного газу рівномірно з усіх сторін обтискує плазмову струмину, за рахунок чого забезпечується стала дуга між внутрішнім соплом та дротом, який є матеріалом для напилення. Відбувається повне та рівномірне розплавлення металу, збільшується швидкість його часток, унаслідок чого утворюється якісне покриття на виробі. При виконанні каналів під кутом 8 - 147 до вертикальної осі плазмотрона плазмова струмина має достатню щільність для отримання якісного покриття, досягається оптимальний кут розльоту часток матеріалу, |до напилюють. Матеріал, який напилюють, фокусується в осьовій зоні плазмової струмини, що забезпечує його рівномірне прогрівання до температури плавлення і, як наслідок, до поліпшення 7/0 фізико-механічних характеристик покриття. Втрати матеріалу, який напилюють, при виконанні каналів у внутрішньому соплі під кутом 8 - 14" мінімальні, а ступінь використання енергії плазмової струмини висока.

Захисний газ при проходженні через канали інтенсивно охолоджує внутрішнє сопло і оточує плазмову струмину з постійними щільністю та тиском, за рахунок чого уберігає зовнішнє сопло від потоків гарячого газу, що піднімаються угору, та бризок розплавленого металу. Експериментально установлено, що при виконанні каналів 7/5 Під кутом менше, ніж 8", потік захисного газу пережимає плазмову струмину, що приводить до зменшення кута розльоту часток матеріалу, який напилюють, а також до недостатнього нагріву та неповного розплавлення металу дроту, який використовують для напилення. Внаслідок цього збільшуються втрати матеріалу, що напилюють, знижується якість покриття, погіршуються його фізико-механічні характеристики. При виконанні каналів під кутом більше, ніж 147, потік захисного газу недостатньо обтискує плазмову струмину, внаслідок чого збільшується кут розльоту часток матеріалу, який напилюють, із-за недостатньої щільності плазмової струмини має місце неповне розплавлення металу дроту, який використовують для напилення, що, знову таки, приводить до підвищення втрат матеріалу, який напилюють, і до погіршення якості покриття, зниження його фізико-механічних характеристик. Отвори, виконані вздовж окружності конічної частини зовнішнього сопла, забезпечують можливість подавати захисний газ під підвищеним тиском, за рахунок чого досягається ефективне охолодження електродотримача та внутрішнього і зовнішнього сопел. При ньому фокусування дуги залишається надійним, тому що надлишковий газ відводиться через отвори, а у канали захисний газ надходить під тиском, « який забезпечує стабільне горіння дуги і обтиснення плазмової струмини. Надлишковий газ, який відводиться через отвори, відтісняє гарячі потоки газу від зовнішнього сопла та захищає його від бризок розплавленого металу. Надійний захист зовнішнього сопла забезпечується при виконанні отворів на відстані від нижнього торця с зо зовнішнього сопла, яка дорівнює 0,2 - 0,3 від довжини твірної його конічної частини. Така відстань є оптимальною, тому що при її зменшенні не весь надлишковий газ встигне вийти через отвори, що приведе до юю пережимання плазмової струмини і одержання неякісного покриття на виробі, а при збільшенні цієї відстані сі збільшується також площа зовнішньої поверхні зовнішнього сопла, незахищена від впливу гарячих потоків газу та від бризок розплавленого металу, що приведе до підвищення зносу зовнішнього сопла. юю

Суть винаходу пояснюється кресленням, де наведений електродуговий плазмотрон за винаходом, загальний «г вид, вид спереду.

Електродуговий плазмотрон містить корпус 1, у якому співвісно установлені електродотримач 2, стержньовий катод 3, закріплений у електродотримачі 2 з можливістю переміщення вздовж вертикальної осі плазмотрона, зовнішнє сопло 4 для підведення захисного газу та внутрішнє сопло 5 для утворення плазми. Нижня частина 6 «

Зовнішнього сопла 4 виконана конічною і споряджена отворами 7. Внутрішнє сопло 5 споряджене каналами 8, п с виконаними під кутом 8 - 147 до вертикальної осі плазмотрона. Отвори 7 виконані на відстані від нижнього торця зовнішнього сопла 4, яка дорівнює 0,2 - 0,3 від довжини твірної його конічної частини 6. ;2 Електродотримач має порожнину 9 для подавання плазмотвірного газу. Між електродотримачем 2 та корпусом 1 мається порожнина 10 для подавання захисного газу. Стержньовий катод З та внутрішнє сопло 5 утворюють

Зазор 11 для проходження плазмотвірного газу. Внутрішнє сопло 5 та зовнішнє сопло 4 утворюють зазор 12 для ї5 проходження захисного газу. Для забезпечення переміщення стержньового катода З електродотримач 2 споряджений затискною цангою 13. о Електродуговий плазмотрон працює таким чином. ко У порожнину 10 подають захисний газ, а у порожнину 9 - плазмотвірний газ. Далі за допомогою 5ор Високовольтного розряду підпалюють чергову дугу між стержньовим катодом З та внутрішнім соплом 5. о Відомими заходами виводять плазмотрон на заданий режим по потужності, яка характеризується струмом та се напругою, витратами плазмотвірного та захисного газів, після чого між плазмотроном та виробом перпендикулярно до вертикальної осі плазмотрона в область дуги подають дріт, який знаходиться під потенціалом. При цьому виникає постійна електрична дуга між стержньовим катодом З і дротом (на кресленні не ов показаний), а чергова дуга гасне. Плазмотвірний газ проходить через порожнину 9, охолоджує при цьому стержньовий катод 3, і на виході із внутрішнього сопла 5 перетворюється у плазму, під дією якої дріт » розплавлюється і наноситься у вигляді дрібних розплавлених часток на виріб, на якому утворює покриття.

Захисний газ при проходженні Через порожнину 10 охолоджує електродотримач 2, внутрішнє сопло 5 та зовнішнє сопло 4. Після вирівнювання потоку захисного газу у каналах 8 він рівномірно обтискує плазмову бо струмину і фокусує її вздовж вертикальної осі плазмотрона. Надлишок захисного газу, який подається під підвищеним тиском, відводиться через отвори 7, виконані у зовнішньому соплі 4, одночасно він відтискає гарячі потоки газу від зовнішнього сопла 4 і захищає його від бризок розплавленого металу. При зносі стержньового катода З або при необхідності змінення режимів роботи плазмотрона стержньовий катод З переміщують відносно сопла 5 за допомогою затискної цанги 13. 65 Виконання каналів 8 у внутрішньому соплі 5 під кутом 8 - 147 та виконання отворів на відстані від нижнього торця зовнішнього сопла 4, яка дорівнює 0,2 - 0,3 довжини твірної його конічної частини 6, у сукупності з відомими ознаками дозволяє забезпечити надійне фокусування плазмової струмини, стабільне горіння дуги. Це дає можливість підвисити коефіцієнт використання матеріалу, який напилюють, знизити знос внутрішнього та зовнішнього сопел, підвисити ступінь використання енергії плазмової струмини. Покриття, яке

Напилюється електродуговим плазмотроном за винаходом, відрізняється високою якістю та стабільними фізико-механічними характеристиками.

Claims (2)

Формула винаходу

1. Електродуговий плазмотрон, що включає корпус, у якому співвісно установлені електродотримач, стержньовий катод, закріплений у електродотримачі з можливістю переміщення вздовж вертикальної осі плазмотрона, зовнішнє сопло для підведення захисного газу, нижня частина якого виконана конічною, і внутрішнє сопло для утворення плазми, який відрізняється тим, що внутрішнє сопло споряджене каналами, /5 Виконаними під кутом 8-14" до вертикальної осі плазмотрона, а вздовж окружності конічної частини зовнішнього сопла виконані отвори.

2. Електродуговий плазмотрон по п. 1, який відрізняється тим, що отвори виконані на відстані від нижнього торця зовнішнього сопла, яка дорівнює 0,2-0,3 від довжини твірної його конічної частини. « со Зо ю с ІФ) «

- . и їх 1 ко 1 сю» 60 б5