Плазмотрон для воздушно-плазменной резки

Номер патента: 950507

Авторы: Никифоров, Боджикян, Власов, Васильев, Пик

Скачать ZIP файл.

Текст

Смотреть

и 950507 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалнстическикРеспублик(23) П рноритетОпубликовано 15.08.82. Бюллетень30Дата опубликования описания 19.08.82 1 ооуЛлрстекикцй комитет СССР ло делом изооретевий и открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский и конс институт автогенного машиностроения(71) Заявнтел орск ий 54) ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ ВОЗ НО ПЛАЗМЕННОИ РЕЗ 1тносится к ус змеиной резки для микроплвз зки токами н бочих токах 1- 15 А. Кроме того, низкое качество стабилизации электрической дуги в канале сопла допускает его надежную работу лишь при относительно низки: плотностях тока в канале.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является плазмотрон, у которого сопло также имеет внутреннюю поверхность, состоящую из цилиндрического и конфуэорного участков. Наружная поверхность катододержателя выполнена в виде поверхности усеченного конуса эквидиствнтного конфузорному участку сопла с плоским торцом, расстояние от которого до внешнего торца сопла значительно меньше, чем в 11 . Этот плазмотрон может устойчиво работать на несколько меньших токах, но задача обеспечения качественной стабилизации здесь также не решевыли в 2 .Наиболее сушаэанного плаэе зажигание Изобретение о тройстввм .для воздушно-пла металлов,преимущественно менной .резки, а также ре е с е150 А,Известен плазмотрон для воздушно 5плазменной резки металлов, содержащийквтододержатель, сопло и завихритель свинтовыми канавками. В плвзмотроне применен квтододержатель с плоской торце ой,поверхностью, Плоская торцевая поверхность катододержвтеля отстоит от внешней плоской торцевой поверхности соплана расстоянии примерно равном 1,5 диаметра. Сопло в этом плазмотроне имеетдва участка: конфузорный, в котором рас.полагается катододержвтель и цилиндрический (канал) 1 ) .Недостатками этого плазмотрона являются то, что устойчивое горение дежурнойуои рабочей дуги происходит лишь при относительно больших величинах токов ( 15 -50 А), что не позволяет его использовать для микроплазменной резки на раественными недостатками отронв являИтся ненадеж ектрической дуги; невозможность работы на малых токах; надежная работа канала сопла лишь при относительно низких плотностях тока в канале.Цель изобретения - повышение надежности зажигания электрической дуги, обес печение устойчивой работы на малых токах, а также повышение плотности токав канале сопла с сохранением надежностиего работы.Поставленная цель достигается тем, очто в плазмотроне для воздушной, преимущественно микроплазменной резки металлов, содержашем катододержатель, завихритель с винтовыми канавками, сопло сконическим конфузором, эквидистантнымнаружной поверхности катододержателя,угол подъема винтовой линии канавок зао,вихрителя равен 3 - 10 ; отношение плошадей проходного сечения канала сопла иканавок завихрителя находится в пределах о3 - 10, а расстояние между внешнимиторцами катода и сопла находится в пределах 1,5 дс+0,8Ь - 2 дс +0,8,где ДС - диаметр канала сопла, мм; атакже тем, что коническая поверхностькатододержателя снабжена спиральнымиканавками с острой кромкой, имеющимиодинаковое направление и шаг нарезки свинтовыми канавками завихрителя. ЗОНа фиг, 1 приведен общий вид предлагаемого плазмотрона с оптимальными соотношениями конструктивно-геометрических характеристик; на фиг. 2 - катододержатель, снабженный фасонной спиЗ 5 ральной канавкой с острой кромкой, обеспечивающей повышение надежности зажигания дежурной дуги, с разрезами АА и Б-Б.Плазмотрон (фиг. 1) содержит катодо 4 П держатель 1 из высокотеплопроводного материала с запрессованным в него термохимическим катодом 2, сопло 3 с конфуэорной частью А, которая эквидистантна конической поверхности катода В,45 Катододержатель 1 закреплен завихрителем 4 на корпусе 5. Коллектор 6 установлен внутри катододержателя для подачи охлаждающей жидкости.На фиг. 1 показано расстояние между внешними торцами катода и сопла, а так 50 же геометрические параметры, характеризующие суммарную площадь проходного сечения канавок эавихрителя Х РК = И ВФ где 3 - ширина,- глубина и И - число канавок, угол подъема винтовой линии и плошадь проходного сечения канала сопла РС = 0,7850 с (где дс- диаметрканала) . 3 950507 фВид спиральной канавки с острой кромкой показан на фиг. 2, Глубина канавкина периферии катододержителя составляетнесколько десятых долей миллиметра иплавно уменьшается по направлению к егоцентру (1,1 ) до нуля при диаметре,равном двум диаметрам канала сопла.С позиципи управления гаэодинамическими показателями закрученного воздушного потока в электродуговой камере иканале сопла плазмотрона, обеспечиваюшими качественную стабилизацию электрической дуги, две конструктивно-геометрических характеристики плазмотрона(при прочих постоянных) выступают вроли регулятора: первая - угол подъемавинтовой линии канавок завихрителя ( 0 ),вторая - отношение плошади проходногосечения канала сопла ГС к суммарнойплошади проходных сечений винтовых канавок Г завихрителя (Гс(еГк ). Изменение отношения меняет давление в электродуговой камере, скорость истечения воздуха в нее, расход воздуха, изменяя следовательно, диаметр зоны разряжения.Варьирование углатакже приводитк изменению отношения между осевой итангенциальной скоростями воздушногопотока, а также к изменению размеразоны разряжения,Следовательно, только при оптимальных значениях= 3- 10 и Гс 1 Рк == 3 - 10, можно получить качественнуюстабилизацию электрической дуги в канале сопла и обеспечить устойчивое горениемалоамперных рабочих и дежурных дуг.Выбор оптимального расстояния междувнешними торцами катода и сопла имеетособо существенное значение для устройствплазмотронов, предназначенных для воздушной микроплазменной резки тонколистового металла, когда по условиям получения качественного реза или возможности осуществления ручной резки с небольшими скоростями (раскрой деталей сложной конфигурации) требуются токи величиной менее 10 А.Обеспечить устойчивое горение малоамперной дежурной дуги можно путем сокрашения ее длины, так как при этомуменьшаются тепловые потери от столбадуги, Конструктивно это реализуется сокращением расстояния между внешнимиторцами катода и сопла.Известно, что из условия получениякачественного реза длина канала сопладолжна составлять 1,5 - 2 его калибра.Минимальный осевой зазор между эквидистантными коническими поверхностями1. Плазмотрон для воздушно-плазменной резки, содержащий катододержвтель, завихритель с винтовыми канавками, сопло с коническим конфуэором, эквидистантным наружной поверхности катододержателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечении надежного зажигания электрической дуги, устойчивости работы на малых токах и повышения плотности тока в канале сопла, угол подъема винтовой линии канавок зввихрителя равен 3- 10, . отношение плошадей проходного сеочения канала сопла и канавок завихрителя находится в пределах 3 - 10, в расстояние Д между внешними торцами катода и сопла находится в. пределах1,5 дС +0,8 бЬ2 да+0,8, где дс - диаметр канала сопла. 5 9505 сопла и катододержателя, как показывает практика, трудно обеспечить менее 0,8 мм, ибо при этом появляется опасность замыкания промежутка катод - сопло и требуется повышенная точность изготовлении деталей плазмотрона, Учитывая нецелесообразность исполнения вставки термохимического катода диаметром больше диаметра канала сопла можно легко расчитать оптимальное минимальное расстояние Ь 1 О между внешними торцами катода и сопла, обеспечивающее плазм отроку устойчивую работу на минимальном токе дежурной дуги, в виде соотношения1,5 дс +0,8Ь 2 дс+0,8, где Дс- диаметр канала сопла, мм.Снабжение внешней поверхности катододержателя спиральными фасонными канавками с острой кромкой, имеющими одинаковое направление и шаг нарезки с винтовыми канавками эавихрителя позволяет облегчить зажигание дежурной дуги и способствует более плавному (мягкому) и устойчивому горению дежурной дуги при ее движении с периферии катододержвтеля г 5 и каналу сопла, Как показывают экспериментальные исследования с уменьшением диаметра канала сопла требуется более высокое давление подводимого воздуха для обеспечения надежной работы сопловыхз узлов, В связи с чем при очень малых диаметрах канала сопла Яс =0,1 0,2 мм) возникают трудности обеспечения надежного зажигания дежурной дуги. Известно, что острые кромки инициируют электри 35 ческий разряд.Плазмотрон работает следующим образом.По винтовым спиральным канавкам завихрителя 4 в электродуговую камеру плазмотрона, ограниченную поверхностями сопла и катода В, подается закрученный воздушный поток, У поверхности катода 3 и в центре канала сопла образуется зона разряжения, При включении .45 осциллятора электрический пробой возникает на периферии катододержвтеля (здесь меньше скорость воздуха). При этом от источника постоянного тока между соплом и катододержателем зажигается де журная дуга, которая под действием возЯ душного потока по спиральной траектории перемещается к каналу сопла и далее по его стенке выходит наружу, где обрывается. Вследствие постоянной работы осциллятора с высокой частотой подачи импульсов цикл зажигания дежурной дуги непрерывно повторяется. Малое расстояние между внешними торцами сопла и ка 07 6тода, малый зазор между конфуэором сопла и катода, а также низкое давление в зоне разряжения обусловленное оптимальным выбором конструктивно-геометрически ких характеристик плазмотрона, создают возможность надежного зажигания и устойчивого горения мвлоамперной дежурной дуги.При поднесении сопла плаэмотрона с горящей дежурной дугой к поверхности металла вследствие электрической проводимости вытекающей плазмы замыкает- ся цепь катод - металл, сопротивление в которой меньше, чем в цени соплокатод, и возбуждается рабочая электрическая дуга. Оптимальные конструктивно- геометрические характеристики плазмотрона обеспечивают качественную стабилизвшпо рабочей электрической дуги в канале сопла, допускающую работу с большой плотностью тока, а также вследствие низкого абсолютного давления на оси ка нала, обеспечивают устойчивую работу плаэмотрона на малых токах. Как показывают проведенные испытания оптимизация конструктивно-геометрических характеристик плвзмотрона позволяет по сравнению с базовым объектом, которым является прототип, обеспечить надежное зажигание и устойчивое горение дежурной дуги на токах 1,5 - 2,5 А, устойчивую работу плаэмотрона на токах рабочей дуги 10 А и ниже, а также достигнуть плотности тока в канале сопла более 150 А/ммф; что в 2 -3 раза прьвышает ранее достигнутые результаты формула изобретения2. Плазмотрон по п. 1, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью облегчения зажигания дежурной дуги при малых диаметрах канала сопла, коническая поверх,ность катододержателя снабжена спираль ными канавками с острой кромкой,имеющими одинаковое направление и шаг нарезки с винтовыми канавками завихрителя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизеТираж 1183ИИПИ Государственногопо делам изобретений и35, Москва, Ж, Раув митета, СССРоткрытийская наб., д, 4/8 13 филиал ППП Патентф, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Заявка

3222508, 31.10.1980

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ АВТОГЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

ВАСИЛЬЕВ КИРИЛЛ ВАСИЛЬЕВИЧ, ПИК ОЛЕГ КОНСТАНТИНОВИЧ, НИКИФОРОВ НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ, ВЛАСОВ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ, БОДЖИКЯН ЭРМОНД АМИРБЕКОВИЧ

МПК / Метки

МПК: B23K 9/16

Метки: резки, воздушно-плазменной, плазмотрон

Опубликовано: 15.08.1982

Код ссылки

<a href="http://patents.su/5-950507-plazmotron-dlya-vozdushno-plazmennojj-rezki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Плазмотрон для воздушно-плазменной резки</a>

Похожие патенты