Электрод для дуговых процессов в активных газовых средах

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 23 К 35/3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯЕТЕЛЬСТВУ ОПИСАНИ АВТОРСНОМУ 8/25-2 содержащий корпус ку, выполненную и пы титана, о т л тем, что, с целью службы электрода увеличении допуст вышения термостой ки, состав активн нительно содержит щем соотношении к 10.8203.84. Бюл,.Борт,кий и С.И.Зам ена Ленина и Ордена Трудосного Знамени институт элек и им, Е.О,Патона.791,75(088,8)Авторское свидетельство СССкл, В 23 К 9/16, 1968, торское свидетельство СССРкл. В 23 К 9/16, 1969 п). Графи Метал титан одгр Осталь но 2. Э отличаюит в элекиде углегра- а2 по п, 1 что гр веден в а.лектро йся те дную массу ового воло(54)(57) 1. ЭЛЕКТР ПРОЦЕССОВ В АКТИВН ДЛЯ ДУГОВЫ АЗОВИХ СР ф(71) Ор вого Кр тросвари активную вставз металла подгрупи ч а ю щ и й с я повышения срока при одновременномимых токов путем по- кости активной встав ой вставки дополграфит при следуюомпонентов, мас.Ъ:Изобретение относится к дуговымпроцессам в активных газовых средахи может быть использовано в плазменной технике в качестве электродовплазмотронов для резки металлов и неметаллов, сварки, плавки, поверхностного оплавления и химико-термическойобработки различных материалов и т.п .Известны электроды для работы вактивных газовых средах,рыполненныеиз металлов подгруппы титана 11 .10Их стойкость Обусловлена образованием тугоплавкой защитной пленки, состоящей из окислов и нитридов этихэлементов, При нормальных температурах защитная пленка обладает низкой электропроводностью, а при высоких температурах, близких к температуре ее плавления, электропроводностьпленки повышается до 10 м 1 см2.Поэтому циркониевые и гафниевыеэлектроды сравнительно хорошо работают только в установившемся режиме.При повторных зажиганиях дуги интенсивный тепловой поток в электрод вызывает разрушение керамической пленки из-за больших различий в значенияхкоэффициентов термического расширения пленки и металла электрода. В результате термохимические электродыиз циркония и гафния выдерживают ог"раниченное число включений,Ресурс работы электродов из циркония и гафния определяется также наличием надежного контакта между активной вставкой из этих металлов и меднымэлектродержателем. Уже после 10-минут- З 5ной работы электрода из циркония навоздухе при 150 А на границе циркония и меди образуется твердый растворЕп-О 5; что существенно снижаетработоспособность электрода. Обеспечение надежного контакта значительно усложняет технологический процесспроизводства электродов.Кроме того, электроды из цирконияи гафния допускают огРаниченную токовую нагрузку (не более 300-330 А),так как при более высоких токах необеспечивается необходимый теплоотвод.50При работе на токах более 350 Акатодное пятно занимает практическивсю рабочую поверхность активнойвставки, с чем можно судить но образованию луйок на рабочей поверхностиэлектрода,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является термохимический электрод, содержащий активирующие добавки, сни- бО жающие работу выхода электрона, которые хотя и понижают температуру катодного пятна, но снижают при этом и температуру плавления активной вставки 2,65Поэтому эти электроды не позволя. ют существенно повысить токовую нагрузку при сохранении срока службМ электрода.Цель изобретения - повышение. срока службы электрода при одновременном увеличении допустимых токов путем повышения термостойкости активной вставки.Поставленная цель достигается тем, что в электроде для дуговых процессов в активных газовых средах, содержащем корпус и активную вставку, выполненную из металла подгруппы титана, состав активной вставки дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: 3-30Остальное ГраФитМеталл подгруппытитана или гафния),.Окислы и нитриды элементов подгруппы титана обладают высокими эмиссионными свойствами и создают со своими карбидами непрерывный ряд растворов, что обеспечивает довольно плавный переход от окисла к металлографитовой смеси через оксикарбиды и карбиды.В процессе работы оксидная пленка находится в жидком состоянии и легко залечивает несплошности пленки, образующиеся при окислении углерода и выхода из активной вставки микропузырьков окиси углерода.П р и м е р. В медную обойму с наружным диаметром 16 .мм, изготовленную иэ меди Мпри давлении 6,6106 Па запрессовали порошкообразную электродную массу, состоящую из смеси порошков графита и циркония марки М. Диаметр активной При этом графит в электродную массу может быть введен в виде угле- графитового волокна.Электродную массу, представляющую собой смесь порошков металлов подгруппы титана и графита, запрессовывают в медную водоохлаждаемую сбой му. Запрессовку осуществляют при давлении, достаточном для образовании компактного электрода и обеспечения хорошего контакта прессовки и обоймы, высокой электро-. и теплопроводности в месте контакта. В процессе работы электрода за счет образования карбидов металлов подгруппы титана происходит самоспекание электродной массы у поверхности рабочего торца электрода, а на самой поверхности рабочего торца образуется тугоплавкая керамическая пленка, содержащая в своем составе компоненты электродной массы и активной газовой среды (например окислы, нитриды циркония1082595 Номер опыта Содержание графита Содержаниев электродной мас- циркониясе, мас,% в электродноймасс, мас,В Эрозия,г/Кл 1,8 10" 97 8,110 15 30 1,3 10 70 Составитель Г,Тютченкова Редактор Е.Папп Техред А.Бабинец Корректор А,ДзяткоЗаказ 1635/13 Тираж 1037 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ПП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 вставки 5 мм, Эрозионные испытания электродов проводили в среде воздуха при давлении 1,1 ф 10Па на токе 500 А, Результаты испытаний приведены в таблице.Электрод работает следующим образом.При включении электрического пи,тания и зажигания дуги тепло из ка.тодного пятна распространяется вглубь ,активной вставки и приводит к самоспеканию низлежащих слоев материала вставки вследствие реакции образования карбидов. Эта реакция начинает развиваться уже при 1000 С, По мере работы. электрода окисная пленка на 15 поверхности электрода расходуется на испарение, разбрызгивание и т.п, И граница раздела пленка-газ передвигается вглубь электрода. При этом перемещается вглубь и температурное 2 О поле в материале вставки. Образуются новые порции карбидов, идет окисление углерода и металла вставки. Такой процесс протекает до полного расходования материала вставки. При этом окисная пленка резко снижает скорость поступления кислорода из газовой фазы в материал вставки.Предлагаемый электрод, благодаря тому что он выполнен самоспекающимся, имеет в процессе работы высокую элЕктро- и теплопроводность по всей поверхности контакта активной вставки с обоймой, а также позволяет изготавливать электроды произвольной формы, например с поверхностью активной вставки в виде кольца или спирали.Количество графита, вводимого в электродную массу, составляет 3-30 вес.%. При введении менее 3 вес,Ъ графита не обеспечивается 40 повышения термостойкости, так как в этом случае образуется эвтектика с температурой плавления соизмеримой с температурой плавления металлической основы. При введении более 30 вес.Ъ графита образуется недостаточно прочная пленка окислов металпов подгруппы титааа, не обеспечирающая удовлетворительную работу электрода. Наименьшая эрозия электро 11 а наблюдается при стехиометрическом соотношении графита и металлов подгруппы титана.Введение в состав электродной мас сы углеграфитового волокна повышает ресурс работы электрода на 5-10.Испытания показали, что время работы электродов, содержащих графит и металлы подгруппы титанар увеличилось на 30-50 по сравнению с чисж металлическими электродами, а предельно допустимый ток при этом увеличился на 150-200 А. Такое увеличение предельно допустимых токов позволит отказаться от применяемых на таких токах остро- дефицитных вольфрамовых электродов (стоимость лантанированных электродов диаметром 1-10 мм составляет 35 руб/кг , и от использования аргона, а использовать широко в качествеплазмообразующего газа кислородсодержащие газовые смеси, В случае использования в качестве плазмообразующего:газа азота П сорта по ГОСТ 9293-74, являющегося побочным продуктом при производстве кислорода и выбрасываемого нине в атмосферу,экономия составит 0,79 руб.на каждом кубометре йлазмообразующего газа.