Устройство электродугового испарения металлов

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано в машиностроении при нанесении покрытий различного назначения, преимущественно на длинномерные иэделия. Наиболее предпочтительно использовать устройство для испарения металлов, обладающих высоким удельным сопротивлением, таких как титан, цирконий, нержавеющая сталь и др.Известно устройство для электродугового испарения металлов, предназначенное для нанесения покрытий на протяженные изделия, содержащее камеру-анод, в которой расположен протяженный катод с токо- подводами на концах, соединенными с управляющими ключами, подсоединенными к источнику электропитания, соединенному с камерой-анодом, средства управления ключами, блок управления положением катодного пятна, с входом которого соединены токоподводы для датчика положения катодного пятна, а с выходом - средства управления ключами. Для получения однородных по толщине покрытий вынуждают катодное пятно сканировать по всей длине поверхности испарения катода, а изделие перемещают о направлении, нормальном продольной оси катода, Сканирование катодного пятна по катоду осуществляется с помощью электрических ключей, установленных в цепи токоподводоо на концах катода. Катодное пятно дуги под воздейстоиегл магнитного поля тока, текущего по катоду, всегда движется о сторону включенного ключа. Когда катодное пятно достигает конца катода, в цепи концевого датчика, расположенного у конца катода, возникает электрический, сигнал, который через средства управления воздействуют на клгочи в цепях токоподоодов, переключая их. Катодное пятно при переключении ключей начинает двигаться в протиооположном направлении,Недостатком этого устройства является то, что катодное пятно совершает оозвратно-поступательное движение по всему катоду с равномерной скоростью и не представляется возможным регулировать местоположение катодных пятен по катоду с це ью получения покрытий переменной толщины по длине изделия или однородных по толщине покрытий на поверхности протяженного изделия.Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации при получении на изделиях покрытия заданной толщины,Цель достигается тем, что в устройстве злектродугового испарения металлов для нанесения покрытий, содержащем камеру 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 анод, в которой расположен протяженный катод в токоподводами на концах, соединенными с управляемыми ключами, подсоединенными к источнику электропитания, соединенному с камерой-анодом. средства управления ключами. блок управления положением катодного пятна, с входом которого соединены токоподводы для датчика положения катодного пятна, а с выходом средства управления ключами, согласно изобретению блок управления положением катодного пятна выполнен в виде узла сравнения и соединенных с его соответствующими входами преобразователя напряжения и источника управляющего напряжения, концы катода соединены с токоподводами для датчика положения катодного пятна, подсоединенными через преобразователь напряжения к входу узла сравнения, выход которого соединен со средствами управления ключами и с преобразователем напряжения,Сущностью технического решения является то. что в устройстве каждому положению катодного пятна на катоде соответствует два различных значения напряжения на концах катода, который помимо своей основной функции - катода выполняет функциюдатчика текущего положения катодного пятна. Эти два значения напряжения, численно равные Ох и 0-0 х, зависят от того. какой в данный момент включен ключ в цепях токоподводов к катодуО, = г, + и а - (О - Ох) = - р (Я - гх), где О - напряжение на участке катода между катодным пятном и концом катода;О - максимальное напряжение, снимаемое с датчика-катода:р - ток разряда;Я - полное сопротивление катода;г - сопротивление на участке катода между катодным пятном и концом катода.На чертеже изображена схема устройства.Протяженный катод 1 расположен внутри вакуумной камеры-анода 2. Обрабатываемые протяженные изделия 3 установленные между катодом 1 и внутренними стенками вакуумной камеры 2. Катод имеет на концах токоподводы 4 и 5. В цепи токоподводов 4 и 5 установлены ключи 6 и 7 со средствами 8 и 9 их управления соответственно. Электропитание устройства осуществляется от источника 10 питания. К токоподоодам 4 и 5 к катоду 1 подключен вход преобразователя 11 напряжения, состоящего из операционного усилителя 12, резистора 13 нагрузки и источника 14 напряжения, Выход последнего соединен с2001971 40 45 что, с целью повышения удобства в эксплуатации при получении на изделиях покрытий задаой толщины, блок управления положением катодного пятна вьполнен в виде узла сравнения и соединенных с соответствующими его входами преобразооэ-, и напряжения и источника упаоляощего напряжения, концы катода соединены с токоподводал 1 и для датчика положения катодного пятна, подключенными через преобразователь напряжения к входу узла сраонения, оыход которого соединесо средствами управления ключами и преобраэооателем напряжения,50 55 ключами 15 и 16 преобразователя 11, в состав которого входят средства 17 и 18 управленияя ключами соответственно. Выходы преобразователя через ключи 15 и 1 б подсоединены к одному из входоо операционного усилителя 19, к другому входу которого подключен источник 20 управляющего напряжения,Работает устройство следующим образом.Между катодом 1 и вакуумной камерой 2 возбуждается электрический разряд. Для получения однородного по толщине покрытия на поверхности протяженного иэделия вынуждают катодное пятно вдоль продольной оси катода, Схема управлеия до 1 жением катодного пятна вдоль продольной оси катода работает следующим образом,При включении ключа б катодное пятно движется в сторону токоподоода 4, Напряжение на концах катода составляет Ох =-зарх хгх. Это напряжение поступает на вход преобразователя 11 напряжения. На нагрузочном резисторе 13 появляется напряжение Опр = КОх, где Опр - напряжение на выходе преобразователя 11; к - коэффициент усиления. Это напряжение через замкнутый ключ 15 поступает на вход операционного усилителя 19, На второй вход операционного усилителя поступает напряжение от источника 20 управляющего напряжения Оупр, Если к Ох - ОупрО, включен ключ 7, если к ОупрО, включен ключ 7. Катодное пятно движется по катоду о направлении токоподвода 4, пока не включится ключ 7 и не выключится ключ 6,При включении ключа 7 напряжение на концах катода скачком меняется до значения О - Ох = р(В - гх), В это время отключается ключ 15 и включается ключ 16, На выходе преобразователя образуется напряжение Опр = к (О) - Ох) + Ом (Ои - это напряжение источника 14 питания. О 14 по Формула изобретения УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ для нанесения покрытий, содержащее камеру-анод, о которой расположен протяженный катод с токоподоодами на концах, соедиенными с управляемыми ключами, подключенными к источнику электропитания. соединенному с камерой-анодом, средство управления ключами, блок управления положением катодного пятна, с входом которого соединены токоподводы для датчика положения катодного пятна, а с оыходом - средство управления ключами, отличающееся тем,5 10 15 20 25 30 35 величине подбирается равным кО, Таким образом Опр = кОх, т.е. при переключении ключей на входоперационного усилителя 19 поступает то же напряжение МОх.Для проверки работоспособности системы был изготовлен электродуговой испаритель, Катод электродугового испарителя был изготовлен из трубы С Т 1 х 18 Н 10 Т. Наружн ый диаметр которой 60 мм, внутренний 50 мм, длин 1000 мм.По трубе пропускалась охлаждающая ее вода. Полноэе сопротивление трубы составляло 1 10 Ом. При токе разряда 250 А максимальное напряжение, снимаемое с концов катода, составляет 0,25 В, В качестое управляем.х клочей использовались тиристорные группы (по три тиристора в каждой группе), входящие в состав выпрялгителя по схеме сравнения Ларионова. Преобразователь напряжений и устройств сравнения сигналоо построены на микросхеме К 14 ОУД 15, в качестве управляемых ключей 15 и 16 использованы герконовые реле. Эксперимент показал, что при токе 200 А область перемещения катодных пятен составляет примерно 100 мм и неуправляелье колебания этой области составляют плюс-минус 40 мм. Минимальный ток стабильногоо горения дуги составляет примерно 100 А.Поскольку в данном устройстве функции да гчика текущего положения катодного пятна оыполняет катод, то отпадает необходи чость в его периодической очистке, (56) Авторское свидетельство СССР И 461163. кл, С 23 С 14/32, 1975,Отчет об опытно-экспериментальной работе. Комплексная ионно-плазменная обработка режущего инструмента иэ быстро- режущих сталей. Харьков, 1989, гос. реестр М 2232. с. 19-23.