Плазмотрон для обработки электро-проводных материалов

Свез Сфветскнк Соцнеектическик РеспублнкОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М Кл.2Н 05 Н 1/26 В 23 К 9/16 В 23 К 31/10 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71)Заявитель54 ) ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВИзобретение. 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 изделий и также в металлургии для плазменного переплава металлов.Известны электродуговые плазмотроны, предназначенные для обработки металлических поверхностей плазменной струей. Они содержат охлаж даеиай катодный узел, корпус, одновременно являющийся и изолятором, сопловой узел со сменной вставкой, в которой происходит формирование плазменной струи 11 . 20Недостатком такого плазмотрона является получение струи плаэьы неболыаих геометрических размеров, позволяка 1 их обрабатывать малую поверхность, и что, в свою очередь, 25 не позволяет получить высокую проязводятельность при обработке протяженных металлических и неметаллическим поверхностей. Кроме того, нрй данной конструкции истечение ЗО плазменной струи происходит с вчсокой скоростью, которая. вместе с аноднымпятном, 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 вращается 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 2.Недостатком такого плаэмотрона является трудность обработси плоских, а также и профилированных, протяженных поверхностей из-за громоэдко. 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 обработки 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 законуу - кх 9где У - шаг незамкнутой спирали;К - коэффициент пропорциональности;Х. - расстояние от токоподводящего конца вдоль спиралиэлектрода.Выполнение электродов по предлагаемой конструкции позволяет наиболее полно использовать пондеромоторные силы, которые действуют на дугу, Объемная плотность этих сил равна гдеН Быстрое перемещение дуги междуэлектродами позволяет нагреватьпротяженные поверхности изделий свысокой скоростью, не разрушая его плотность тока;напряженность магнитногополя.Сила Г направлена перпендикулярно к векторам плотности тока и напряженности магнитного поля. Сила Г направлена перпендикулярно к векторам глотности 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 1 под действием этой силы перемещает" ся с максимальной скоростью от токо- подвода вдоль электродов. Эксперимен" тальная проверка подтвердила этот закон. поверхность. Такая дуга эквивалентна распределенному источнику тепла.На фиг, 1 изображен плазмотронобщий вид; на фиг. 2 - то же, видснизу.Плазмотрон состоит из корпуса 1,выполненного из термостойкой керамики, причем его рабочая плоскостьповторяет форму обрабатываемого изделия. В корпусе 1 выполнены каналы2 для подачи плазмообразующего газачерез штуцер 3. Электрод 4, выполненный в виде незамкнутой спирали,монотонно удаляющейся от рабочейплоскости корпуса, шагом, изменяющимся по указанному закону, Плазмотрон работает следующим обарзом.В электрод 4 подают охлаждакнцуюводу, Через штуцер 3 в канал 2 подают плазмообразующий газ (напримеразот, углекислый газ, и т.д.),Электрод 4 и изделие 5 подключаютк источнику питания, одновременно кэтим ее полюсам подключают и осциллятор. Происходит пробой промежуткамежду электродом 4 и изделием и возникает электрическая дуга. Эта дугапод действием пондеромоторных сил начинает перемещаться по электроду 4с места токоподвода,Возникающая электрическая дугаодновременно перемещается и поизделию 5, нагревая его. Дуга перемещается до тех,пор пока не достигнет конца спиралевидного электрода 4и погаснет на нем. Скорость перемещения дуги при токе 200-600 А переменного тока достигает 100 б 00 м/с, чтоопределяется с помощью скоростнойкиносъемки. Поскольку осциллятор постоянно включенмежду электродом 4и изделием, то после погасания дугина конце электрода 4, дуга снова возникает в точке наименьшего расстояниямежду изделием и электродом, и циклповторяется Так как длина электродадовольно велика, то дуга проходитпо относительно большой площади инагревает значительной объем газа,который нагревает обрабатываемую поверхность, за относительно. короткоевремя. Это позволяет осуществлятьнагрев больших протяженных поверхностей, что приводит к повышению производительности труда, а также и более равномерного нагфеву, что повышает качество термообработки,Плазмотрон предложенной конструк-,ции позволяет существенно повыситьпроизводительность труда при плазменной термообработке протяженных поверх"ностей с целью получения заданныхсвойств. Кроме того, упроЩается самаконструкция плаэмотрона; уменьшаютсяего габариты, достигается равномер"ный нагрев обрабатываемой поверхности и увеличивается тепловой КПД,Производительность труда при плазменной правке балок увеличивается в847533 5-8 раз. Экономический эффект от внедрения данного плазмотрона составляет 35 тыс. р. в год.Формула изобретенияПлазмотрон для обработки электро- проводных 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 - щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности путем уве. - личения площади обрабатываемой поверхности;токоподводящий конец незамкнутой спиралей установлен на одном уровне с рабочим торцом корпуса плазмотрона, а спираль выполнена монотонно удаляющейся от этого торца с шагом, подаваемым по законуУ КХ. ВНИИПИ Заказ 5530/86Тираж 819 Подписное Филиал ЛПЛ фПатент,г.ужгород, ул.Проектная. где У - шаг незамкнутой спирали;К - коэффициент пропорциональности;Х - расстояние от токоподводящего конца вдоль спирали 5электрода. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобританий9 1268843, 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, Исследованиеплазмотрона с коаксиальными электро 15дами. - ТрУды химико-металлургического института. Комплексная переработка руд горных металлов Казахстана, том. Ч Алма-Ата, "Наука",1969, с. 143-147.