Устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме

О И И С А Н И Е694 З 4ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМС ЭЛЕКТРОДОМ В ВАКУУМЕИзобретение относится к электродуговой сварке, а именно к конструкциям горелок с полым катодом для нагрева изделий, преимущественно с целью сварки, пайки, наплавки, аИзвестны горелки, содержащие корпус и полый катод, в которых разряд с полым катодом возбуждают коротким замыканием электрода на деталь 1.В таких горелках при возбуждении дуго вого разряда с полым катодом возникают деформации электродов, происходит интенсивное разрушение катода в месте контакта, снижается ресурс работы катода.Известна горелка, в которой разряд с полым катодом возбуждают при помощи разогрева протекающим по нему током 2. В такой горелке для разогрева катода до нужной температуры требуется очень большой ток, что сильно затрудняет возбуждение разряда с катодом, имеющим большую поверхность и толщину стенки.Извсстна горелка, в которой возбуждение дугового разряда осуществляется с помощью высокочастотного разряда между полым катодом и деталью с дополнительной подачей плазмообразующего газа в момент возбуждения 3.Это устройство не обеспечивает стабильного возбуждения разряда, велика вероят ность ооразоваппя дуги в парах материалакатода. и горелки, дополнительная подачагаза приводит к повышсншо давления в вакуумной камере.Известны устройства для сварки в средезащитного газа, содержащие дополнительный электрод, размещенный в изоляционной оболочке и установленный в сопле 4,Известны устройства для дуговой сваркиплавящимся электродом, содержащие дополнительньш электрод для возбуждениядуги, расположенный под углом к основному электроду 5,При применении подобных устройств длясварки полым катодом не достигается стабильное возбуждение разряда, вследствиевозникновения дуги в парах материала катода и горелки.Известна горелка для сварки нсплавящимся электродом в вакууме 6,В этой горелке дополнительный электродустановлен в полости катода, и разряд возбуждается при подаче высокочастотного напряжения между дополнительным электродом и катодом.Дополнительный электрод с изоляторомограничивает минимальный диаметп катодаи в течениЮ всего времени работы катодаподвергается воздействшо высоких температур и напылению парами материала каода, а так же парами материала изделия из сварочной ванны, что снижает ресурс его раооты. В такой горелке возбуждение разряда недостаточно стабильно, так как в момент пробоя газового промекутка мекду дополнительным электродом и стенкой катода на последней образуется быстроперемещающееся катодное пятно, которое повреждает внутреннюю поверхность катода, В результате такого перемещения катодное пятно может выйти на наружную поверхность катода и возникает дуга в парах материала катода и горелки.В принципе Все устройства, используощис Высокочастотньш разряд для возоуждения разряда с полым катодом, обладают определеннои спосооностшо вместо разряда с полым катодом возбуждать ду говой разряд В парах материала катода и горелки, Вследствие образования при прооос газа оыстро перемещающегося катодного 1.:ятна.1 хроме того, они требуют специальных мер для устранения радиопомех и развязывающих электрических цепеи для предотвращения паразитных связеи и пробоев изоляции в силовых низковольтных цепях сварочных источников питания.Указанные недостатки устранены в горелке для сварки неплавящимся электродом В вакууме, содержащей корпус и полый катод с укрепленным на нем спиральным накальным элементом из тугоплавкой проволоки. В этом устройстве Возбуждение дугового разряда происходит путем разогрева спирального элемента, причем 2 - 3 Витка спирали выступают за торец катода и находятся непосредственно в потоке газа, выходящего из полости катода 7.;.-То 1 конструкции присущи следующис недостатки; Выступающие за торец катода витки спирали и токопровод к ним при прикосновении к изделию выходят из строя, что затрудняет сварку в труднодоступных местах; спираль, находясь в течение всего Времени сварки в потоке плазмы и близко к сварочнои ванне, подвергается их разрушающему воздсиствию, что является причппои быстрого выхода се из строя; для обеспечения надежного Возбуждения требуется накал спирали до температур, близких к температуре ее плавления, что сиикаст ресурс раооты спирали и предъявляет жесткис требования к стабильности питающего источника.Наиболес близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме, содержащее водоохлаждаемый корпус, в котором установлен полый катод, а также накальный элемент, подсоединенный к источнику питания дуги, В корпусе устройства над полым катодом выполнена полосгь, в которой и размещен упомянутый накальный элемент 8. 10 0 20 30 30 1 О 1 ;О 00 60 11 едостатком такого устройства является малая стабильность Возбуждения дугового разряда, а также перегрев накального элемента при подключении его к источнику шгтания дуги, что сиикает ресурс работы накального элемента.Целью изобретения является повышение с 1 абпльности Возоуждения дугового разряда и надежности раооты горелки путем увс;шчсния ресурса раооты накального элемента,310 ДосП 1 астс 51 1 см, 10 УстРОЙство ДлЯ сварк 11 нсплаВ 5 щимс 51 электрОдОМ В Вакуумес, содержащее корпус с установленным В пем НО;1 ым ка 10 дом, накальны 1 элемент установле 1 шыи в полости, вьшолнеп 1 ой в корпу сс пад полым к 1 тодом 2 также источ ник питания дуги, спаожсно дополни 1 ельных 1 источником питания дл 51 БОзоуждсни 51 Вспомогательного дугового разряды между Н 21;альным элемен 10 м и корпусо.1 при это 1 отрицательный полюс дополпительного источника питания подсоединен к пака,1 ьному элементу, 2 положитсльньш - и корпусу, 2 на входном торце полого катода ус 1 аповлена диафрагма с отверстием.Возбуждение разряда с полым катодом осуществляется с помощью дугового разряд 2 малОЙ мощности между Н 2 кальпых элементом и корпусом горелки.На чертеже изображено предлагаемое устройство для сварки.5 стр 01 ство для св 2 ркп псплавящпмся эле 1,тродом В Вакууме содсржит Водоохлаждаемый корпус 1, В котором установлен полый катод 2, В корпусе 1- вьшолнена полость 3 над полым катодом 2, В полости 3 расположен накальный элсмеНт 4, закрепленный В корпусе 1 с помощью изоляторов 3, Накальный элемент 4 отделен ог полости катода 2 диафрагмой 6 с оВсрстием, которая установлена на входном торце полого катода 2. В устройство вход 1 гт источ- НИК (1 св) ПИТ 2 ПИ 51 ДУ Ги ИСТОЧНИК (1/в) ПИ- тания для нагрева накального элемента 4, а также дополнительный источник (Ьв) питания для возбуждения Вспомогательного дугового разряда между накальным элементом 4 и корпусом 1 устройс-Ва. ОтриЦатЕЛЬпый ПолОС ДОНО,1 ПИТСЛВНОГО ПС 10 ЧППКа (Ьв) ПитаНИЯ ПОДКЛЮЧСП и НаКаЛЬНОМУ элементу 4, а полокитель 1 Ы 11 пол 10 с - к корпусу 1. Защитный газ подается по шлангу 7, надетому на штуцер 8, распо.;10 кенпый в верхней части устройства. Позицие 1 9 обозначено свариваемое изделие.Устройство работает следуощим обраЧерез шланг 7 в полость 3 в корпусе и через отверстие диафрагмы 6 в полыи катод 2 поступает плазмообразующий газ. ПОСЛЕ ВКЛЮЧЕНИЯ ИетОЧНИКа Увв СВаРОНОГО тока между полым катодом 2 и изделием 9 устанавливается напряжение холостого хода источника, Затем подается постоянноенапряжение О, между накальным элементом 4, корпусом 1 и накальнос напряжение У. Образующаяся при этом плазма под воздействием потока газа и сил электрического поля, проникающего в полость катода 2 через отверстие в диафрагме б, заполняет полость катода 2 и перекрывает промежуток между катодом 2 и изделием 9, Возникает дуговой разряд с полым катодом. После этого источники напряжения накала и возбуждения отключаются.Устройство обеспечивает надежное возбуждение и устойчивую работу дугового разряда с полым катодом. Конструкция позволяет вести сварку в вакууме с микроподачей газа в труднодоступных местах. В процессе работы катода накальный элемент не подвергается разрушающему воздействик 1 тепловых и плазменных потоков катода, так как защищен диафрагмой, установленной на входном торце катода, а также воздействию паров и капель сварочной ванны. Вследствие расположения накального элемента в корпусе горелки исчезает зависимость размеров катода и накального элемента в случае их замены, Одним и тем же нак,лы 1 ым элементо можно возбуждать разряд с полым катодом конструкций разнообразных по форме и размерам. Вследствие того, что накальный элемент находится под отрицательным потенциалом относительно корпуса горелки, требуемая для возбуждения разряда температура его накала значительно сиикается, что совместно с кратковременностью его разогрева (только на время процеса возбуждения), резко увеличивает ресурс его работы и снижает требования к стабильности источника питания. В предлагаемой горелке время ее непрерывной работы определястся уже не ресурсом узла возбуждения, а ресурсом работы катода и составляет для специально разработанных конструкций катодов 150 - 200 ч. Поэтому конструкция устройства может быть применена в промышленности на установках с использованием процесса дугового разряда с полым катодом в вакууме с 5 10 15 20 25 30 30 40 -5 непрерывным в течение смены циклом рабоы, например шлюзованием изделий. Формула изобретенияУстройство для сварки неплавящимся электродом В вакууме, содержащее корпус с установленным в ием голым катодом, нака;Иный элемент, установленный в полости, выполненной в корпусе над полым катодом, а также источник питания дуги, о тличающееся тем, что, с целью повышения стабильности возбуждения дугового разряда и надежности работы горелки путем увеличения ресурса работы накального элсмснта, устроистьо снабжено дополнительным источником питания для возбуждени вспомогательного дугового разряда между накальны Элюентоь и корпусоы, ири этом отрицательньш полюс дополнительного источника питания подсоединен к накальному элементу, а положительныи к корпусу, а на входном торце полого катода установлена диафрагма с огверстием,Источники информации,нр;пятые во внимание при экспертизе 1. Шиганов Н. В. и др. Некоторые особенности процесса дуговой сварки полым катодом в вакууме. Сварочное производство, Ло 9, 1973, с. 17 - 19.2, Попов Ю В. и др, Возбуждение дугового разряда с полым катодом и способы управления разрядом Известия ВУЗов. Машиностроение, Ло 10, 1972, с. 188 - 190.3, Болотин В. С. и др. Исследование некоторых техно;1 огисских сойств ваку мной дуги с полым наплавляющимся электродом. Сварочное производство, 1974.4. Патент Франции М 2038063, кл, Е 23 К 9/00, опублик. 1970,5. Авторское свидетельство СССР Ло 455823 кл В 23 К 9/16, 1971б. Авторское свидетельство СССР ио заявке М 2195941, кл. В 23 К 9/16, 1975.7. Авторское свидетельство СССР Х 335057, кл. В 23 К 9/16, 1970.8. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2475002, кл. В 23 К 9/16, 1977 ,прототип),