Способ изготовления неплавящегося электрода

по делом нзабретеннй н открмтнй(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕПЛАВЯШЕГОСЯЭЛЕКТРОДА 1Изобретение относится к способам изготовления неплавящихся электродов для плазменной обработки, предназна ченных для работы, преимущественно, в среде углекислого газа.Известен способ изготовления непла% вящегося электрода для плазменной свар ки в среде углекислого газа, заключающийся в том, что в держатель из меди помещают предварительно залуженную припоем активную вставку из металла группы 4 А таблицы Менделеева.(циркония) и путем совместного нагрева образуют металлургическую связь между держателем и активной вставкойЯ15Известен способ для плазменной обработки, при котором между дополнительным электродом-анодом и активной вставкой электрода, соединенной с держателем, возбуждают дугу в газовой среде 23.Однако, изготовленные такими .способами неплавящиеся электроды имеют неприемлемый для промышленной эксплуатации ресурс работы (суммарное время 2горения электрической дуги при сварке) в среде углекислого газа из-:за высокой скорости эрозии активной вставки.Так использование наиболее эффектив. ной вставки из гафния позволяет производить плазменную сварку в среде углекислого газа при токах электрической дуги до 400 А, так как при токах электр рической дуги свыше 400 А скорость эрозии активной вставки резко увеличивается, Причина столь быстрого вьп ора ния неплавящегося электрода в среде углекислого газа связана с тем, что при ра- боте неплавящегося электрода по мере эрозии активной вставки и погружения столба электрической дуги в образовав шийся кратер тепловой поток растет и происходит катастрофическое разрушение электрода. Это практически исключает его использование для плазменной сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной свыше 6 мм, для которых токи сварки должны превышать 400 А.Цель изобретения - повышение ресурса работы электрода с активной вставкойиз гафния путем увеличения ее термической стойкости образованием на поверхнооти активной вставки слоя из оксикарбида, гафния и слоя графита на последнем.Для достижения этой цели в качествеупомянутой среды используют углекислыйгаз, а значение тока дуги вначале устанавливают не превышающим 0,2 значениярабочего тока для данного электрода, затем производят увеличение тока до величины рабочего тока со скоростью не более40 А/с.Образование слоя оксикарбида гафнияна поверхности активной вставки и по- следующее образование слоя графита наслое оксикарбида гафния обеспечиваетснижение теплового потока, падающегона неплавяшийся электрод, и повышениетермической устойчивости и эмиссионныхсвойств предлагаемого неплавящегосяэлектрода Во время нахождения держателя иэ меди с соединенной с ним активной вставкой из гафния в среде углекиолого газа при наличии электродной дуги/между активной вставкой и дополнитель.- ным электродом-анодом эта активнаявставка вступает в химическое взаимодействие с активными компонентами плазмообразуюшего газа - углеродом и кислородом. При этом, на всей поверхностиактивной вставки образуется слой иэ оксикарбида гафния.Экспериментально установлено, чтообеспечивающий положительный эффектслой графита на слое из оксикарбида гафния может быть получен только при обработке неплавящегося электрода горящей в среде углекислого газа электрической дугой, для которой обрабатываемыйнеплавящий."я электрод является катодом,т. е, электродом подключенным к отрицательному полюсу источника тока электрической дуги, Об этом свидетельствуютэксперименты, при которых обрабатываемый электрической дугой неплавящийся"полюсу источника тока электрической дуги, т. е. являлся анодом, Во всех безисключения этих экспериментах никакогографитного слоя на рабочей поверхностиактивной вставки не образовывалось,инеплавяшийся электрод быстро разрушался,Установлено также, что при обработкенеплавящегося электрода-катода электрической дугой, горящей в углекислом газе,образование слоя иэ оксикарбипа гафния на 695074рабочей поверхности активной вставкипроисходит практически мгновенно послевозбуждения электрической дуги.Если условия образования. слоя иэ оксикарбида гафния (ток электрической ду. -ги и время горения электрической дуги)могут варьироваться в широких пределах,то, как показали эксперименты, условияобразования слоя графита на слое иэ окси 1 О карбида гафния являются строго определенными.Это вытекает из необходимости поддерживать совершенно определенную температуру и радиальный градиент темпера-15 тур на рабочей поверхности сйоя иэ оксикарбида гафния, при которой происходитобразование графитного покрытия.Сопоставляя результаты экспериментов и теплофизические свойства слоя из20 оксикарбида гафния, гафния и медногодержателя, было установлено, что для выполнения описанных выше условий получения графитового покрытия совершенно необходимо помимо определенной схемы25 включения обрабатываемого неппавящегося электрода в электрическую цепь источ-.ника тока электрической дуги соблюдатьопределенную скорость увеличения токаэлектрической дуги.Время образования слоя из оксикарбидагафния при возбуждении электрической ду-,ги составляет величину порядка ь 0,05-0,5 с, Нижний предел обусловленвременем химического взаимодействияматериала активной вставки с компонентами ппазмообразующей среды: углеводоми кислородом. Верхний предел являетсядостаточным для полного покрытия рабочей поверхности активной вставки слоем4 О оксикарбида гафния.Для покрытия всей поверхности активной вставки слоем из оксикарбида гафниядостаточно поддерживать ток электрической дуги, составляющий всего 0,2от45полного рабочего тока 3 неплавящегосяэлектр ода.Если для первоначального образованияслоя из оксикарбида гафния достаточно вначальный момент горения электрическойдуги поддерживать ток на уровне до 0,23 от полного рабочего тока 3, то дляпоследующего образования графитового покрытия на,рабочей поверхности слоя изоксикарбида гафния, необходимо плавноувеличивать ток электрической дуги со55 скоростью не более 40 А/с.Если начало плавного увеличения токаэлектрической дуги начинается со зна-чений, превосходящих 0,21 , и со ско5074 4полного рабочего тока - 800 А для обра-1зования слоя 10 графита на поверхностислоя 9 из оксикароида гафния, Затемвключают электрическую дугу.Пк этом, если время горения дуги=" 40 с, то слой графитаоопокрывает слой оксикарбида частично,Если Т р 40 с, то слой графита покрывает слой оксикарбида гафния полностью, 31 Технико-экономический эФфект предлагаемого способа особенно велик прииспользовании неплавящИхся электродовпо данному способу при плазменной сварке низколегированных и ниэкоуглеродис тых сталей в среде углекислого газа.Такой неплавящийся электрод позволяетосуществлять плазменную сварку низколегированных и низкоуглеродистых сталейв среде углекислого газа или в смесях 36 на основе углекислого газа со скоростями, превышающими в 1,5-2,0 раза скорости сварки плавящимся электродом.При этом в 1,8-2,2 раза снижаетсярасход присадочного материала. Эконо мическая эффективность от использованияпредлагаемого неплавящегося элекчюода.при плазменной сварке составляет 6,8 рубля на один электрод. Способ изготовления неплавящегосяэлектрода для плазменной обработки, прикотором между дополнительным электро;дом-анодом и активной вставкой электрода, соединенной с держателем, возбуждают дугу в газовой среде, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышенияресурса работы электрода с активной вставкой из гафния путем увеличения ее терми-ческой стойкости образованием на поверхности активной вставки слоя из оксикар 4 Фбида гафния и споя графита на последнем,в качестве среды используют углекислыйгаэ, а значение тока дуги сначала устанавливают не превышающим 0,2 значениярабочего тока для данного электрода, затем производят увеличение тока до величины рабочего тока со скоростью не более 40 А/с.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США М 3198932,фф кл, 219-7,5, 1965.2. Авторское свидетельство СССРМ 538875, кл, В 23 К 35/40; 1975. 5 . 69ростями, превышающими 40 А/с, то происходит перегрев рабочей поверхностислоя из оксикарбида гафния, резкое нарушение радиального распределения температуры, что исключает образование графовтового покрытияПри этом, если полное время Ф горе-ния составляет( Т ( , то слойиз графита покрывает слой из оксикарбида гафния частично, но не менее 0,25 чао.ти поверхности слоя из оксиарбида гафния. Если "3/40тослой иэ графита полностью покрываетслой иэ оксикарбида гафния,Таким образом предлагаемый способизготовления неплавяшегося электрода длясварки в среде углекислого газа или всмесях на основе углекислого газа позволяет во время одного цикла горения электррической дуги наносить на активнуювставку слой иэ оксикарбида гафния и нанего наносить слой графита,Образование слоя графита на поверхности из оксикарбида гафния происходитв результате взаимодействия оксикарби.да гафния с моноокисью углерода, образующейся при термической диссо 4 иацииуглекислого газа в прикатодной частистолба электрической дуги.На чертеже изображена блок-схемаизготовления неплавяшегося электрода,иллюстрирующая пример осуществленияспособа.Неплавящийся электрод, содержащийбедный держатель 1 с предварительно за.прессованной в него заподлицо активнойвставкой 2 из гафния помещают в камеру3, имеющую патрубок 4 для впуска газа "в патрубок 5 для выпуска газа, В каме- .ру 3 также помещают дополнительныйэлектрод 6, Медный держатель 1 подклю-чают к отрицательному полюсу источника 7 постоянного тока, а дополнительныйэлектрод 6 - к положительному полюсу.В камеру 3" подают углекислый газ. Затем возбуждают электрическую дугу 8между активной вставкой 2 из гафнияи дополнительным электродом 6, Послевозбуждения электрической дуги 8 в течение времени 0,3 с поддерживают ток0,2 от полного рабочего тока (при полном рабочем токе 800 А поддержИвают160 А) для образования слоя 9 оксикарбида гафния на всей рабочей поверхностиактивной вставки 2,Затем, не прерывая горения электрической дуги 8, увеличивают ток электрической дуги со скоростью 20 А/с до формула из обре тен ия695074 Составитель Л, СухановаЕ. Месронова Техред И,Гайду Корректор М. немчик Зак ПодписноеССР илиал ППП фПатентф, г. Ужгор оектная,653/2ВНИИПИ Госупо делам113035, Моск Тираж 1151 рственного комитета обретений и открытий а, Ж, Раушская н