Плазматрон

и 860357 Сотов СоветскинСоциалистическихРесттубпик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУае аеяаи нзееретеннй н открытнй(71) Заявитель ульский политехнический инстт(54 ПЛА аетер длямпераасИзобретение относится к машиностроению, более конкретно - к устройствам, генерирующим плазму для нагрева и обработки поверх. ностей различных изделий, для обработки непроводящих материалов, и может найти применение в машиностроении для закалки, отжига, поверх. постной обработки и упрочнения металлических изделий, а также в металлургии для плазменного переплава металлов.Известные электродуговые плаэмотроны предназначены для обработки металлических поверхностей плазменной струей, Они содержат охлаждаемый катодный узел, корпус, одновременно являющийся изолятором и сопловой узел со сменной вставкой, в которой пронсхо. дит формирование плазменной струи 11)Недостатком таких плазмотронов является получение струи плазмы небольших геометрических размеров, что не позволяет обработать большие поверхности и получить высокую производительность при обработке протяженных металлических и неметаллнческих поверхностей, Кроме того, истечение плазменной струи проис. хошгг с высокой скоростью, которая вместе с айодным пятном, появляющимся на и вызывает разрушение поверхности, возникэффект резки, что требует специальных мснижения скорости истечения струи или тетуры, а это уменьшает тепловой КПД плазмотрона. Неметаллические изделия такие плазмотроны вообще не могут обрабатывать,Известен плазмотрон, который состоит издвух кольцевых электродов, расположенных па.раллельно друг другу, соленоида постоянного 0тока, охватывающего оба электрода, и корпуса.Плазмообразующий газ подают в промежутокмежду электродами и нагревают вращающейсядугой. Дуга вращается под воздействиемзлектродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия тока дуги и магнитногополя, создаваемого соленоидом. За счет враще.шя дуга охватывает значительную поверхность 21.Недостатком такого плаэмотрона являетсятрудность обработки плоских и профилирован ных протяженных поверхностей иэ-эа громоздкости его конструкции, что снижает производительность, Кроме того, дуга в плазмотроне рполагается на значительном расстоянии от обра 860357. 4батываемой поверхности и, как следствие это.го, тепловой КПД такого плазмотрона низок.Известен также плазмотрон, содержащийэлектрод, выполненный в виде спирали с токоподводящим концом и шагом, изменяющимсяпо закону у - кх а, где у - шаг незамкнутои5/чспирали, к - коэффициент пропорциональности,х - расстояние от токоподводящего концавдоль спирали электрода 131,Недостатком данного плазмотрона являетсяневозможность обработки им нетокопроводящих материалов,Цель изобретения - повышение производительности труда при обработке нетокопроводящих материалов,Данная цель достигается тем, что в плазмотрон, содержащий электрод, выполненный ввиде спирали с токоподводящим, концом и шагом, изменяющимся по закону у - кх 3 Р, гдеу - шаг незамкнутой спирали, к - коэффициент пропорциональности, х - расстояние от токоподводящего конца вдоль спирали, введен дополнительный электрод, установленный внутриосновного и выполненный в виде незамкнутоготора с токоподводящим концом, причем нетоконодводящие концы основного и дополнительного электродов расположены на расстояниибольшем, чем токоподводящие.Выполнение электродов но предлагаемойконструкции позволяет наиболее полно использовать пондеромоторные силы, которые действуют на дугу. Объемная плотность сил равнаЕ =1-ЦВ 1,где 1 - плотность тока;В - напряженность магнитного поля,Сила Р направлена перпендикулярно к векоторам плотности тока и напряженности магнит.ного поля. Дуга стремится занять такое поло.жение, чтобы индуктивность цепи бьша максимальна, для этого и делается разрез в электро.де в виде торал Предварительньп 4 расчет напряженности магнитного поля показал, что еслирасстояние между электродами будет изменять.Мася по закону у - кх, то пондеромоторнаясила, действующая на дугу от собственногомагнитного поля, будет максимальна, Дугапод действием этой силы перемещается с максимальной скоростью от токоподвода вдольэлектродов, Экспериментальная проверка нод.твЕрдила указанный выше закон.Быстрое перемещение дуги между электродами позволяет нагревать протяженные поверхности изделий с высокой скоростью, не разрушаяих поверхность. Такая дуга эквивалентна рас.пределениому источнику тепла.На фиг, 1 изображен плазмотрон, общий видразрез; иа фиг. 2 - то же, вид снизу.Плазмотрон состоит из спиралевидногоэлектрода 1, который охлаждается, электрода 2, 510 15 20 25 к этим же полюсам подключают и осциллятор.Происходит пробой промежутка между электродами 1 и 2, в результате чего возникает элект. 30 35 40 45 50 55 выполненного в виде разомкнутого тора с разрывом в месте токоподвода, охлаждаемого во. дой, Причем расстояние между электродами меняется, так как один из электродов выполнен с шагом, изменяющимся по закону у - к х, Электроды 1 и 2 закреплены в корЭ(2пусе 3, выполненном из термостойкого материала с помощью 1 птуцеров 4 и 5, Каналы 6 служат для подачи плазмообразующего газа через штуцер 7. Подвод воды для охлаждения электродов осуществляется через штуцеры 8 и 9, Они же являются и токоподводящими концами электродов (на чертеже условно показан подвод и вывод охлаждающей воды в электроды и подача плазмообразующего газа),Плазмотрон работает следующим образом.В электроды 1 н 2 подают охлаждающую воду, через штуцер 7 по каналам 6 поступает плазмообразующий газ (азот, углекислый газ и т. д.). Электроды 1 и 2 через штуцеры 8 и 9 подключают к источнику питания, одновременно рическая дуга, которая по действием пондеро. моторных сил перемещается между электродами 1 и 2, начиная с места токоподвода, Таким образом, чтобы индуктивность цепи была максимальна, изменение расстояния между электродами должно соответствовать закону у - к х ,Эй что позволяет наиболее полно использовать пон. деромоторные силы.Возникающая электрическая дуга, перемещаясь между электродами 1 и 2, нагревают плазмомообразующий газ, который нагревает, изделиеДута перемещается до конца спиралевидногоэлектрода 1, где гаснет с подачей сгустка плаз.мы в наименьший промежуток между электро.дами 1 и 2 для облегчения повторного зажигания дуги. Скорость перемещения дуги припеременном токе 200 - 600 А достигает 100 -600 мс (олределялось с помощью скоростнойкиносъемки), Поскольку осциллятор постоянновключен между электродами 1 и 2, послепогасания на конце электрода 1 дута сновавозникает в точке наименьшего расстояния меж.ду электродами и цикл повторяется, Так какдлина электрода довольно.великато дуга проходит по относительно большой площади инагревает значительный объем газа, которыйнагревает обрабатываемую поверхность за относительно короткое время. Это позволяет осуществлять нагрев больших протяженных поверх.ностей, что повышает производительности труда,приводит к более равномерному нагреву, чтоповышает качество термообработки,366357Плазмотрон предлагаемой конструкции поз-воляет повысить производительность труда при плазменной термообработке протяженных неэлектропроводных поверхностей в 5 - 8 раэ. Кроме того, упрощается сама конструкция плазмотрона, уменьшаются его габариты, достигается равномерный нагрев обрабатываемой поверх. ности, увеличивается тепловой КПД.Экономический эффект от внедрения данного плазмотрона составит 35 тыс, руб, в гад. 0Формула изобретения Плазмотрон, содержащий электрод, выполнен. ный в виде незамкнутой спирали с токоподво. дящим концом и шагом, изменяющимся по замгч кону у - кх., где у - шаг незамкнутои спи. рапи, к - коэффициент пропорциональности, х - расстояние от токоподводящего конца 6вдоль спирали электрода, о т л и ч а ю щ и Й.с я тем, что, с целью повьппения производитель.ности прн обработке нетокопроводящих матеРиалов, в плазмотрон введен дополнительныйэлектрод, установленньа внутри основного ивыполненный в виде незамкнутого тора с токоподводящим концом, причем нетокоподводящиеконцы основного и дополнительного электродоврасположены на расстоянии большем, чем токоподводящие,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Великобритании У 1268843,кл, Н 05 Н 4 ДО, 1970,2. Жуков М, Ф, и др. Электродуговые нагре.ватели газа. М "Наука", 1973, с. 25,3, Авторское свидетельство СССР по заявкеИф 25812 бб/25 - 27, 20,02.78,"Патент", г, Ужгород, ул ал тн Узг Тираж 889ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и о13035, Москва, Ж, Раушск Подписноетета СССРтийб., д, 4/5