Способ обработки изделий с помощью тлеющего разряда и установка для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ОП 5 ЙЦИРЮипжии. РЕСПУБЛИН 09) 01) З 1 д) Н 05 В 7/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.ордена Ленина и ордена ОктябрьскойРеволюции энергетический институт(56) 1. Патент ВеликобританииВ 1255321, кл. С 7 П, 1971,2. Авторское свидетельство СССРУ 623274, кл. Н 05 В 7/ 16, 1978.(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ С ПОМОЩЬЮ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ обработки изделий с помощью тлеющего разряда, при котором размещают изделие в разрядной камере, подают на разрядный промежуток электрические импульсы, зажигают треющий разряд для термообработки изделий,. в процессе которой контролируют и ограничивают параметры возникающих в камере параэитных дуговых разрядов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности, в качестве ограничиваемого параметра выбирают энергию дугового разрядаи ограничивают ее по температуре изделия.1116563 2. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что энергию дугового разряда ограничивают, снижая длительность дугОвого разряда прямопропорционально увеличению температуры изделия.3. Установка для обработки изделий. с помощью тлеющего разряда, содержащая источник постоянного напря жения, положительный вывод которого через снабженный блоком управления тиристорный мост с конденсатором.в. диагонали подключен к аноду разрядной камеры, катод которой соединен с одним концом токоограничивающей индуктивности, связанной другим концом с отрицательным выводом источника, обратный диод и датчик температуры, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности установки, она снабжена двумя управляемыми вентилями, блоком принудительной коммутации и. блоком управления длительностью дугового разряда, вход которого соединен с выходом датчика температуры, первый выход - с управляющим входом первого вентиля, подключенного параллельно разрядной камере, второй выход - с управляющим входом блока управления 1Изобретение относйтся к электротермии и может быть использовано в технологических процессах, проводимых с помощью тлеющего разряда.Известна установка. для обработки изделий с помощью. тлеющего разряда и способ обработки изделий с помощью тлеющего разряда, заключающийся в том, что для электропитания разрядной камеры используют напряжение импульсной формы с регулируемой скважностью 1.3.Однако указанные способ и установка не позволяют изменять параметры дуговых разрядов оперативно и в требуемых пределах.Наиболее близким по технической сути является способ обработки изделий с помощью тлеющего разряда, при котором размещают изделие в разрядмостом, третий выход - с входом блока принудительной коммутации,связанного выходом с управляющим входом второго вентиля, анод которого подключен к второму концу индуктивности, а катод - к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и аноду обратнОго диода, связанного катодом с анодом камеры, причем второй конец индуктивности соединен с анодом неуправляемого вентиля, подключенного катодом к положительному выводу источника.4. Установка по п, 3, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что блок управ. ления длительностью дугового разряда содержит сумматор с задатчиком опорного напряжения, выход сумматора подключен к управляющему входу регулируемого элемента задержки времени, соединенного входом с выходом блока определения дугового разряда, а выходом - с входом формирователя импульсов, причем входом блока управления служит вход сумматора, первым выходом - выход формирователя вторым выходом - выход блока определения дугового разряда, а третьим выходом - выход элемента задержки времени. 2ной кЬмере, подают на разрядныйпромежуток электрические импульсы,зажигают тлеющий разряд для термооб, работки изделий, в процессе которой5 контролируют и ограничивают параметрывозникающих в камере паразитныхдуговых разрядов 23,Данный способ может быть реализован в установке для обработки изделий с помощью тлеющего разряда,содержащей источник постоянного напряжения, положительный вывод которого через снабженный блоком управления тиристорный мост с конденсатором13 с диагонали подключен к аноду разрядной камеры, катод которой соединенс одним концом токоограничивающейиндуктнвности, связанной другим концом с отрицательным выводом источника,обратный диод и датчик температуры.(2;3 11165Однако в известном способе и уста" новке не предусмотрены возможности изменения уровней ограничения параметров дуговых разрядов в ходе процесса по мере изменения параметров. процесса.Цель изобретения - оптимизация процессов, проводимых с помощью сильноточного тлеющего разряда, в частности повышение их производительности за счет уменьшения времени очистки 10 и нагрева изделий по требуемой температуры.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки изделий с помощью тлеющего разряда в ка" 1 честве ограничиваемого параметра выбирают энергию дугового разряда и ограничивают ее по температуре изделия.Энергию дугового разряда ограни п чивают, снижая длительность дугового разряда прямопропорционально увеличению температуры изделия.Поставленная цель достигается тем, что установка для обработки изделий 25 с помощью тлеющего разряда снабжена двумя управляемыми вентилями, блоком принудительной коммутации и блоком управления длительностью дугового разрядавход которого соединен с . щ выходом датчика температуры, первый выход - с управляющим входом первого вентиля, подключенного параллельно разрядной камере, второй выход - с управляющим входом блока управления 35 .мостом, третий выход - с входом блока принудительной коммутации, связанного выходом с управляющим входом второго вентиля, анод которого подключен к второму концу индуктивности, а катод - к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и аноду обратного диода, связанного катодом с анодом камеры, причем второй конец индуктивности соединен с анодом неуправляемого вентиля, подключенного катодом к положительному выводу источника.Блок управления длительностью дугового разряда содержит сумматор 50 с задатчиком опорного напряжения, выход сумматора подключен к управляющему входу регулируемого элемента задержки времени, соединенного с выходом блока определения дугового 55 разряда, а выходом - с входом формирователя импульсов, причем входом блока управления служит вход суммато 63 4ра, первым выходом - выход формирователя, вторым выходом - восход блока определения разряда, а третьим выходом - выход элемента задержки времени.На фиг, 1 показаны зависимости требуемого уровня ограничения длительности дуговых разрядов от температуры изделий (верхняя кривая экспериментальная); на фиг, 2 - схема установки; на фиг. 3 - блок-схема блока управления длительностью дугового разряда.Установка, предназначенная для ионного азотирования, содержит источник 1 постоянного напряжения, разрядную камеру 2, тиристорный мост на тиристорах 3-6 с конденсатором 7 в диагонали и блоком 8 управления, управляемые вентили 9 и 10, токоограничивающую индуктивность 11, обратный диод 12, диод 13, датчик 14 температуры изделий, блок 15 управления длительностью дуговых разрядов и устройство 16 принудительной коммутации 17, 18, 19 - выходы блока 15, 20 - выход блока 8. Блок 15 состоит из блока 21 определения дугового разряда, регулируемого элемента 22 задержки времени, сумматора 23 и формирователя 24 импульсов.Установка работает следующим образом.При включении попеременно пар тиристоров 3, 6 и 4, 5 одновременно с тиристором 9, осуществляемом системе управления 8, к разрядной камере прикладываются импульсы напряжения, амплитуда которых примерно равна удвоенному значению выходного напряжения источника 1. Регулируя их частоту, можно регулировать среднее значение напряжения и тока разряда.При возникновении другого разряда сигнал с выхода 18 блока 15 управления блокирует импульсы управления тиристорами 3-6 и 9, поступающие с блока 8 управления. Кроме того, блок управления вырабатывает на выходе 19 импульс управления, открывающий вентиль 10, шунтируя тем самым разрядную камеру, что вызывает погаса-ние дуги. Этот импульс вырабатывается блоком 15 управления с задерж- .кой относительно момента возникновения дугового разряда, величина которой определяется значением сигнала, 1116563пропорционального температуре изделий, поступающего с выхода датчика 14 температуры что и обеспечивает требуемое изменение уровня ограничения времени горения дуговых разрядов 5 от температуры иэделий.Для ускорения вывода избыточной энергии, накапливаемой в индуктивности 11, одновременно с открытием вентиля 10 блок 15 управления формирует сигнал, который по его выходу 11 подается на устройство 16 принудительной коммутации, обеспечивая закрывание вентиля 9, в результате чего энергия индуктивности 11 выводится через диод 13 в емкостной фильтр источника 1. После этого блокирующий сигнал с выхода 18 блока управления снимается и схема готова к новому включению. 20Работа блока 15 управления заключается в следующем. При возникновении дугового разряда на выходе бло" ка 21 появляется сигнал, который, поступая на блок 8 управления, блоки рует генерируемые ею импульсы управления тиристорами 3-6 и 9. Одновременно этот сигнал подается на элемент 22 задержки времени, сигнал управления которым, определяющий величину ЗО задержки, формируется сумматором 23. На вход сумматора поступает постоянный сигнал О , определяющий значение выходного сигнала при исходной температуре изделий, и сигнал От, пропорциональный текущему значеч : нию температуры изделий. Формирователь 24 импульсов служит для согласования выхода элемента 22 с управляющим входом вентиля 10. Выходы блока уп О авления 17, 18 и 19 соответствуют дноименным его выходам на фиг, 2.В качестве датчика температуры может использоваться, например, термопара типа ХА со вторичным прибором 4 типа КСП. В качестве блока определения возникновения дуговых разрядов могут быть использованы известные блоки. Воздействие дуговых разрядов на технологический процесс не однозначно. При достаточно больших мощностях и длительности горения дуговые разряды могут вызывать повреждение поверхности обрабатываемых изделий. Кроме того, .дуговые разряды способствуют более интенсивной очистке поверхности изделий от загрязнений, вызывающих повышенную эмиссию электронов, и необоснованное снижение их мощности и времени горения вызывает уменьшение производительности установки. Наиболее целесообразным является поддержание параметров возникающих дуговых разрядов на некотором предельном уровне, не вызывающем повреждения обрабатываемых изделий, Значение укаэанного уровня зависит от состава рабочей газовой смеси, состояния и требований к поверхности обрабатываемых изделий, их материала, а также текупвх параметров процесса (давление, температура и др.). Поэтому для оптимизации процесса система электропитания должна обеспечивать возможность измененияпараметров возникающих дуговых разрядов в достаточно широких пределах,в зависимости от укаэанных вьппе факторов,Предлагаемый способ был опробован йри обработке коленчатых валов двигателя автомобиля КамАЗ. Основные параметры типового режимаих обработки составляют: температура изделий в режиме насыщения 550 С, ток разрядайпри одновременной обработке 18-коленчатых валов 350 А, время обработки 24 ч.Изменение уровня ограничения дли- , тельности дуговых разрядов от температуры изделий близко к полученной экспериментальной кривой 1 (фиг. 1), отражающей зависимость требуемого уровня ограничения длительности дуговых разрядов () от температурыоизделий (Т С). Использование предлагаемого способа электропитания в этом случае позволяет сократить время обработки в среднем на 1,5 ч.Использование предлагаемого способа для обработки изделий с помощью тлеющего разряда и установки для его осуществления обеспечивает по сравнению с существующими способами и уст". ройствами повышение производительности указанных установок вследствие сокращения времени очистки изделий, обеспечиваемого оптимизацией параметров дуговых разрядов.1116563 Составитель Л.СорокинТехред М.Тепер Корректор М.Макс Редактор Н.Киштули ец каз 6948/45 шская наб иал ППП "Патент", г. Ужгород Проектиа Тираж 782 ВНИИПИ Государственно по делам иэобретени 113035, Москва, Ж, Подписио комитета СССРи открытий