Неплавящийся электрод для дуговых процессов и способ его охлаждения

(19) 111) 1)4 В 23 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ П 1 НТ СССР РСНОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР 420222, кл. В 23 К 9/16, 1976. и с запресовой встав- трубка 4 охва охватывает(54) НЕПЛАВаУЯСЯ ЭЛЕК ВЫХ ПРОЦЕССОВ И СПОСОБ НИЯние относи РОД ДЛЯ ДУГО ЕГО ОХЛАЖДЕе ости ические раз лект тс еимуществен- . постоянным то ессам, й сварк е. 0 (0,225 =041)( й йФ тр вольФрамоксимальный. ярности алюминия итного газа,но в различныхЦель изобререде защпользов ужныи диаметр толщина стенк еннос(57) Изобретеродуговым проно к плазменнком обратнойего сплавов ви может бытьоблаатях промь ИЕ ИЭОБРЕ тения - повьппение плотности тока приплазменных процессах, повышение стабильности возбуждения дуги;и ресурсаэлектрода, а также качества сварныхсоединений и производительности. Неплавящийся электрод состоит из электропроводного корпуса, В корпусе закреплен высокотеплопроводный стакан 2 с внутренним ребромсованной в нем вольФрамкой 5. Водоохлаждаемаятывает ребро 3. Стаканребро у рабочей поверхусеченного тора. Геомемеры электрода следующ0,24) 4 Т; О, = 2,80; Бй = 2,5 Э, где Р - диамевой вставки, мм; 1 - иток сварки, А, О, - нарстакана, мм; Б3 1496969стакана, мм; Ь - высота ребра, мм,Охлаждение электрода осуществляютпотоком жидкости, омывающей ребро ивнутреннюю поверхность стакана соскоростью 4-7 м/с. Интенсификацияохлаждения вольфрамовой вставки,обеспечивающаяся геометрическими соотношениями электрода и повышенной 4скоростью потока охлаждающей жидкости, способствует повьшению плотности тока, стабилизации дуги и уменьшению габаритных размеров плазмотрона.Повышенная плотность тока увеличивает глубину провара и позволяет повысить скорость сварки. 2 с.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.Изобретение отцосцтся к электродуговым процессам, преимущественно кплазменной сварке постоянным токомобратной полярности алюминия и егосплавов в среде защитного газа,УЦель изобретения - повышение плотности тока при плазменных процессах,повышение стабилизации возбужденИяи горения дуги и ресурса эдектрода,а также повышение качества сварнь 6 ссоединений и производительности. 25На фи 1. 1 представлен электрод,общий вид, "на фиг. 2 - схема возбуждения дуги.Электрод состоит из электропроводного корпуса 1, к которому присоеди- ЗОняется низкотемпературцым припоемили другим методом высокотеплопроводный стакан 2, изготавливаемый, например, из чистой меди, Внутри стаканаимеется ребро 3, образующее с внутренней цилиндрической поверхностьюстакана относительно узкий кольцевойзазор, в которой вставлена тонкостенная водоохлаждаемая трубка 4, в своюочередь, образующая кольцевой канал 40равного сечения для прохода охла 3 кдающей жидкости. Стакан 2 со сторонырабочей поверхности охватывает ребро 3 по форме.усеченного тора. В центре ребра 3 запрессована вольфрамоваявставка 5, длина котороц ца 1-2 ммменьше ребра 3.Схема возбуждения дуги состоитиз предлагаемого электрода 6, плазмообразующего сопла 7 начальноговозбуждения дежурной дуги и установившейся дежурной дуги.Устройство работает следующим образом.Рассмотрим работу электрода в составе плазмотрона при сварке обратной полярности.В водоохлаждаемую трубку 4 подаютохлаждающую жидкость Сцаприслер волу или дистиллированную воду) под давлением 0,4-0,5 МПа, обеспечивая скорость потока жидкости 4-7 м/сС помощью высокочастотного разряда возбуждают дежурную дугу, которая возбуждается между боковой поверхностью тора электрода 6 и конусом плазмообразующего сопла 7, под действием потока плазмообразующего газа перемеощается к центру электрода и выдувается через канал .плазмообразующего сопла. Вследствие быстрого перемещения дуги по поверхности тора к центру электрода не йроисходит привязки дуги в месте начального возбуждения и дежурная дуга приобретает устойчивое положение в центре электрода. Это способствует интенсивной ионизации промежутка между электродом и изделием, обеспечивая тем самым стабильное возбуждение основной дуги. После возбуждения основной дуги в центре анода образуется расплавленное пятно, размер которого меньше анодцого. Распределение тепловых потоков в электроде не дают смещаться анодному пятну к периферии. Тем самым обеспечивается стабильное горение дуги с плотностью тока прианодной области це менее 50 А/мм .При плазменных процессах на плотность тока сварки обычно влияют диаметр плазмообразующего сопла, расход и состав газов. В предлагаемом устройстве на увеличение плотности тока оказывает влияние уменьшенное анодное пятно, В результате критический ток двойного дугообразования возрастает на 207. Экспериментальными данными установлено, что ч ем выше плотность тока ырианодной области, тем через меньший диаметр плазмооб- разующего сопла можно пропустить одно и то же значение сварочного тока. В результате увеличивается общаяплотность тока и глубина провара, уменьшается ширина шва.Предлагаемая форма электрода не создает концентраций тепловых потоков, обеспечивает ламинарное течение потока плазмообразующего газа, необходимого для процесса сварки.Диаметр вольфрамовой вставки рассчитывают в зависимости от максимального сварочного тока по формулеР = (0,22 - 0,24) 41.При таком соотношении диаметра вольфрамовой вставки и тока сварки предлагаемое устройство обеспечивает плотность тока прианодной области не менее 50 А/мм, а расплавленное пятно на вольфрамовой вставке составляет 40-50 диаметра вставки, Экспериментальные данные показали, что при Р ) 0,24 4 Т увеличивается диаметр анодного пятна, уменьшается плотность тока, а следовательно, уменьшается глубина провара и пространственная стабильность дуги за счет блуждания анодного пятна, что приводит к нарушению сварочного режима. При Р ( 0,22 47 происходит расплавление стакана в местах сопряжения с вольфрамовой вставкой.Наружный диаметр стакана, толщина его стенки и высота ребра взаимно связаны соотношениями:Р, = 2,8 Р; Б = 0,4 Р; Ь = 2,5 Р.Исследования работоспособности анодов показали, что приведение соотношения обеспечивают минимальное термическое сопротивление теплопередачи. В результате достигается высокая плотность тока прианодной области (не менее 50 А/мм), устойчивый процесс, привязка анодного пятна в цент-ре электрода.При Р ) 2,8 Р работоспособность1электрода не улучшается. Это можно объяснить тем, что термическое сопротивление теплопередачи остается практически без изменения: с одной стороны, увеличение диаметра приводит к увеличению сечения стакана, что положительно отражается на термическом сопротивлении, с другой стороны, увеличивается расстояние от вольфрамовой вставки до стенки стакана и термическое сопротивление этого участка увеличивается. При Р, ( ( 2,8 Р уменьшается зазор между водо 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 охлаждающей трубкой и стенками стакана, снижается скорость потока охлаждающей жидкости, в результатеработоспособность электрода резкоухудшается.При исследовании толщины стенкистакана Б особое внимание уделялиучастку сопряжения Б с ребром. Оказалось, что при ББ кожно увеличить тепловой поток в едпннцу времени, но одновременно ухудшаются условия теплопередачи со стороны ребра.Таким образом, опытным путем установлено, что работоспособность электрода выше при условии Б = Б, (это условие соответствует форме усеченноготора). Прн Б0,4 Р и Б0,4 Р происходит ухудшение условий теплопередачи, в результате работось собностьэлектрода снижается. На основанииприведенных исследований пришли квыводу, что оптимальным является соотношение Б = 0,4 Р,Оптиизацию высоты ребра производили с учетом применения коэффициента оребрения не менее 2 и максимального снижения термического сопротивления по границе контакта вольфрам -медь. С точки зрения эффективностиохлаждения за счет ребра можно применять ребра с соотношением 1,5 Р =Ь2 Р, однако при высоте ребраменее 2,5 Р наблюдается увеличениеанодного пятна на вольфрамовой вставке, Это можно объяснить недостатачной стабильностью поверхности ко такта вольфрамовой вставки с меднымстаканом, в результате чего увеличивается термическое сопротивлениетеплопередачи, Применение ребра ссоотношением Ь2,5 Р, как показалииСследования, на работоспособностьэлектрода не влияет, а технологияизготовления стакана усложняется,Таким образом, установлено оптимальное соотношение Ь = 2,5 Р.Эффективность предлагаемого устройства связана со скоростью потока охлаждающей жидкости. Как показали опыты, вално знать минимально допустимую скорость потока охлаждающейжидкости. Исследовалн скорость потока от 1 до 10 м/с, В результате ис 1пытаний пришли к выводу, что работоспо."собность электрода увеличивается с нарастанием скорости охлаждающего потока до 4 м/с, далее термическое со.противление участка (от анодного пят1 496969 па до поверхности, омываемой охлаждающей жидкостью) начдпгает ограничивать увеличение зфг 1 зективггости охлаждения, поэтому дальнейшее повышение скорости потока не оказывает положительного эффекта на работу электрода. При скорости потока более 7 м/с на токах 0,5-0,7 магсснгальггого значения происходит нереохлаждение электрода, что ухуднгает устойчивость горения дуги и нарушает сварочный режим,Б таблице прдпзедеггьг параметры электродгов для максимального рабочего тока 500 А. 15Проводдвги испытания электродов с ис потгд зов апггегг цггзгддггдоичесгсгд., дзольфрамоззых вставок в реггме .:ратг;овремегшых дзкзггочеггддгг при с.гедугогодгх пара 20 ЛрдогзЭ = 2,80,30 где Р- диаметр стакана,д = 2,5 П Использование предлагаемого техни ческого решения позволяет повысить ггло 8 ггость тока в 2,5 раза, увеличддть ресурс электрода в 3-4 раза, увеличить глубину проплавлепия и скорость сварки в ,5-2,0 раза, снизить расход 45 сварочных материалов в 2 раза за счет уменьшения числа проходов и увеличения скорости сварки, повысить качест" Плотност Диамет Наружныйдиаметрстаканагз, ммЭ Толщина Диаметрвольфрамовойвставки сотабра расплав" ленного пятка на вольфрамонойвставке,стенкистаканБ, мм тока пр водной ласти,",дгаггетгз плазмообразующаго сопла, ммРасход плаэмообразугоцего газа., л/чРасход охлаждающейводы, л/минБремя включения мин Результаты испытапдгй след-."ющие: ггаружггггдг ддгаметр электрода 13,7 ммр скорость потока охлаждагощей жидкос ти 4 и/с; диаметр расплавленного пятна вольфрамовой встадзки 2,3 мм (расплавленное пятно круглое, располагается в центре эзгектрода); плотностьь тока прпанодной области 51 Л/гпг ве выпускаемой продукции (снизитьбрак в 1,5-2,0 раза), уменьшить размеры электрода. Формула изобретения 1. 11 еплавящийся электрод для дуговьгх процессов на обратной полярности, состоящий из электропроводного корпуса, в котором закреплен высокотемпературный стакан с внутренним ребром и запрессованной в него вольфрамовой вставкой, а в полости между ребром иостаканом размещена водоохлаждаемая трубка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения .качества сварки и производительности, ребро и охватывающий его стакан со стороны рабочей поверхности имеют форму усеченного тора, а геометрические размеры электрода выбраны из следующих соот- ношений П = т, тп = 30,22 у 0,2 Е,где Р - диаметр вольфрамовой вставки; 1 -максимальный ток сварки, 8=8=040Р Фо где Б - толщина боковой части стакана;8, - толщина дна,где д - высота ребра. 2, Способ охлаждения неплавящегося электрода для дуговых процессов, преимущественно плазменных, на обратной полярности, при котором внутреннюю поверхность электрода охдаждают жидкостгыо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью. повышения стойкости, жидкость подают со скоростью от 4 до 7 м/ч.1496969 Составитель Г. ТютюнниТехред М. Дидык в рректор М. Шарош тор И. Рыбченко Заказ 4376/17 Тираж 894 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат, "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10