Устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЩОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ(73) Научно-исотедовательсний институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им.Н.Э.Баумана(7 З) Озеров Дмитрий Витальевич(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКй НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ВАКУУМЕ(57) Использование: электродуговая сварка горелками с полым катодом в вакууме, Сущность изобретения; устройство содержит водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен полый катод В другом торце закреплен вспомога 2тельный электрод с центральным каналом и рабочей поверхностью, перпендикулярной оси этого канала Вспомогательный электрод подключен к отрицательному зажиму вспомогательного источника пйтаниа Изолированная втулка установлена на вотомогательном электроде в контакте со всей его боковой поверхностью, Диод включен между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги. Второй вспомогательный источник питания подключен от - рицательным зажимом к вспомогательному электроду, г положительным к аноду. При этом в качестве вспомогательных источников питания использованы генераторы одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включена индуктивность, 1 ил.Изобретение относится к электродуговой сварке, а именно к конструкциям горелок с полымкатодом для локального нагрева изделий, преимущественно для сварки, наплавки и пайки в вакууме,Известно устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме, содержащее водоохлаждаемый корпус, в одном из тооцов которого закреплен полый катод, соосную ему втулку, закрепленную в другом торце корпуса и подключенную к отрицательному зажиму вспомогательного источника питания, изолятор между втулкой и корпусом, источник питания сварочной дуги, а в качестве вспомогательного источника питания использован источник питания с крутопадающей вольтамперной характеристикой ЩНедостатком этого устройства являются низкая стабильность возбуждения сварочной дуги при диаметре полых катодов менее 4 мм, а также сравнительно малый ресурс работы втулки, поскольку при возникновении вспомогательной дуги она работает в режиме автоэлектрон ного холодного катода и в результате этого подвержена интенсивной эрозии ее стенка. Кроме того, из-за наличия катодных пятен как на внутренней, так и на внешней боковой поверхности для стабильного возбуждения сварочной дуги ток вспомогательного дугового оазряда должен быть порядка 15 - 40 А, что требует применения специализированного источника питания мощностью 1,5-2 кВт с напряжением холостого хода свыше ЗОО В.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к данному изобретению является устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме, содержащее водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен вспомогательный электрод с центральным каналом и рабочей поверхностью, перпендикулярной оси этого канала, изоляционную втулку, установленную на вспомогательном электроде в контакте со всей его боковой поверхностью, а также осциллятор, источники питания для вспомогательной и сварочной дуг 121,Недостатком этого устройства является низкая стабильность возбуждения сварочной дуги при диафрагмированном выходном отверстии полых толстостенных катодов, обладающих высокой работоспособностью, при длине дугового промежутка в пределах 20-70 мм, используемой. как правило, при наплавке и пайке, Связано это с тем, что перед возбуждением сварочной дуги в полости катода существует довольно протяженная зона, в которую г 4 р:.44.т 44 чески не проникает злектри 5 10 ческое поле, В результате создать плазменный электропроводящий канал между вспомогательным электродом и анодом-деталью удается только при напряжении холостого хода источника питания сварочной дуги свыше 70 В. Это резко снижает номенклатуру используемых в промышленности сварочных источников питания. Низкая эффективность использования источника питания для вспомогательной дуги обьясняется тем, что он работает только при возбуждении сварочной дуги в течение 5-60 с. Кроме того, из-за высокого уровня радиопомех использование осциллятора ограничи вает применение устройств, выполненныхна базе микропроцессорной техники, в дуговых сварочных процессах в вакууме, особенно при использовании их в космической технологии.20 Целью изобретения является повышение эффективности и надежности в работе устройства, а также обеспечение стабильности возбуждения сварочной дуги.Поставленная цель достигается тем, что 25 в устройство для сварки неплавящимсяэлектродом в вакууме, содержащем водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен полый катод, в другом закрвплен вспомогательный электрод с цен- ЗО тральным каналом и рабочей поверхностью,перпендикулярной оси этого канала, который подключен к отрицательному зажиму вспомогательного источника питания, изолированную втулку, установленную на вспоЗ 5 могательном электроде в контакте со всейего боковой поверхностью,и источник питания сварочной дуги, введены диод, включенный между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом источника пита ния сварочной дуги, а также второй вспомогательный источник питания, подключенный отрицательным зажимом к вспомогательному электроду, а положительным к аноду, При этом в качества вспомогательных источников 45 питания использованы генераторы одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включена индуктивность.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устрой ство отличается наличием новых элементов:диода, второго вспомогательного источника питания и их связями с остальными элементами, а также тем, что в качестве вспомогательных источников питания использованы 55 генераторы одиночных импульсов, в цепяхкоторых последовательно включена индук тивность.Таким образом, ааявляемоЬ устройствосоответствует критерию изобретения "но- визнаВ данном устройстве подключение диода между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги позволяет при образовании электропроводящего канала плазмой от дугового разряда между вспомогательным электродом и полым катодом поддерживатьдуговой разряд междувспомогательным электродом и анодом-деталью с помощью источника питания для сварочной дуги до тех пор пока, пока полый катод не нагреется до рабочей температуры и ие возникает сварочная дуга.Снабжение устройства вторым вспомогательным источником питания, отрицательный зажим которого подключен квспомогательному электроду, а положительный к аноду-детали, позволяет повысить напряженность электрического поля вполости катода и тем самым стабильно возбуждать дугу между вспомогательным электродом и анодом-деталью независимо отвеличины напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги.Использование в качестве вспомога тельных источников питания генераторов одиночных импульсов с индуктивностью позволяет осуществить дозирование энергии импульсов для образования плазменных электропроводящих каналов длительно стью 0,5-3.0 мс. обеспечивающих стабильное возбуждение сварочной дуги при их малых габаритах и весовых характеристиках.Благодаря этому заявленное устройст во проявляет новые свойства, что приводит к повышению эффективности и надежности его в работе, а также стабильности возбуждения сварочной дуги. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического 40 решения критерию "существенные отличия",На чертеже изображено устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме.Устройство содержит водоохлаждаемый корпус 1, в "рабочем торце котброго установлен полый катод 2. В нерабочем тор-:, . це корпуса закреплен вспомогательный электрод 3, выполненный с центральным 50 каналом 4 дляподачи плазмообразующего газа, соосным каналу полого катода 2. Вспомогательный электрод,З выполнен с плоской рабочей поверхностьа, перпендикулярной оси канала 4. На вспомогательном электроде 55 3 установлена втулка 5 в контакте со всей его боковой поверхностью. Один из концов асгюмогательного электрода 3 закреплен в газо. подводящем штуцере 6, который вместе с вспомогательным электродом 3 закрепляется в изоляционной втулке 5 с помощью керамической шайбы 7, установленной в корпусе 1 и зафиксированной в ием гайкой 8;В устройство входит также источник питания сварочной дуги Оса, вспомогательный источник питания Ов 1 для возбуждения вспомогательного дугового разряда между электродом 3 и полым катодом 2, второй источник литания Оег, предназначенный . для возбуждения и поддержания промежуточной дуги между вспомогательным эректоодом 3 и анодом-деталью 9, а также диод 10, подкл.очеииый между элсктродом 3 и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги Оса, дл;, обеспечения поддержания промежуточной дуги от источника питания сварочной дуги Осв после возбуждения ее в помощью источника питания Оа, Вспомогательные источники питания выполнены в виде генераторов одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включены индуктивиости 11 и 12 соответственно. Позицией 13 обозначен контактор,Устройство работает следующим образом,В вакуумной камере создают разрежение порядка Р) 10 Па. Через газоподводящий штуцер б, центральный канал 4 вспомогательного электрода 3 в полый катод 2 поступает ллазмообраэуащий газ-аргон. После включения источника Осв сварочного тока между полым катодом 2 и анодом-деталью 9 устанавливается налряхение холостого хода источника. Затем включает вспомогательные источники питания Оа 1 и Оа, в качестве которых используют генераторы одиночных импульсов. Устанавливают требуемые иидуктивности 11 и 12 в цепях генераторов одиночных импульсов, Между вспомогательным электродом 3 и анодом-деталью 9 от вспомогательного источника Овг устанавливается начальное напряжение, Контактором 13 замыкают цепь между отрицательным зажимом Ов 1 и вспомогательным электродом 3, происходи электрический пробой промежутка вспомогательный электрод 3 - полый катод 2, переходящий во вспомогательному дугу. Плазменный факел от вспомогательной дуги под воздействием электрического поля, создаваемого Ог, и градиента давления аксиальиого потока плазмообразующего газа доСтигает анода-детали 9, В результате возникает дуга между вспомогательным электродом и анодом-деталью 9 с помощью одиночного импульса источника литания Оег. В качестве генераторов одиночных импульсов можно, в частности, использовать электрический накопитель энергии - конденсатор. Во время существо1839649 электрод 3. После прохождения одиночного 5 ,импульса от источника питания 02 промежуточную дугу поддерживает источник пи-. 10 15 электрод 3 и анод-деталь 9, В результате ток 20в сварочной цепи возрастает, а промежуточная дуга самопроизвольно обесточивается,25 30 35, ной дуги, отличающееся тем, что, с целью40 повышения эффективности и надежности в работе устройства и стабильности возбуждения сварочной дуги, оно снабжено диодом, включенным между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом ис 45 точника питания сварочной дуги, вторым вспомогательным источником питания, подключенным отрицательным зажимом к вспомогательному электроду и положительным зажимом - к аноду-детали, причем50 в качестве вспомогательных источников .питания использованы генераторы одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включена индуктивность,вания промежуточной Дуги от источника питания Ов 2 часть тока шунтируется через цепь анод-деталь 9, источник питания сварочной дуги Осе, диод 10 и вспомогательный тания Осе. Параллельно промежуточной дуге источник питания сварочной дуги Осв поддерживает несамостоятельный разряд между полым катодом 2 и анодом-деталью 9, с помощью которого путем ионной бомбардировки полый катод 2 интенсивно нагревается. По мере нагрева полого катода 2 его ток термоэмиссии возрастает и сопротивление в цепи источник питания Оса. полый катод 2, анод-деталь 9 становится существенно меньше, чем в цепи источник питания Ов, диод 10, вспомогательный,т.е. гаснет. Полый катод 2 выходит в рабочий режим термоэмиссии и возбуждается самостоятельный дуговой разряд с полым катодом, т.е, сварочная дуга,Устройство обеспечивает надежное возбуждение и устойчивую работу дугового разряда с полым катодом в вакууме. Для возбуждения и поддержания вспомогательной дуги с автозлектронным холОдным катодом достаточно использовать генератор одиночного импульса с параметрами: начальное напряжение 350-500 В, энергия импульса 2-5 Дж, длительность импульса 0,5-3 мс (максимальное значение амплитуФормула изобретения УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ВАКУУМЕ, содержащее водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен полый катод, в другом закреплен вспомогательный электрод с центральным каналом и рабочей поверхностью; перпендикулярной к оси этого канала, который подключен к отрицательному зажиму вспомогательного источника питания, изоляционную втулку, установленную на вспомогательном электроде в контакте со всей .его боковойповерхностью, источник питания сварочды тока в импульсе составляет 200 - 250 А) Индуктивность 12 выбирается порядка 2-3 МГн, Для стабильного возбуждения промежуточной дуги с помощью генератор одиночного импульса необходимо иметь начальное напряжение импульса 90-110 В, энергию и длительность импульса 0.2 - 0,3 Дж, 0,5-3 мс соответственно, Индуктивность 1,5-2 мГн, Это обеспечивает стабильное поддержание йромежуточной дуги от источника питания сварочной дуги даже при его напряжении холостого хода 0=27-50 В и сравнительно .большой индук 1 ивности сварочной дуги (д 60-200 и Гн).Экспериментальные исследования данного устройства для сварки неплавящимся электродом в вакууме в составе установки для дуговых сварочных процессов в вакууме показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) предлагаемое устройство обеспечивае более надежную его работу и стабильное возбуждение сварочной дуги, достигающей 9899, более эффективное использование вспомогательных источников, выполненных в качестве генераторов одиночных импульсов. Это позволяет уменьшить их весовые характеристики и габариты в 5-10 раз, затраты электрической энергии при возбуждении дуги до 40-100 раз, а значит, повысить технико-экономические показатели сварочных процессов.(56) Авторское свидетельство СССР В 1226750, кл, В 23 К 9/16, 1983.Авторское свидетельство СССР %1287417, кл, В 23 К 9/16, 1983.Т 113035,гарина. 1 О роиэводств ел но-и.зда тел ьский комбинат "Патент", г. Ужгоро