Неплавящийся электрод для дуговых процессов

Сфез СоветсинкСфцнапнетнчеениеРеепубянн ОП ИСАНИЕИ ЗОВееЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п,919839(22)Заявлено 14.02,79 (21) 271855 /25-27 В 2 Э К Э 5/06 с присоединением заявки,Ив Экуавретеиеый кемнтет СССР ае агвана изобретений в впрытвйГосударств институт 1) Заявит ПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТР ПРОЦЕССОВ(5 ДУГОВЫХ 2ные дополнительные расчеты температурных полей в неплавящемся электроде при использовании его в качестве като. да дуги постоянного тока, горящей на токе 1000 А в смеси природного и углекислого газов, и коэФфициенте теплоотдачи к охлаждающей воде 2 10 Вт/м град показали, что размеры шарового сегмента, а именно его высота Н и диаметр основания д, являются важными параметрами, вдиякщи- ми на характер распределения и максимальные значения температур как в ак тивной вставке, так и в обойме, что в свою очередь определяет величину предельных тепловых нагрузок, выше которых происходит разрушение конструкции:катода вследствие церегрева материала вставки или обоймы, а также ресурс работы катода. вып суж Цельющенке рестем увели Изобретение относится к электродуговой обработке и может быть применено при плазменной резке, сварке,наплавке металлов, их выплавке. в металлургии.,По основному авт. св. В 841871 . физвестен неплавящийся электрод длядуговых процессов, содержащий обоймус расположенной в н трубкой для подачи охлаждающей среды и закреплен-,ную на торце обоймы активную вставку,Оолненную в виде усеченного конуса,ающегося к рабочему торцу электрода и имеющего со стороны охлажденияуглубление. Электрод снабжен корпу 15сом и размещенной внутри него трубкой, установленными коаксиально обойме и образукзцими кольцевые . полостидля дополнительного охлаждения вставки, а углубление выполнено в виде ша-рового сегмента 111.В описании основного изобретенияне указаны параметры заглубления шарового сегмента, Между тем, проведенобретения является повыса работы электрода пуния его термостойкостипри эксплуатации на повышенных тепловых нагрузках.Цель достигается тем, что высоташарового сегмента равна 0,3-0,7высоты активной вставки, а диаметроснования шарового сегмента 0,8-1,05диаметра рабочего торца активнойвставки.На фиг. 1 изображена конструкциянеплавящегося электрода , на фиг. 2- 0сечение активной вставки электрода.Неплавящийся электрод состоит изводоохлаждаемого корпуса 1 и, закрепленной в нем обоймы 2 (на резьбе,на коиусной насадке и т.п.), выпол Зненной из тепло- и электропроводного материала, как правило меди высокой чистоты. Коаксиальные полости3 и 4 служат для подачи охлаждающейкатод жидкости к его рабочему участку. В обойме 2 плотно укреплена за"прессовкой или пайкой активная вставка 5 выполненная в виде усеченного;конуса, сужающегося к участку привязки на ней приэлектродной области дуги. Поверхность 6 активной вставки"5, обращенная к полости охлаждения,выполнена с заглублением в форме ша,рового сегмента 7Н и 0 - соответственно высота активной вставки идиаметр ее поверхности на участкепривязки при электродной области дуги, т.е. со стороны рабочего торцаэлектрода; Н и д - параметры шарового сегмента, соответственно его вы 35сота и диаметр основания. Полости8 и 9 предназначены для отвода охлаждающей жидкости после съема теплас рабочего участка электрода.Изобретение основано на результа 40. тах дополнительных расчетов на ЭВИМтемпературных полей в катбде и,института "Жпроникель",Испытываются активные вставки из45графика марки С, запрессованные вмедные водоохлаждаемые обоймы. Расходохлаждающей воды составляет 500 г/с.Для охлаждения используется проточ,ная водопроводная вода, содержащаякак различные примеси (ржавчину, растворенные соли), так и растворенныйкислород, Исследуемые электроды служат катодами плазмотрона, анодом которого является медное водоохлажда- ффемое сопло с внутренним каналом диаметром 9,0 мм. Для испытаний применя 1.ется общепринятая методика повторнократковременных (по 10-15 мин) зажиганий дуги на токе 500-600 А, В к- честве плазмообразующей среды используется смесь природного газа с расходом 3,0 нм /ч и углекислого газа с расходом 5,0 нм /ч, что обеспечизвает работу катодов в режиме постоянного возобновления из углерода - продукта диссоциации углеводородов этой смеси. Активные вставки из спектрального чистого графита С -1 катодов в виде усеченных конусов с диаметрами оснований 2,0 и 4,5 мм, высотой 3,0 мм запрессованы в обоймы из меди марки И 1. Высота шарового сегмента в активной вставке изменяется от 0,5 до 2,4 мм, а диаметр основания сегмента - от 1 до 4,5 мм. Охлаждение этих электродов осуществляется двумя потоками воды, подаваемыми через центральную полость (со скоростью 12,м/с) и через основную полость (со скоростью 3 м/с)О поведении катодов различных типов судят по величине теплового потока в них, величине выгорания активной вставки, определяемой по ее заглублению в тело медной обоймы и по внешнему виду поверхности прослойки меди, контактирующей с охлаждающей водой.Активная вставка катодов, выполнен- ных с заглублением по известной схеме, при высоте шарового сегмента более 2,1 мм (т.е, больше 0,7 высоты активной вставки) или менее 0,9.мм (т.е.менее 0,3 высоты активной вставки), а также при диаметре основания заглубления менее 1,6 мм (т.е, менее 0,8 диаметра рабочей поверхности вставки) при первых же включениях ю выгорает. При этом глубина выгорания составляет 0,6-1,5 мм, При высоте заглубления 2,4 мм вставка выгорает полностью и катод разрушается. В остальных случаях после выгорания устанавливается режим постоянного возобновления катода. Однако тепловой поток в катод при этом высок и достигает уровня 3,0-4,0 кВт. На поверхности прослойки меди, контактирующей с охлаждающей водой, появляется плен" ка телесного цвета диаметром 7"9 мм. Химическим анализом установлено, что в пленке имеются окислы железа и меди с низкой теплопроводностью. В ряде случаев на поверхности медной прослойки, обращенной к активной вставке, имеются следы оплавления. Резуль,таты испытаний показывают, что проис919839ходит внезапное разрушение катода после 80-120 включений дуги. Катод, выполненный по предлагаемой схеме, при первом же включении без выгорания активной вставки переходит в режим 5 постоянного возобновления, Величина теплового потока в катод не превышает 2,5 кВт. На поверхности меди, контактирующей с охлаждающей водой, диаметр темной пленки не превышает Змм.10В таблице представлены данные расчетов температурных полей в электроде в наиболее теплонагруженных точках - в точке А, находящейся в центре рабочей поверхности вставки, 15 и в точке С, расположенной в вершине заглубления.Приведенные данные получены для катода с диаметрами активной вставки 210 м и 4,5 10 м и высотой 3 10 м. 20Из данных таблицы следует, что при невыполнении условий Нг 0,3 Н или д( 0,80 (варианты 5 и 7) температура в точке А выше температуры плавления графита (3700 С), что при вводит к ее выгоранию. Это исключает воэможность работы электрода в наиболее благоприятном режиме постоянного возобновления, При невыполнении условия Н 0,7 Н (вариант б) тем- зо пература в точке С выше температуры плавления меди (1083 С), что приводит к механическому разрушению конструкции. При соблюдении укаэанныхразмеров эаглубления (варианты 1-4) температуры в точке А и в точке С .ие превышают предельно допустимых для материалов вставки и обоймы. Аиапогичнйе зависимости сохраняются и для катодов, имеющих иные геометрическиеразмеры.Результаты экспериментальной проверки подтверждают правильность определения граничных значений параметров заглубления.Физически влияние указанных параметров шарового сегмента на характер. распределения температур в активной вставке и водоохааждаемой обойме обьясняется следукщим образом.За счет конической формы активной50 вставки тепловой поток от дуги, первоначально направленный вдоль оси катода, как бы "отражается" от боковых поверхностей конуса и значительная его часть направляется радиально, что позволяет эффективно использовать дополнительное боковое охлаждение катода, осуществляемое нарядус центральным, в связи с наличием двухполост ей охлаждения. Однако увеличение линейных размеров активной вставки, обусловленное расширением конической поверхности по мере удаленияот рабочей поверхности, помимо положительного эффекта экранирования центральной части водоохлаждаемой поверхности обоймы приводит к перегреву центральной части активной вставкивследствие значительно более низкойтеплопроводности ее материала по сравнению с материалом обоймы. Наличиезаглубления на поверхности активнойвставки, обращенной к полости охлаждения, позволяет с одной стороныулучшить условия охлаждения центральной части активной вставки за счетуменьшения расстояния от рабочей поверхности вставки до водоохлаждаемойобоймы, с другой стороны приводит кболее равномерному распределению температуры на центральной водоохлаждаемой поверхности обоймы за счет увеличения поверхности ее контакта с ак"тивной вставкой. Таким образом, параметры шарового сегмента оказывают влияние как на характер распределения температур в активной вставке иводоохлаждаемой обойме, так и на значения максиоаль" ных температур в этих наиболее тепло- нагруженных элементах конструкцииэлектрода. Выбирая параметры шарового сегмента соответствующим образом, можно обеспечить работу электрода без превышения предельных температур как для материала активной вставки, так и для материала обоймы.Использование изобретения позволяет увеличить термостойкость конструкции неплавящегося электрода и ресурс его работы иа повышенных тепловых нагрузках. Число включений без раэрущения катода увеличивается до 280-320.. Параметры шарового сегмента, отн. ед., по вариантам 1 2 3 4 5 6 в Н 0, 3 Н 1 1 Н0,7 Н 1,Н 2 0,5 Н 1 Н 0,5 Н 11 Н 0,25 Н, НО, 75 Н 1, Н 0,5 НУ Температураарактерннхточках, С 41,0501. 01,05014-0,801 дщ 1,001 д 1,050; б 1,05 Р; 40,750 3640 3730 3480 3710550 490 1095 805 3610 37001085 710 3700 510 формула изобретения Неплавящийся электрод для дуговых, прЬцессов по авт. св В 841871, о т - л и ч а ю. щ и й с я тем, что, с це" :лью повышения ресурса работы электрода путем увеличения его термостойкости при эксплуатации на повышенаах тепловых нагрузках, высота шарового сегмента равна 0,3-0,7 высотыактивной вставки, а диаметр основанияшарового сегмента 0,8-1,05 диаметрарабочего торца активной вставки. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРпо заявке В 263065 1/25-27, 1978,919839 Составитель Л.СухановаРедактор М.Дылын Техред А. Ач Коррек оста 2 Тираж 1151ВНИИПИ Государственнопо делам изобретений113035, Москва, Ж,.Заказ 222 Подписноо комитета СССРи открытийРаушская наб., д. е 5 Филиал Патент , г. Ужгород, ул. Проектная,