Неплавящийся электрод для дуговых процессов и способ его охлаждения

Неплавящийся электрод для дуговых процессов и способ его охлаждения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электродуговым процессам, преимущественно к плазменной сварке постоянным током обратной полярности алюминия и его сплавов в среде защитного газа, и может быть использовано в различных областях промышленности. Цель изобретения - повышение плотности тока при плазменных процессах, повышение стабильности возбуждения дуги и ресурса электрода, а также качества сварных соединений и производительности. Неплавящийся электрод состоит из электропроводного корпуса. В корпусе закреплен высокотеплопроводный стакан 2 с внутренним ребром 3 и с запрессованной в нем вольфрамовой вставкой 5. Водоохлаждаемая трубка 4 охватывает ребро 3. Стакан охватывает ребро у рабочей поверхности по форме усеченного тора. Геометрические размеры электрода следующие: Д = 0,22-0,24√J

Д<SB POS="POST">1</SB> = 2,8Д: S = S<SB POS="POST">1</SB> = 0,4Д: H =2,5Д, где Д - диаметр вольфрамовой вставки, мм:J - максимальный ток сварки

A

D<SB POS="POST">1</SB> -наружный диаметр стакана, мм

S =S<SB POS="POST">1</SB> - толщина стенки стакана, мм

H - высота ребра, мм. Охлаждение электрода осуществляют потоком жидкости, омывающей ребро и внутреннюю поверхность стакана со скоростью 4-7 м/с. Интенсификация охлаждения вольфрамовой вставки, обеспечивающаяся геометрическими соотношениями электрода и повышенной скоростью потока охлаждающей жидкости, способствует повышению 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., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5D4 В 23 35 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР

f (21) 4235923/25-27 (22) 17.02.87

{46) 30. 07.89. Бюп, № 28 (72) В.К. Назарук, В.П. Бочкарев, В.П. Зайцев; А.С. Хамритилев и Б.Л. Вичик (53) 621.791.75(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 420222, кл. В 23 К 9/16, 1976. (54) НЕПЛАВЯВЯ СЯ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ И СПОСОБ ЕГО ОХЛАЗКДЕНИЯ (57) Изобретение относится к электродуговым процессам, преимуществен- . но к плазменной сварке постоянным током обратной полярности алюминия и его сплавов в среде защитного газа, и может быть использовано в различных областях промышленности. Цель изобре„„SU„„1496969 А1 тения — повышение плотности тока при плазменных процессах, повышение стабильности возбуждения дуги;и ресурса электрода, а также качества сварных соединений и производительности. Неплавящийся электрод состоит из электропроводного корпуса. В корпусе закреплен высокотеплопроводный стакан

2 с внутренним ребром 3 и с запрессованной в нем вольфрамовой вставкой 5. Водоохлаждаемая трубка 4 охватывает ребро 3. Стакан охватывает ребро у рабочей поверхности по форме усеченного тора. Геометрические размеры электрода следующие: D = (0,220,24) Т; Df = 2,8D; S = S, = 0,40;

2,5D, где D — диаметр вольфрамовой вставки, мм, I — максимальныйток сварки, А, D — наружный диаметр стакана, мм; S = S — толщина стенки

3 1496969 стакана, мм; h — высота ребра, мм, Охлаждение электрода осуществляют потоком жидкости, омывающей ребро и внутреннюю поверхность стакана со скоростью 4-7 м/с. Интенсификация охлаждения вольфрамовой вставки, обеспечивающаяся геометрическими соотношениями электрода и повышенной

4 скоростью потока охлаждающей жидкости, способствует повь шению 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 относится к электродуrîâûì процессам, преимущественно к плазменной сварке постоянным током обратной полярности алюминия и его сплавов в средне защитного газа, У

Цель изобретения - повьииение плот- 20 ности тока при плазменных процессах, повышение стабилизации возбужденИя и горения дуги и ресурса эдектрода, а также повышение качества сварньйс соединений и производительности. 25

На фи1. 1 представлен электрод, общий вид; на фиг. 2 — схема возбуждения дуги.

Электрод состоит из электропроводного корпуса 1, к которому присоеди- ЗО няется низкотемпературным припоем или другим методом высокотеплопроводный стакан 2, изготавливаемый, например, из чистой меди. Внутри стакана имеется ребро 3, образующее с внутренней цилиндрической поверхностью стакана относительно узкий кольцевой зазор, в которой вставлена тонкостенная водоохлаждаемая трубка 4, в свою очередь, образующая кольцевой канал 40 равного сечения для прохода охла кдающей жидкости. Стакан 2 со стороны рабочей поверхности охватывает ребро 3 по форме .усеченного тора. В центре ребра 3 запрессована вольфрамовая вставка 5, длина которой на 1-2 мм меньше ребра 3.

Схема возбуждения дуги состоит из предлагаемого электрода 6, плазмообразу щего сопла 7 - ь1ого 50 возбуждения дежурной дуги и установившейся дежурной дуги.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу электрода в со- „ ставе плазмотрона при сварке обратной полярности.

В водоохлаждаемую трубку 4 подают охлаждающую жидкость (например воду или дистиллированную воду) под давлением 0,4-0,5 МПа, обеспечивая скорость потока жидкости 4-7 м/с..С помощью высокочастотного разряда возбуждают дежурную дугу, которая возбуждается между боковой поверхностью тора электрода 6 и конусом плазмообразующего сопла 7, под действием потока плазмообразующего газа перемео щается 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 анодного. Распределение тепловых потоков в электроде не дают смещаться анодному пятну к периферии. Тем самым обеспечивается стабильное горение дуги с плотностью тока прианодной области не 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 20Х. Экспериментальными данными установлено, что ч ем выше плотность тока врианодной области, тем через меньший диаметр плазмооб разующего сопла можно пропустить одно и то же значение сварочного тока. В результате увеличивается общая

1496969 ь плотность 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 формуле

 = (0,22 — 0,24) gi.

При таком соотношении диаметра вольфрамовой вставки и тока сварки предлагаемое устройство обеспечивает плотность тока прианодной области не менее 50 A/мм, а расплавленное пятно на вольфрамовой вставке составляет 40-50 диаметра вставки. Экспериментальные данные показали, что при D ) 0,24 4I 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 D c. 00,22 47 происходит расплавление стакана в местах сопряжения с вольфрамовой вставкой.

Наружный диаметр стакана, толщина его стенки и высота ребра взаимно связаны соотношениями:

Р, = 2,80; S = 0,40; h = 2,50.

Исследования работоспособности анодов показали, что приведение соотношения обеспечивают минимальное термическое сопротивление теплопередачи. В результате достигается высокая плотность тока прианодной области (не менее 50 A/ìì ), устойчивый процесс, привязка анодного пятна в цент- ре электрода.

При D ) 2,8D работоспособность

1 .электрода не улучшается. Это можно

1 объяснить тем, что термическое сопрртивление 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 D ( (2,8D уменьшается зазор между водо10 !

55 охлаждающей трубкой и стенками стакана, снижается скорость потока охлаждающей жидкости, в результате работоспособность электрода резко ухудшается.

При исследовании то.ш(ины станки стакана S особое внимание уделяли участку сопряжен я Б с ребром. Оказалось, что при S ) S можно увеличить тепловой поток в единицу 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 усеченного тора). При Я 0,4П « S p 0,40 происходит ухудшение условий теплопередачи, в результате работосн собность электрода снижается. На основании приведенных исследованы1 пришли к выводу, что оптимальным является соотношение S = 0,4D, Опт мизацию высоты ребра производили с учетом применения коэффициента оребрения не менее 2 и максимального снижения термического сопротивления по границе контакта вольфрам— медь. С точки зрения эффективности охлаждения за счет ребра можно применять ребра с соотношением 1,5D = h 20, однако при высоте ребра менее 2,50 наблюдается увеличение анодного пятна на вольфрамовой вставке, Это можно объяснить недостатачной стабильностью поверхности ко.:такта вольфрамовой вставки с медным стаканом, в результате чего увеличивается термическое сопротивление теплопередачи, Применение ребра с соотношением h 7 2,5D, как показали иСследования, на работоспособность электрода не влияет, а технология изготовления стакана усложняется.

Таким образом, установлено оптимальное соотношение h = 2,50.

Эффективность предлагаемого устройства связана -о - "с-коростью пото ка охлаждающей жидкости. Как показали опыты, вално знать минимально допустимую скорость потока охлаждающей жидкости. Исследовалн скорость потока от 1 до 10 м/с, В результате ис1 пытаний пришли к выводу, что работоспо собность электрода увеличивается с нарастанием скорости охлаждающего потока до 4 м/с, далее термическое сопротивление участка (от анодного пят1 496969 па до поверхности, омываемой охлаждающей жидкостью) нач1п1ает ограничивать увеличение зф13ективности охлаждения, поэтому дальнейшее повыше12ие скорости потока не оказывает положительного эффекта на работу электрода. При скорости потока более 7 м/с на токах 0,5-0,7 макс22мальпого значения происходит нереохлажденпе электрода, что ухудн1ает устойчивость горения дуги и нарушает сварочный режим.

Б таблице пр1пзеден21 параметры электродов для максимального рабочего тока 500А. 15

Провод301и испыта11ия электродов с испо„п,зов аппе2,1 ц21.1ппдоичес-к32- «ольфрамо33ь1х вставок 13 рех иь10 !:pQ тI,Ов1. E . ме1шых вк3поче1п2й при следуюш21х параМг о 13

450

10

Э = 2,8D, 30

1.pe D » — диаметр стакана, h = 2,5П, Ис12ользонмше предлагаемого техни- 4р ческого решени32 позволяет повысить

22лояность тока в 2,5 раза, увели IImI ресурс электрода в 3-4 раза, увеличить глубину проплавлепия и скорость сварки в l,5-2,0 раза, снизить расход 45 сварочных материалов в 2 раза за счет уменьшения числа проходов и увеличения скорости сварки, повысить качестПлотность тока прианодной области

А/мм

Диаметр расплав" ленного

Наружный диаметр стакана

D мм

Толщина стенки

Диаметр вольфрамовой вставки

D, мм

ысота ебра им стакана

S> мм пятка на вольфрамоной вставке, мм

2,3

2,4

3,5

2 0 12,0 55

2 1 12 8 53

22 !34 51

13,8

14,4

15,0

4,9

5,1

5,4

22етрах:

11лазмообраз."зо ы.и газ j ок дут и А

),11амет1р плазмообразующаго сопла, мм

1 асход плаэмообразу1оцего газа., л/ч

Расход охлаждающей воды, л/мин

Бре Iя Hключения мин

Ре-.ультаты испытап12й след-."ющие: наружный д11аметр электрода 13,7 2121; скоро 075 110ToKа охлаждаIощей «кидкос» Ь ти 4 и/с; диаметр расплавленного пятна вольфрамовой встизк11 2,3 мм (расп31авленное пятно круглое, располагается в центре электрода); плотность тока прпанодной области

5 1 Д /2,2ы ве выпускаемой продукции (снизить брак в 1,5-2,0 раза), уменьшить размеры электрода.

Формула изобретения

1. Пеплавящийся электрод для дуговь2х 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 и о стаканом размещена водоохлаждаемая трубка, отличающийся 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 соотношений

n = т -11, m = Э(0,22; 0,24), где D — диаметр вольфрамовой вставки;

I -максимальный ток сварки, S=S=0413

9 Ф о где S — - толщина боковой части стакана;

S — толщина дна, где h — высота ребра.

2. Способ охлаждения неплавящегося электрода для дуговых процессов, преимущественно плазменных, на обратной полярности, при котором внутреннюю поверхность электрода охлаждают жидкостью, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью.повь22пения стойкости, жидкость подают со скоростью от 4 до 7 м/ч. !

1496969

Составитель Г. Тютюнникова

Техред М. Дидык Корректор М. Шароши

Редактор И. Рыбченко

Заказ 4376/17 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат, "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101