Способ определения работоспособностинеплавящихся электродов дляплазменной обработки

Способ определения работоспособностинеплавящихся электродов дляплазменной обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (ii!8®7 3

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.11.77 (21) 2539948/25-27 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

В 23К 35/00

В 23К 9/16

Государствеииый комитет

СССР пе делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 07.04.81. Бюллетень № 13 (53) УДК 621.791.755..037(088.8) (45) Дата опубликования описания 07.04,81 (72) Авторы изобретения

М. Г. Фридлянд и А. А. Кудрявцев

Я: (, 1Д g»

1 ский институт

1 ЯЫ1 ит (т- 1 (71) Заявитель

Государственный проектный и научно-исследовател

«Гипроникель» (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

НЕПЛАВЯЩИХСЯ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ

ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании и эксплуатации оборудования для плазменной обработки металлов, их сварки, резки, наплавки и т. д., а также для плазменной плавки.

Известен способ определения работоспособности стержневого неплавящегося электрода путем нахождения изменения во времени характеристик электрода при горении 1р дуги. Существуют несколько разновидностей этого способа, различающихся анализируемыми характеристиками.

При первой разновидности в качестве характеристики электрода используют изме- 15 нение во времени внешнего вида его рабочей поверхности (1).

Недостатком этой разновидности известного способа является ее субъективность, приводящая к снижению качества опреде- 20 ления работоспособности электрода.

При второй разновидности известного способа в качестве характеристики работоспособности электрода используют изменение во времени величины теплового потока в него (2).

В этом случае, качество определения работоспособности электрода хотя и выше, чем при первой разновидности способа, но также недостаточно в связи с зависимо- ЗО стью теплового потока в электрод от ряда факторов (длина и мощность дуги, конфигурация сопла, скорость плазмообразующего газа и т. п.), непосредственно не связанных с работой исследуемого электрода.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения работоспособности неплавящихся электродов для плазменной обработки, при котором в плазмообразующей среде между электродами, в качестве одного из которых используют испытуемый электрод, повторно-кратковременно зажигают дугу, а о работоспособности электрода судят по состоянию рабочей поверхности испытуемого электрода, т. е. эрозии поверхности электрода (3).

Этот способ дает наиболее качественное определение работоспособности электрода, так как основан на объективной оценке его поведения независимо от всех иных факторов. Однако недостатком этого способа, как впрочем и первых двух, является большая длительность определения работоспособности, измеряемая часами. Это ограничивает применение известного способа даже при выборочном определении работоспособности электродов из отдельных партий.

818793

Цель изобретения — сокращение времени на определение работоспособности электрода.

Это достигается тем, что в способе определения работоспособности неплавящихся электродов для плазменной обработки, при котором в плазмообразующей среде между электродами, в качестве одного из которых используют испытуемый электрод, зажигают дугу, а о работоспособнсти электрода судят по состоянию рабочей поверхности испытуемого электрода, в качестве плазмообразующей среды используют газовые смеси с диссоциирующими углеродсодержащими соединениями, время горения дуги выбирают в пределах 2 — 3 мин, а работоспособным признают электрод, рабочая поверхность которого полностью покрыта слоем углерода.

Способ основан на известном факте формирования и постоянного возобновления электродов, в частности катода сжатой дуги, непосредственно при горении дуги из плазмообразующей среды, содержащей диссоциирующие углеродсодержащие соединения.

Проведенные исследования показали, что степень покрытия рабочей поверхности электрода углеродом плазмообразующей среды зависит не только от содержания в этой среде свободного углерода, но и от материала электрода, качества его заделки (обычно запрессовки) в медную водоохлаждаемую обойму-электрододержатель, длины и диаметра стержня электрода, расстояния от рабочей поверхности электрода до поверхности контакта с охлаждающей средой, толщины слоя меди обоймы-электрододержателя между электродом и охлаждаемой поверхностью, природы охлаждащей среды (вода, воздух и т. д.), ее расхода, т. е. в конечном счете от факторов, определяющих работоспособность электрода. Если электрод работоспособен, т. е. выполнен достаточно качественно, и интенсивно охлаждается, то при горении дуги и при наличии в плазмообразующей среде диссоциирующих углеродсодержащих соединений (углеводороды, моноокись углерода), являющихся источником свободного углерода, вся рабочая поверхность электрода покрывается углеродом. Происходит это за время, не превышающее (с учетом выхода дуги на режим) 2 — 3 мин в течение одного включения дуги. Если же электрод неработоспособен в связи с недостаточностью одного или нескольких из перечисленных выше факторов, то в результате превышения скорости испарения углерода над скоростью его высаживания из плазмообразующей среды углерод покрывает либо часть рабочей поверхности электрода, либо не покрывает ее вовсе. Причем это выявляется также при одном включении дуги за время, не превышающее 2 — 3 мин.

1О

20 5

30. з5

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Предназначенный для определения работоспособности электрод, являющийся представителем партии изготовленных электродов, собирают, устанавливают в плазматроне и пускают через него охлаждающую среду с требуемым расходом. В плазмообразующую среду, в которой должен работать исследуемый электрод, и контактирующую с ним вводят диссоциирующее углеродсодержащее соединение (углеводороды, моноокись углерода) в количестве, необходимом для постоянного возобновления электрода.

В указанной смеси зажигают дугу, устанавливают рабочий ток для исследуемого катода и поддерживают дугу на этом токе в течение 2 — 3 мин, после чего дугу выключают. После выключения дуги определяют, какая часть рабочей поверхности электрода покрыта углеродом.

Электрод считают работоспособным, если его рабочая поверхность полностью покрыта углеродом, Электрод считают неработоспособным, если углерод на его рабочей поверхности полностью или частично отсутствует. В этом случае определяют, какой из факторов вызывает эту неработоспособность и его изменяют. Например, в случае термохимического катода цирконий заменяют гафнием, или воздушное охлаждение заменяют на водяное, или снижают рабочий ток электрода, или увеличивают скорость охлаждения, или изменяют конфигурацию электрода, или улучшают заделку электрода в охлаждаемую медную обойму-электрододержатель и т. д.

Правомочность использования предлагаемого критерия для оценки работоспособности электродов подтверждается тем, что во всех случаях, когда их рабочая поверхность не покрывается при проверочном эксперименте углеродом, дальнейшая эксплуатация электродов в рабочих условиях, т. е. при отсутствии углеродсодержащих соединений в плазмообразующей среде, сопровождается быстрым их разрушением.

Пример 1. Определяли работоспособность стержневых катодов одинаковой конфигурации из гафния и циркония, запрессованных в медные водоохлаждаемые обоймы, в плазмообразующей среде, образованной углекислым газом, на токе 600А. С этой целью зажигали дугу на токе бООА на каждом из катодов при прочих равных условиях в плазмообразующей среде, содержащей наряду с углекислым газом также метан, расход которого поддерживают равным 4000 л/ч. Через 2 — 3 мин дугу выключали, после чего визуально исследовали рабочую поверхность каждого катода.

При осмотре выяснилось, что при диаметре гафния и циркония 2,5 мм, длине их (глубине запрессовки) 5 мм, расстоянии по меди от стержней до охлаждаемой поверх8!8793

30 среде, образованной аргоном, которые были запрессованы в виде стержней диамет- 40 ром 55 мм и длиной 3 мм в медные водо45

Составитель Г. Квартальнова

Редактор Т. Зубкова Техред И. Заболотнова Корректоры: Т. Трушкина и В. Нам

Заказ 650 8 Изд. № 280 Тираж 1148 Подписное

HllO «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Сапунова, 2

Типография, пр. ности обоймы-катододержателя 1,0 мм, расходе охлаждающей воды 150 г/с рабочая поверхность гафниевого катода полностью покрыта углеродом (графитом), а на рабочей поверхности катода из циркония углерода нет совершенно.

На основании этого сделан вывод, что гафниевый катод из проверенной партии в указанных условиях работоспособен, а циркониевый — неработоспособен, что подтвердилось их эксплуатацией в рабочих режимах.

Пример 2. Определяли работоспособность гафниевых катодов тех же параметров, что и приведенные в примере 1 с водяным и воздушным охлаждением, при горении дуги на токе 400А в плазмообразующей среде, образованной воздухом. Для этого зажигали дугу в плазмообразующей смеси воздуха с 1000 л/ч пропана сначала на катоде с водяным охлаждением, а затем на катоде с воздушным охлаждением. Через 2 — 3 мин дугу выключали и визуально исследовали рабочую поверхность каждого катода.

При осмотре выяснилось, что рабочая поверхность катода с водяным охлаждением полностью покрыта углеродом, т. е. он работоспособен, а на рабочей поверхности катода с воздушным охлаждением углерод отсутствует, т. е. в указанных условиях он неработоспособен. Сделанный вывод подтвердился дальнейшей эксплуатацией катодов в рабочих условиях, т. е. без углеводородов.

Пример 3. Определяли работоспособность стержневых вольфрамовых анодов дуги на токе 1000А в плазмообразующей охлаждаемые обоймы-анододержатели, в зависимости от расстояния по меди от вольфрама до водоохлаждаемой поверхности медной обоймы при двух значениях этого расстояния: 0,5 и 5,0 мм.

С этой целью каждый из исследованных анодов устанавливали в качестве катода плазматрона и зажигали на нем дугу на

25 токе 1000А в плазмообразующей среде, в которую наряду с аргоном вводят моноокись углерода с расходом 700 л/ч, при прочих равных условиях.

Прн расстоянии 0,5 мм вся рабочая поверхность вольфрамового электрода покрыта углеродом в виде коронки, т. е. электрод работоспособен. При расстоянии 5 мм углерод покрывает лишь небольшую часть рабочей поверхности электрода, являющегося неработоспособным.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа состоит в резком сокращении, не менее чем в 30 — 40 раз, времени определения работоспособности электродов и обусловленная этим экономия времени, труда и материалов.

Формула изобретения

Способ определения работоспособности неплавящихся электродов для плазменной обработки, при котором в плазмообразующей среде между электродами, в качестве одного из которых используют испытуемый электрод, зажигают дугу, а о работоспособности электрода судят по состоянию рабочей поверхности испытуемого электрода, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени на определение работоспособности электрода, в качестве плазмообразующей среды используют газовые смеси с диссоциирующими углеродсодержащими соединениями, время горения дуги выбирают в пределах 2 — 3 мин, а работоспособным признают электрод, рабочая поверхность которого полностью покрыта слоем углерода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Жуков М. Ф., Смоляков В. Я., Урюков Б. А. Электродуговые нагреватели газа. М., Наука, 1973, с. 167.

2. Быховский Д. Г. Плазменная резка.

М., Машиностроение, 1972, с. 88, 91.

3. Быховский Д. Г. и Медведев А. Я. Элементы IVA группы как термохимические катоды плазматро на — «Электротехническая промышленность», серия «Электросварка», 1972, вып. 2, с. 8 — 10 (прототип),