Неплавящийся электрод для плаз-менной обработки

Неплавящийся электрод для плаз-менной обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск ни

Социалистичесиии

Реслублии

«и841870 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 11.05.78 (2l) 2607702/25-27 (5t}M. Кл.

В 23 К 35/00

В 23 К 9/16 с присоелинением заявки РЙ—

Гооударстваииый комитет

СССР

IIo делам изабретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.81. Бюллетень 1й 24 (53) УДК 621. 791.

° 755(088.8) Дата опубликования описания 30.06.81

А.Я.Медведев

> :. * л,.", ц ф

l п4 1 j (, ...Д.Г.Быховский, А.Л.Болотников, В.Н.Кисе и Я.В.Россомахо (72) Авторыизобретени я (71) Заявитель (54) НЕПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ

ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к обработке металлов и может быть использовано для электродуговых процессов в среде углекислого газа, преимущественно для плазменной сварки металлов в среде углекислого газа или в смесях на основе углекислого газа.

Известен неплавящийся электрод для плазменной обработки в среде углекислого, газа, содержащий охлаждаемый водой металлический держатель, выполненный из меди, и активную вставку иэ циркония, соединенную с держателем при помощи пайки. При работе этого неплавящегося электрода в среде углекислого rasa активная вставка из циркония вступает в химическое взаимодействие с активными компонентами плазмообразующего газа (углеродом и кислородом), при этом на всей рабочей поверхности активной вставки образуется пленка, состоящая из соединения циркония с углеродом и кислородом - оксикарбид циркония.Слой из ок2

;сикарбида циркония имеет большую термическую устойчивость и более высокие эмиссионные свойства,чем металлический цирконий 1) .

Однако при плазменной обработке в среде углекислого rasa на штоках электрической дуги свьппе 300 А ресурс работы такого электрода (суммарное время горения электрической дуги при сварке) является неприемлемым для

10 промышленной, эксплуатации.

Известен также неплавящийся электрод для плазменной обработки в среде углекислого газа, содержащий держатель из меди или ее сплавов и располо!

5 женную в нем активную вставку из гафния, на поверхности которой расположен слой оксикарбида гафния 121.

Недостатком такого электрода является невозможность его использования на токах электрической дуги свыше 400 А из-за нарушения термической стабильности слоя оксикарбида гафния.

Это практически исключает его исполь3 8 зование для плазменной сварки низкоуг леродистых и низколегированных сталей толщиной свыше 6 мм в среде углекислого газа или в смесях на основе углекислого газа.

Цель изобретения — повышение ресурса работы электрода путем. повышения его термической стойкости.

Для достижения указанной цели по крайней мере 0,25 поверхности слоя оксикарбида гафния покрыта слоем графита.

Нанесение на слой оксикарбида гафния слоя графита, который образует рабочую поверхность активной вставки, обеспечивает снижение теплового потока, падающего на неплавящийся электрод и повышение термической устойчивости эмиссионных свойств предлагаемого неплавящегося электрода, т.е. уменьшение эрозии активной вставКИ е

Эксперименты показывают, что чем большая часть поверхности слоя из оксикарбида гафния покрыта слоем графита, тем выше термическая стойкость электрода и тем выше его ресурс.Изучение зависимости ресурса неплавящегося электрода от площади поверхности слоя оксикарбида гафния, покрытого слоем графита, показывает, что хотя максимальный ресурс неплавящегося электрода реализуется при покрытии слоем графита всей поверхности слоя оксикарбида гафния, приемлемым для промышленного использования неплавящегося электрода для плазменной сварки в углекислом газе на токах электрической дуги свыше 400 А ресурс достигается, если слой графита составляет не менее чем 0,25 площади всей рабочей Поверхности слоя оксикарбида гафния. Эксперименты также показывают, что при работе неплавящихся электродов в среде углекислого газа или в смесях на основе углекислого газа на токах электрической дуги свыше 400 А скорость эрозии активной вставки резко увеличивается. Причина столь быстрого выгорания неплавящегося электрода в среде углекислого газа или в его смесях связана с тем, что при работе неплавящегося электрода по мере эрозии активной вставки и погружения столба электрической дуги в образующийся кратер, тепловой поток растет и происходит катастрофическое разрушение электро41870 4 да. Однако небольшое ко;шчество неплавящихся электродов (примерно )OX от общего числа исследованных электродов) при повышении тока электрической дуги свыше 400 A продолжает стабильно работать в среде углекислого газа или в смесях »а основе углекислого газа в течение нескольких часов. Анализ строения рабочей поверхности гафниевой активной вставки исследуемых неплавящихся электродов показывает, что у всех стабильно работавших неплавящихся электродов слой оксикарбида гафния, расположенный на поверхности гафниевой активной вставки, покрыт слоем графита, а у всех неплавящихся электродов, имеющих высокую скорость эрозии, слой оксикарбида гафния, расположенный на поверхности гафниевой активной втавки, не имеет графитового покрытия.

Установлена взаимоод»означная связь между повышенной стойкостью неплавящегося электрода в среде уг I

2S лекислого газа или в смесях на основе углекислого газа при токах электрической дуги свыше 400 А и наличием графитового слоя на рабочей поверхности пленки из оксикарбида гафния, 30 покрывающей рабочую поверхность гаф п ниевой активной вставки. Чем большая часть поверхности слоя из оксикарбида гафния покрыта слоем графита, тем выше ресурс неплавящегося элект35 рода в среде углекислого газа или в смесях на основе углекислого газа,и

/ образование слоя графита на слое оксикарбида гафния происходит всегда от

1. периферии рабочей поверхности к цент40 ру,т.е.на участках поверхности слоя из оксикарбида гафния,имеющих наиболее низкую рабочую температуру.Образование слоя графита на поверхности пленки из оксикарбида гафния происхо45 дит в результате взаимодействия оксикарбида гафния с моноокисью углерода, образующейся при термической диссоциации углекислого газа в прикаточной части столба электрической дуги.

so Основной особенностью этого взаимодействия является узкий температурный интеграл, при котором оно происходит, с образованием графита, составляющей не более 500 С. Этим объясss няется экспериментально наблюдаемое образование слоя графита на периферийной части поверхности слоя из оксикарбида гафния,где рабочая темпера5 8418 тура слоя с одной стороны минимальна, а с другой стороны имеет малый радиальный градиент. Другой существенной особенностью взаимодействия оксикарбида гафния и моноокиси углерода является то, что данное взаимодействие происходит при высоком абсолютном уровне температуры, превышающем 250(РС.

При таких температурах слой графита может обеспечивать основную долю тока ip электрической дуги за счет тока термоэлектрической эмиссии,что привбдит к увеличению ресурса неплавящегося электрода, наблюдаемому при увеличении доли рабочей поверхности слоя 15 из оксикарбида гафния, покрытой сло" ем графита.

Экспериментальное изучение зависимости ресурса неплавящегося электрода от площади поверхности слоя окси-, карбида гафния, покрытой слоем графита, показывает, что хотя максимальный ресурс неплавящегося электрода реализуется при покрытии слоем графита всей поверхности слоя гафния, приемлемый для промышлениого использования неплавящегося электрода для плазменной сварки в углекислом газе на токах электрической дуги свыше

400 А ресурс достигается, если при предлагаемой геометрии активной встав- ки слой графита образуется и непрерывно поддерживается в процессе работы неплавящегося электрода на площади .не менее чем 0,25 площади всей рабочей поверхности слоя оксикарбида гафния.

На чертеже изображен предлагаемый неплавящийся электрод, сечение.

Неплавящийся электрод состоит из держателя 1, выполненного из меди и запрессованной в нее заподлицо активной вставки 2 из гафния. На наружной поверхности вставки 2 расположен слой

3 из оксикарбида гафния, на котором расположен слой 4 из графита, Пример 1. В неплавящемся электроде, содержащем медный держатель диаметром 20 мм и активную встав50 ку из гафния диаметром 3,6 мм, на поверхности активной вставки образован слой из оксикарбида гафния. На всей рабочей поверхности слоя из оксикарбида гафния образован слой гра55 фита. Высота активной вставки составляет 0,9 мм.

Неплавящийся электрод испытывают в плазменной горелке с диаметром соп70 6 ла ll мм в режимах плазменной сварки при следующих параметрах процесса:

Материал свариваемых пластин— низколегированная сталь 09г2

Толщина свариваемых пластин, мм 18 — 18

Плазмообразующий газ СО

Ток дуги, А 1000

Расход плазмообразующего газа, л/ч 400

Пластины сваривают в нижнем положении без разделки кромок со сквозным проваром за один проход со скоростью 30 м/ч. Ресурс, как суммарное .время горения электрической дуги при сварке, составляет 1 ч.

Пример 2. В неплавящемся элек- . троде, содержащем медный держатель диаметром 20 мм и активную вставку из гафия диаметром З.мм, на поверхности активной вставки образован слой из оксикарбида гафния. На 0,75 площади поверхности слоя из оксикарбида гафния образован слой графита.

Высота активной вставки составляет

l,5 мм.

Неплавящийся электрод испытывают в плазменной горелке с диаметром сопла 8 мм в режимах плазменной сварки при следующих параметрах процесса:

Материал свариваемых изделий— низкоуглеродистая сталь Ст.3

Толщина свариваемых пластин, мм 12-)2

Плазмообразующий ras Смесь

90Х COg+l0XO

Ток дуги,А 750

Расход плазмообразующего газа, л/ч 800

Пластины сваривают в нижнем положении без разделки кромок со сквозным проваром за один проход со скоростью

50 м/ч. Ресурс неплавящегося электрода, как суммарное время горения электрической дуги при сварке,составляет 1,7 ч.

Пример 3. В неплавящемся электроде, содержащем медный держатель диаметром 16 мм и активную вставку из гафния диаметром 2,6 мм, на поверхности активной вставки образован слой из оксикарбида гафния. На 0,25 площади поверхности оксикарбида гсрения образован слой графита. Высота активной вставки составляет 1,9 мм.

Неплавящийся электрод испытывают в плазменной горелке с диаметром соп841870 8., дочного материала. Экономическая эффективность от использования предлагаемого неплавящегося электрода при плазменной сварке составляет 6,8 р. на один электрод °

6-6

Углекислый газ формула изобретения

Ток дуги, А 450

Расход плазмообразующего газа, л/ч 300

Пластины сваривают в нижнем положении без разделки кромок со сквозным проваром за один проход со скоростью

50 м/ч. Ресурс неплавящегося элект!

5 рода, как суммарное время горения электрической дуги при сварке, составляет 7 ч °

Предлагаемый неплавящийся электрод позволяет осуществлять плазменную

20 сварку низколегированных и низкоуглеродистых сталей в среде углекислого газа или в смесях на основе углекис лого газа со скоростями, превышающи25 ми в 1,5-2,0 раза скорости сварки плавящимся электродом, при этом .в

1,8-2,2 раза снижается расход приса7 ла 8 мм в режимах плазменной сварки при следующих параметрах процесса:

Материал свариваемых пластин— низколегированная сталь 10ХСНД

Толщина свариваемых пластин, мм

Плазмообразующий газ

Неплавящийся электрод для плазменной обработки в среде углекислого газа или в смесях на основе углекислого газа, содержащий держатель из меди или ее сплавов и расположенную в нем активную вставку из гафния, на поверхности которой расположен слой оксикарбида гафния, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с йелью повышения ресурса работы электрода путем повьппения его термической стойкости, по крайней мере 0,25 поверхности слоя оксикарбида гафния покрыта слоем графита.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3198932, кл. 219-75, 1965.,2. Патент США 11 3597649, кл. 219145, 1965.

Составитель Л.Суханова

Редактор К.Лембак Техред А. Савка Корректор Н.Швыдкая

Заказ 4948/13 Тираж 1148 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г,Ужгород, ул.Проектная,4