Плазматрон

Плазматрон

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<и 860357

Союз Советских

Социалистических

Ресттубттик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 04.05 78 (21) 2611730/18-27 с присоединением заявки М (28) Приоритет (51)М. К}т.

Н 05 Н 1/26

В 23 К 9/16 Ьеударстеенный комнтет

СССР ве лелем иэееретеннй и открытнй

Опубликовано 30.08.81. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30.08.81 (53) УДК 621.791..947 (088.8) Э. С. Решетько, А, Г. Бондаренко, В. В. Засецкий, Е. Г. Воропаев, П. В. Ченцов и С. М. Волков ":1Т. Ъ77 . Х, :..,т, (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Тульский политехнический институт (54) ПЛАЗМОТРОН

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно — к устройствам, генерирующим плазму для нагрева и обработки поверхностей различных изделий, для обработки непроводящих материалов, и может найти применение в машиностроении для закалки, отжига, поверхностной обработки и упрочнения металлических изделий, а также в металлургии для плазменного переплава металлов.

Известные электродуговые плаэмотроны предназначены для обработки металлических поверхностей плазменной струей, Они содержат охлаждаемый катодный узел, корпус, одновременно являющийся изолятором и сопловой узел со сменной вставкой, в которой происходит формирование плазменной струи (1).

Недостатком таких плаэмотронов является получение струи плазмы небольших геометрических размеров, что не позволяет обработать большие поверхности и получить высокую производительность при обработке протяженных металлических и неметаллических поверхностей.

Кроме того, истечение плазменной струи происходит с высокой скоростью, которая вместе с айодным пятном, появляющимся на изделии, вызывает разрушение поверхности, возникает эффект резки, что требует специальных мер для снижения скорости истечения струи или температуры, а это уменьшает тепловой КПД плазмотрона. Неметаллические изделия такие плазмотроны вообще не могут обрабатывать.

Известен плазмотрон, который состоит as двух кольцевых электродов, расположенных параллельно друг другу, соленоида постоянного тока, охватывающего оба электрода, и корпуса.

Плазмообраэующий газ подают B промежуток между электродами и нагревают вращающейся дугой. Дуга вращается под воздействием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия тока дуги и магнитного поля, создаваемого соленоидом. 3а счет вращения дуга охватывает значительную поверхность(21.

Недостатком такого плаэмотрона является трудность обработки плоских и профилированных протяженных поверхностей иэ-эа громоздкости его конструкции, что снижает производительность. Кроме того, дуга в плазмотроне располагается на значительном расстоянии от обра860357. 4 батываемой поверхности и, как следствие этого, тепловой КПД такого плазмотрона низок.

Известен также плазмотрон, содержащий электрод, выполненный в виде спирали с токоподводящим концом и шагом, изменяющимся по закону у — кх а, где у — шаг незамкнутои 5/ спирали, к — коэффициент пропорциональности, х — расстояние от токоподводящего конца вдоль спирали электрода (3).

Недостатком данного плаэмотрона является невозможность обработки им нетокопроводящих материалов.

Цель изобретения — повышение производительности труда при обработке нетокопроводящих материалов, Данная цель достигается тем, что в плазмотрон, содержащий электрод, выполненный в виде спирали с токоподводящим. концом и шагом, изменяющимся по закону у — кх /, где у — шаг незамкнутой спирали, к — коэффициент пропорциональности, х — расстояние от токо подводящего конца вдоль спирали, введен дополнительный электрод, установленный внутри основного и выполненный в виде незамкнутого тора с токоподводящим концом, причем нетоконодводящие концы основного и дополнительного электродов расположены на расстоянии большем, чем токоподводящие.

Выполнение электродов но предлагаемой конструкции позволяет наиболее полно использовать пондеромоторные силы, которые действуют на дугу. Объемная плотность сил равна

F =Д(1В2, где j — плотность тока;

 — напряженность магнитного поля, Сила F направлена перпендикулярно к веко торам плотности тока и напряженности магнитного поля. Дуга стремится занять такое положение, чтобы индуктивность цепи бьша максимальна, для этого и делается разрез в электроде в виде торал Предварительный расчет напряженности магнитного поля показал, что если расстояние между электродами будет изменять%а ся по закону у — кх, то пондеромоторная сила, действующая на дугу от собственного магнитного поля, будет максимальна, Дуга под действием этой силы перемещается с максимальной скоростью от токоподвода вдоль электродов. Экспериментальная проверка нодтвЕрдила указанный выше закон.

Быстрое перемещение дуги между электродами позволяет нагревать протяженные поверхности изделий с высокой скоростью, не разрушая их поверхность. Такая дуга эквивалентна распределенному источнику тепла.

На фиг. 1 изображен плазмотрон, общий вид разрез; иа фиг. 2 — то же, вид снизу.

Плазмотрон состоит из спиралевидного электрода 1, который охлаждается, электрода 2, 5

25 к этим же полюсам подключают и осциллятор.

Происходит пробой промежутка между электродами 1 и 2, в результате чего возникает электЗо

55 выполненного в виде разомкнутого тора с разрывом в месте токоподвода, охлаждаемого водой. Причем расстояние между электродами меняется, так как один из электродов выполнен сшагом,,изменяющимся по закону у — к х . Электроды 1 и 2 закреплены в корЭ/2 пусе 3, выполненном из термостойкого материала с помощью штуцеров 4 и 5. Каналы 6 служат для подачи плазмообразующего газа через штуцер 7.

Подвод воды для охлаждения электродов осуществляется через штуцеры 8 и 9. Они же являются и токоподводящими концами электродов (на чертеже условно показан подвод и вывод охлаждающей воды в электроды и подача плазмообразующего газа).

Плазмотрон работает следующим образом.

В электроды 1 н 2 подают охлаждающую воду, через штуцер 7 по каналам 6 поступает плазмообразующий газ (азот, углекислый газ и т. д.).

Электроды 1 и 2 через штуцеры 8 и 9 подключают к источнику питания, одновременно рическая дуга, которая по действием пондеромоторных сил перемещается между электродами

1 и 2, начиная с места токоподвода, Таким образом, чтобы индуктивность цепи была максимальна, изменение расстояния между электродами должно соответствовать закону у — к х, PR что позволяет наиболее полно использовать пондеромоторные силы.

Возникающая электрическая дуга, перемещаясь между электродами 1 и 2, нагревают плазмомообразующий газ, который нагревает. изделие..

Дута перемещается до конца спиралевидного электрода 1, где гаснет с подачей сгустка плазмы в наименьший промежуток между электродами 1 и 2 для облегчения повторного зажигания дуги. Скорость перемещения дуги при переменном токе 200 — 600 А достигает 100—

600 м/с (олределялось с помощью скоростной киносъемки). Поскольку осциллятор постоянно включен между электродами 1 и 2, после погасания на конце электрода 1 дута снова возникает в точке наименьшего расстояния между электродами и цикл повторяется. Так как длина электрода довольно.велика„то дуга проходит по относительно большой площади и нагревает значительный объем газа, который нагревает обрабатываемую поверхность за относительно короткое время. Это позволяет осуществлять нагрев больших протяженных поверхностей, что повышает производительности труда, приводит к более равномерному нагреву, что повышает качество термообработки.

Я66357

Плазмотрон предлагаемой конструкции позволяет повысить производительность труда при плазменной термообработке протяженных неэлектропроводных поверхностей в 5 — 8 раэ.

Кроме того, упрощается сама конструкция плазмотрона, уменьшаются его габариты, достигается равномерный нагрев обрабатываемой поверхности, увеличивается тепловой КПД.Экономический эффект от внедрения данного плазмотрона составит 35 тыс. руб. в гад. 10

Формула изобретения

Плазмотрон, содержащий электрод, выполненный в виде незамкнутой спирали с токоподводящим концом и шагом, изменяющимся по замг кону у — кх., где у — шаг незамкнутои спирали, к — коэффициент пропорциональности, х — расстояние от токоподводящего конца

6 вдоль спирали электрода, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повьппения производительности прн обработке нетокопроводящих матеРиалов, в плазмотрон введен дополнительный электрод, установленный внутри основного и выполненньш в виде незамкнутого тора с токоподводящим концом, причем нетокоподводящие концы основного и дополнительного электродов расположены на расстоянии большем, чем токоподводящие.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании Р 1268843, кл. Н 05 Н 4/10, 1970.

2. Жуков М. Ф. и др. Электродуговые нагре ватели газа. М., "Наука", 1973, с. 25.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке

Р 25812бб/25 — 27, 20.02.78.

860357

Составитель Л. Суханова

Техред А. Бабинец

Редактор С. Юско

Корректор М. лароши

Подписное

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

Заказ 7576/32 Тираж 889

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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