RU2021645C1 - Process of plasma thermal treatment of surface layer of parts and plasma burner for thermal treatment of surface layer of parts - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: plasma flux created in electric arc plasma burner acts on treated surface of part. Burner includes vortex generator manufactured in the form of cylinder with screw ducts. It is provided with magnetic circuits which poles are located between nozzle of burner and treated surface of part. Variable magnetic field is superimposed on plasma flux. Values of magnetic induction of magnetic field B, intensity of current 1 of electric arc, velocity V, of movement of treated surface with respect to burner, flow rate G of plasma-forming gas and distance 1 between nozzle of burner and treated surface are chosen from condition of displacement of plasma flow above surface of part within width H of hardening zone. EFFECT: enhanced efficiency of surface treatment. 2 cl, 2 dwg

Description

Способ плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей и плазменная горелка для термической обработки поверхностного слоя деталей. The method of plasma heat treatment of the surface layer of parts and a plasma torch for heat treatment of the surface layer of parts.

Предлагаемый способ и устройство относятся к плазменной технике и могут быть использованы в машиностроении для плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей. The proposed method and device relate to plasma technology and can be used in mechanical engineering for plasma heat treatment of the surface layer of parts.

Известен способ плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей при помощи устройства, в котором для получения потока плазмы в форме кольца, электродуга инициируется между катодом, имеющим форму цилиндра и обрабатываемой поверхностью детали [1]. A known method of plasma heat treatment of the surface layer of parts using a device in which to obtain a plasma flow in the form of a ring, an electric arc is initiated between a cylinder-shaped cathode and the workpiece surface [1].

Однако этот способ и устройство применимы для обработки только плоских поверхностей или поверхностей с большими радиусами закруглений. However, this method and device are applicable for processing only flat surfaces or surfaces with large radii of curvature.

В качестве прототипа выбран способ плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей, заключающийся в том, что на обрабатываемую поверхность деталей при относительном перемещении ее и плазменной горелки воздействуют потоком плазмы, полученной при взаимодействии переменного магнитного поля с электродугой постоянного тока, которую инициируют между катодом плазменной горелки и анодом [2]. As a prototype, the method of plasma heat treatment of the surface layer of parts was chosen, which consists in the fact that the surface of the parts being processed with relative movement of it and the plasma torch is affected by a plasma stream obtained by the interaction of an alternating magnetic field with a DC electric arc, which is initiated between the cathode of the plasma torch and anode [2].

Плазменная горелка для термической обработки поверхностного слоя деталей, выбранная в качестве прототипа содержит корпус с соплом, являющимся анодом, генератор переменного магнитного поля, магнитопровод которого выполнен с воздушным зазором, соосным соплу, и закреплен на корпусе, и катод, расположенный в корпусе, также соосно соплу [2]. A plasma torch for heat treatment of the surface layer of parts selected as a prototype contains a housing with a nozzle being an anode, an alternating magnetic field generator whose magnetic circuit is made with an air gap, coaxial to the nozzle, and fixed to the housing, and the cathode located in the housing is also coaxial nozzle [2].

К недостаткам способа и устройства, принятых за прототип, относится то, что поток истечения плазмы имеет фиксированную ориентацию относительно сопла горелки, и изменения положения потока плазмы в пространстве возможны лишь при соответствующем изменении положения плазменной горелки, что не всегда возможно, как например, в случае обработки беговых дорожек поворотных кругов прицепов. В этом случае для обеспечения равномерности энерговклада при меньшем изменении длины электродуги горелку необходимо установить под углом 20^о-50^о к плоскости, проходящей через ось поворотного круга. Однако это невозможно из-за наличия у последнего фланца.The disadvantages of the method and device adopted for the prototype include the fact that the plasma flow has a fixed orientation relative to the nozzle of the burner, and changes in the position of the plasma flow in space are possible only with a corresponding change in the position of the plasma torch, which is not always possible, as, for example, in the case processing treadmills of turntable turntables. In this case, to ensure uniform energy input at a smaller change in the length of electric arc torch must be installed at an angle of ^about 20 -50 to ^about a plane passing through the axis of the turntable. However, this is not possible due to the presence of the latter flange.

Таким образом, способ и конструкция горелки по прототипу недостаточно мобильны и имеют ограниченные технологические возможности. Thus, the method and design of the burner of the prototype are not mobile enough and have limited technological capabilities.

Технической задачей предлагаемого способа и устройства является увеличение ресурса деталей за счет повышения физико-механических свойств при плазменном термическом упрочнении поверхностного слоя деталей без последующей механической обработки; повышение производительности и расширение технологических возможностей, в частности, использованием в качестве плазмообразующих дешевых и доступных рабочих газов (воздух, углекислый газ, технический азот и т.д.). The technical task of the proposed method and device is to increase the resource of parts by increasing the physicomechanical properties during plasma thermal hardening of the surface layer of parts without subsequent mechanical processing; increasing productivity and expanding technological capabilities, in particular, using cheap and affordable working gases (air, carbon dioxide, industrial nitrogen, etc.) as plasma-forming ones.

Техническим результатом является регулирование положения линии сканирования дугового разряда по обрабатываемой поверхности детали относительно горелки. The technical result is the regulation of the position of the scan line of the arc discharge along the workpiece surface relative to the burner.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей, на обрабатываемую поверхность воздействуют потоком плазмы с наложением на электрическую дугу переменного магнитного поля, при этом воздействуют на обрабатываемую поверхность детали потоком плазмы с регулируемым относительно горелки положением линии сканирования электрической дуги по поверхности детали за счет завихрения плазмообразующего газа, при этом расстояние от среза сопла плазменной горелки до обрабатываемой поверхности l выбирают равным 25...50 мм, величину силы тока электродуги I 50-500 А, относительную линейную скорость перемещения обрабатываемой поверхности и плазменной горелки V 5-50 мм/с, магнитную индукцию переменного магнитного поля B 5-18,2 мТл, расход плазмообразующего газа F (4-6,5) ˙10^-4 м³/с, причем указанные параметры используют при следующих соотношениях:
Н=4,71-2,46˙10⁴ G+3,98В+0,235l(мм),(1)
I/H = 4-7 (А/мм), (2)
5≅I/V≅15(А˙с/мм), (3) где Н - ширина упрочняемой зоны за один проход.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the method of plasma heat treatment of the surface layer of parts, the surface to be treated is affected by a plasma flow with an alternating magnetic field applied to the electric arc, and the surface of the part being treated is affected by a plasma stream with the scan line position relative to the burner electric arc on the surface of the part due to the turbulence of the plasma gas, while the distance from the cut la plasma torch to the surface to be treated l is chosen equal to 25 ... 50 mm, the magnitude of the current of the electric arc I 50-500 A, the relative linear velocity of the processed surface and the plasma torch V 5-50 mm / s, the magnetic induction of an alternating magnetic field B 5 -18.2 mT, plasma-forming gas flow rate F (4-6.5) ˙10 ^-4 m ³ / s, and these parameters are used at the following ratios:
N = 4.71-2.46˙10 ⁴ G + 3.98V + 0.235l (mm), (1)
I / H = 4-7 (A / mm), (2)
5≅I / V≅15 (А˙с / mm), (3) where Н is the width of the hardened zone in one pass.

Указанный технический результат достигается также тем, что плазменная горелка для термической обработки поверхностного слоя деталей, содержащая корпус с соплом, генератор переменного магнитного поля, магнитопровод которого выполнен с воздушным зазором, прикреплен на корпусе, и катод, также соосный соплу и расположенный в корпусе, снабжен завихрителем плазмообразующего газа, расположенным в корпусе соосно катоду и жестко с ним связанным, при этом завихритель плазмообразующего газа выполнен в виде цилиндра с винтовыми (не менее двух) каналами на его поверхности, с углом захода каждого из каналов от 5^о до 50^о, а полюса генератора переменного магнитного поля расположены между соплом и обрабатываемой поверхностью.The specified technical result is also achieved by the fact that a plasma torch for heat treatment of the surface layer of parts, comprising a housing with a nozzle, an alternating magnetic field generator, a magnetic circuit with an air gap, is attached to the housing, and the cathode, also coaxial to the nozzle and located in the housing, is provided a plasma gas swirl located in the housing coaxially to the cathode and rigidly connected to it, while the plasma gas swirl is made in the form of a cylinder with screw (at least two) ka Alami on its surface, with an angle of approach of each of the channels from ^about 5 to ^about 50, and the poles of the generator AC magnetic field are disposed between the nozzle and the workpiece.

Указанный технический результат достигается не при любом сочетании уровней верьирования факторами процесса. При определенных наборах значений факторов возможны случаи как оплавления поверхности, сопровождаемое нарушением ее геометрических показателей качества, так и малой глубины или отсутствия упрочненного слоя, когда плотность мощности теплового потока на поверхности изделия недостаточна для реализации структурно-фазовых превращений. В качестве критериев оценки упрочненного слоя выбраны его твердость, глубина и микрогеометрия поверхности. Удовлетворительными приняты: глубина более 0,2 мм, повышение твердости более чем на 50% и отсутствие оплавления материала, однако допускалось оплавление поверхности в пределах микронеровностей, обеспечивающее снижение шероховатостей. The specified technical result is not achieved with any combination of levels of belief by process factors. For certain sets of factor values, cases of both surface melting, accompanied by a violation of its geometric quality indicators, and a small depth or absence of a hardened layer, when the heat flux power density on the product surface is insufficient for structural-phase transformations, are possible. As criteria for assessing the hardened layer, its hardness, depth, and surface microgeometry were selected. Satisfactory accepted: a depth of more than 0.2 mm, an increase in hardness of more than 50% and the absence of melting of the material, however, surface melting within microroughness was allowed to ensure a reduction in roughness.

Отправным параметром процесса обработки является ширина зоны упрочнения за один проход H. H для принятых уровней варьирования факторами процесса может изменяться от 15 до 80 мм, что обусловлено природой прианодных процессов. При H менее, чем 15 мм проявляется неравномерность распределения теплового потока по ширине зоны обработки из-за крайне неравномерного распределения энергии в пределах единичного анодного пятна, соизмеримого с диаметром сопла плазменной горелки (d_c). В то время, как центральные участки зоны обработки начинают уже оплавляться, периферийные - еще не достигают температур фазовых превращений. H_max ограничивается расстоянием от среза сопла до обрабатываемой поверхности l. При H, превышающей 1,6l, происходит обтекание потоком низкотемпературной плазмы обрабатываемой поверхности, что приводит к рассредоточению анодного пятна и соответствующему снижению плотности теплового потока. При компенсации же последней за счет увеличения силы тока начинают оплавляться центральные участки зоны обработки. С учетом того, что l_max ограничивается значением 50 мм, определяемого напряжением холостого хода серийных источников электропитания для плазменно-дуговых процессов и условием запуска плазменной горелки прямого действия, Hmax равняется 80 мм. Нижний предел варьирования l = 25 мм ограничен конструктивными особенностями генератора переменного магнитного поля, полюса которого находятся между соплом плазменной горелки и обрабатываемой поверхностью.The starting parameter of the processing process is the width of the hardening zone in one pass H. H for the accepted levels of variation, the process factors can vary from 15 to 80 mm, which is due to the nature of the anode processes. At H less than 15 mm, the heat flow is unevenly distributed over the width of the treatment zone due to the extremely uneven energy distribution within a single anode spot, comparable with the diameter of the plasma torch nozzle (d _c ). While the central sections of the treatment zone are already starting to melt, the peripheral ones have not yet reached the temperatures of phase transformations. H _{max is} limited by the distance from the nozzle exit to the work surface l. At H exceeding 1.6 l, a low-temperature plasma flows around the treated surface, which leads to dispersal of the anode spot and a corresponding decrease in the heat flux density. When the latter is compensated due to the increase in current strength, the central sections of the treatment zone begin to melt. Given that l _{max is} limited to a value of 50 mm, determined by the open circuit voltage of serial power supplies for plasma-arc processes and the condition for starting a direct-acting plasma torch, Hmax is 80 mm. The lower limit of variation l = 25 mm is limited by the design features of the alternating magnetic field generator, the poles of which are between the nozzle of the plasma torch and the workpiece.

Следующим фактором, оказывающим влияние на H, является расход плазмообразующего газа (G). Нижний предел G = 4 ˙10^-4 м³/с обусловлен тем, что при меньших значениях G имеет место нестабильное горение дугового разряда. Верхний предел G ограничен значением 6,5 ˙10^-4 м³/с. Это связано с тем, что при больших расходах происходит поворот дугового разряда в направлении завихрения плазмообразующего газа более чем на 45 градусов и, как следствие, шунтирование дугового разряда на полюса генератора магнитного поля.The next factor influencing H is the plasma gas flow rate (G). The lower limit G = 4 × 10 ⁻⁴ m ³ / s is due to the fact that, at lower G values, unstable burning of the arc discharge takes place. The upper limit of G is limited to 6.5 ˙ 10 ^-4 m ³ / s. This is due to the fact that at high costs, the arc discharge rotates in the direction of the plasma gas swirl by more than 45 degrees and, as a result, the arc discharge is shunted to the poles of the magnetic field generator.

Исходя их соотношения (1) следует, что для получения зоны упрочнения шириной 15-80 мм при известных диапазонах варьирования G и l, индукция B магнитного поля в зоне дугового разряда составляет 5-18,2 мТл. Based on their relationship (1), it follows that in order to obtain a hardening zone 15–80 mm wide with known ranges of variation of G and l, the magnetic field induction B in the arc discharge zone is 5–18.2 mT.

Выбрав рациональное значение Н в зависимости от геометрии и конфигурации обрабатываемой поверхности, определяют уровни силы тока I и скорости обработки V из соотношений (2) и (3). Возможные значения I и V находятся в пределах 50-500 А и 5-50 мм/с соответственно. Это обусловлено тем, что I и V во взаимосвязи с H определяют значение энерговклада в обрабатываемую поверхность, а соответственно и распределение температуры по глубине материала. От последнего в свою очередь зависит глубина упрочненного слоя и скорость охлаждения непосредственно обработанной поверхности, а значит и степень ее упрочнения. Конкретному значению силы тока соответствует определенный диапазон V, обеспечивающий заданные характеристики упрочненнного слоя и наоборот. Однако это утверждение справедливо только для выше указанных диапазонов варьирования I и V. Для исключения оплавления обрабатываемого материала с возрастанием I необходимо увеличить V. При увеличении I выше 500 А оплавление материала можно также компенсировать соответствующим увеличением V выше 50 мм/с, однако в этих случаях градиент температур настолько велик, что даже когда прогрев поверхностного слоя выше температуры фазового превращения происходит на глубину менее 0,2 мм непосредственно на поверхности начинается оплавление металла. Этим объясняются верхние пределы варьирования I и V. Напротив, при значениях, меньших 50 А и 5 мм/с градиент температур настолько низок, что скорость самоохлаждения поверхностного слоя обеспечивает только структуру неполной закалки с относительно невысокими физико-механическими свойствами упрочненной зоны. Особое значение это имеет при обработке тонкостенных деталей. Так, в предельном случае при обработке поверхности с толщиной нижележащего материала 10 мм и менее происходит сквозной прогрев материала и практически исключается закалка в режиме самоохлаждения. С другой стороны, прогрев материала на большую глубину при упрочнении деталей малой жесткости может приводить к некомпенсируемым деформациям и короблению. Choosing a rational value of H depending on the geometry and configuration of the surface being treated, determine the levels of current I and processing speed V from relations (2) and (3). Possible values of I and V are in the range of 50-500 A and 5-50 mm / s, respectively. This is due to the fact that I and V, in conjunction with H, determine the value of the energy input into the surface to be treated, and, accordingly, the temperature distribution over the depth of the material. The depth of the hardened layer and the cooling rate of the directly treated surface, and, hence, the degree of its hardening, in turn, depend on the latter. A specific value of current corresponds to a certain range of V, which provides the specified characteristics of the hardened layer and vice versa. However, this statement is true only for the above ranges of variation of I and V. To exclude the fusion of the processed material with increasing I, it is necessary to increase V. With an increase in I above 500 A, the fusion of the material can also be compensated by a corresponding increase in V above 50 mm / s, however, in these cases the temperature gradient is so great that even when the heating of the surface layer above the phase transformation temperature occurs to a depth of less than 0.2 mm, metal melting starts directly on the surface. This explains the upper limits of variation of I and V. On the contrary, at values less than 50 A and 5 mm / s, the temperature gradient is so low that the self-cooling rate of the surface layer provides only an incomplete quenching structure with relatively low physicomechanical properties of the hardened zone. This is of particular importance when machining thin-walled parts. So, in the extreme case, when processing a surface with a thickness of the underlying material of 10 mm or less, through heating of the material occurs and quenching in self-cooling mode is practically eliminated. On the other hand, heating the material to a greater depth during hardening of parts of low rigidity can lead to uncompensated deformations and warping.

И в заключение производят совместную корректировку значений всех факторов процесса плазменного упрочнения: I, V, B, G, l. And in conclusion, they carry out a joint adjustment of the values of all factors of the plasma hardening process: I, V, B, G, l.

На чертежах представлено заявленное устройство. The drawings show the claimed device.

На фиг. 1 изображено продольное сечение плазменной горелки; на фиг.2 - схема обработки поверхностного слоя детали. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a plasma torch; figure 2 - scheme of processing the surface layer of the part.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

При необходимости упрочнения поверхностного слоя детали на ширину H =45 мм, плазменная горелка устанавливается таким образом, что расстояние от торца ее сопла до обрабатываемой поверхности l = 36 мм. При включении генератора переменного магнитного поля в воздушном зазоре магнитопровода создается переменное магнитное поле с магнитной индукцией B = 11,8 мТл. Одновременно с включением генератора осуществляют подачу плазмообразующего газа, например воздуха, к каналам завихрителя, число которых 3: угол захода каждого из каналов 20о при расходе плазмообразующего газа G = 6,2 ˙10^-4 м³/с. Между катодом плазменной горелки и обрабатываемой поверхностью детали, которую используют в качестве анода, инициируют плазменную электродугу при силе постоянного тока I = 220 А. При взаимодействии электродуги постоянного тока с переменным магнитным полем происходит ее перемещение по обрабатываемой поверхности с амплитудой, величина которой определяется соотношением G, B, l. Потоки плазмообразующего газа, сформированные каналами завихрителя, сохраняют свою тангенциальную составляющую вплоть до обрабатываемой поверхности и, соответственно, поворачивают линию сканирования электрической дуги в этом же направлении. Одновременно с этим, при относительном перемещении плазменной горелки с dc = 6 мм и обрабатываемой поверхности со скоростью V = 20 мм/с, под воздействием потока плазмы происходит нагрев поверхностного слоя детали до определенной температуры. По мере продвижения горелки на прилегающие участки происходит скоростное охлаждение поверхности за счет кондуктивного теплоотвода в относительно холодные слои нижележащего материала и, как следствие, происходит термоупрочнение поверхностного слоя детали на ширину H = 45 мм.If it is necessary to strengthen the surface layer of the part to a width of H = 45 mm, the plasma torch is installed in such a way that the distance from the end of its nozzle to the surface being treated is l = 36 mm. When the alternating magnetic field generator is turned on, an alternating magnetic field with magnetic induction B = 11.8 mT is created in the air gap of the magnetic circuit. Simultaneously with turning on the generator, a plasma-forming gas, for example air, is supplied to the swirler channels, the number of which is 3: the angle of entry of each of the channels is 20 ° at the flow rate of the plasma-forming gas G = 6.2 ˙ 10 ^-4 m ³ / s. Between the cathode of the plasma torch and the surface of the workpiece that is used as the anode, a plasma arc is initiated at a constant current I = 220 A. When the direct current electric arc interacts with an alternating magnetic field, it moves along the treated surface with an amplitude, the value of which is determined by the ratio G , B, l. The plasma-forming gas flows formed by the swirler channels retain their tangential component up to the surface being treated and, accordingly, turn the scanning line of the electric arc in the same direction. At the same time, with the relative movement of the plasma torch with dc = 6 mm and the surface being treated at a speed of V = 20 mm / s, the surface layer of the part is heated to a certain temperature under the influence of the plasma flow. As the burner advances to adjacent areas, the surface undergoes rapid cooling due to conductive heat removal to relatively cold layers of the underlying material and, as a result, the surface layer of the part is thermally hardened to a width of H = 45 mm.

Плазменная горелка для термической обработки поверхностного слоя деталей содержит корпус 1, генератор постоянного магнитного поля, выполненный в виде магнитопровода 2 с воздушным зазором. Магнитопровод имеет параллельно включенные соленоиды 3. Корпус 1 выполнен с торцевым съемным цилиндрической формы соплом 4 с регулируемым диаметром. Сопло 4 расположено соосно воздушному зазору магнитопровода 2. The plasma torch for heat treatment of the surface layer of parts contains a housing 1, a constant magnetic field generator, made in the form of a magnetic circuit 2 with an air gap. The magnetic core has parallel connected solenoids 3. The housing 1 is made with a removable end cylindrical nozzle 4 with an adjustable diameter. The nozzle 4 is located coaxially with the air gap of the magnetic circuit 2.

В корпусе 1 расположен соосно соплу 4 катод 5 с торцовой термохимической вставкой 6, выполненной из циркония или гафния. Катод 5 жестко связан с соосным катоду завихрителем 7, также расположенным в корпусе 1 и жестко связанным с катодом 5. Завихритель 7 выполнен в виде цилиндра, на поверхности которого выполнены каналы (не менее двух) с углом захода каждого из каналов 5-50^о. Катод 5 и завихритель 7 установлены в корпусе 1 на держателе 8. Корпус 1 сообщается со штуцером 9 для подачи плазмообразующего газа.In the housing 1 is located coaxially to the nozzle 4 of the cathode 5 with the end thermochemical insert 6 made of zirconium or hafnium. The cathode 5 is rigidly connected to a coaxial swirler cathode 7 are also arranged in the housing 1 and rigidly connected with the cathode 5. The swirler 7 is formed as a cylinder, on which surface channels are made (at least two) from the approach angle of each ^of channels 5-50. The cathode 5 and swirl 7 are installed in the housing 1 on the holder 8. Housing 1 communicates with the fitting 9 for supplying a plasma-forming gas.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Включается генератор переменного магнитного поля, в воздушном зазоре магнитопровода 2 образуется переменное магнитное поле. Одновременно с включением генератора через штуцер 9 в корпус 1 подается плазмообразующий газ к каналам завихрителя 8. Плазменная горелка устанавливается на необходимом расстоянии от обрабатываемой поверхности детали, которую используют в качестве анода и инициируют электродугу между катодом горелки и обрабатываемой поверхностью детали. При относительном перемещении плазменной горелки и обрабатываемой поверхности детали происходит упрочнение поверхностного слоя детали при заданной ширине зоны обработки (см. фиг.2). The alternating magnetic field generator is turned on, an alternating magnetic field is formed in the air gap of the magnetic circuit 2. Simultaneously with the generator turning on through the nozzle 9, a plasma-forming gas is supplied to the channels of the swirler 8. The plasma torch is installed at the required distance from the workpiece surface, which is used as the anode and initiate an electric arc between the burner cathode and the workpiece surface. With the relative movement of the plasma torch and the workpiece surface, the surface layer of the part is hardened at a given width of the processing zone (see figure 2).

Claims (2)

1. Способ плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей, заключающийся в воздействии потоком плазмы, создаваемым электродуговой плазменной горелкой, на обрабатываемую поверхность детали при перемещении обрабатываемой поверхности относительно плазменной горелки, при этом на поток плазмы накладывают внешнее переменное магнитное поле, отличающийся тем, что поток плазмы создают с тангенциальной составляющей вектора скорости путем пропускания плазмообразующего газа через завихритель горелки, а переменное магнитное поле накладывают на поток плазмы в области между соплом горелки и обрабатываемой поверхностью, при этом ширину упрочняемой зоны и расстояние между соплом горелки по обрабатываемой поверхности выбирают из диапазонов 15 - 80 и 25 - 50 мм соответственно, а силу тока электрической дуги, скорость перемещения обрабатываемой поверхности относительно горелки, величину амплитуды магнитной индукции переменного поля и расход плазмообразующего газа выбирают из следующих соотношений:
H = 4,7 J - 2.46 · 10⁴ G + 3,98B + 0,235l,
4 ≅ I / H ≅ 7 ,
5 ≅ I / v ≅ 15 ,
5 ≅ v ≅50 ,
5 ≅ B ≅ 18,2 ,
4˙10^-4 ≅ G ≅ 6,5˙10^-4,
50 ≅ I ≅ 500 ,
где H - ширина упрочняемой зоны, мм;
l - расстояние от сопла горелки до обрабатываемой поверхности, мм;
I - сила постоянного тока электрической дуги, А;
G - расход плазмообразующего газа, м³/с;
B - амплитуда магнитной индукции переменного магнитного поля, мТл;
V - скорость перемещения обрабатываемой поверхности относительно горелки, мм/с.1. The method of plasma heat treatment of the surface layer of parts, which consists in exposing the plasma stream generated by the electric arc plasma torch to the surface of the part when moving the surface to be machined relative to the plasma torch, wherein an external alternating magnetic field is applied to the plasma stream, characterized in that the plasma stream create with the tangential component of the velocity vector by passing a plasma-forming gas through the burner swirl, and an alternating magnetic field impose on the plasma flow in the region between the nozzle of the burner and the workpiece, the width of the hardened zone and the distance between the nozzle of the burner on the workpiece are selected from the ranges of 15 - 80 and 25 - 50 mm, respectively, and the current of the electric arc, the speed of movement of the workpiece relative to burners, the magnitude of the amplitude of the magnetic induction of an alternating field and the flow rate of the plasma-forming gas are selected from the following ratios:
H = 4.7 J - 2.46 · 10 ⁴ G + 3.98B + 0.235l,
4 ≅ I / H ≅ 7,
5 ≅ I / v ≅ 15,
5 ≅ v ≅50,
5 ≅ B ≅ 18.2,
4˙10 ^-4 ≅ G ≅ 6.5˙10 ^-4 ,
50 ≅ I ≅ 500,
where H is the width of the hardened zone, mm;
l is the distance from the nozzle of the burner to the workpiece, mm;
I is the direct current strength of the electric arc, A;
G is the plasma gas flow rate, m ³ / s;
B is the amplitude of the magnetic induction of an alternating magnetic field, mT;
V is the speed of movement of the workpiece relative to the burner, mm / s 2. Плазменная горелка для термической обработки поверхностного слоя деталей, содержащая корпус, сопло, примыкающее к корпусу, катод, размещенный в корпусе соосно соплу, и генератор переменного магнитного поля, магнитопровод которого закреплен на корпусе, а полюса магнитопровода размещены симметрично относительно оси горелки, отличающаяся тем, что она снабжена завихрителем плазмообразующего газа, установленным у катода, при этом завихритель выполнен в виде цилиндра по крайней мере с двумя винтовыми каналами на его поверхности, причем угол захода каждого из каналов выбран равным 5 - 50^o, а полюса магнитопровода расположены между соплом и обрабатываемой поверхностью.2. A plasma torch for heat treatment of the surface layer of parts, comprising a casing, a nozzle adjacent to the casing, a cathode placed coaxially with the nozzle, and an alternating magnetic field generator whose magnetic circuit is fixed to the casing and the magnetic circuit poles are placed symmetrically with respect to the axis of the burner the fact that it is equipped with a plasma gas swirl installed at the cathode, while the swirl is made in the form of a cylinder with at least two screw channels on its surface, and L entering each of the channels is selected to be 5 - 50 ^o, and the magnetic poles are arranged between the nozzle and the workpiece.

Images