RU2686505C1 - Способ плазменной обработки металлических изделий - Google Patents
Способ плазменной обработки металлических изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686505C1 RU2686505C1 RU2018123067A RU2018123067A RU2686505C1 RU 2686505 C1 RU2686505 C1 RU 2686505C1 RU 2018123067 A RU2018123067 A RU 2018123067A RU 2018123067 A RU2018123067 A RU 2018123067A RU 2686505 C1 RU2686505 C1 RU 2686505C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- arc
- forming nozzle
- product
- anode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием - анодом. Между электродом плазмотрона - анодом и плазмообразующим соплом постоянно горит вспомогательная (дежурная) дуга обратной полярности. Для питания дуг используют отдельные источники питания. Техническим результатом изобретения является повышение качества (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода. 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относятся к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей.
Известен способ плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей, при котором используют устройство (см. например, патент на полезную модель РФ №95665, опубл. 10.07.2010 г.), обеспечивающее плазменную поверхностную обработку, путем перемещения по поверхности изделия плазменной дуги, горящей между электродом - катодом плазмотрона и изделием. Для повышения стабильности процесса и концентрации энергии, между электродом-катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом (анод) горит вторая, вспомогательная дуга. Для работы каждой дуги используется отдельный источник питания.
Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что поверхностную термическую обработку ведут плазменной дугой прямого действия током прямой полярности, между электродом и плазмообразующим соплом плазмотрона постоянно горит вспомогательная дуга и, для осуществления способа, используют два источника питания.
Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга прямой полярности тока горит между электродом-катодом плазмотрона и изделием, а вторая дуга, между электродом-катодом и плазмообразующим соплом тоже работает на токе прямой полярности. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.
Известен способ плазменной обработки, при котором плазменную обработку ведут двумя плазменными дугами, питаемыми от отдельных источников питания. Обе дуги работают на токах обратной полярности, одна дуга горит между электродом - анодом плазмотрона и изделием, вторая дуга горит между плазмообразующим соплом - анодом плазмотрона и изделием (см. например, патент на изобретение РФ №2595185, опубл. 20.08.2016).
Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, заключаются в том, что поверхностную термическую обработку ведут плазменной дугой прямого действия, между плазмообразующим соплом плазмотрона и изделием горит плазменная дуга и, для осуществления способа, используют два источника питания.
Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга обратной полярности тока горит между электродом - анодом плазмотрона и изделием, а вторая дуга, между плазмообразующим соплом (анодом) и изделием, тоже обратной полярности тока. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ плазменной обработки, при котором рабочая плазменная дуга, питаемая от основного источника питания, горит между соплом - анодом и изделием, а вспомогательная (дежурная) дуга, питаемая от второго источника питания, постоянно горит между электродом - катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом (анодом) (авт. свидетельство СССР №1815885 от 27.11. 1996 г.). Данный способ принят за прототип.
Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, - возбуждение вспомогательной дуги, питаемой от одного источника питания, между электродом плазмотрона и плазмообразующим соплом и основной плазменной дуги, питаемой от основного источника питания; осаждение на поверхность изделия материала катода.
Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга между соплом плазмотрона и изделием работает на токе обратной полярности, а вспомогательная (дежурная) дуга работает на токе прямой полярности. Это приводит к тому, что отсутствует получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) за счет осаждения или осаждения с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении качества поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, таких как твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе плазменной обработки металлического изделия, включающем возбуждение вспомогательной дуги, питаемой от одного источника питания, между электродом плазмотрона и плазмообразующим соплом и основной плазменной дуги, питаемой от основного источника питания, и осаждение на поверхность изделия материала катода, согласно изобретению плазмообразующее сопло выполняют с рабочей вставкой из материала осаждения на обрабатываемую поверхность, при этом обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности тока, которую возбуждают между плазмообразующим соплом, являющимся катодом, и изделием, являющимся анодом, а между электродом, являющимся анодом плазмотрона, и плазмообразующим соплом-катодом возбуждают постоянно горящую вспомогательную дугу обратной полярности.
Новые признаки способа заключаются в том, что плазмообразующее сопло выполняют с рабочей вставкой из материала осаждения на обрабатываемую поверхность; обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности тока, которую возбуждают между плазмообразующим соплом, являющимся катодом, и изделием, являющимся анодом, а между электродом, являющимся анодом плазмотрона, и плазмообразующим соплом-катодом возбуждают постоянно горящую вспомогательную дугу обратной полярности.
Отличительные признаки в совокупности с известными обеспечат повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий за счет покрытия и насыщения поверхностного слоя материалом катода, дополнительным положительным эффектом является более равномерный нагрев поверхности распределенной дугой с кольцевого катода.
За счет эффекта катодного распыления происходит эрозия материала плазмообразующего сопла плазмотрона и перенос его рабочей дугой прямой полярности, горящей с плазмообразующего сопла на изделие (анод). В зависимости от температуры и длительности нагрева поверхности изделия происходит осаждение или осаждение с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия. При этом обеспечивается получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.).
Для продления работы плазмообразующего сопла, оно может снабжаться рабочей вставкой. Вспомогательная (дежурная) дуга между электродом анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом обеспечивает стабильность горения рабочей дуги плазмообразующее сопло - изделие.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема реализации способа плазменной обработки. На схеме показаны: изделие 1, электрод-анод плазмотрона 2, плазмообразующее сопло (катод) плазмотрона 3, рабочая вставка 4, источник питания плазменной дуги электрод-анод - плазмообразующее сопло 5, источник питания плазменной дуги плазмообразующее сопло - изделие 6, плазменная дуга электрод анод - плазмообразующее сопло 7, плазменная дуга плазмообразующее сопло - изделие 8.
Осуществление способа заключаются в следующем.
Включают источники питания 5 и 6. Подают плазмообразующий газ, например, аргон. При помощи высоковольтного высокочастотного разряда возбуждают плазменную дугу 7 с электрода-анода 2 на плазмообразующее сопло (катод) 3. Основная плазменная дуга 8 с плазмообразующего сопла-катода 3 на изделие 1 возбуждается самопроизвольно. За счет эффекта катодного распыления, происходит эрозия материала плазмообразующего сопла плазмотрона 3 (или рабочей вставки 4) и перенос его дугой прямой полярности на поверхность изделия (анод). В зависимости от температуры и длительности нагрева поверхности изделия происходит осаждение или осаждение с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия. При этом обеспечивается получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.). Вспомогательная (дежурная) дуга между электродом анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом обеспечивает стабильность горения рабочей дуги плазмообразующее сопло - изделие.
Пример конкретного выполнения
Разработана и изготовлена установка (опытный образец) для осуществления описанного способа плазменной обработки металлов. Установка включает плазмотрон, два источника питания сжатых дуг с напряжением холостого хода не ниже 70 В и падающей внешней вольт-амперной характеристикой, необходимое вспомогательное оборудование. При осуществлении способа изменяли ток вспомогательной сжатой дуги электрод анод плазмотрона - плазмообразующее сопло в диапазоне 30-70 А, ток основной сжатой дуги между плазмообразующим соплом и изделием - 50-120 А. Диаметр плазмообразующего сопла изменяли в пределах 3-5 мм. Расход плазмообразующего газа (аргон) составлял 2-5 л/мин. Перемещение плазмотрона относительно изделия производилось со скоростью 1-10 мм/сек. Материалом рабочей вставки был алюминий. Изделие - образец из стали 10ХГСА. Ширина дорожки составляла 8-14 мм. Толщина алитированного слоя составила 0,1-0,3 мм. Материалами, наносимыми на поверхность изделия, могут быть медь, бронзы и др.
Процесс плазменной поверхностной обработки отличается высокой стабильностью.
Claims (1)
- Способ плазменной обработки металлического изделия, включающий возбуждение вспомогательной дуги, питаемой от одного источника питания, между электродом плазмотрона и плазмообразующим соплом и основной плазменной дуги, питаемой от основного источника питания, и осаждение на поверхность изделия материала катода, отличающийся тем, что плазмообразующее сопло выполняют с рабочей вставкой из материала осаждения на обрабатываемую поверхность, при этом обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности тока, которую возбуждают между плазмообразующим соплом, являющимся катодом, и изделием, являющимся анодом, а между электродом, являющимся анодом плазмотрона, и плазмообразующим соплом-катодом возбуждают постоянно горящую вспомогательную дугу обратной полярности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123067A RU2686505C1 (ru) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Способ плазменной обработки металлических изделий |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123067A RU2686505C1 (ru) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Способ плазменной обработки металлических изделий |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2686505C1 true RU2686505C1 (ru) | 2019-04-29 |
Family
ID=66430274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018123067A RU2686505C1 (ru) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Способ плазменной обработки металлических изделий |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2686505C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754915C1 (ru) * | 2020-10-27 | 2021-09-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлических изделий |
| CN114799216A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-29 | 武汉大学 | 钛合金的热处理方法 |
| RU2807974C1 (ru) * | 2023-03-03 | 2023-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Способ зажигания сжатой дуги прямого действия |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6087616A (en) * | 1996-07-11 | 2000-07-11 | Apunevich; Alexandr Ivanovich | Method for the plasmic arc-welding of metals |
| RU2235625C1 (ru) * | 2002-12-10 | 2004-09-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ плазменной резки |
| RU2292256C2 (ru) * | 2005-01-25 | 2007-01-27 | Виктор Васильевич Овчинников | Способ плазменной сварки алюминиевых сплавов |
| CN202224828U (zh) * | 2011-09-22 | 2012-05-23 | 济南海通焊接技术有限公司 | 一种数控变极性等离子弧焊*** |
| RU2557180C1 (ru) * | 2014-03-19 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВ СИСТЕМЫ Fe-Cr-V-Mo-C |
| RU2595185C2 (ru) * | 2014-12-08 | 2016-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлов |
-
2018
- 2018-06-25 RU RU2018123067A patent/RU2686505C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6087616A (en) * | 1996-07-11 | 2000-07-11 | Apunevich; Alexandr Ivanovich | Method for the plasmic arc-welding of metals |
| RU2235625C1 (ru) * | 2002-12-10 | 2004-09-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Способ плазменной резки |
| RU2292256C2 (ru) * | 2005-01-25 | 2007-01-27 | Виктор Васильевич Овчинников | Способ плазменной сварки алюминиевых сплавов |
| CN202224828U (zh) * | 2011-09-22 | 2012-05-23 | 济南海通焊接技术有限公司 | 一种数控变极性等离子弧焊*** |
| RU2557180C1 (ru) * | 2014-03-19 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВ СИСТЕМЫ Fe-Cr-V-Mo-C |
| RU2595185C2 (ru) * | 2014-12-08 | 2016-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлов |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754915C1 (ru) * | 2020-10-27 | 2021-09-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлических изделий |
| CN114799216A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-29 | 武汉大学 | 钛合金的热处理方法 |
| RU2807974C1 (ru) * | 2023-03-03 | 2023-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Способ зажигания сжатой дуги прямого действия |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5694642B2 (ja) | パルスアーク供給源を作動させる方法 | |
| Wu et al. | Effects of single and double pulses on microstructure and mechanical properties of weld joints during high-power double-wire GMAW | |
| RU2686505C1 (ru) | Способ плазменной обработки металлических изделий | |
| BRPI0714437A2 (pt) | mÉtodo para separar camadas eletricamente isolantes | |
| Khafizov et al. | Steel surface modification with plasma spraying electrothermal installation using a liquid electrode | |
| RU2595185C2 (ru) | Способ плазменной обработки металлов | |
| CN1501761A (zh) | 层流电弧等离子体射流的材料表面处理方法 | |
| Krivonosova et al. | Structure formation of high-temperature alloy by plasma, laser and TIG surfacing | |
| RU2754915C1 (ru) | Способ плазменной обработки металлических изделий | |
| RU2705847C1 (ru) | Плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков | |
| RU2647064C2 (ru) | Способ изготовления напыленной рабочей поверхности цилиндра в блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания, а также такой блок цилиндров | |
| RU2478141C2 (ru) | Способ модификации поверхности материала плазменной обработкой | |
| RU2621750C2 (ru) | Способ формирования износостойкого слоя на поверхности детали из титана или титанового сплава | |
| Bolotov et al. | Hollow cathode glow discharge as a heating source in welding and brazing | |
| RU2653027C1 (ru) | Способ дуговой сварки двумя электродами | |
| RU95665U1 (ru) | Устройство плазменной закалки изделий из стали и чугуна в автоматическом и ручном режиме двухдуговым плазмотроном | |
| RU2798645C1 (ru) | Способ автоматической наплавки в инертном газе комбинацией дуг | |
| RU2386720C1 (ru) | Способ электродуговой металлизации | |
| RU2763808C1 (ru) | Способ сварки комбинацией сжатой и свободной дуг | |
| RU2536854C2 (ru) | Способ упрочнения поверхности стальных изделий | |
| Anshakov et al. | Material processing using arc plasmatrons with thermochemical cathodes | |
| RU2765851C1 (ru) | Устройство напыления металла для восстановления износа детали | |
| RU2645421C1 (ru) | Способ нанесения металлического порошкового покрытия на поверхность металлических подложек | |
| RU2725941C1 (ru) | Способ вакуумной карбидизации поверхности металлов | |
| RU2763912C1 (ru) | Способ плазменной наплавки и сварки комбинацией дуг |