RU68402U1

RU68402U1 - PLASMOTRON

Info

Publication number: RU68402U1
Application number: RU2007123620/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Дмитриевич Щицын; Владислав Юрьевич Щицын; Олег Александрович Косолапов
Original assignee: ООО НТЦ "Вулкан-Плазма"
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2007-11-27

Abstract

Полезная модель относится к области плазменной обработки металлов, а именно к устройствам для плазменной наплавки, сварки и резки черных и цветных металлов. Задачей полезной модели является повышение мощности и надежности плазмотрона за счет снижения теплопередачи в плазмообразующее сопло от вольфрамового электрода при простоте установки и обслуживания электрода. Сущность полезной модели заключается в том, что электродный узел, содержащий вольфрамовый пруток, закрепленный в охлаждаемой цанге, снабжен охлаждаемым медным наконечником, в котором выполнена проточка, внутри которой располагается вылет вольфрамового прутка. Общий вылет вольфрамового прутка составляет l≥3-5d_э что обеспечивает наилучшие условия работы электрода. Диаметр проточки d_о=1,25-1,4d_э, глубина проточки l_о=3-5d_э. Длина вылета вольфрамового прутка из наконечника l_в=1-2d_э. Положительный эффект: повышение мощности и надежности плазмотрона при простоте установки и обслуживания вольфрамового электрода.The utility model relates to the field of plasma processing of metals, namely, devices for plasma surfacing, welding and cutting of ferrous and non-ferrous metals. The objective of the utility model is to increase the power and reliability of the plasma torch by reducing heat transfer to the plasma forming nozzle from the tungsten electrode with the ease of installation and maintenance of the electrode. The essence of the utility model lies in the fact that the electrode assembly containing a tungsten rod fixed in a cooled collet is equipped with a cooled copper tip, in which a groove is made, inside which there is a protrusion of a tungsten rod. The total outreach of the tungsten rod is l≥3-5d _e which ensures the best working conditions for the electrode. The diameter of the groove d _o = 1.25-1.4d _e , the depth of the groove l _o = 3-5d _e . The length of the tungsten rod from the tip l _in = 1-2d _e . Positive effect: increased power and reliability of the plasma torch with ease of installation and maintenance of the tungsten electrode.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к области плазменной обработки металлов, а именно к устройствам для плазменной наплавки, сварки и резки черных и цветных металлов.The utility model relates to the field of plasma processing of metals, namely, devices for plasma surfacing, welding and cutting of ferrous and non-ferrous metals.

Уровень техникиState of the art

Мощность и надежность плазмотронов определяются стойкостью теплонагруженных элементов: электрода и плазмообразующего сопла. Стойкость электрода и сопла определяется эффективностью системы их охлаждения, а также особенностями их конструктивного оформления.The power and reliability of plasmatrons are determined by the resistance of heat-loaded elements: an electrode and a plasma-forming nozzle. The resistance of the electrode and nozzle is determined by the efficiency of their cooling system, as well as the features of their design.

В плазмотронах, работающих на постоянном токе прямой полярности и на переменном токе, с инертными плазмообразующими газами используется вольфрамовый электрод-катод.In plasma torches operating on direct current of direct polarity and on alternating current, with inert plasma-forming gases, a tungsten electrode-cathode is used.

Известны плазменные горелки, в которых вольфрамовый электрод представляет собой пруток, заделанный наглухо в водоохлаждаемую (медную) державку (см. например, SU 1680463 A1 B23K 10/02 от 30.09.1991 г., Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура.- Киев: Техника. 1971. - 164 с. стр.78, рис.13а 3, 4, 5). При этом вылет электрода из державки отсутствует. Такая конструкция обеспечивает возможность повышения токовой нагрузки на электрод и уменьшение теплопередачи от электрода в плазмообразующее сопло.Plasma torches are known in which a tungsten electrode is a rod embedded tightly in a water-cooled (copper) holder (see, for example, SU 1680463 A1 B23K 10/02 of 09/30/1991, Esibyan E.M. Plasma-arc equipment .- Kiev: Technique. 1971. - 164 p. P. 78, fig. 13a 3, 4, 5). In this case, the electrode is not ejected from the holder. This design makes it possible to increase the current load on the electrode and reduce heat transfer from the electrode to the plasma forming nozzle.

Однако при этом снижается стабильность горения дуги. Кроме того, при выходе из строя вольфрама при отработке ресурса приходится заменять всю державку.However, this decreases the stability of arc burning. In addition, when a tungsten fails during resource development, the entire toolholder has to be replaced.

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в том, что в качестве материала электрода используется вольфрам.The signs of the known device, which coincides with the features of the claimed utility model, are that tungsten is used as the electrode material.

Известны плазмотроны, в которых вольфрамовый электрод представляет собой пруток, заделанный наглухо в водоохлаждаемую (медную) державку (см. например, заявка Японии №56 - 4351, публ. 29.01.1981, Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. - Киев: Техника. 1971. - 164 с. стр.78, рис.13а 2). При этом вылет электрода из державки l больше Known plasma torches in which a tungsten electrode is a rod embedded tightly in a water-cooled (copper) holder (see, for example, Japanese application No. 56 - 4351, publ. 01/29/1981, Esibyan EM Plasma-arc equipment. - Kiev: Technique. 1971. - 164 p. P. 78, fig. 13a 2). In this case, the electrode extension from the holder l is larger

диаметра электрода d_э. Такая конструкция обеспечивает высокую стабильность горения дуги и повышенную токовую нагрузку на электрод.the diameter of the electrode d _e Such a design provides high stability of arc burning and increased current load on the electrode.

К недостаткам такого выполнения электрода можно отнести необходимость замены державки вместе с прутком по мере износа, т.к. конструкция не разборная. Кроме того, повышается тепловая нагрузка на плазмообразующее сопло за счет теплопередачи от нагретого до высоких температур вольфрамового прутка на всем вылете электрода, что снижает допускаемую мощность плазмотрона.The disadvantages of this embodiment of the electrode include the need to replace the holder with the bar as it wears, because the design is not collapsible. In addition, the thermal load on the plasma-forming nozzle increases due to heat transfer from a tungsten rod heated to high temperatures over the entire reach of the electrode, which reduces the permissible power of the plasma torch.

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в том, что в качестве электрода используется вольфрамовый пруток.The signs of the known device, which coincides with the features of the claimed utility model, are that a tungsten rod is used as an electrode.

Известны плазмотроны, в которых вольфрамовый электрод представляет собой пруток, закрепленный в охлаждаемой цанге (см. например, ЕР 0962227 В23К 10/02 от 08.09.1999 г., DE 19828633 A1 B23K 9/28 от 30.12.1999 г., Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. - Киев: Техника. 1971. - 164 с. стр.78, рис.13, а 1). Вылет электрода из цанги l установлен оптимальным (l≥3-5d_э). Такая конструкция обеспечивает легкую установку электрода и его обслуживание. Дуга горит устойчиво.Plasmatrons are known in which a tungsten electrode is a rod fixed in a cooled collet (see, for example, EP 0962227 V23K 10/02 from 08.09.1999, DE 19828633 A1 B23K 9/28 from 12.30.1999, Esibyan E. M. Plasma-arc equipment. - Kiev: Engineering. 1971. - 164 p. P. 78, fig. 13, a 1). Departure of the electrode from the collet l is set optimal (l≥3-5d _e ). This design provides easy electrode installation and maintenance. The arc burns steadily.

Недостатком такой конструкции является повышение тепловой нагрузки на плазмообразующее сопло за счет теплопередачи от вольфрамового электрода, разогретого по всей длине вылета до высоких температур, что снижает допускаемую мощность плазмотрона.The disadvantage of this design is the increase in thermal load on the plasma-forming nozzle due to heat transfer from the tungsten electrode, which is heated along the entire length of the reach to high temperatures, which reduces the permissible power of the plasma torch.

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в том, что в качестве электрода используется вольфрамовый пруток, закрепленный в охлаждаемой цанге.The signs of the known device, which coincides with the features of the claimed utility model, are that a tungsten rod fixed in a cooled collet is used as an electrode.

Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении мощности и надежности плазмотрона при простоте установки и обслуживания вольфрамового электрода.The problem to which the invention is directed, is to increase the power and reliability of the plasma torch with ease of installation and maintenance of a tungsten electrode.

Технический результат, определяющий решение указанной задачи, заключается в том, что вылет вольфрамового прутка из электрододержателя имеет оптимальную для работы длину, но при этом большая часть вылета экранируется от плазмообразующего сопла, что обеспечивает снижение теплопередачи от электрода в плазмообразующее сопло. Это позволяет повысить мощность плазмотрона и надежность его работы.The technical result that determines the solution of this problem is that the outflow of the tungsten rod from the electrode holder has an optimum length for operation, but at the same time, most of the outflow is shielded from the plasma forming nozzle, which reduces heat transfer from the electrode to the plasma forming nozzle. This allows you to increase the power of the plasma torch and its reliability.

Достигается технический результат в полезной модели тем, что электродный узел, содержащий вольфрамовый пруток, закрепленный в охлаждаемой цанге, снабжен охлаждаемым медным наконечником, в котором выполнена проточка, внутри которой располагается вылет вольфрамового прутка.A technical result is achieved in a utility model in that the electrode assembly containing a tungsten rod fixed in a cooled collet is provided with a cooled copper tip, in which a groove is made, inside of which there is a tungsten rod extension.

Общий вылет вольфрамового прутка составляет l≥3-5d_э что обеспечивает наилучшие условия работы электрода. Диаметр проточки d_о=1,25-1,4d_э, глубина проточки l_о=3-5d_э. Длина вылета вольфрамового прутка из наконечника l_в=1-2d_э, что приводит к снижению тепловой нагрузки на плазмообразующее сопло. Расположение вольфрамового прутка на вылете в проточке (без контакта с наконечником) обеспечивает оптимальную работу вольфрамового электрода, при этом теплопередача от разогретого до высокой температуры вольфрамового прутка в плазмообразующее сопло экранируется охлаждаемым наконечником. Дополнительным, полезным эффектом является снижение тепловой нагрузки на изолятор, разделяющий электродный узел и плазмообразующее сопло.The total outreach of the tungsten rod is l≥3-5d _e which ensures the best working conditions for the electrode. The diameter of the groove d _o = 1.25-1.4d _e , the depth of the groove l _o = 3-5d _e . The length of the departure of the tungsten rod from the tip l _in = 1-2d _e , which leads to a decrease in the thermal load on the plasma forming nozzle. The location of the tungsten rod at the overhang in the groove (without contact with the tip) ensures optimal operation of the tungsten electrode, while the heat transfer from the tungsten rod heated to a high temperature to the plasma forming nozzle is shielded by the cooled tip. An additional, useful effect is to reduce the heat load on the insulator separating the electrode assembly and the plasma forming nozzle.

Новые признаки устройства заключаются в наличии охлаждаемого медного наконечника, в котором выполнена проточка, внутри которой располагается вылет вольфрамового прутка, при этом диаметр проточки d_о=1,25-1,4d_э глубина проточки l_о=3-5d_э. Длина вылета прутка из наконечника l_в=1-2d_э New features of the device are the presence of a cooled copper tip, in which a groove is made, inside which there is a protrusion of a tungsten rod, while the diameter of the groove is d _o = 1.25-1.4d _{e the} depth of the groove is l _o = 3-5d _e . The length of the rod from the tip l _in = 1-2d _e

Краткое описание модели.Brief description of the model.

На фиг. показана схема плазмотрона. Цанга на схеме не показана.In FIG. The plasma torch diagram is shown. The collet is not shown in the diagram.

Корпус электрододержателя 1, с закрепленным в цанге вольфрамовым прутком 2 диаметром d_э находится в камере плазмообразующего сопла 3. В нижней части корпуса электрододержателя 1 установлен медный наконечник 4, в котором выполнена проточка, диаметр проточки d_о=1,25-1,4d_э, глубина проточки l_о=3-5d_э. Внутри проточки располагается вылет вольфрамового прутка, длина которого составляет l≥3-5d_э что обеспечивает наилучшие условия работы электрода, при этом длина вылета прутка из наконечника l_в=1-2d_э The body of the electrode holder 1, with a tungsten rod 2 fixed in the collet, with a diameter d _e is located in the chamber of the plasma-forming nozzle 3. In the lower part of the body of the electrode holder 1 there is a copper tip 4 in which a groove is made, the diameter of the groove d _o = 1.25-1.4d _e , groove depth l _o = 3-5d _e . Inside the groove there is a protrusion of a tungsten rod, the length of which is l≥3-5d _e, which provides the best working conditions for the electrode, while the length of the rod from the tip l _in = 1-2d _e

При работе плазмотрона большая часть тепла, излучаемого вольфрамовым прутком, нагретым до высоких температур, передается в наконечник 4, что снижает общую тепловую нагрузку на плазмообразующее сопло.During the operation of the plasma torch, most of the heat emitted by the tungsten rod heated to high temperatures is transferred to the tip 4, which reduces the total thermal load on the plasma forming nozzle.

Пример технического исполнения.An example of technical performance.

Выполнены испытания плазмотрона с электродным узлом, в котором установлен вольфрамовый электрод диаметром d_э=3 мм. Общий вылет электрода l_э=14 мм. Медный наконечник имеет проточку диаметром d_o=4 мм и глубиной l_о=10 мм. Длина вылета вольфрамового прутка из наконечника l_в=4 мм. Электродный узел и плазмообразующее сопло выдерживали безаварийную работу на рабочих токах до 400 А.Tests of a plasma torch with an electrode assembly were carried out, in which a tungsten electrode with a diameter d _e = 3 mm was installed. The total reach of the electrode l _e = 14 mm The copper tip has a groove with a diameter of d _o = 4 mm and a depth of l _o = 10 mm. The length of the departure of the tungsten rod from the tip l _in = 4 mm The electrode assembly and the plasma-forming nozzle withstood trouble-free operation at operating currents of up to 400 A.

Авторы: 1. Щицын Юрий Дмитриевич д.т.н., профессор ПГТУ; 614010, Пермь, Комсомольский пр.71 - 52.Authors: 1. Shchitsyn Yuri Dmitrievich Doctor of Technical Sciences, professor of the Perm State Technical University; 614010, Perm, Komsomolsky pr. 71 - 52.

2. Щицын Владислав Юрьевич к.т.н. инженер ПГТУ; 115230, Москва, Варшавское шоссе, дом 47, корп.1 - 109.2. Shchitsyn Vladislav Yuryevich Ph.D. engineer of the Perm State Technical University; 115230, Moscow, Warsaw highway, 47, building 1 - 109.

3. Косолапов Олег Александрович к.т.н. инженер ПГТУ; 614031, Пермь, ул. Костычева, дом 38 - 147.3. Kosolapov Oleg Alexandrovich Ph.D. engineer of the Perm State Technical University; 614031, Perm, ul. Kostycheva, house 38 - 147.

Claims

Плазмотрон, содержащий электродный узел, состоящий из вольфрамового прутка, закрепленного в цанге, установленной в охлаждаемом электрододержателе, характеризующийся наличием наконечника закрепленного в электрододержателе, наконечник со стороны свободного торца снабжен проточкой, имеющей диаметр d_о=1,25-1,4d_э, где d_э - диаметр вольфрамового прутка, и глубину h_o=3-5d_э, в проточке располагается рабочий конец вольфрамового прутка, причем пруток выставлен из наконечника на h_в=1-2d_э.

A plasma torch containing an electrode assembly consisting of a tungsten rod fixed in a collet installed in a cooled electrode holder, characterized by the presence of a tip fixed in the electrode holder, the tip on the side of the free end is provided with a groove having a diameter d _o = 1.25-1.4d _e , where d _e - the diameter of the tungsten rod, and the depth h _o = 3-5d _e , in the groove is the working end of the tungsten rod, and the rod is set from the tip to h _in = 1-2d _e .