SU841850A1 - Non-meltable electrode for plasma working - Google Patents
Non-meltable electrode for plasma working Download PDFInfo
- Publication number
- SU841850A1 SU841850A1 SU752190718A SU2190718A SU841850A1 SU 841850 A1 SU841850 A1 SU 841850A1 SU 752190718 A SU752190718 A SU 752190718A SU 2190718 A SU2190718 A SU 2190718A SU 841850 A1 SU841850 A1 SU 841850A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- electrode
- insert
- active
- plasma
- diameter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
Изобретение относится к электродуговым процессам, преимущественно к плазменной обработке в углекислом газе.The invention relates to electric arc processes, mainly to plasma processing in carbon dioxide.
Известны и нашли широкое применение циркониевые и гафниевые электроды для воздушно-плазменной резки. Указанные электроды состоят из циркониевых или гафниевых цилиндрических вставок, запрессованных в водоохлаждаемый медный держатель, и предназначены для работы на токах дуги до 450 А [1] .Zirconium and hafnium electrodes for air-plasma cutting are known and widely used. These electrodes consist of zirconium or hafnium cylindrical inserts pressed into a water-cooled copper holder and are designed to operate on arc currents up to 450 A [1].
Известен также способ плазменной сварки в среде углекислого газа с использованием гафниевого электрода [2] .There is also known a method of plasma welding in a carbon dioxide atmosphere using a hafnium electrode [2].
Однако этот способ до сих пор получил ограниченное промышленное применение, так как для достижения скоростей сварки стальных деталей толщиной более 8 мм, позволяющих способу плазменной сварки в среде углекислого газа быть конкурентноспособным с другими видами сварки, в частности с автоматической сваркой под слоем флюса, требуются токи дуги свыше 600 А.However, this method has still received limited industrial application, since currents are required to achieve the welding speeds of steel parts with a thickness of more than 8 mm, which allow the plasma welding method in a carbon dioxide environment to be competitive with other types of welding, in particular with automatic welding under a flux layer arcs over 600 A.
Известны электроды с цилиндрическими вставками из циркония.и гаф2 ния с соотношением высоты вставки к диаметру, равным приблизительно 2, выпускаемые серийно Гз].Known electrodes with cylindrical inserts of zirconium. And hafnium with a ratio of insert height to diameter equal to approximately 2, commercially available Gz].
Однако эти электроды из-за „низкого ресурса при токах дуги свыше 600 А неприемлемы для.промышленного использования. Поэтому плазменная 10 сварка стальных деталей толщиной свыше '8 мм в среде углекислого газа в настоящее время успешно конкурирует со способом автоматической сварки под слоем флюса только в οποί с теме трехдугового плазмотрона. Но трехдуговой плазмотрон представляет довольно сложную систему и использование такой системы экономически целесообразно и оправдано только в 20 условиях массового поточного производства.However, these electrodes are unacceptable for industrial use because of a "low resource at arc currents above 600 A. Therefore, the plasma 10 welding of steel parts with a thickness exceeding '8 mm in a carbon dioxide medium currently successfully competes with the method of automatic welding under a flux layer only in the subject of a three-arc plasma torch. But the three-arc plasmatron is a rather complex system and the use of such a system is economically feasible and justified only in 20 conditions of mass in-line production.
Цель изобретения - создание электродов для плазменной сварки в среде 25 углекислого газа на токах дуги свыше 600 А с ресурсом, позволяющим промышленно использовать этот вид сварки в условиях работы простого однодугового плазмотрона за счет улуч30 шения условий охлаждения.The purpose of the invention is the creation of electrodes for plasma welding in carbon dioxide 25 medium at arc currents of more than 600 A with a resource that allows this type of welding to be used industrially under the conditions of a simple single-arc plasma torch by improving cooling conditions.
Указанная цель достигается тем, что высота вставки с диаметром связана соотношениемThis goal is achieved by the fact that the height of the insert with a diameter is related by the ratio
0,75 h ^0,25 d, где d - диаметр активной вставки; h - высота активной вставки, Выбор указанных пределов основан на нижеследующем.0.75 h ^ 0.25 d, where d is the diameter of the active insert; h is the height of the active insert. The selection of the specified limits is based on the following.
Проведенные нами исследования 'показали, что в режимах плазменной сварки в углекислом газе характер эрозии электрода принципиально отличается от характера эрозии известных электродов для воздушно-плазменной резки. Это отличие предопределено более высокими плотностями тока на электроде в режимах резки по сравнению с режимами сварки и состоит в следующем. В режимах' резки эрозия активной вставки по глубине характеризуется высотой скоростью на начальном этапе работы электрода. Так, эрозия активной встайки из циркония или гафния на глубину 1,3-1,6 мм происходит за время, составляющее всего 7-10% общего ресурса работы электрода. Это и предопределяет основные, сложившиеся соотношения геометрии существующих циркониевых и гафниевых электродов для'воздушноплазменной резки: активная вставка выполняется в виде вытянутого цилиндра с отношением высоты к диаметру, равным приблизительно 2 [з?.Our studies showed that in the modes of plasma welding in carbon dioxide, the nature of the erosion of the electrode is fundamentally different from the erosion of the known electrodes for air-plasma cutting. This difference is predetermined by higher current densities at the electrode in cutting modes compared to welding modes and consists in the following. In cutting modes, the erosion of the active insert in depth is characterized by a height rate at the initial stage of electrode operation. So, erosion of an active stick from zirconium or hafnium to a depth of 1.3-1.6 mm occurs in a time that makes up only 7-10% of the total resource of the electrode. This predetermines the basic, existing correlations of the geometry of existing zirconium and hafnium electrodes for air-plasma cutting: the active insert is made in the form of an elongated cylinder with a height to diameter ratio of approximately 2 [s ?.
В режимах плазменной сварки в среде углекислого газа эрозия на начальном этапе мала и возрастает по мере увеличения глубины эрозионной лунки. После достижения глубины эрозии, равной приблизительно 2,53 мм при токах дуги, больших или равных 500 А, электрод выходит из строя. Поэтому авторы пришли к заключению, что существующая задача, повышения ресурса электрода должна быть реализована на начальном этапе работы электрода. В основу решения легли сцедующие предпосылки. При проведении исследований электродов с активными вставками из циркония и гафния в режимах плазменной сварки в среде углекислого газа при варьировании параметров процесса (ток дуги, геометрия электрода, расход плазмообразующего газа, диаметр сопла) авторами были сделаны следующие ^наблюдения.In plasma welding in carbon dioxide, erosion at the initial stage is small and increases with increasing depth of the erosion hole. After reaching an erosion depth of approximately 2.53 mm at arc currents greater than or equal to 500 A, the electrode fails. Therefore, the authors came to the conclusion that the existing task of increasing the electrode life should be realized at the initial stage of the electrode operation. The basis of the decision was the underlying prerequisites. When conducting research on electrodes with active zirconium and hafnium inserts in plasma welding in carbon dioxide with varying process parameters (arc current, electrode geometry, plasma gas flow rate, nozzle diameter), the following observations were made by the authors.
При всех параметрах процесса после выключения дуги наблюдалось осаждение темного налета порошка' на поверхности активной- вставки в местах, прилегающих к медному держателю. Анализ показал, что этот, порошок является графитом. Осаждение графита на поверхности активной вставки наблюдалось Фридляндом М.Г. при работе электродов в плазмообразующих углеводородах и смесях углеводоро' .1 дов с кислородом (осаждение графита на поверхности активной вставки электроду при работе в углеводородах следует считать известным фактором) [4],. ,For all process parameters, after the arc was turned off, a dark powder deposit was observed on the surface of the active insert in places adjacent to the copper holder. Analysis showed that this powder is graphite. The deposition of graphite on the surface of the active insert was observed by Friedland MG when electrodes work in plasma-forming hydrocarbons and mixtures of hydrocarbons' .1 oxygen with oxygen (deposition of graphite on the surface of the active insert to the electrode when working in hydrocarbons should be considered a known factor) [4] ,. ,
Новым фактом, обнаруженным авторами, является характер топографии осаждения графита. Покрытие графитом поверхности активной вставки электрода происходит всегда от периферии к центру в виде кольца. Если поверхность активной вставки покрыта неполностью, то свободная от графита площадь поверхности вставки располагается обязательно в центре.A new fact discovered by the authors is the nature of the topography of graphite deposition. Graphite coating of the surface of the active electrode insert always occurs from the periphery to the center in the form of a ring. If the surface of the active insert is not completely covered, then the surface area of the insert free from graphite is necessarily in the center.
Наиболее важным наблюдением, сделанным авторами, является установление связи между размером площади поверхности вставки, покрытой графитом, и параметрами процесса. Было установлено, что изменение параметров, приводящее к увеличению ресурса, одновременно приводит и к увеличению площади, покрытой графитом, при максимальном ресурсё - покрыта вся поверхность вставки.The most important observation made by the authors is to establish a relationship between the size of the surface area of the insert coated with graphite and the process parameters. It was found that a change in parameters, leading to an increase in resource, at the same time leads to an increase in the area covered with graphite, with a maximum resource - the entire surface of the insert is covered.
Анализ указанных выше наблюдений и сопоставление их с температурным полем электрода позволяют заключить, что графит осаждается на участках рабочей поверхности электрода с наиболее низкой температурой,ресурс работы электрода тем больше, чем большая часть рабочей поверхности имеет более низкую температуру, если даже небольшой участок рабочей поверхности электрода имеет Повышенную температуру, то Это локальное повышение приводит к снижению ресурса работы электрода.An analysis of the above observations and comparing them with the temperature field of the electrode allows us to conclude that graphite is deposited on the areas of the working surface of the electrode with the lowest temperature, the life of the electrode is greater, the greater part of the working surface has a lower temperature, even if a small portion of the working surface of the electrode has an increased temperature, then this local increase leads to a decrease in the service life of the electrode.
На основании приведенного анализа авторы пришли к выводу, что для повышения ресурса работы электрода необходимо обеспечить и более интенсивное, -и более равномерное охлаждение.Based on the above analysis, the authors came to the conclusion that in order to increase the service life of the electrode, it is necessary to provide more intensive, and more uniform cooling.
Выполнение условий интенсивного и более равномерного охлаждения' возможно только при принципиальном изменении геометрии самой активной вставки. Расчеты показали, что при уменьшении высоты активной вставки ' до некоторого уровня, определяемого ее диаметром, становится существенной доля теплоотвода через дно' вставки. Экспериментально установлено, . что ресурс работы электрода существенно повышается при h40,75 d, где h - высота активной вставки; d - диаметр активной вставки. «Fulfillment of the conditions for intensive and more uniform cooling is possible only with a fundamental change in the geometry of the most active insert. The calculations showed that when the height of the active insert 'decreases to a certain level determined by its diameter, the fraction of heat removal through the bottom of the' insert becomes significant. Experimentally established. that the service life of the electrode increases significantly at h40.75 d, where h is the height of the active insert; d is the diameter of the active insert. "
На фиг. 1 приведена кривая зависимости ресурса работы предлагаемого электрода от соотношения; на фиг.2 - неплавящийся электрод.In FIG. 1 shows the dependence of the service life of the proposed electrode on the ratio; figure 2 - non-consumable electrode.
Неплавящийся электрод содержит гафниевую вставку Ht и медный электрододержатель Сй (h - высота вставки, d - диаметр). Зависимость снята при следующих параметрах:The non-consumable electrode contains a hafnium insert Ht and a copper electrode holder Cj (h is the insert height, d is the diameter). The dependency is removed with the following parameters:
Углекислый газ 800Carbon dioxide 800
250250
Повторно-крат повременныйRepeatedly time-based
Плазмообразующий’ газ Ток дуги, А Расход плазмообразующего газа, л/ч Диаметр канала сопла, мм Режим работы электрода Продолжительность включения,мин Продолжительность паузы,мин 1Plasma-forming ’gas Arc current, A Consumption of plasma-forming gas, l / h Diameter of the nozzle channel, mm Electrode operating mode Turn-on time, min Pause time, min 1
При проведении исследований авторами обнаружен еще один неожиданный результат. При h0,25. d (что соответствует наиболее интенсивному охлаждению) электрод становится неработоспособным. Это связано с тем, что при переохлаждении материала эмиттирующей поверхности происходит ) контр'агирование катодного пятна, дуга становится пространственно неустойчивой и происходит быстрое разрушение электрода. Участок неустойчивой работы электрода показан на кривой пунктиром.When conducting research, the authors discovered another unexpected result. At h0.25. d (which corresponds to the most intensive cooling), the electrode becomes inoperative. This is due to the fact that when the material of the emitting surface is supercooled, the cathode spot is counter-activated, the arc becomes spatially unstable, and the electrode quickly breaks down. The area of unstable operation of the electrode is shown on the curve by a dotted line.
Таким образом, предлагается электрод (фиг.2) с цилиндрической активной вставкой из материала IV А группы периодической системы элементов или сплавов на основе металлов IV А группы, выполненный таким образом, что соотношение высоты вставки и диаметра лежит в следующих пределах:Thus, it is proposed an electrode (figure 2) with a cylindrical active insert from a material of group IV A of a periodic system of elements or alloys based on metals of group IV A, made in such a way that the ratio of the height of the insert and the diameter lies in the following limits:
0,75 d> h >0,25 d, где d - диаметр активной вставки ; h - высота активной вставки.0.75 d> h> 0.25 d, where d is the diameter of the active insert; h is the height of the active insert.
В таблице приведены сравнительные результаты испытаний предлагаемых и известных электродов из гафния в среде углекислого газа в режиме кратковременных включений.The table shows the comparative test results of the proposed and known electrodes of hafnium in a carbon dioxide environment in the mode of short-term inclusions.
Параметры испытаний: .Test Parameters:.
- Плазмообразующая смесь Ток дуги, А Диаметр сопла,мм Расход плазмообразующего газа, л/ч Расход охлаждающей воды, л/мин- Plasma-forming mixture Arc current, A Nozzle diameter, mm Plasma-forming gas consumption, l / h Cooling water consumption, l / min
Углекислый газ .700Carbon Dioxide .700
250250
Время одного включения, мин Диаметр вставки из гафния, ммTime of one inclusion, min Diameter of an insert from hafnium, mm
2,52,5
Известный 2Famous 2
Предлагаемый 0,6Suggested 0.6
102102
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU752190718A SU841850A1 (en) | 1975-11-17 | 1975-11-17 | Non-meltable electrode for plasma working |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU752190718A SU841850A1 (en) | 1975-11-17 | 1975-11-17 | Non-meltable electrode for plasma working |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU841850A1 true SU841850A1 (en) | 1981-06-30 |
Family
ID=20637680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU752190718A SU841850A1 (en) | 1975-11-17 | 1975-11-17 | Non-meltable electrode for plasma working |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU841850A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1987000469A1 (en) * | 1985-07-22 | 1987-01-29 | Gosudarstvenny Proektny I Nauchno-Issledovatelsky | Method of electric arc processing |
-
1975
- 1975-11-17 SU SU752190718A patent/SU841850A1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1987000469A1 (en) * | 1985-07-22 | 1987-01-29 | Gosudarstvenny Proektny I Nauchno-Issledovatelsky | Method of electric arc processing |
US4810851A (en) * | 1985-07-22 | 1989-03-07 | Gossudarsvenny Proektny i Nauchno-Issledovatelsky Institute Nikelevo-Kobaltovoi Promyshylennosti | Method of constantly restoring an electrode during plasma treatment of materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2174317C (en) | Plasma torch | |
US8129654B2 (en) | DC arc plasmatron and method of using the same | |
US4317984A (en) | Method of plasma treatment of materials | |
PL115498B1 (en) | Method for producing plasma in a plasma arc generator and device therefor | |
US5416296A (en) | Electrode for plasma arc torch | |
Nemchinsky | Erosion of thermionic cathodes in welding and plasma arc cutting systems | |
US4304984A (en) | Non-consumable electrode for plasma-arc welding | |
MXPA00003636A (en) | Tapered electrode for plasma arc cutting torches. | |
SU841850A1 (en) | Non-meltable electrode for plasma working | |
JPH0795474B2 (en) | Method for melting and refining metals such as electric arc steelmaking and electrode cooling device used therefor | |
AU2015291457A1 (en) | Electrode for a welding torch for tungsten gas-shielded welding and welding torch having such an electrode | |
RU2686505C1 (en) | Method of plasma processing of metal products | |
SU1234104A1 (en) | Plasma torch | |
SU695074A1 (en) | Method of making non-fusible electrode | |
US3271288A (en) | Electrolytic drilling and tapping apparatus | |
SU667364A1 (en) | Non-consumable electrode | |
RU2705847C1 (en) | Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders | |
SU841870A1 (en) | Non-meltable electrode for plasma working | |
SU846183A1 (en) | Non-meltable electrode for arc processes | |
SU919839A2 (en) | Non-meltable electrode for arc processes | |
JPH022694A (en) | Gas laser equipment | |
US4810851A (en) | Method of constantly restoring an electrode during plasma treatment of materials | |
CN113966257B (en) | Method for plasma cutting | |
SU816726A1 (en) | Method of plasma-arc welding | |
SU546444A1 (en) | Plasma arc cutting torch |