SU860357A1 - Плазматрон - Google Patents

Description

(54) ПЛАЗМОТЮН

1

Изобретение относитс  к машиностроению, более конкретно - к устройствам, генерир5Ш)щим плазму дл  нагрева и обработки поверхностей различных изделий, дл  обработки непровод щих материалов, и может найти применение в машиностроении дл  закалки, отжига, поверхностной обработки и упрочнени  металлических . изделий, а также в металлургии дл  плазменного переплава металлов.

Известные электродуговые плазмотроны предназначены дл  обработки металлических поверхностей плазменной струей. Они содержат охлаждаемый катодный узел, корпус, одновременно  вл ющийс  изол тором и сопловой узел со сменной вставкой, в которой происходит формирова1ше плазменной струи 1.

Недостатком таких плазмотронов  вл етс  получение струи плазмы небольших геометри ческих размеров, что не позвол ет обработать большие поверхности и получить высокую производительность при обработке прот женных металлических и неметаллических поверхностей. KpOFvie того, истечеште плазменной струи прюисход .т с высокой скоростью, котора  вместе с

п тном, по вл ющимс  на изделии, вызывает разрушение поверхности, возникает эффект резки, что требует специальных мер дл  снижени  скорости истечени  струи юш температуры , а это уменьшает тепловой КПД плазмотрона . Неметаллические издели  такие плазмотроны вообще не могут обрабатывать.

Известен плазмотрон, который состоит из двух кольцевых электродов, расположенных параллельно друг другу, соленоида посто нного тока, охватывающего оба электрода, и корпуса. Нлазмообразующий газ подают в промежуток между электродами и нагревают вращающейс  дугой. Дуга вращаетс  под воздействием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействи  тока дуги и магнитного пол , создаваемого соленоидом. За счет врашеШ1Я дуга охватьшает значительную поверхность 2j.

Недостатком такого плазмотрона  вл етс  трудность обработки плоских и профилированных прот женных поверхностей из-за громоздкости его конструкции, что снижает проиэводательность . Кроме того, дуга в плазмотроне располагаетс  на значительном рассто нии от обрабатываемой поверхности и, как следствие этого , тегоговой КПД такого плазмотрона низок. Известен также плазмотрон, содержащий электрод, выполненный в виде спирали с токоподвод щим концом и шагом, изме1шн)1димс  по закону у-кх Д, где у - шаг незамкнутой спирали, к - коэффивдент пропорциональности, X - рассто ние от токоподвод щего конца вдоль спирали электрода 3. Недостатком данного плазмотрона  вл етс  невозможность обработки им нетокопровод щих материалов. Цель изобретени  - повышение производительности труда при обработке нетокопровод щих материалов. Данна  цепь достигаетс  тем, что в плазмотрон , содержащий электрод, выполненный в виде спирали с токоподвод щим. концом и ща гом, измен ющимс  по закону , где у - шаг незамкнутой спирали, к - коэффициент пропордаональности, х - рассто ние от ток подаод щего конца вдоль спирали, введен дополнительный электрод, установленный внутри основного и выполненный в виде незамкнутого тора с токоподвод щим концом, причем нетокоподвод щие концы основного и дополнительного электродов расположены на рассто нии большем, чем токоподвод щие. Выполнение электродов по предлагаемой конструкции позвол ет наиболее полно использовать пондеромоторные силы, которые действуют на дугу. плотность сил равна , где j - плотность тока; В - напр женность магнитного пол . Сила F направлена перпендикул рно к век торам плотности тока и напр женности магнитного пол . Дуга стремитс  зан ть такое положение , чтобы индуктивность цени была максимальна , дл  этого и делаетс  разрез в электроде в виде тора.1 Предварительный расчет напр женности магнитного пол  показал, что если рассто ние между электродами будет измен тьс  ПО закону у-кх , то пондеромоторна  сила, действующа  на дугу от собственного магнитного пол , будет максимальна. Дуга под действием этой силы перемещаетс  с макси мальной скоростью от токоподвода вдоль электродов. Экспериментальна  проверка подтвердила указаю1ЫЙ выше закон. Быстрое перемеще1ше дуги между электрода ми позвол ет нагревать прот женные поверхнос ти изделий с высокой скоростью, не разруша  их поверхность. Така  дуга эквивалентна распределенному источнику тепла. На фиг. 1 изображен плазмотрон, общий ви разрез; на фиг. 2 - то же, вид снизу. Плазмотрон состоит из спиралевидного электрода 1, который охлаждаетс , электрода 2 7-4 выполненного в виде разомкнутого тора с разрывом в месте токоподвода, охлаждаемого водой . Причем рассто ние между электродами мен етс , так как один из электродов вьшолйен с шагом, измен ющимс  по закону ai л у-к X . Электроды 1 и 2 закреплены в корпусе 3, выполненном из термостойкого материала с помощью штуцеров 4 и 5. Каналы 6 служат Дл  подачи плазмообразующего газа через штуцер 7. Подвод воды дл  охлаждени  электродов осуществл етс  через штуцеры 8 и 9. Они же  вл ютс  и токоподвод щими концами электродов (на чертеже условно показан подвод и вывод охлаждающей воды в электроды и подача плазмообразующего газа). Плазмотрон работает следующим образом. В электроды I и 2 подают охлаждающую воду, через штуцер 7 по каналам 6 поступает плазмообразующий газ (азот, углекислый газ и т. д.). Электрода 1 и 2 через штуцеры 8 и 9 подключают к источнику питани , одновременно к этим же полюсам подключают и осцилл тор. Происходит пробой промежутка между электродами 1 и 2, в результате чего возникает электрическа  дугд, котора  по действием пондеромоторных сил перемещаетс  между электродами 1 и 2, начина  с места токоподвода. Таким образом , чтобы индуктивность цепи была максимальна , изменение рассто ни  между электродами должно соответствовать закону у-к к , что позвол ет наиболее полно использовать пондеромоторные силы. Возникаюша  электрическа  дуга, перемеща сь между электродами 1 и 2, нагревают плазмомообразуюшлй газ, который нагревает.изделие. . Дуга перемещаетс  до конца спиралевидного электрода 1, где гаснет с подачей сгустка плазмы в наименьший промежуток между электродами 1 и 2 дл  облегчени  повторного зажигани  душ. Скорость перемещени  дуги при переменном токе 200-600 А достигает 100- 600 м/с (определ лось с помощью скоростной киносъемки). Поскольку осцилл тор посто нно включен между электродами 1 и 2, после погасани  на конце электрода 1 дуга снова возникает в точке наименьщего рассто ни  между электродами и цикл повтор етс . Так как длина электрода довольно велика, то дуга проходит по относительно больщой площади и нагревает значительный объем газа, который нагревает обрабатываемую поверхность за относительно короткое врем . Это позвол ет осуществл ть нагрев больших прот же1шых поверхностей , что повышает производительности труда, приводит к более равномерному нагреву, что повышает качество термообработки.

Плазмотрон предлагаемой конструкции позвол ет повысить производительность труда при плазменной термообработке прот женных неэлектропроводных поверхностей в 5-8 раз. Кроме того, упрощаетс  сама конструкци  плазмотрона , уменьшаютс  его габариты, достигаетс  равномерный нагрев обрабатьгоаемой поверхности , увеличиваетс  тепловой КПД. Экономический эффект от внедрени  данного плазмотрона составит 35. тыс. pyi6. в год.

Claims (3)

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

2.Жуков М. Ф. и др. Электродуговые нагреватели газа. М., Наука, 1973, с. 25.

3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2581266/25-27, 20.02.78.

вода

фиг.Ч

Вид А

QJuz. 2