Устройство электродугового испарения металлов для нанесения покрытий

 

Использование, в машиностроении при нанесении покрытий различного назначения преимущественно на длинномерные изделия Сущность изобретения: электродуговой испаритель металлов содержит протяженный расходуемый катод 1 с токоподводами 4 и 5, ключи б и 7 в «дели токоподводов с системами 8 и 9 управления ключами, камеруанод Я датчик текущего положения катодного пятна , блок управления положением катодного пятна при этом токоподзоды к катоду подключены к входу блока управления положением катодного пятна, а в блоке управления выполнен преобразователь 11 напряжения управляемый выходным сигналом блока сравнения и подключенный входом к входу блока управления а выходом к одному из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к источнику управляющего напряжения 1 ил

К ПАП НТУ

Комитет Российской Федерации ие иатентам и товарным знакам

1 (21) 4948577/21 (22) 290431 (46) 30.1193 6ea Na 43-44

P1} Науео-производственное предприятие "Новатех" (УЗ) Нерво-производственное предприятие Но ватех . (54) УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСНАРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ. ПОКРЫТИЙ (57) Использование: в машиностроении при нанесении покрытий различного назначения преимущественно на длинномерные изделия. Сущность изобретения электродуговой испаритель металлов соrlslR (i>lгарзтз6 д (я) С2зси z

2 держит протяженный расходуемый катод 1 с токопфдводами 4 и 5, ключи 6 и? в цепи токоподводов с системами 8 и 9 управления ключами, камеруанод 2, датчик текущего положения катодного пятна, блок управления положением катодного пятна при этом токоподзоды к катоду подключены к входу блока управления положением катодного пятна, а в блоке управления выполнен преобразователь 11 напряжениц управляемый выходным сигналом блока сравнения и подключенный входом к входу блока управления, а выходом к одному из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к источнику управляющего напряжения. 1 ил.

2003736

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано в машиностроении при нанесении покрытий различного назначения преимущественна на длинномерные изделия, Наиболее предпочтительно использовать заявляемое устройство пр< испарении металлов, обладающих высоким удельным сопротивлением, таких кактитан, цирконий, нержавеющая сталь и др.

Известно устройство электродуговаго испарения металлов, предназначенное для нанесения покрытий на протяженные изделия. содержащее протяженные вытянутые катоды длиной, равной или большей одного из поперечных размеров обрабатываемого изделия, а шириной, много меньшей. Яля получения однородных па толщине пакры; тий вынуждают катаднае пятно сканировать по всей длине поверхности испарения катода, а изделие перемещают в направлении, нормальном продольной оси катода. Сканирование катоднога пятна по катоду осуществляется с помощью электрических ключей, установленных в цепи токоподводов на концах катода. Катодное пятно дуги под воздействием магнитного поля потока, текущего по катоду, всегда движется в сторону включенногс ключа. Когда катодное пятно достигает конца катода, в цепи концевого датчика, расположенного у конца катода, возникает электрический сигнал, который через систему управления воздействует на ключи в цепях токоподводов, переключая их. Ка.тоднае пятно при переключении ключей начинает двигаться в противоположном направлении, Недостатком этого устройства является то, что катадное пятно совершает возвратно-поступательное движение по всему «afoду с pGSHQM8pHQA скоростью и не представляется возможным регулировать местоположение катодных пятен по катоду с целью получения покрытий переменной . толщины по длине изделия или однородных по толщине покрытий на поверхности протяженного изделия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее протяженные расходуемый катод и анод, которым является вакуумная камера. систему осевого перемещения катодного пятна, представляющую токопадвады к концам катода и ключи с системой управления, причем датчик влекущего положения катодного пятна концами подключен через резисторы к положительному полюсу источника питания и.к блоку управления, состоящему из устройства сравнения (операционного усилителя) и источника управляющего напряжения, задающего координату области перемещения катодных пятен на ката е. На один вход устройства сравнения подается сигнал от датчика текущего положения катоднога пятна, на другой вход — напряжение от источника управляющего напряжения. Выход источника сравнению подключен к

"0 системам управления ключами в цепяхтокоподводов, К недостатку устройства следует отнести то, что датчик текущего положения катодного пятна находится в непосредственной близости от поверхности испарения катода на пути потока металлической плазмы, генерируемой катодным пятном дугового разряда. а поэтому интенсивно запыляется, что требует его периоди20 ческой чистки, и не удобно в эксплуатации.

Целью изобретения является улучшение условий эксплуатации.

Цель достигается тем, чта в электродугоном испарителе преимущественно метал25 лов с высоким удельным сопротивлением для нанесения покрытий на протяженные изделия, содержащем протяженный расходуемый катод с токопадвадами на концах, ключи в цепи токоподводов с системой управления ключами, камеру-катод, датчик текущего положения катодного пятна; блок управления положением катодного пятна, вход которого соединен с датчиком текущего положения катодного пятна, а выход — с системой управления ключами, содержащий источник управляющего напряжения и устройства сравнения сигналов, токоподводы к катоду подключены к входу блока уйравления положением катадного пятна, а в блоке управления выполнен преобразователь напряжения, управляемый выходным сигналом блока сравнения и подключенный входом к входу блока управления, а выходом к одному из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к источникууправляющега напряжения, Сущностью заявляемого технического решения является та, что в отличие от устройства-прототипа. в котором каждому по50 ложению катодного пятна на катоде . соответствует только одно значение напряжения на датчике текущего положения катоднаго пятна, в заявляемом устройстве каждому положению катоднага пятна на ка56 тоде соответствует два различных значения на концах катода, который помимо своей основной функции — катода выполняет функцию датчика текущего положения катодноr6 пятна. Зти два значения напряжения, численно равные U» и U-Ux, зависят от того, хОС3736 какой в данный момент включен кл1оч в цепях токоподводов к катоду.

0» р*гх (О Ux) = p(R гх) где U»- напряжение на участке катода между катодным пятном и концом катода;

0 — максимальное напряжение, снимаемое с датчика-катода;

1 — ток разряда;

R — полное сопротивление катода;

r» — сопротивление на участке катода между катодным пятном и концом катода.

На чертеже изображена схема электродугового испарителя; а также блока его управления и питания, Протяженный катод 1 расположен внут- 15 ри вакуумной камеры-анода 2. Обрабатываемые протяженные изделия 3 установлены между катодом 1 и внутренними стенками вакуумной камеры 2. Катод имеет на концах токоподводы 4 и 5. В цепи токоподводов 4 и 5 установлены ключи 6 и 7 с системами 8 и 9 их управления соответственно. Электропитание электродугового испарителя осуществляется от источника 10 питания. К токоподводам 4 и 5 к катоду 1. подключен 25 вход преобразователя 11, состоящего из операцибнного усилителя 12, резистора 13 нагрузки и источника 14 напряжения. Выход преобразователя 11 напряжения соединен с ключами 15 и 16 преобразователя 11, в состав которых входят системы 17 и 18 управления ключами соответственно. Выходы преобразователя через ключи 15 и 16 подсоединены к одному из входов операционного усилителя 19. На другой вход операционного усилителя подключен источник 20 направляющего напряжения.

Работает заявляемый дуговой испари. тель следующим:образом.

Между катодом 1 и вакуумной камерой

2 возбуждается электрический разряд. Для получения однородного по толщине покрытия на поверхности протяженного изделия вынуждают катодное пятно сканировать вдоль продольной оси катода, Схема управления движением катодного пятна вдоль продольной оси катода работает следующим образом.

При включенном ключе 6.катоднОЕ пятно движется в сторону токоподвода 4. Напряжение на концах катода составляет

U» = 1р*гх, Это напряжение поступает на вход преобразователя 11 напряжения. Иа нагрузочном резисторе 13 появляется напряжение Unp = K*U», где U>p — напряжение на выходе преобразователя 11; К вЂ” коэффициент усиления. Это напряжение ерез замкнутый ключ 15 поступает на вход операционного усилителя 19. На второй вход операционного усилителя поступает напряжение от источника управляющего напряжения (Uy p. Если К U» — (Зт р >О, включен ключ 6. если K*U — Uy p < О, включен ключ 7. Катодное пятно движется по катоду в направлении токоподвода 4, пока не включится ключ 7 и не выключится ключ 6, При включении ключа 7 напряжение на концах катода скачком меняется до значения (1 — U> = Ip(R — гх). В это же время отключается ключ 15 и включается ключ 16. На выходе преобразователя образуется напРЯжение Бар = K(U — U») + 014 (U<4— напряжение источника 14 питания. U>4 по велиЧине подбирается равным KU. Таким образом Опр = KUх, т,е, при переключении ключей на вход операционного усилителя 19 поступает то же напряжение KU». Таким образом, работа предлагаемого устройства ничем не отличается от работы устройстваи рототипа.

Поскольку работоспособность заявляемого устройства обеспечивается без наличия проволочного датчика текущего положения катодного пятна (его функцию выполняет катод), то улучшаются условия эксплуатации устройства (нет необходимости в периодической очистке датчика), Для . проверки работоспособности системы изготовлен- электродуговой испаритель. Катод электродугового испарителя изготовлен из трубы СТ1Х18Н10Т, наружный диаметр которой 60 мм; внутренний 50 мм, длин 1000 мм. По трубе пропускалась охлаждающая ее вода. Полное сопротивление трубы составляло 1 10 0м. Притоке разряда 250А максимальное напряжение, снимаемое с концов катода, составляет 0,25 В. В качестве управляемых ключей 8 и 9 использовались тиристарные группы (по три тиристора в каждой группе), входящих также в состав выпрямителя по схеме Ларионова. Преобразователь напряжения и устройство сравнения сигналов построены на микросхеме

К140УД1Б, в качестве управляемых ключей

15 и 16 использованы герконовь е реле. Эксперимент показал, что при токе 200 А область перемещения катодных пятен составляет примерно 100 мм и неуправляемые колебания этой области составляют плюс-минус 40 мм, Минимальный ток стабильного горения дуги составляет примерно

100 А, Поскольку в заявляемом испарителе функцию датчика текущего положения катодного пятна выполняет катод, то отпадает необходимость в его периодической очистке, что улучшает условия эксплуатации, чем и достигается цель.

20.03736

Составитель Л. Саблев

Редактор Т.Юрчикова ТехредМ,Моргентал . КорректорО Густи

Тираж. " . Подписное

HllO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Рэуаская нэб., 4/5

Заказ 3311. Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул, Гагарина, 1.01

7 8 .(56) Авторское свидетельство СССР Дороднов А. М. Промышленные плазМ 907085, кл. С 23.С 14/26, 1982. менные установки. М., 1976, с. 20-52.

Ф о pasула изобретения отличающееся тем, что, с целью повышеУСТРОЙСТВО . ЭЛЕКТРОДУГОВОГО .5 ния удобства в эксплуатации при получеИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ НАНЕСЕ- нии на изделиях покрытий заданной

НИя ПОКРЫТИЙ, содержащее камеру- толщины, блок управления положением каанод, s которой расположен протяженный тодного пятна выполнен в виде узла сравкатод с токоподводами на концах, соеди нения и источника управляющего ивиными с управляемыми:ключами, подсо": 10 напряжения, соединенного с одним иэ вхоедйненными к источнику электропитания,. дов узла сравнения через преобразователь соединенному также с камерой-анодом, напряжения, концы катода через токоподсредства управления ключами и блок уп-.. воды длв датчика положения катодного, равления г оложенйем катоднбго пятйа с пятна подсоединены к другому входу узла входом которого соединены токоподводы. 15 сравнения, выход которого соединен со для датчанка положения квтодног0 пятна, а средствами управления ключами и с. прес выходом - средства управления ключами, образователем напряжения.

I ..