Способ получения электрического разряда и устройство для его осуществления

 

Сущность: к аноду, катоду и поджигающим электродам подводят напряжение и поддерживают в рабочей камере пониженное давление газов или их смесей. На поверхности катода образуют равномерный слой окислов материала катода, обеспечивают равенство импедансов каждой точки рабочей поверхности анода, а плазмообразующее вещество удаляют из разрядного промежутка регулируемым потоком. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электрическим разрядам и может быть использовано в металлообработке и электротехнике.

Известны и широко применяются в технике дуговые разряды, характеризующиеся наличием на катоде катодного пятна.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению следует отнести дуговой электрический разряд при пониженном давлении с холодным катодом. Разряд осуществляют между анодом и катодом, к которым при помощи токоподводов подведено напряжение от источника питания разряда, плазмообразующим веществом разряда являются продукты эрозии катода, возбуждение разряда в первоначальный момент осуществляют от устройства инициирования разряда при помощи электродов поджига, а в рабочей камере поддерживают пониженное давление газов или их смесей. В определенном диапазоне этого давления в прианодной области разрядного промежутка существует диффузный режим разряда, характеризующийся отсутствием анодного пятна, в то время как по поверхности катода хаотически движутся быстро перемещающиеся катодные пятна (КП), многократно воздействующие на одни и те же точки поверхности.

Известны способы организации перемещения КП по поверхности катода, заключающиеся либо в их направленном перемещении путем наложения магнитного поля, либо в ограничении области их перемещения на катоде путем установления экранов, ограничивающих зону распространения КП на катоде, а также некоторые другие способы. Время существования разряда обусловлено временем подключения источника питания либо периодом времени до удаления или экранирования катода от анода.

При принудительной организации разряда невозможно обеспечить однократное воздействие КП на каждую точку поверхности катода и, следовательно, физико-химические характеристики различных участков катода, изменяющиеся после высокоэнергетического воздействия КП, неидентичны и непрогнозируемы.

Целью изобретения является обеспечение направленного воздействия на поверхность катода катодными пятнами с однократным полным сканированием путем самораспространения и самопогасания разряда.

Указанная цель достигается совокупностью признаков способа и устройства, позволяющих осуществить самоорганизующийся электрический разряд: анод и катод размещают в рабочей камере, давление газов или их смесей в которой соответствует диффузному режиму разряда в прианодной области, т.е. обеспечивает достаточную подвижность КП и отсутствие анодного пятна; на поверхности катода образуют равномерный слой окислов материала катода; анод изготавливают в виде тела или системы тел, симметричных по отношению к катоду и охватывающих его; форма выполнения анода, система токоподводов обеспечивают равенство импедансов каждой точки рабочей поверхности анода; токоподводы к катоду располагают на оси анода и симметрично по отношению к катоду; разряд инициируют в определенной точке катода; анод снабжают диафрагмами, установленными с возможностью направления плазмообразующего вещества вдоль катода и регулирования его истечения из разрядного промежутка.

Технических решений со сходными признаками не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям "новизна", "промышленная применимость" и "изобретательский уровень".

На чертеже показана схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ.

Внутри анода 1, снабженного токоподводами 2 и диафрагмами 3, помещен катод 4. С двух торцов катода 4 организованы токоподводы 5 и поджигающие электроды 6. Токоподводы анода 2 и катода 5 соединены с источником питания разряда 7. Поджигающие электроды 6 соединены с устройством инициирования разряда 8.

Анод с диафрагмами, катод и токоподводы в совокупности образуют разрядный модуль, размещаемый в рабочей камере 9.

Устройство работает следующим образом.

Разрядный модуль помещают в рабочую камеру 9, в которой создают пониженное давление. На анод 1 и катод 4 подают напряжение от источника 7 посредством токоподводов 2 и 5. С помощью устройства 8 возбуждают искровой разряд между поджигающими электродами 6 и катодом 4, при этом в промежутке анод-катод инициируется электрический разряд. Посредством диафрагм 3 регулируют истечение плазмообразующего вещества из разрядного промежутка.

Пример конкретного выполнения. На поверхности катода, выполненного из стали в виде цилиндрической детали (диаметром 15 мм и длиной 60 мм) образован слой термического окисла.

Анод 1 изготовлен из алюминиевого сплава в виде полого цилиндра (длина 100 мм, наружный диаметр 70 мм, внутренний 42 мм). Токоподвод к аноду осуществлен симметрично с обоих торцов, при этом электрические сопротивления токоподводов выполняют равными. Анод снабжен торцовыми диафрагмами 3 в виде диэлектрических шайб (толщина 2 мм, наружный диаметр 58 мм, внутренней 20 мм).

Подготовленная деталь помещена аксиально внутрь анода и использована в качестве катода. Токоподвод к катоду осуществлен с двух торцов, оси симметрии токоподводов совпадает с осями симметрии анода и катода.

Разрядный модуль (анод с диафрагмами, катод и токоподводы) размещен в рабочей камере, остаточное давление воздуха в которой составляет 3 Па. В качестве источника питания разряда использован сварочный выпрямитель ВДУ-504. Посредством устройства 8 инициирован разряд на одном из торцов катода. После инициирования разряда от устройства 8 между анодом и катодом возникает электрический разряд, который самостоятельно распространяется по поверхности катода, воздействует на каждую ее точку и самопроизвольно погасает после однократного полного сканирования поверхности катода. Это достигается путем самоорганизации разряда, т. е. при ограничении тока разряда напряжение на разрядном промежутке устанавливается самостоятельно, значение его оптимально для заданных условий. При этом мощность разряда минимальна и достаточна для существования разряда при наличии пленки окисла на катоде и недостаточна для существования разряда при ее отсутствии.

При этом начальный ток разряда 95 А, конечный 65 А, начальное напряжение 15 В, конечное 17 В, время существования 0,5 с.

Таким образом, под воздействием самоорганизующегося электрического разряда осуществляется очистка поверхности, ее активирование; изменяется шероховатость; повышается твердость; залечиваются микротрещины и выявляются макротрещины; увеличивается коэффициент схватываемости; снимаются поверхностные напряжения.

Формула изобретения

1. Способ получения электрического разряда, включающий подведение к размещенным в рабочей камере аноду, катоду и поджигающим электродам напряжения от источника питания и блока инициирования разряда, поддержание в рабочей камере пониженного давления газов или их смесей, соответствующего диффузному режиму разряда в прианодной области, инициирование и последующее поддержание в промежутке между анодом и катодом электрического разряда, отличающийся тем, что на поверхности катода образуют равномерный слой окислов материала катода, обеспечивают равенство импедансов каждой точки рабочей поверхности анода выбором формы анода и системы токоподводов, а плазмообразующее вещество разряда удаляют из разрядного промежутка регулируемым потоком.

2. Устройство для получения электрического разряда, включающее источник питания разряда, блок инициирования разряда, рабочую камеру, в которой размещены анод, катод, токоподводы, поджигающие электроды, отличающееся тем, что катод снабжен равномерным слоем окисла материала катода, анод выполнен в виде тела или системы тем, симметричных относительно катода и охватывающих его, токоподводы к аноду в виде пространственно-симметричной многопроводной системы, токоподводы к катоду расположены на оси анода и симметричны по отношению к катоду, анод снабжен диафрагмами, установленными с возможностью направления плазмообразующего вещества разряда вдоль катода и регулирования его истечения из разрядного промежутка.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью направленного комплексного воздействия электрического разряда на поверхность обрабатываемой детали, последняя использована в качестве катода.

РИСУНКИ

Рисунок 1