Плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков



Плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков
Плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков
H05H1/42 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2705847:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к плазмотрону для наплавки металлического порошка. Плазмотрон содержит защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока. Торец электрода расположен внутри на уровне среза плазменного сопла. Поверхность наплавляемой детали соединена с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока. При этом в плазмотроне одновременно горят дуга прямой полярности и косвенного нагрева между катодом - электродом и анодом - медным плазменным соплом, и дуга обратной полярности между плазменным соплом, являющимся в этом случае катодом, и поверхностью наплавляемой детали. В качестве электрода используется лантанированный вольфрамовый стержень диаметром не менее 1,8 мм и не более 4,0 мм с углом заточки 45°. Электрод установлен внутри плазменного сопла с возможностью перемещения по вертикальной оси. Технический результат - увеличенный срок службы плазмотрона, стабильно высокое качество формирующихся покрытий за счет исключения при наплавке блуждания и прерывание дуги, неравномерности прогрева присадочного порошка или подложки. 1 ил.

 

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к конструкции плазмотронов, применяемых для плазменно-порошкового припекания металлических порошков на детали машин.

Известна плазменно-порошковая наплавка - механизированный процесс, в котором плазменная дуга служит источником теплоты, а металлические порошки, подаваемые в плазмотрон транспортирующим газом, служат присадочным материалом. Плазменно-порошковая наплавка обеспечивает высокую работоспособность деталей за счет высокого качества и однородности наплавленного металла, его благоприятной структуры, определяемой специфическими условиями кристаллизации металла сварочной ванны. Также преимуществами плазменно-порошковой наплавки являются высокая производительность способа, малая глубина проплавления основного металла, возможность наплавки относительно тонких слоев металла толщиной 0,5-5,0 мм. Для плазменно-порошковой наплавки используют плазмотроны различных конструкций.

Известен плазмотрон, содержащий защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока, причем торец электрода расположен внутри или на уровне среза плазменного сопла, а поверхность наплавляемой детали соединена с положительным полюсом источника питания постоянного тока [http://ectcru/2068/plazmennaja-rezfa-svarhj-naplavka-i-obrabotka-materialov].

Данное изобретение по своим техническим признакам является наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому.

Недостатками данного плазмотрона являются возникающие при его использовании явления блуждания и прерывания дуги, неравномерность прогрева присадочного порошка или подложки, приводящие к нестабильному качеству формирующихся при наплавке покрытий.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение технологических возможностей плазмотрона, повышающих качество покрытий, формирующихся при припекании порошков во время наплавки износостойких покрытий на поверхностях деталей машин, обладающих прочной диффузионной связью с деталью, и увеличение ресурса работы плазмотрона.

Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильно высокого качества формирующихся покрытий за счет исключения при наплавке блуждания и прерывания дуги, неравномерности прогрева присадочного порошка или подложки, и увеличение срока службы плазмотрона.

Указанная задача решается тем, что плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков, содержащий защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока, причем торец электрода располагается внутри или на уровне среза плазменного сопла, согласно изобретению, отличается тем, что поверхность наплавляемой детали соединена с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока.

Кроме того, в плазмотроне одновременно горят дуга прямой полярности и косвенного нагрева между катодом - электродом и анодом - медным плазменным соплом, и дуга обратной полярности между плазменным соплом, являющимся в этом случае катодом, и поверхностью наплавляемой детали.

Кроме того, в плазмотроне в качестве электрода используется лантанированный вольфрамовый стержень диаметром не менее 1,8 мм и не более 4,0 мм с углом заточки 45°.

Кроме того, в плазмотроне электрод установлен внутри плазменного сопла с возможностью перемещения по вертикальной оси.

Отличительной особенностью заявленного плазмотрона является то, что в нем одновременно горят две дуги. Первая дуга (прямой полярности и косвенного нагрева) горит между катодом - электродом и анодом - медным плазменным соплом, а вторая дуга (обратной полярности) горит между плазменным соплом, являющимся в этом случае катодом, и подложкой (поверхностью наплавляемой детали). Такая конструкция плазмотрона позволила совместить преимущества плазмотронов косвенного и прямого действия. Рассредоточенное анодное пятно на поверхности сопла-анода позволило получать широкий столб плазмы и, как следствие, широкие валики наплавленного металла. Получение технического результата изобретения возможно только при осуществлении такой схемы подключения, обеспечивающей стабильное общее тепловложение в деталь за счет увеличения или уменьшения напряжения косвенной дуги при соответствующем уменьшении или увеличении напряжения прямой дуги, которые вызываются неконтролируемыми изменениями расстояния от среза сопла до наплавляемой детали. В результате этого, а также благодаря кольцевой форме торца плазменного сопла, при припекании исключаются такие явления как блуждание и прерывание дуги, снижается тепловая нагрузка на сопло-анод, вследствие чего повышается стойкость плазмотрона до 300 часов его непрерывной работы, стабилизируется тепловложение в деталь, вследствие чего уменьшается проплавление подложки. В результате суммарный технический результат увеличивает срок службы плазмотрона.

Для получения стабильно высокого качества формирующихся покрытий целесообразно в качестве электрода использовать лантанированный вольфрамовый стержнем с диаметром не менее 1,8 мм и не более 4,0 мм с углом заточки 45°. Такой угол заточки вольфрамового лантанированного стержня позволяет исключить блуждание катодного пятна по поверхности электрода.

Перемещением электрода, установленного внутри плазменного сопла, например, на резьбе, по вертикальной оси можно регулировать тепловые и диффузионные процессы на границе припекания, определяющие глубину проплавления подложки (детали).

Регулирование технологических параметров режима наплавки осуществляют по амперметрам и вольтметру в автоматическом режиме.

Заявителю неизвестно совместное использование в науке и технике отличительных признаков плазмотрона для плазменно-селективного припекания металлических порошков с достижением указанного технического результата.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема плазмотрона для плазменно-селективного припекания металлических порошков, где позициями обозначены: 1 - электрод; 2 - патрубок для подачи газа; 3 - патрубок для подачи присадочного порошка; 4 - источник питания постоянного тока; 5 - вольтметр; 6 - амперметр; 7 - наплавляемая подложка; 8 - плазменное сопло; 9 - защитное сопло; 10 - балластный реостат.

Устройство работает следующим образом.

Плазмотрон подключают к источнику постоянного тока 4 с крутопадающей вольт-амперной характеристикой. При этом в качестве электрода 1 используют лантанированный вольфрамовый стержень диаметром 1,8-4,0 мм. Плазмотрон соединяют с источником плазмообразующегогаза, подаваемого по патрубку 2. Присадочный порошок вместе с транспортирующим и защитным газом подают по патрубку 3 и направляют в зону наплавки с помощью защитного сопла 9. В качестве плазмообразующего, транспортирующего и защитного газа используют аргон высшего сорта (ГОСТ 10157-79) с расходом 8; 25 и 10 л/мин соответственно. Плазмообразующий газ обжимает вспомогательную дугу косвенного действия, горящую между катодом и анодом - плазменным соплом 8. При сближении плазмотрона с работающей вспомогательной дугой с наплавляемой подложкой 7 происходит ионизация дугового промежутка и зажигание основной дуги обратной полярности. Обе дуги питаются от одного источника постоянного тока мощностью 24 кВт. Однако сила тока вспомогательной дуги ограничена максимальным значением в 30% от силы тока основной дуги за счет встроенного балластного реостата 10. Подачу присадочного порошка осуществляют с помощью порошкового питателя барабанного типа. Регулирование технологических параметров режима наплавки осуществляют по амперметрам 6 и вольтметру 5 в автоматическом режиме. Плазмотрон при наплавке устанавливают на суппорте токарно-винторезного станка 1K62. Перемещением суппорта настройками станка осуществляют продольные и поперечные движения плазмотрона. Для регулирования привода станка используют частотный преобразователь «Веспер 5,5», позволяющий плавно изменять скорость вращения шпинделя в диапазоне от 0 до 50 об/с.

Описанный плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков имеет увеличенный срок службы (стойкость плазмотрона увеличена до 300 часов его непрерывной работы) и обеспечивает стабильно высокое качество формирующихся покрытий за счет исключения при наплавке таких явлений как блуждание и прерывание дуги, а также неравномерности прогрева присадочного порошка или подложки.

Плазмотрон для наплавки металлического порошка, содержащий защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, и электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока, причем торец электрода расположен внутри плазменного сопла, отличающийся тем, что электрод выполнен в виде лантанированного вольфрамового стержня с диаметром не менее 1,8 мм и не более 4,0 мм с углом заточки 45°, при этом электрод установлен внутри плазменного сопла с возможностью перемещения по вертикальной оси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области генерации низкотемпературной неравновесной аргоновой плазмы при атмосферном давлении, может быть использовано для стерилизации/дезинфекции медицинского инструмента и принадлежностей, обеззараживания микроорганизмов (бактерий, спор, патогенной микрофлоры), в частности, при хранении, сушке, предпосевной обработке продукции сельского хозяйства (семян, овощей, фруктов, кормовых смесей).

Изобретение относится к плазменной горелке, предпочтительно плазменному резаку. Плазменная горелка содержит по меньшей мере один подводящий канал (34, 35) в корпусе (30), через который плазмообразующий газ (PG1 и/или PG2) направляется к отверстию (210) сопла.

Группа изобретений может быть использована в сельском хозяйстве, в медицине и пищевой промышленности. Способ активации воды или водных растворов включает воздействие плазмы на объем обрабатываемой воды или водных растворов.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для обработки кожи. Устройство для обработки кожи с использованием нетепловой плазмы содержит узел электродной головки и рукоятку, включающую в себя приводной механизм, содержащий источник питания, выполненный с возможностью генерирования указанного низковольтного электрического сигнала, при этом узел электродной головки и приводной механизм включают в себя взаимодействующие элементы, выполненные с возможностью разъемного соединения узла электродной головки с приводным механизмом и электрического соединения источника питания с трансформатором.

Изобретение относится к соплу для подачи горящей плазмы. Устройство содержит камеру фурмы, плазменную горелку, сконфигурированную с возможностью генерации перегретого газа и направления перегретого газа в камеру фурмы в аксиальном направлении, а также узел для впуска завесочного газа, сконфигурированный с возможностью направления завесочного газа в камеру фурмы.

Изобретение относится к области плазмохимии, а именно к плазмохимическому способу получения синтез-газа и установке для его осуществления. Способ включает электродуговой трехфазный плазмотрон, в который подают основной и дополнительный исходные компоненты и осуществляют их плазмохимическое взаимодействие.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в схемах силового электропитания мощных электродуговых нагревателей газа (плазмотронов), предназначенных для работы на постоянном токе.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам обработки кожи с использованием нетермической плазмы. Устройство для обработки кожи с использованием нетермической плазмы содержит корпус, имеющий взаимодействующий с кожей электрод для наложения на кожу в процессе обработки, генератор нетермической плазмы на взаимодействующем с кожей электроде, а также изолирующий элемент для изоляции области, окружающей взаимодействующий с кожей электрод в период времени, отличный от времени обработки, так что нетермическая плазма, сгенерированная на взаимодействующем с кожей электроде в упомянутой области, стерилизует взаимодействующий с кожей электрод.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к холодноплазменным устройствам для обработки кожи. Устройство содержит корпус, имеющий торцевую поверхность, генератор холодной плазмы, выполненный с возможностью генерирования холодной плазмы, которая создает активные частицы для обработки кожи, причем генератор холодной плазмы по существу равномерно отдален от кожи во время использования, и манипулятор, выполненный с возможностью проведения манипуляций с кожей для увеличения воздействия активных частиц на бактерии на коже во время использования устройства, причем манипулятор проходит между генератором холодной плазмы и кожей во время использования и содержит подвижный элемент, выполненный с возможностью контакта с кожей во время использования холодноплазменного устройства.

Изобретение относится источнику интенсивных широкоапертурных (до сотен см) потоков плазмы с высокой степенью ионизации с эффективным током сотни ампер. Устройство может быть использовано в сильноточных источниках ионов, в микроэлектронике, ядерной физике и в ряде других плазменных технологий.

Изобретение относится к области металлургии, к напылению плазменных покрытий и может быть использовано для формирования износостойких, коррозионностойких и функциональных покрытий с минимальным содержанием оксидов, формирующихся в процессе напыления.

Изобретение относится к способу получения покрытий с интерметаллидной структурой из порошковых материалов с высокой адгезионной прочностью. Техническим результатом изобретения является получение интерметаллидного покрытия с регулируемой структурой.

Изобретение относится к изготовлению деталей из металлического порошкового материала с применением технологий 3D-печати. Способ послойного аддитивного изготовления детали включает получение первого слоя путем нанесения металлического порошкового материала на платформу и обработки лазером, получение второго и последующих слоев путем нанесения металлического порошкового материала на первый и предыдущие слои соответственно и обработки его лазером.

Изобретение обеспечивает оборудование для изготовления вала датчика крутящего момента путем формирования магнитострикционной области, включающей в себя покрытие на основе металлического стекла с заданным рисунком на боковой поверхности валообразной заготовки.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению эрозионно-стойких теплозащитных покрытий методом плазменного напыления. Может применяться в ракетно-космической технике при изготовлении теплонагруженных элементов ЖРД, например камер сгорания.
Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности, в частности на колодки и подшипники. Осуществляют отливку методом литья под давлением пластины из полиэфирэфиркетона.

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием - анодом.

Изобретение относится к нанесению двухслойного покрытия и может быть использовано при повышении эксплуатационных свойств деталей, например, в авиадвигателестроении.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и направлено на формирование на титановых имплантатах покрытий на основе ниобия.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и направлено на формирование на титановых имплантатах покрытий на основе циркония.

Изобретение относится к плазмотрону для наплавки металлического порошка. Плазмотрон содержит защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока. Торец электрода расположен внутри на уровне среза плазменного сопла. Поверхность наплавляемой детали соединена с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока. При этом в плазмотроне одновременно горят дуга прямой полярности и косвенного нагрева между катодом - электродом и анодом - медным плазменным соплом, и дуга обратной полярности между плазменным соплом, являющимся в этом случае катодом, и поверхностью наплавляемой детали. В качестве электрода используется лантанированный вольфрамовый стержень диаметром не менее 1,8 мм и не более 4,0 мм с углом заточки 45°. Электрод установлен внутри плазменного сопла с возможностью перемещения по вертикальной оси. Технический результат - увеличенный срок службы плазмотрона, стабильно высокое качество формирующихся покрытий за счет исключения при наплавке блуждания и прерывание дуги, неравномерности прогрева присадочного порошка или подложки. 1 ил.

Наверх