Электродуговой плазмотрон для обработки поверхностей деталей



H05H1/26 - 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 2783979:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) (RU)

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам, вырабатывающим плазму для обработки поверхностей деталей. Технический результат - упрощение конструкции, обеспечение регулирования потока плазмы и количества наплавляемого материала, поступающего на обрабатываемую деталь. Электродуговой плазмотрон содержит соосно расположенные трубчатые электроды - анод большего диаметра и катод меньшего диаметра, между внутренней поверхностью анода и внешней поверхностью находящегося в его полости катода образована электрогазоразрядная камера. С одного торца анод и катод закрыты кольцевой крышкой, выполненной из непроводящего электрический ток жаростойкого материала, внешний диаметр кольцевой крышки равен внешнему диаметру анода, а внутренний диаметр кольцевой крышки равен внутреннему диаметру катода, в крышке выполнены равноудаленные отверстия, наклоненные по отношению к оси плазмотрона, оси отверстий перпендикулярны диаметральным линиям крышки, в отверстия введены тонкостенные трубчатые элементы, внешний диаметр которых равен диаметру отверстий, а внутренний диаметр трубчатых элементов равен расстоянию между внутренней поверхностью анода и внешней поверхностью катода, другой конец трубчатых элементов соединен с первым нагнетателем плазмообразующего газа, к внутреннему отверстию кольцевой крышки присоединен другой нагнетатель плазмообразующего газа и порошкообразного напыляемого вещества. К другому торцевому концу анода присоединено конусообразное полое сопло, выполненное из жаростойкого материала, в стенке которого выполнены каналы, соединенные с каналами для прохождения охлаждающего агента в стенке трубчатого анода. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам, вырабатывающим плазму для обработки поверхностей деталей.

Известен электродуговой плазмотрон, содержащий расположенный горизонтально трубчатый корпус, выполненный из непроводящего ток тугоплавкого материала, внутренняя полость которого образует продольную щелевую камеру, анодный и катодный электроды, подключенные к блоку питания с регулируемым по уровню и постоянным по знаку напряжением, блок зажигания дуги, узел подачи рабочего плазмообразующего газа в щелевую камеру, трубопровод для прохождения охлаждающего агента, в трубчатом корпусе перпендикулярно оси щелевой камеры выполнены два расположенных друг против друга отверстия, в одном из которых установлен анодный электрод, а в другом установлен катодный электрод, один торцевой конец трубчатого корпуса соединен с узлом подачи рабочего плазмообразующего газа, соосно с трубчатым корпусом установлен трубчатый магнитопровод, внутренний диаметр которого больше наружного диаметра трубчатого корпуса, в полости подвижного трубчатого магнитопровода между его внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубчатого корпуса расположены два полюса с обмотками, подключенными к другому источнику регулируемого напряжения постоянного тока, причем ось полюсов расположена перпендикулярно по отношению к оси положения электродов, трубчатый магнитопровод выполнен подвижным и соединен с приводом возвратно-поступательного движения, трубопровод для прохождения охлаждающего электроды агента выполнен в виде каналов в стенке трубчатого корпуса, трубчатый корпус закреплен на подвижной платформе, имеющей приводы возвратно-поступательного движения вверх-вниз, вправо-влево [1].

Недостатком данного устройства является использование расходных электродов, что требует выполнения регулярных операций их наращивания и постоянного продвижения по мере сгорания, что сложно выполнить в процессе работы, а также сложность подачи в зону обработки поверхности детали порошкообразного напыляемого вещества.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является электродуговой плазмотрон, содержащий анодный и катодный блоки, расположенные соосно вдоль оси плазмотрона, разделенные изолятором, в котором имеется узел подачи рабочего плазмообразующего газа в электро-газоразрядную камеру, при этом в анодном и катодном блоках имеются входное и выходное отверстия и полости для прохождения охлаждающего агента, кроме того в анодном блоке имеется радиальное отверстие для ввода порошкового материала. В анодном и катодном блоках дополнительно имеются отверстия, в которых закреплены штуцеры, при этом дополнительные отверстия расположены с диаметрально противоположной стороны относительно входного анодного и катодного отверстий, при этом дополнительные штуцеры соединены дугообразным электроизоляционным трубопроводом для прохождения охлаждающего агента из анодного в катодный блок, концы которого закреплены на анодном выходном и катодном входном штуцерах [2].

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, и сложность регулирования температуры в объеме электро-газоразрядной камеры и энергии плазменного потока, сложность подачи напыляемого материала в зону плазменного напыления.

Задачей изобретения является обеспечение регулирования потока плазмы и количества напыляемого материала на поверхность обрабатываемой детали.

Поставленная задача достигается тем, что в электродуговом плазмотроне, содержащем два электрода - анод и катод, выполненные из проводящего электрический ток стойкого к электрической дуге материала, расположенные соосно вдоль оси плазмотрона, пространство между электродами образует электро-газоразрядную камеру, узел подачи рабочего плазмообразующего газа в электро-газоразрядную камеру, в аноде и катоде выполнены каналы для прохождения охлаждающего агента, соединенные с нагнетателями охлаждающего агента, анод и катод подключены к источнику электропитания и устройству зажигания дуги, анод выполнен в виде трубчатого цилиндра, катод, выполнен в виде трубчатого цилиндра меньшего диаметра и помещен в полость анода, причем диаметр внутренней поверхности анода больше диаметра внешней поверхностью катода и пространство между ними образует электро-газоразрядную камеру, с одного торца анод и катод закрыты кольцевой крышкой, выполненной из непроводящего электрический ток жаростойкого материала, внешний диаметр кольцевой крышки равен внешнему диаметру анода, а внутренний диаметр кольцевой крышки равен внутреннему диаметру катода, в крышке выполнены равноудаленные отверстия наклоненные по отношению к оси плазмотрона, оси отверстий перпендикулярны диаметральным линиям крышки, в отверстия введены тонкостенные трубчатые элементы, внешний диаметр которых равен диаметру отверстий, а внутренний диаметр трубчатых элементов равен расстоянию между внутренней поверхностью анода и внешней поверхностью катода, другой конец трубчатых элементов соединен с первым нагнетателем плазмообразующего газа, к внутреннему отверстию кольцевой крышки присоединен другой нагнетатель плазмообразующего газа и порошкообразного напыляемого вещества, к другому торцевому концу анода присоединено конусообразное полое сопло, выполненное из жаростойкого материала, внутренний диаметр присоединенного к аноду конца полого сопла равен внутреннему диаметру трубчатого анода, а внутренний диаметр другого более узкого конца полого сопла равен внутреннему диаметру трубчатого катода, в стенке полого сопла выполнены каналы, соединенные с каналами для прохождения охлаждающего агента, выполненными в стенке трубчатого анода.

На чертеже приведены продольный разрез плазмотрона и вид со стороны крышки.

Устройство содержит два соосно расположенных трубчатый полых электрода, выполненных из проводящего электрический ток стойкого к электрической дуге материала, внешний электрод большего диаметра - анод 1, внутренний электрод меньшего диаметра - катод 2, расположенный в полости анода 1, при этом внешний диаметр катода 2 меньше внутреннего диаметра трубчатого анода 1. Между анодом 1 и катодом 2, имеющими одинаковую длину, образована рабочая камера 3.

С одного торца анодный и катодный электроды закрыты кольцевой крышкой 4, выполненной из непроводящего электрический ток тугоплавкого материала, внешний диаметр кольцевой крышки равен внешнему диаметру анодного электрода 1, а внутренний диаметр отверстия 5 кольцевой крышки 4 равен внутреннему диаметру катодного электрода 2. В крышке выполнены равноудаленные отверстия 6, наклоненные по отношению к оси плазмотрона, оси отверстий перпендикулярны диаметральным линиям плазмотрона, в отверстия 6 введены тонкостенные трубчатые элементы 7, внешний диаметр которых равен диаметру отверстий 6, а внутренний диаметр трубчатых элементов 7 равен расстоянию между стенками анода 1 и катода 2, образующему рабочую камеру. Другой конец трубчатых элементов 7 соединен с первым нагнетателем плазмообразующего газа 8. К внутреннему отверстию кольцевой крышки 5 присоединен другой нагнетатель плазмообразующего газа и порошкообразного напыляемого вещества 9. К второму торцевому концу анода 1 присоединено торцевым концом большего диаметра конусообразное полое сопло 10, у которого этот более широкий торцевой конец имеет внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру анода 1, более узкий торцевой конец полого сопла 10 имеет внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру катода 2. В стенках анода 1 и сопла 10 выполнены каналы 11 для прохождения охлаждающего агента, соединенные с нагнетателем охлаждающего агента 12. В стенке катода 2 выполнены каналы 13 для прохождения охлаждающего агента, соединенные через дополнительные отверстия в кольцевой крышке 4 с нагнетателями охлаждающего агента 14. Анод 1 и катод 2 подключены к источнику электропитания 15 и устройству зажигания дуги 16.

Устройство работает следующим образом.

В момент пуска включаются нагнетатель плазмообразующего газа 9. Включается устройство электропитания 15 электродов - анода 1 и катода 2, и на короткий интервал включается устройство зажигания дуги - осциллятор 16, которое отключается после зажигания дуги. После загорания дуги между катодом 1 и анодом 2, за счет горения плазмообразующего газа в электро-газоразрядной камере 3 образуется плазма. Плазмообразующий газ поступает в рабочую камеру от первого нагнетателя 9 через трубчатые элементы 7, размещенные в наклоненных по отношению к оси плазмотрона отверстиях 6 в крышке 4. За счет наклонного положения отверстий 6 в крышке 4 и трубчатых элементов 7 поток плазмообразующего газа имеет тангенциальную составляющую и движется в рабочей камере по спирали от крышки к соплу, при этом обеспечивается спиральной движение образующейся плазмы в электро-газоразрядной камере 3 и затем в сопле 10. Это позволяет обеспечить равномерное горение дуги между анодом 1 и катодом 2 и равномерный выход плазмы из сопла 10. После загорания дуги включается другой нагнетатель 9, подающий под давлением плазмообразующий газ и порошкообразный напыляемый материал через центральное отверстие 5 в крышке 4 и полость в трубчатом катоде 2 в сопло 10 и далее на обрабатываемую деталь. Для обеспечения устойчивости процесса выработки плазмы давление, создаваемое в электро-газоразрядной камере 3 первым нагнетателем 8, превышает давление, создаваемое во внутренней полости катода 2 другим нагнетателем 9.

Для охлаждения анода 1 и сопла 10 в общий канал 11 подается охлаждающий агент от нагнетателя охлаждающего агента 12. Для охлаждения катода 2 в канал 13 через дополнительные отверстия в кольцевой крышке 4 подается охлаждающий агент от нагнетателя охлаждающего агента 14.

Для регулирования потока плазмы, подаваемой на обрабатываемую деталь, одновременно увеличивается количество плазмообразующего газа, подаваемого от нагнетателя 8 в электро-газоразрядную камеру 3 и от нагнетателя 9 в полость катода 2, также увеличивается напряжение на выходе источника электропитания 15, подведенное к аноду 1 и катоду 2. Для увеличения количества наплавляемого материала, поступающего на поверхность обрабатываемой детали, увеличивают количество порошкообразного материала, поступающего с выхода нагнетателя 9 в полость катода 2.

Плазмотрон может быть расположен под разными углами к поверхности обрабатываемой детали, но для обеспечения поступления всего порошкообразного материала в зону наплавления на поверхность обрабатываемой детали плазмотрон целесообразно располагать вертикально с направлением соплом вниз. Для перемещения зоны действия плазмы на обрабатываемой поверхности детали можно осуществить движение либо плазмотрона, либо движение обрабатываемой детали, например с помощью электромеханических устройств перемещения объектов.

Электродуговой плазматрон характеризуется простотой конструкции, обеспечивает регулирование потока плазмы и количества наплавляемого материала, поступающего на обрабатываемую деталь.

Список литературы

1. Патент РФ №2713746. Электродуговой плазмотрон для обработки плоских поверхностей деталей / В.Н. Мещеряков, A.M. Евсеев, В.В. Пикалов, О.В. Данилова, Д.В. Ласточкин. Опубл. 07.02.2020. Бюл. №4.

2. Патент РФ №2465748. Электродуговой плазмотрон / Мчедалов С.Г. Опубл 27.10.2012. Бюл. №30.

Электродуговой плазмотрон, содержащий два электрода - анод и катод, выполненные из проводящего электрический ток стойкого к электрической дуге материала, расположенные соосно вдоль оси плазмотрона, пространство между электродами образует электрогазоразрядную камеру, узел подачи рабочего плазмообразующего газа в электрогазоразрядную камеру, в аноде и катоде выполнены каналы для прохождения охлаждающего агента, соединенные с нагнетателями охлаждающего агента, анод и катод подключены к источнику электропитания и устройству зажигания дуги, отличающийся тем, что анод выполнен в виде трубчатого цилиндра, катод выполнен в виде трубчатого цилиндра меньшего диаметра и помещен в полость анода, причем диаметр внутренней поверхности анода больше диаметра внешней поверхностью катода и пространство между ними образует электрогазоразрядную камеру, с одного торца анод и катод закрыты кольцевой крышкой, выполненной из непроводящего электрический ток жаростойкого материала, внешний диаметр кольцевой крышки равен внешнему диаметру анода, а внутренний диаметр кольцевой крышки равен внутреннему диаметру катода, в крышке выполнены равноудаленные отверстия, наклоненные по отношению к оси плазмотрона, оси отверстий перпендикулярны диаметральным линиям крышки, в отверстия введены тонкостенные трубчатые элементы, внешний диаметр которых равен диаметру отверстий, а внутренний диаметр трубчатых элементов равен расстоянию между внутренней поверхностью анода и внешней поверхностью катода, другой конец трубчатых элементов соединен с первым нагнетателем плазмообразующего газа, к внутреннему отверстию кольцевой крышки присоединен другой нагнетатель плазмообразующего газа и порошкообразного напыляемого вещества, к другому торцевому концу анода присоединено конусообразное полое сопло, выполненное из жаростойкого материала, внутренний диаметр присоединенного к аноду конца полого сопла равен внутреннему диаметру трубчатого анода, а внутренний диаметр другого более узкого конца полого сопла равен внутреннему диаметру трубчатого катода, в стенке полого сопла выполнены каналы, соединенные с каналами для прохождения охлаждающего агента, выполненными в стенке трубчатого анода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - исключение зон повышенного давления и разряжения газовой смеси, обеспечение однородности потока плазмы, снижение эрозии на электроде и на сопле, улучшение ресурсных характеристик плазменной горелки в виде надежности и износостойкости.

Изобретение может быть использовано в конструкциях электродуговых плазмотронов, применяемых для механизированной и ручной плазменной резки, сварки металла и термической обработки материалов. Стационарная часть (1) плазмотрона содержит контур подачи, отвода охлаждающей жидкости и подачи плазмообразующего газа.

Изобретение относится к широкополосным высокояркостным источникам света на основе непрерывного оптического разряда. Технический результат - расширение в ВУФ диапазоне спектра излучения плазменных источников света с лазерной накачкой при обеспечении их высокой яркости и стабильности.

Изобретение относится к устройствам для получения и управления плазмой при нагреве газовых потоков в плазмохимических, металлургических и других процессах. Решаемая задача состоит в получении стабильной индуктивно-связанной плазмы с управляемыми температурными полями.

Изобретение относится к области плазмохимической обработки фракционированного материала в реакторе. Технический результат - оптимизация плазмохимического процесса обработки фракционированного материала путем усиления турбулентного характера генерируемой среднетемпературной плазмы.

Изобретение относится к плазмотронам для наплавки внутренней поверхности порошковым материалом. Плазмотрон содержит охлаждаемый катодный узел с каналами для подачи плазмообразующего газа, изолятор, анодный узел с охлаждаемым плазмообразующим, защитным соплом, который содержит каналы и полости для подачи и равномерного распределения транспортирующего и защитного газов.

Изобретение относится к экспериментальной технике диагностики плазмы и может быть использовано для плоского одиночного зонда Ленгмюра. Технический результат - уменьшение погрешности измерений электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы при помощи зонда с защитным кольцом на 14-21%, а также создание устройства, уменьшающего влияние толщины двойного электрического слоя на результат зондовых измерений.

Изобретение относится к медицине, а именно к способу обработки поверхности медицинского металлического имплантата из сплава титана, выбранного из Grade 4, Ti6Al7Nb, ВТ1-0, ВТ-6. Проводят пучково-кластерную обработку поверхности имплантата кластерным пучком из атомов аргона чистотой 99,999%, причем управляющее напряжение для кластерного пучка из атомов аргона составляет не менее 20 кВ при среднем числе атомов аргона в кластерном пучке не более 2500.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к источникам индуктивно-связанной плазмы. Технический результат – повышение коэффициента полезного действия (КПД) и снижение тепловых потерь газоразрядного устройства.
Изобретение относится к области плазменной технологии, в частности к способам стабильного возбуждения газового разряда при нормальном давлении, используемым для получения электродугового разряда в плазмотронах с трубчатым катодом. Технический результат - стабилизация горения газового разряда в большом диапазоне мощностей при номинальном напряжении мощного источника, повышение безопасности работы.

Изобретение относится к области сталеплавильного производства и может быть использовано для поддержания заданного электрического режима работы дуговых сталеплавильных печей. Система управления содержит блок расчета параметра регулирования, датчик фазного напряжения, фазные датчики тока электрической дуги, блок расчета удельного расхода электроэнергии, блок матрицы уставок параметров регулирования, блок вычисления, блок усреднения, блок выбора режима, блок расчета напряжения дуги, блок управления второго уровня, связанный с устройством РПН реактора и устройством РПН печного трансформатора, и блок управления первого уровня, выход которого подключен к сервоклапану, установленному в линии подачи рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра подъема электрододержателя печи.
Наркология
Наверх