ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относятся к сварке и наплавке металлов с использованием плазмы путем одновременного действия сжатой дуги и дуги с плавящегося электрода.
Уровень техники
Известен плазмотрон для сварки плавящимся электродом, содержащий корпус, закрепленное на нем сопло для подачи плазмообразующего газа, трубчатый неплавящийся электрод и соосно установленную в нем изоляционную втулку с каналом для направления плавящегося электрода, а также сопло для подачи защитного газа. При этом изоляционная втулка установлена с зазором относительно трубчатого электрода (Авт. свид. СССР №997348, М. кл. В23К 10/02, опубликовано 20.11.2005 Бюл. №32).
Признаки известного плазмотрона, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии корпуса, закрепленного на нем сопла для подачи плазмообразующего газа, неплавящегося электрода и соосно установленного в нем плавящегося электрода.
Причина, препятствующая получению в известном плазмотроне технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в том, что возбуждение процесса сварки начинают с касания плавящимся электродом изделия. При этом возникает дуга с плавящегося электрода на изделие, а сжатая дуга возбуждается самопроизвольно между неплавящимся кольцевым электродом и изделием. Это приводит к разбрызгиванию жидкого металла, что снижает качество сварного соединения и приводит к забрызгиванию жидким металлом кольцевого (трубчатого) электрода, что в свою очередь снижает его долговечность.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является плазмотрон для сварки плавящимся электродом, содержащий корпус, кольцевой неплавящийся электрод, установленный на корпусе и предназначенный для формирования сжатой дуги с этого электрода на изделие, пусковой неплавящийся электрод, установленный внутри кольцевого неплавящегося электрода со смещением от его оси, плавящийся электрод с соответствующим токоподводом, установленный внутри кольцевого неплавящегося электрода по его оси с возможностью осевого перемещения, а также выполненные в корпусе каналы для прохождения охлаждающего агента и подачи плазмообразующего газа (Патент США №4146772, М. кл. В23К 9/00, публикация 1979 г., 27 марта, Том 9809, №4).
Признаки известного плазмотрона (прототипа), совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии корпуса, кольцевого неплавящегося электрода, установленного на корпусе и предназначенного для формирования сжатой дуги с этого электрода на изделие, пускового неплавящегося электрода, установленного внутри кольцевого неплавящегося электрода, плавящегося электрода, установленного внутри кольцевого неплавящегося электрода по его оси с возможностью осевого перемещения, а также выполненных в корпусе каналов для прохождения охлаждающего агента и подачи плазмообразующего газа.
Причина, препятствующая получению в известном плазмотроне технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в выполнении пускового неплавящегося электрода и токоподвода для плавящегося электрода в виде конструктивно разных элементов. По этой причине для реализации процесса сварки требуются плазмотроны, имеющие сложное устройство, что повышает их стоимость и усложняет эксплуатацию и обслуживание.
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощении технологии сварки, упрощении конструкции плазмотрона, повышении долговечности плазмотрона и качества сварного шва.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что пусковой неплавящийся электрод является также токоподводом для плавящегося электрода (совмещение двух функций в одном конструктивном элементе). В результате этого в начале процесса сварки пусковой неплавящийся электрод является электродом, с которого возбуждается дуга на изделие, а сжатая дуга с кольцевого неплавящегося электрода возбуждается самопроизвольно. После этого включается подача плавящегося электрода, дуга с него возбуждается самопроизвольно, а дуга с пускового неплавящегося электрода гаснет, в результате чего с этого момента времени указанный пусковой электрод выполняет функцию токоподвода для плавящегося электрода. При этом исключается разбрызгивание металла в начале шва, появляется возможность подогрева металла в начале шва сжатой дугой, что обеспечивает повышение долговечности плазмотрона и улучшение качества сварного шва.
Достигается технический результат тем, что плазмотрон содержит корпус, кольцевой неплавящийся электрод, установленный на корпусе и предназначенный для формирования сжатой дуги с этого электрода на свариваемое изделие, пусковой неплавящийся электрод, установленный внутри кольцевого неплавящегося электрода по его оси и выполненный с осевым отверстием, в котором с возможностью перемещения расположен плавящийся электрод, а также выполненные в корпусе каналы для прохождения охлаждающего агента и подачи плазмообразующего газа.
Новые признаки заявленного плазмотрона заключаются в том, что пусковой неплавящийся электрод установлен по оси кольцевого неплавящегося электрода и выполнен с осевым отверстием, в котором с возможностью перемещения расположен плавящийся электрод.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 показана функциональная схема плазмотрона при работе двух дуг до процесса сварки (с пускового неплавящегося электрода и с кольцевого неплавящегося электрода); на фиг.2 показана функциональная схема плазмотрона при работе двух дуг в процессе сварки (с плавящегося электрода и с кольцевого неплавящегося электрода).
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Плазмотрон содержит: корпус 1; кольцевой неплавящийся электрод 2, установленный на корпусе и предназначенный для формирования сжатой дуги 3 с этого электрода на свариваемое изделие 4; пусковой неплавящийся электрод 5, выполненный с осевым отверстием 6 и установленный по оси кольцевого неплавящегося электрода 2 (электрод 5 предназначен для формирования дуги 7 с этого электрода на свариваемое изделие 4); плавящийся электрод 8, расположенный в упомянутом отверстии 6 с возможностью осевого перемещения. В корпусе 1 выполнены каналы для прохождения охлаждающего агента (не показаны) и каналы 9 и 10 для подачи соответственно плазмообразующего и защитного газов. На фигурах также показаны источники питания постоянного тока 11, 12, а также осциллятор 13 (источник высоковольтного высокочастотного тока). При этом к источнику питания 11 на время сварки подключены кольцевой неплавящийся электрод 2 и свариваемое изделие 4, а источник питания 12 и осциллятор 13 подключены к пусковому неплавящемуся электроду 5 и к свариваемому изделию 4.
Работа плазмотрона заключаются в следующем.
Плазмотрон устанавливают в начале сварного шва, включают подачу воды в системы охлаждения плазмотрона (не показаны) и подачу плазмообразующего и защитного газа через каналы 9 и 10. Включают источник питания 12 и кратковременно включают осциллятор 13. В результате кратковременного включения осциллятора происходит возбуждение сжатой дуги 7 между пусковым неплавящимся электродом 5 и свариваемым изделием 4. Дуга 7 далее поддерживается источником 12 сварочного тока. Затем включают источник питания 11, в результате чего происходит самопроизвольное включение сжатой дуги 3 с кольцевого электрода 2 на изделие 4. Таким образом, в рассматриваемый момент времени горят две соосные сжатые дуги на свариваемое изделие (дуги 3 и 7, см. фиг.1). Далее включают подачу плавящегося электрода 8 и осуществляют перемещение плазмотрона вдоль поверхности свариваемого изделия 4. При этом в момент выхода плавящегося электрода 8 из осевого отверстия 6 происходит самопроизвольное возбуждение дуги 14 с плавящегося электрода 8 на свариваемое изделие 4, а сжатая дуга 7 с пускового электрода 5 на изделие 4 гаснет (фиг.2). С этого момента пусковой неплавящийся электрод выполняет функцию токоподвода для плавящегося электрода 8.
Пример конкретного выполнения.
Разработан и изготовлен плазмотрона (опытный образец), который обеспечивает возбуждение и стабильное горение плазменной дуги с пускового неплавящегося электрода 5 в диапазоне токов от 80 до 180 А. При этом плазменная сварка плавящимся электродом 8 может производиться на следующих режимах: ток сжатой дуги 40-220 А, ток плавящегося электрода 80-250 А, диаметр плавящегося электрода 1,0-2,0 мм. Начало процесса сварки происходит стабильно без разбрызгивания металла. Процесс сварки отличается стабильностью и обеспечивает высокое качество сварных швов.