Плазмотрон для наплавки внутренней поверхности порошковым материалом
PLASMA TORCH FOR SURFACING THE INNER SURFACE WITH POWDER MATERIAL

Изобретение относится к плазмотронам и может найти применение при плазменной наплавке порошковыми наплавочными материалами, проволокой, а также при сварке.
Известны конструкции плазмотронов, содержащие разделенные изолятором узлы катода и анода (Черноиванов В.И., Лялякин В.П. Организация и технология восстановления деталей машин. - М: ГОСНИТИ, 2003. - 488 с.), В конструкциях катода и анода имеются каналы для их охлаждения. В катодном узле установлен электрод, в анодном имеются плазмообразующее, фокусирующее и защитное сопла.
Недостатками этих плазмотронов являются большие радиальные и осевые габариты, затрудняющие использование плазмотрона в ограниченном пространстве. Сопла не являются сменными, что снижает универсальность плазмотронов и их ресурс.
Известен также плазмотрон (патент РФ №2060130, кл. В23К 10/60), имеющий катодный охлаждаемый узел, изолятор, охлаждаемый анодный узел, содержащий каналы, через которые поступают плазмообразующий и защитный газы в цилиндрические полости и затем, соответственно, плазмообразующий газ в зазор между электродом и плазмообразующим соплом, а защитный газ - в зазор между плазмообразующим и защитным соплом. Недостатком плазмотрона является то, что в его конструкции имеются полости, через которые проходит плазмообразующий и защитный газы. Геометрические параметры полостей обусловлены требованием создания направленных потоков газа с целью обеспечения необходимых технологических условий для работы плазмотрона, что влечет за собой увеличение габаритных размеров плазмотрона и ограничивает его использование при работе в стесненных условиях.
Целью изобретения является разработка конструкции плазмотрона с ограниченными габаритными размерами и сменными соплами, позволяющими обрабатывать поверхности в ограниченном пространстве, повысить универсальность плазмотрона и его ресурс.
Поставленная цель достигается за счет того, что плазмотрон для наплавки внутренней поверхности порошковым материалом, содержащий охлаждаемый катодный узел с каналами для подачи плазмообразующего газа, изолятор и анодный узел с охлаждаемым плазмообразующим защитным соплом, содержащий каналы и полости для подачи и равномерного распределения транспортирующего и защитного газов, отличается тем, что он снабжен фокусирующим соплом, выполненным в виде накидной гайки с внутренней и наружной резьбой, при этом плазмообразующее сопло выполнено сменным в виде втулки, которая плоским торцом герметично сопряжена с корпусом анодного узла, причем плоский торец втулки имеет кольцевую проточку, выполненную с возможностью контактирования с охлаждающей жидкостью для отведения тепла, а второй торец втулки имеет коническую фаску с радиально расположенными на ней каналами для направленной подачи наплавочного порошка из кольцевой полости, образованной между внутренней цилиндрической поверхностью фокусирующего сопла и наружной цилиндрической поверхностью плазмообразующего сопла, в зону горения плазменной дуги, и сопряжен с конусной поверхностью фокусирующего сопла, при этом фокусирующее сопло посредством внутренней резьбы смонтировано на корпусе анода, а по наружной резьбе соединено с защитным соплом, выполненном в виде накидной гайки, при этом на наружной резьбе фокусирующего сопла выполнены радиальные каналы глубиной более высоты резьбы с возможностью обеспечения соединения полости распределения защитного газа с конусообразной полостью, образованной между фокусирующим и защитным соплами и имеющей кольцевую перемычку с радиально размещенными пазами.
Плазмотрон содержит катодный узел 1 (фиг. 1). Его охлаждение обеспечивают каналы 2, через которые протекает жидкость. В катодном узле расположен электрод 3 с возможностью осевого перемещения в резьбовом соединении, фиксацию положения электрода обеспечивает гайка 4.
Плазмообразующий газ по каналу 5 в электродном узле поступает в полость 6.
С помощью винтов 7, изолирующих втулок 8, проходящих через изолятор 9, электродный узел крепится к корпусу анода 10. В корпусе анода имеются каналы 11 для подачи охлаждающей жидкости, которые выходят на торцовую поверхность корпуса, сопрягаемую герметично с кольцевой проточкой на торце плазмообразующего сопла 12. Отведение образующегося в плазмообразующем сопле тепла происходит с поверхности этой проточки. Плазмообразующее сопло выполнено в виде сменной втулки, на торце которой, противоположному торцу с кольцевой проточкой, имеется коническая фаска. Герметичность соединения плазмообразующего сопла и корпуса анода обеспечивает конструкция фокусирующего сопла 13, выполненного в виде накидной гайки. Внутренняя резьба фокусирующего сопла при закручивании на резьбовой участок на корпусе анода, за счет контакта внутренней конической поверхности фокусирующего сопла с конической фаской на торце плазмообразующего сопла, поджимает торец плазмообразующего сопла с проточкой для отвода тепла к торцу корпуса анода. Отведение жидкости из корпуса анода производится по каналам, аналогичным каналам 11, которые на фигуре 1 не показаны.
Через канал 14 в корпусе анода 10 транспортирующий газ подает порошок в кольцевую полость 15, образованную между внутренней цилиндрической поверхностью фокусирующего сопла 13 и наружной цилиндрической поверхностью плазмообразующего сопла 12. Далее порошок через радиально направленные каналы 16, образованные на наружной конической поверхности плазмообразующего сопла, поступает в плазменную дугу, формируя наплавляемую поверхность.
На наружной цилиндрической поверхности фокусирующего сопла 13 расположен резьбовой участок, с помощью которою на фокусирующем сопле закреплено защитное сопло 17. В корпусе анода 10 размещен канал 18 через него защитный газ попадает в полость 19, образованную внутренней цилиндрической поверхностью защитного сопла и наружной цилиндрической поверхностью фокусирующего сопла, прилегающего к корпусу анода 10. На наружном резьбовом участке фокусирующего сопла выполнены радиальные пазы 20 глубиной более высоты резьбы. Через них защитный газ поступает в полость 21 образованную внутренней поверхностью защитного сопла, наружной поверхностью фокусирующего сопла, и кольцевой перемычкой 22 на нем. На перемычке 22 также расположены радиальные пазы, через них защитный газ поступает в зазор между коническими поверхностями защитного и фокусирующего сопла. По истечении из зазора газ создает защиту наплавляемого участка. Конструкция перемычки 22 может быть выполнена и без радиальных пазов, но в этом случае между ней и внутренней поверхностью защитного сопла должен быть зазор, обеспечивающий равномерное распределение истекающего газа из полости 21.
Кольцевая проточка на торце плазмообразующего сопла 12, с поверхности которой происходит отведение образующейся при работе плазмотрона теплоты, может быть выполнена в виде части поверхности тора или иной сложной поверхности, обеспечивающей увеличение площади контакта с охлаждающей жидкостью. Образующаяся при горении дуг и теплота от фокусирующего сопла 13 отводится за счет косвенного его охлаждения через контакт внутренней конической поверхности с конической поверхностью плазмообразующего сопла 12, через резьбовую внутреннюю поверхность и торцовую поверхность, контактирующую с корпусом анода 10, внутри которого протекает охлаждающая жидкость. Охлаждение защитного сопла 17 происходит за счет контакта его резьбового участка с аналогичным участком фокусирующего сопла 13 и контакта торцовой поверхности защитного сопла с поверхностью корпуса анода 10.
В конструкции анодного узла, за счет предложенных решений, образовано две полости 19, 21, разделенные радиальными пазами и, которые, в совокупности с конструкцией кольцевой перемычки 22, способствуют образованию необходимого для процесса наплавки или сварки ламинарного или иного потока защитного газа при малых габаритных размерах плазмотрона. Пазы 20, соединяющие эти полости, могут быть выполнены под углом к продольной оси фокусирующего сопла. Конструкция предложенного плазмотрона также позволяет производить замену плазмообразующего, фокусирующего и защитного сопел непосредственно на оборудовании, без демонтажа плазмотрона с установки. В сочетании с возможностью замены на сопла с иными геометрическими параметрами, это позволяет увеличить не только ресурс плазмотрона, но и повысить его универсальность. При выполнении сварочных или наплавочных работ внутри цилиндрических поверхностей, при создании определенных условий по газовой защите зоны горения дуги (при накачке защитного газа непосредственно в цилиндр) возможно использование плазмотрона без защитного сопла, что также расширяет его функциональные возможности за счет уменьшения габаритных размеров. Полость 6, через которую подается плазмообразующий газ, позволяет разместить внутри дополнительные детали, например, втулки, геометрия которых обеспечит необходимые технологические параметры истечения плазмообразующего газа.