Плазмотрон для плазменной обработки изделий

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к дуговым плазмотронам, а именно к плазмотронам для плазменной обработки изделий широкой полосой.
Известно устройство [Fox T.Y. and Harry J.E. Surface heat treatment using a plasma torche with a rectangular proceeding conference on electricity for material processing and conservation. - London. 1977, p. 21-23.] для закалки широкой полосой, в котором применено переменное магнитное поле для увеличения линейного размера струи в одном направлении. Горение дуги происходит в щели, которой заканчивается выходной электрод и по которой анодное пятно перемещается под действием магнитного поля.
Использование поперечного переменного магнитного поля и щелевого канала выходного электрода дает возможность увеличить ширину закаливаемой полосы. Однако получить равномерный тепловой поток по ширине изделия из-за неодинаковых условий привязки анодного пятна по длине щели не удается.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой полезной модели является плазмотрон для плазменной обработки изделий [Патент на полезную модель РФ N 156539], содержащий систему подачи рабочего газа, электроды, один из которых –выходной - выполнен с внутренним осесимметричным каналом, и преобразователь потока рабочего газа с торцевыми буртиками, соединенный с выходным электродом и образующий с ним общий внутренний канал с выходным щелевым отверстием, отличающийся тем, что высота торцевых буртиков h=1,1÷1,4а и их длина L=1,0÷1,2b, где а и b - соответственно ширина и длина щелевого отверстия преобразователя, при этом расстояние между торцевыми буртиками преобразователя f=0,3÷0,5а∙b/h.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является интенсификация процесса плазменной обработки изделия.
Технический результат предлагаемой полезной модели - получение равномерных характеристик газового потока на выходе из плазмотрона, необходимых для обработки поверхности и получения однородных свойств: износостойкость, контактно-усталостной выносливости и т.д.
Поставленная техническая задача решается тем, что в плазмотроне для плазменной обработки изделий, содержащем систему подачи рабочего газа, электроды, один из которых - выходной - выполнен с внутренним осесимметричным каналом, и преобразователь потока рабочего газа с торцевыми буртиками, соединенный с выходным электродом и образующий с ним общий внутренний канал с выходным щелевым отверстием, высота торцевых буртиков h=1,1÷1,4а и их длина L=1,0÷4,2b, где а и b - соответственно ширина и длина щелевого отверстия преобразователя, при этом расстояние между торцевыми буртиками преобразователя f=0,3÷0,5а∙b/h.
На фиг. 1. показан общий вид полезной модели; на фиг. 2 - разрез А-А поз. 5, на фиг. - 3 вид по стрелке Б поз. 5, фиг. 4 - распределение теплового потока вдоль обрабатываемой полосы.
Предлагаемая полезная модель содержит систему подачи рабочего газа 1, электроды 2, один из которых выходной 3 выполнен с внутренним осесимметричным каналом 4 и преобразователь потока рабочего газа 5 с торцевыми буртиками 6, соединенный с выходным электродом и образующий с ним общий внутренний канал с выходным щелевым отверстием 7.
Высота торцевых буртиков 6 h=1,1÷1,4а и их длина L=1,0÷1,2b, где а и b - соответственно ширина и длина щелевого отверстия 7 преобразователя 5, при этом расстояние между торцевыми буртиками 6 преобразователя 7 f=0,3÷0,5а∙b/h.
Высота торцевых буртиков 6 h=1,1÷1,4а. При h<1,1a - происходит оплавление поверхности металла, при h>1,4а - газовый поток переохлаждается.
Длина торцевых буртиков 6 L=1,0÷1,2b - позволяет увеличить ширину обрабатываемой полосы.
Расстояние между торцевыми буртиками 6 преобразователя 7 f=0,3÷0,5а∙b/h выбирается из условия: площадь сечения выходных отверстий газового коллектора, образованного буртиками, должна быть не меньше площади сечения выходной щели преобразователя. При уменьшении f<0,3а∙b/h в указанном диапазоне высот торцевых буртиков h - происходит оплавление поверхности металла.
Полезная модель функционирует следующим образом: известными способами возбуждают электрическую дугу между электродами 2. Рабочий газ последовательно проходит через разрядный промежуток, выходной электрод 3 и преобразователь потока 5 и производит нагрев поверхности изделия. В процессе обработки преобразователь 5 устанавливают буртиками 6 на обрабатываемую поверхность. Вследствие относительного перемещения плазмотрона и изделия происходит обработка поверхности в виде полосы.
На фиг. 4 представлены полученные методом калориметрирования распределения удельных тепловых потоков в образец вдоль плоской струи низкотемпературной плазмы при f=10, 25 и 40 мм (h=4 мм, а=2,5 мм, в=35 мм, мощность плазмотрона - 33 кВт, расход азота 1,8 г/с).
Очевидно, что применение торцевых буртиков преобразователя потока с заявляемыми геометрическими размерами дает возможность получить равномерное распределение теплового потока вдоль обрабатываемой широкой полосы металла, что существенно для получения оптимальных характеристик в зоне термического воздействия.