ПЛАЗМОТРОН

Полезная модель относится к нлазменной обработке материалов, в частности, к низкотемпературным плазменным устройствам, и может быть использована при механизированной и ручной плазменной резке, сварке, напылении и других видах обработки материалов.
Известен плазмотрон (см. а. с. СССР Х 559787, кл. МКИ В 23 К 31/10, заявл. 10.10.1974, опубл. 30.07.1977), который содержит стационарную часть с каналами для плазмообразующей и охлаждающей сред и сменную часть, содержащую водоохлаждаемый электрододержатель с электродом, изолирующий корпус, сопловой узел и кожух. Внутри электрододержателя выполнены каналы для подачи плазмообразующего газа в сопловую камеру, для ввода охлаждающей жидкости к электроду и в контур охлаждения соплового узла и для выхода охлаждающей жидкости.
Недостатком данного решения являются его низкие эксплуатационные свойства, связанные с низкой надежностью зажигания дежурной дуги, которая обусловлена пробоем зазора между электрододержателем и кожухом через водоподводящие отверстия в изолирующем корпусе. Указанный пробой шунтирует рабочий промежуток между электродом и соплом. В зопе пробоя происходит электроэрозионное разрушение внутренней поверхности стенки кожуха с образованием раковин и загрязнением охлаждающей жидкости продуктами эрозии. Кроме того, при затягивании накидной гайки возможно смятие верхнего торца изолирующего корпуса, что приводит к его разрушению. Возможно, также нарушение герметизации полости охлаждения соплового узла вследствие разрушения резинового уплотнения между кожухом и соплом из-за воздействия термического влияния плазменной струи.
В основу создания полезной модели поставлена задача улучшения эксплуатационных свойств плазмотрона и повышения надежности его узлов.
Поставленная задача решается тем, что в плазмотроне, содержащем электрододержатель с четырьмя выступами, внутри которого размещен канал для подвода охлаждающей жидкости, сопряженный с осевым каналом, выведенным во
МПК 7: B23 К 10/00 Плазмотрон
внутреннюю полость электрода, на наружной поверхности электрододержателя соосно с ним нрикреплен изолирующий корпус посредством резьбового соединения, выполненного на первом верхнем выступе электрододержателя, к изолирующему корпусу посредством накидной гайки соосно присоединен кожух, нри этом обеспечено контактирование по периметру нижней части кожуха и сопла с образованием герметичной полости между кожухом и наружными поверхностями сопла и изолирующего корпуса, указанные герметичные полости предназначены для ввода и вывода охлаждающей жидкости из соплового узла, в нижней части электрододержателя соосно с ним размещен электрод, часть наружной новерхности которого сонряжена с нижней частью внутренней поверхности электрододержателя, под электродом соосно с ним установлено сопло, имеющее внутренний профильный канал, переходящий в цилиндрический канал, плазмотрон содержит кольцевые уплотнения, при этом первое кольцевое уплотнение размещено между нижней торцевой поверхностью изолирующего корпуса и верхней торцевой поверхностью сопла, второе кольцевое уплотнение размещено между наружной поверхностью верхней части изолирующего корпуса и внутренней поверхностью кожуха, третье кольцевое уплотнение размещено между внутренней поверхностью верхней части изолирующего корпуса и вторым выступом на наружной поверхности электрододержателя, четвертое кольцевое уплотнение размещено между внутренней поверхностью нижней части изолирующего корпуса и четвертым выступом на наружной поверхности электрододержателя, между вторым и четвертым выступами электрододержателя выполнен третий центрирующий выступ, при этом электрододержатель сопряжен с внутренней поверхностью изолирующего корпуса по наружным поверхностям выступов, посадочная поверхность электрододержателя с электродом выполнена, например, конусной, величина буртика, образованного на наружной торцевой новерхности верхней части изолирующего корпуса, выполнена равной не менее 0,5 мм, наружная поверхность сопла выполнена криволинейной с наличием, по меньшей мере, двух наклонных участков, при этом угол, образованный наружной новерхностью каждого участка и горизонтальной осью, выполнен в диапазоне от О до 90 градусов.
Поставленная задача решается также тем, что сонло вынолнено составным, при этом части сопла соединены между собой посредством, например, резьбового соединения.
Поставленная задача решается таьсже тем, что канал для подвода охлаждающей жидкости размешен соосно с осевым каналом, выведенным во внутреннюю полость электрода.
Отличительным от прототипа признаком является выполнение посадочной поверхности электрододержателя с электродом, например, конусной. Конусная носадка электрода в электрододержателе и точность изготовления посадочных новерхностей этих деталей обеспечивают первоначальный зазор между электродом и внутренней поверхностью сопла. Дальнейшее доведение величины зазора до необходимого технологического значения обеспечивается его регулированием посредством резьбового соединения между электрододержателем и изолирующим корпусом.
Отличительным от прототипа признаком является выполнение величины буртика, образованного на наружной торцевой поверхности верхней части изолирующего корпуса, равной не менее 0,5 мм, что позволяет осуществить с помощью резьбового соединения прижим кожуха к соплу и надежный прожим первого кольцевого уплотнения и обеспечить надежную гидроизоляцию илазмотрона, не вызывая при этом разрушения изолирующего корпуса в процессе затягивания накидной гайки.
Отличительным от прототипа признаком является выполнение наружной поверхности сопла криволинейной с наличием, по меньшей мере, двух наклонных участков, при этом угол, образованный наружной поверхностью каждого участка и горизонтальной осью, выполнен в диапазоне от О до 90 градусов. При этом, для первого нижнего наклонного участка оптимальной является величина угла, равная 45 градусов, т. к. при этом обеспечивается технологическая возможность вырезать в детали фаску под углом 45 градусов, что необходимо для последующей сварки встык. Величина наклона участка наружной поверхности сопла, сопряженного с кожухом, равная 0-90 градусов, обеспечивает возможпость осуществления надежного прижима кожуха к соплу по его периметру.
Отличительным от прототипа признаком является возможность выполнения сопла составным, при этом части сопла соединены между собой посредством, например, резьбового соединения. Наличие резьбового соединения обеспечивает возможность смены в процессе эксплуатации плазмотрона без его разборки наиболее подверженной тепловому разрушению части сопла с цилиндрическим каналом.
Отличительным от прототипа признаком является возможность выполнения канала для подвода охлаждающей жидкости соосно с осевым каналом, выведенным во внутреннюю полость электрода. Соосное выполнение канала для подвода охлаждающей жидкости повышает удобство эксплуатации за счет более эффективной организации подачи струи жидкости к электроду и его выбивание, что позволяет ускорить процесс замены электрода при эксплуатации плазмотрона.
Резьба, выполненная на нижней наружной поверхности электрододержателя, выполняет функцию завихрителя плазмообразующего газа.
Изолирующая втулка, установленная по внутренней новерхности кожуха, предназначена для защиты кожуха в случае электрического пробоя промежутка между электрододержателем и кожухом, это позволит повысить безопасность работы с плазмотроном в момент зажигания дежурной дуги при напряжении пробоя 10 кВ.
Использование в заявляемом плазмотроне новых элементов и их компоновка обеспечивают улучшение эксплуатационных свойств нлазмотрона и повышение надежности его узлов.
Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение не известно из уровня техники, что свидетельствует о его соответствии критерию «новизна.
Возможность использования заявляемого технического решения в промышленности свидетельствует о его соответствии критерию «промышленная нрименимость.
На фиг.1 и фиг.2 представлен заявляемый плазмотрон, две проекции. На фиг.З. представлен фрагмент сопла.
охлаждающей жидкости. Нижняя часть канала 2 для подвода охлаждающей жидкости сопряжена с верхней частью осевого канала 3, в котором соосно с ним размещена трубка 4. На наружной поверхности электрод о держателя 1 по его верхнему резьбовому выступу 5 соосно размещен изолирующий корпус 6. Первый выступ 5 на наружной поверхности электрододержателя 1 является резьбовым и предназначен для крепления электрододержателя 1 к изолирующему корпусу 6. К наружной поверхности изолирующего корпуса 6 посредством накидной гайки 7 присоединен кожух 8. На наружной торцевой новерхности верхней части изолирующего корпуса 6 образовап буртик 9. В нижней части электрододержателя 1 соосно с ним размещен электрод 10, имеющий в сечении U-образную форму. Во внутреннюю полость электрода 10 выведен осевой канал 3 посредством трубки 4. Наружная поверхность электрода 10 сопряжена с нижней частью внутренней поверхности электрододержателя 1. Носадочная поверхность электрододержателя
Iс электродом 10 выполнена, например, конусной. Нод электродом 10 соосно с ним размещено сопло И, имеющее внутреннюю новерхность криволинейной формы с образованием цилиндрического канала на выходе из сопла 11. Между нижней поверхностью изолирующего корпуса 6 и верхней торцевой поверхностью сопла И размещено кольцевое уплотнение 12. На внутренней поверхности сопла
IIустановлена центрирующая втулка 13, примыкающая внутренней поверхностью к наружной резьбовойповерхности нижней части электрододержателя 1, а наружной поверхностью - к внутренней поверхности изолирующего корпуса 6 и верхней части внутренней поверхности сопла 11. Между наружной поверхностью изолирующего корнуса 6 и внутренней поверхностью кожуха 8 размещено кольцевое уплотнение 14. Между внутренней поверхностью верхней части изолирующего корпуса 6 и вторым выступом 15 на наружной поверхности электрододержателя 1 размещено кольцевое уплотпение 16. Второй выступ 15 на наружной поверхности электрододержателя 1 предназначен для изоляции потока охлаждающей жидкости от резьбового соединения. Между внутренней поверхностью нижней части изолирующего корпуса 6 и четвертым выступом 17 на наружной поверхности электрододержателя 1 размещено кольцевое уплотнение 18. Четвертый выступ 17 на наружной поверхности электрододержателя 1 предназначен для разделения потоков охлаждающей
жидкости и плазмообразующего газа. Третий выступ 19, выполненный на наружной поверхности электрододержателя 1 между вторым и четвертым выступами, является центрирующим. Канал 20 для подвода охлаждающей жидкости к соплу 11 выполпен в нижней части электрододержателя 1 и соединяет внутреннюю полость электрода 10 с внутренней полостью, образованной между изолирующим корпусом 6 и кожухом 8, по которым осуществляется подвод охлаждающей жидкости для охлаждения сопла 11.
Впутри электрододержателя 1 (фиг.2) выполнены канал 21 для отвода охлаждающей жидкости и канал 22 для подвода плазмообразующего газа. По внутренней поверхности кожуха 8 установлена изолирующая втулка 23.
Наружная поверхность сопла 11 выполнена криволинейной и содержит, по меньшей мере, два наклонных участка (участки АВ и СД на фиг.З). Угол, образованный участком АВ и горизонтальной осью, составляет 45 градусов.
Плазмотрон работает следующим образом.
Охлаждающая жидкость под давлением через каналы 2,3 и трубку 4 попадает в полость электрода 10 и заполпяет ее. Подаваемая охлаждающая жидкость охлаждает с внутренней стороны теплонагруженную часть электрода 10, выходит через отверстия, размещенные на торцевой части внутренней поверхности электрододержателя 1 в канал 20.
Охлаждающая жидкость но внутренним полостям и каналам (на чертеже не обозначены) нопадает в кольцевую полость, образованную нижней частью внутренней поверхности кожуха 8 и частью наружной криволинейной поверхности сопла 11. Омывая сопло 11 и, тем самым, охлаждая его по периметру, охлаждающая жидкость попадает в выходную часть вертикальной полости, также образованной наружной поверхностью изолирующего корпуса 6 и внутренней поверхностью кожуха 8. Через канал в верхней части изолирующего корпуса 6 и проточку в электрододержателе 1 охлаждающая жидкость попадает в канал 21 для отвода охлаждающей жидкости и далее в рециркуляционную систему охлаждения для последующей подготовки и возврата в плазмотроп.
Плазмообразующий газ (ПОГ) подается в плазмотрон через канал 22 для подвода плазмообразующего газа под давлением из системы подготовки ПОГ. Из этого капала газ через завихритель (на чертеже не обозначен), поступает в
кольцевую полость, образованную внутренней нрофильной частью сопла 11 и наружной поверхностью электрода 10 и через цилиндрический канал сопла 11 выходит наружу.
После подачи охлаждающей жидкости и ПОГ в плазмотрон, к электроду 10 и соплу 11 подается потенциал порядка 10 кВ. Пробивая воздушный промежуток между внешней поверхностью электрода 10 и внутренней поверхностью сопла 11, электрическая дуга разогревает и ионизирует ПОГ, образуя плазменную струю, в центре которой горит электрическая дуга. Плазменная струя и электрическая дуга через цилиндрическое отверстие сопла 11 выходят наружу и воздействуют на обрабатываемый материал.