ПЛАЗМОТРОН

Полезная модель относится к области плазменной обработки металлов, а именно к устройствам для плазменной наплавки, сварки, резки черных и цветных металлов.
Технологические возможности плазмотронов определяются высокой мощностью, надежностью, простотой устройства, легкостью обслуживания и перенастройки режимов, минимальными габаритами и массой, ремонтопригодностью.
Известны плазмотроны, содержащие полый корпус с плазмообразующим и защитным соплами, систему подвода плазмообразующего и защитного газов, электродный и электроизоляционный узлы и автономные системы охлаждения электродного узла и плазмообразующего сопла /патенты США 4058698, 4133987, М. Кл. В23К 9/00/.
Известные плазмотроны наряду с достаточно высокой мощностью отличаются сложностью устройства, большими габаритами и массой и низкой ремонтопригодностью.
Признаки известного плазмотрона, совпадающие с признаками заявленной полезной моделью, заключаются в наличии полого корпуса, плазмообразующего и защитного сопл, систем подвода плазмообразующего и защитного газов, электродного и электроизоляционного узлов и систем охлаждения электродного узла и плазмообразующего сопла.
Причина, препятствующая получению в известном плазмотроне технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в сложности конструкции (они содержат не менее 25-30 деталей сложной формы), наличии сварных или паяных узлов, больших габаритах и массе (достигают 200 мм по длине и 60-100 мм в поперечнике, минимальная масса - 0,8-2,0 кг), в расположении плазмообразующего и защитного сопел на общем металлическом корпусе, что обеспечивает их электрическую связь и, как следствие, повышает возможность двойного дугообразования и аварийного режима при работе плазмотрона. Срок службы таких плазмотронов не более 50-100 часов (особенно при работе на токе обратной полярности) из-за выхода из строя электрода по причине низкой эффективности его охлаждения. Наличие сварных (паяных) узлов делают практически невозможным восстановление плазмотрона после отработки ресурса или аварийного выхода из строя.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является плазмотрон, содержащий полый цилиндрический электрод, корпус с закрепленными на нем плазмообразующим и защитным соплами и выполненными в нем каналами для подвода плазмообразующего и защитного газов и отвода охлаждающей жидкости, снабженного двумя изоляционными втулками, установленными между корпусом и электродом на противоположных концах корпуса, систему охлаждения с центральным и соосным с ним каналами, соединенными между собой и расположенными в электроде, кольцевым каналом, образованным наружной поверхностью электрода и внутренней поверхностью корпуса, соединенным с полостью электрода перепускными радиальными каналами, выполненными в электроде вблизи рабочего конца (патент РФ №2060130 от 20.05.1996 г.).
Этот плазмотрон, по сравнению с вышеописанными, более прост по конструкции (имеет небольшое количество деталей простой конструкции), имеет меньшие габариты и массу, более технологичен и удобен в эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью (не имеет сварных и паяных соединений). Однако имеются резервы для повышения мощности и надежности плазмотрона за счет повышения эффективности охлаждения и исключения возможности двойного дугобразования.
Признаки известного плазмотрона, совпадающие с признаками заявленной полезной моделью, заключаются в наличии защитного сопла, полого цилиндрического электрода, корпуса с закрепленными на нем плазмообразующим соплом и выполненными в нем каналами для подвода плазмообразующего и защитного газов и отвода охлаждающей жидкости; корпус снабжен двумя изоляционными втулками, установленными между корпусом и электродом на противоположных концах корпуса; система охлаждения плазмотрона содержит центральный и соосный с ним каналы, соединенные между собой и расположенные в электроде, кольцевой канал, образованный наружной поверхностью электрода и внутренней поверхностью корпуса, соединенный с полостью электрода перепускными радиальными каналами, выполненными в электроде вблизи рабочего конца.
Причина, препятствующая получению в известном плазмотроне технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в креплении плазмообразующего и защитного сопл на корпусе, что снижает эффективность охлаждения этих элементов и создает электрическую связь плазмообразующего и защитного сопл, что повышает возможность двойного дугообразования и аварийного режима при работе плазмотрона.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - повышение надежности плазмотрона.
Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения и исключении возможности двойного дугообразования.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается усовершенствованием известного плазмотрона. Предлагаемый плазмотрон содержит корпус, кожух, плазмообразующее и защитное сопла, выполненные в корпусе каналы для подвода плазмообразующего и защитного газа и отвода охлаждающей жидкости, установленные в полости корпуса переднюю и заднюю изоляционные втулки. Во втулках установлен полый электрод, в котором расположен трубопровод для подвода охлаждающей жидкости. На корпусе установлена изоляционная втулка, на которой помещается кожух. В кожухе выполнены кольцевой канал для циркуляции охлаждающей жидкости и каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Плазмообразующее сопло устанавлено на корпусе, защитное сопло закреплено в кожухе. Плазмотрон имеет единую систему охлаждения корпуса, электрода и плазмообразующего сопла. Система охлаждения включает в себя трубопровод, установленный в электроде, кольцевые каналы: между корпусом и электродом, расположенным в осевом направлении между изоляционными втулками, электродом и трубопроводом, перепускные радиальные каналы в электроде, соединяющие кольцевые каналы внутри электрода и корпуса. Кожух снабжен автономной системой охлаждения, включающей кольцевой канал для циркуляции охлаждающей жидкости и каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - наличие изоляционной втулки, установленной на внешней стороне корпуса; на втулке установлен кожух; на кожухе закреплено защитное сопло; в кожухе выполнены кольцевой канал для циркуляции охлаждающей жидкости и каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости.
Расположение защитного сопла на кожухе, установленном на изолирующей втулке, обеспечивает изоляцию его от плазмообразующего сопла, что исключает возможность двойного дугообразования.
Наличие автономной системы охлаждения кожуха повышает надежность плазмотрона за счет повышения срока службы защитного сопла.
На фиг. 1 показан общий вид плазмотрона с продольным разрезом по системе охлаждения плазмотрона и каналам подвода и отвода охлаждающей жидкости.
На фиг. 2 показан плазмотрон с продольным разрезом по системе подвода плазмообразующего и защитного газов и системе охлаждения (для повышения четкости чертежа отдельные детали показаны в увеличенном масштабе).
Плазмотрон содержит корпус 1, кожух 2, плазмообразующее 3 и защитное 4 сопла, выполненные в корпусе каналы 5 и 6 для подвода плазмообразующего и защитного газов соответственно, установленные в полости корпуса 1 переднюю 7 и заднюю 8 изоляционные втулки. Во втулке 7 головной своей частью «а» установлен полый электрод 9, задняя часть «в» которого (хвостовик) установлена во втулке 8. На корпусе 1 установлена изоляционная втулка 10, на которой помещается кожух 2. Плазмообразующее сопло 3 установлено на корпусе 1, защитное сопло 4 установлено на кожухе 2. Плазмотрон содержит единую систему охлаждения корпуса 1, электрода 9 и плазмообразующего сопла 3, которая включает в себя, расположенный по оси плазмотрона трубопровод 11 для подвода охлаждающей жидкости в полость «с» электрода 9 и выполненный в кожухе канал 12 для отвода охлаждающей жидкости. Электрод 9 образует с корпусом 1, трубопроводом 11 кольцевые каналы 13 и 14 соответственно. Кольцевые каналы 13 и 14 соединены радиальными каналами 15, выполненными в электроде 9 и расположенными в плоскости заднего конца передней изоляционной втулки 7. Подвод воды осуществляется по каналу 16. Крепление электрода 9 и герметизация кольцевого канала 13 производится гайкой 17. Кожух 2 снабжен автономной системой охлаждения, включающей кольцевой канал 18 для циркуляции охлаждающей жидкости и каналы для подвода 19 и отвода 20 охлаждающей жидкости.
При работе плазмотрона охлаждающая жидкость по каналу 16 трубопровода 11 подается к рабочей зоне электрода 9 (полость «с»), заполняет кольцевой канал 14, охлаждая при этом электрод изнутри. Из канала 14 через каналы 15 охлаждающая жидкость поступает в кольцевой канал 13, охлаждая электрод 9 снаружи и корпус 1 изнутри. По каналу 12 охлаждающая жидкость отводится на слив. Охлаждение плазмообразующего сопла 3 осуществляется через надежный тепловой контакт в корпус 1, а также плазмообразующим и защитным газами. В кольцевой канал 18 кожуха 2 охлаждающая жидкость поступает по каналу 19 и, отводится на слив по каналу 20, охлаждая кожух 2 и установленное в нем защитное сопло 4. Плазмообразующий газ через канал 5 поступает в полость плазмообразующего сопла 3, защитный газ по каналу 6 поступает под сопло 4.
Испытания опытного образца плазмотрона с габаритами равными D35×70 мм и массой 0,3 кг при расходе охлаждающей жидкости (воды) 2,0 л/мин выдерживает токовую нагрузку до 450 А при сварке на токе обратной полярности. При расходе воды 5-6 л/мин плазмотрон выдерживает токовую нагрузку до 600 А. Случаев возникновения двойной дуги при сварке не наблюдалось даже при контакте защитного сопла с изделием.