ПЛАЗМОТРОН

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области плазменной обработки металлов, а именно к устройствам для плазменной наплавки, сварки и резки черных и цветных металлов.
Уровень техники
Мощность и надежность плазмотронов определяются стойкостью теплонагруженных элементов: электрода и плазмообразующего сопла. Стойкость электрода и сопла определяется эффективностью системы их охлаждения, а также особенностями их конструктивного оформления.
В плазмотронах, работающих на постоянном токе прямой полярности и на переменном токе, с инертными плазмообразующими газами используется вольфрамовый электрод-катод.
Известны плазменные горелки, в которых вольфрамовый электрод представляет собой пруток, заделанный наглухо в водоохлаждаемую (медную) державку (см. например, SU 1680463 A1 B23K 10/02 от 30.09.1991 г., Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура.- Киев: Техника. 1971. - 164 с. стр.78, рис.13а 3, 4, 5). При этом вылет электрода из державки отсутствует. Такая конструкция обеспечивает возможность повышения токовой нагрузки на электрод и уменьшение теплопередачи от электрода в плазмообразующее сопло.
Однако при этом снижается стабильность горения дуги. Кроме того, при выходе из строя вольфрама при отработке ресурса приходится заменять всю державку.
Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в том, что в качестве материала электрода используется вольфрам.
Известны плазмотроны, в которых вольфрамовый электрод представляет собой пруток, заделанный наглухо в водоохлаждаемую (медную) державку (см. например, заявка Японии №56 - 4351, публ. 29.01.1981, Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. - Киев: Техника. 1971. - 164 с. стр.78, рис.13а 2). При этом вылет электрода из державки l больше
э
диаметра электрода d. Такая конструкция обеспечивает высокую стабильность горения дуги и повышенную токовую нагрузку на электрод.
К недостаткам такого выполнения электрода можно отнести необходимость замены державки вместе с прутком по мере износа, т.к. конструкция не разборная. Кроме того, повышается тепловая нагрузка на плазмообразующее сопло за счет теплопередачи от нагретого до высоких температур вольфрамового прутка на всем вылете электрода, что снижает допускаемую мощность плазмотрона.
Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в том, что в качестве электрода используется вольфрамовый пруток.
э
Известны плазмотроны, в которых вольфрамовый электрод представляет собой пруток, закрепленный в охлаждаемой цанге (см. например, ЕР 0962227 В23К 10/02 от 08.09.1999 г., DE 19828633 A1 B23K 9/28 от 30.12.1999 г., Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. - Киев: Техника. 1971. - 164 с. стр.78, рис.13, а 1). Вылет электрода из цанги l установлен оптимальным (l≥3-5d). Такая конструкция обеспечивает легкую установку электрода и его обслуживание. Дуга горит устойчиво.
Недостатком такой конструкции является повышение тепловой нагрузки на плазмообразующее сопло за счет теплопередачи от вольфрамового электрода, разогретого по всей длине вылета до высоких температур, что снижает допускаемую мощность плазмотрона.
Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, заключаются в том, что в качестве электрода используется вольфрамовый пруток, закрепленный в охлаждаемой цанге.
Раскрытие сущности полезной модели
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении мощности и надежности плазмотрона при простоте установки и обслуживания вольфрамового электрода.
Технический результат, определяющий решение указанной задачи, заключается в том, что вылет вольфрамового прутка из электрододержателя имеет оптимальную для работы длину, но при этом большая часть вылета экранируется от плазмообразующего сопла, что обеспечивает снижение теплопередачи от электрода в плазмообразующее сопло. Это позволяет повысить мощность плазмотрона и надежность его работы.
Достигается технический результат в полезной модели тем, что электродный узел, содержащий вольфрамовый пруток, закрепленный в охлаждаемой цанге, снабжен охлаждаемым медным наконечником, в котором выполнена проточка, внутри которой располагается вылет вольфрамового прутка.
э
о
э
о
э
в
э
Общий вылет вольфрамового прутка составляет l≥3-5d что обеспечивает наилучшие условия работы электрода. Диаметр проточки d=1,25-1,4d, глубина проточки l=3-5d. Длина вылета вольфрамового прутка из наконечника l=1-2d, что приводит к снижению тепловой нагрузки на плазмообразующее сопло. Расположение вольфрамового прутка на вылете в проточке (без контакта с наконечником) обеспечивает оптимальную работу вольфрамового электрода, при этом теплопередача от разогретого до высокой температуры вольфрамового прутка в плазмообразующее сопло экранируется охлаждаемым наконечником. Дополнительным, полезным эффектом является снижение тепловой нагрузки на изолятор, разделяющий электродный узел и плазмообразующее сопло.
о
э
о
э
в
э
Новые признаки устройства заключаются в наличии охлаждаемого медного наконечника, в котором выполнена проточка, внутри которой располагается вылет вольфрамового прутка, при этом диаметр проточки d=1,25-1,4d глубина проточки l=3-5d. Длина вылета прутка из наконечника l=1-2d
Краткое описание модели.
На фиг. показана схема плазмотрона. Цанга на схеме не показана.
э
о
э
о
э
э
в
э
Корпус электрододержателя 1, с закрепленным в цанге вольфрамовым прутком 2 диаметром d находится в камере плазмообразующего сопла 3. В нижней части корпуса электрододержателя 1 установлен медный наконечник 4, в котором выполнена проточка, диаметр проточки d=1,25-1,4d, глубина проточки l=3-5d. Внутри проточки располагается вылет вольфрамового прутка, длина которого составляет l≥3-5d что обеспечивает наилучшие условия работы электрода, при этом длина вылета прутка из наконечника l=1-2d
При работе плазмотрона большая часть тепла, излучаемого вольфрамовым прутком, нагретым до высоких температур, передается в наконечник 4, что снижает общую тепловую нагрузку на плазмообразующее сопло.
Пример технического исполнения.
э
э
o
о
в
Выполнены испытания плазмотрона с электродным узлом, в котором установлен вольфрамовый электрод диаметром d=3 мм. Общий вылет электрода l=14 мм. Медный наконечник имеет проточку диаметром d=4 мм и глубиной l=10 мм. Длина вылета вольфрамового прутка из наконечника l=4 мм. Электродный узел и плазмообразующее сопло выдерживали безаварийную работу на рабочих токах до 400 А.
Авторы: 1. Щицын Юрий Дмитриевич д.т.н., профессор ПГТУ; 614010, Пермь, Комсомольский пр.71 - 52.
2. Щицын Владислав Юрьевич к.т.н. инженер ПГТУ; 115230, Москва, Варшавское шоссе, дом 47, корп.1 - 109.
3. Косолапов Олег Александрович к.т.н. инженер ПГТУ; 614031, Пермь, ул. Костычева, дом 38 - 147.