ПЛАЗМОТРОН Российский патент 1999 года по МПК B23K10/00 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в машиностроении, судостроении, металлургии для плазменной резки и обработки металлов и сплавов.

Известен плазмотрон, содержащий полый электрод с рубашкой охлаждения, сопло и расположенный между ними завихритель.

К недостаткам известного устройства относится вероятность двойного дугообразования, приводящая к низкому качеству обработки изделия.

В основу настоящего изобретения положена задача создания плазмотрона, в котором бы обеспечивались эксплуатационная надежность работы плазмотрона путем уменьшения вероятности двойного дугообразования, а также повышения качества обработки изделий.

Согласно изобретению поставленная задача решается с помощью устройства названного выше вида со следующими признаками:
а) плазмотрон снабжен корпусом из диэлектрического материала,
б) концентричными соленоидом и охватывающим его металлическим цилиндром, установленными в рубашке охлаждения электрода,
в) плазмотрон снабжен также клеммой в виде кольцевой пластины, которая расположена со стороны дна полого электрода,
г) рубашка охлаждения образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью электрода.

д) полый электрод выполнен медным, а завихритель и цилиндр выполнены из ферромагнитного материала,
е) соленоид, цилиндр и наружная боковая поверхность полого электрода установлены с кольцевыми зазорами,
ж) соленоид соединен с клеммой, а металлический цилиндр соединен с клеммой и завихрителем,
В предпочтительном исполнении плазмотрона цилиндр и завихритель выполнен из углеродистой стали.

Достигаемые с помощью изобретения преимущества следует усматривать в том, что снабжение плазмотрона корпусом из диэлектрического материала, концентричными соленоидом и охватывающим его металлическим цилиндром, установленными в рубашке охлаждения электрода, уменьшает время контакта дуги со стенками электрода при возбуждении дугового разряда последнего и снижает уровень электромагнитных шумов, что, в свою очередь, повышает стабильность перемещения плазмотрона, а также точность реза заготовок (уменьшается брак и припуск металла на обработку). Следующим преимуществом изобретения является создание замкнутого магнитопровода из клеммы, выполненной в виде кольцевой пластины, металлического цилиндра и завихрителя, что усиливает продольное магнитное поле на выходе из плазмотрона, которые создают дополнительные силы, контрагирующие дуговой разряд, вследствие, чего снижается вероятность двойного дугообразования, повышается жесткость дуги, что в конечном итоге обеспечивает эксплуатационную надежность работы плазмотрона. Преимуществом является также выполнение полого электрода медным, а завихрителя и цилиндра из ферромагнитного материала, поскольку такое выполнение резко увеличивает ресурс выходного сопла, что позволяет увеличить количество резов на одном электроде и сопле, а следовательно, эксплуатационную надежность.

Ниже на основании чертежа приведен пример исполнения изобретения и поясняется принцип действия предмета изобретения. На чертеже показано принципиальное исполнение плазмотрона упрощенного вида, согласно изобретению.

Плазмотрон содержит выполненный из диэлектрического материала корпус 1, в котором размещен полый медный электрод 2 с разрядной камерой 3.

Электрод 2 фиксируется в корпусе 1 посредством медного кольцевого контакта 4 и завихрителя 5, выполненного из ферромагнитного материала, между которыми расположена диэлектрическая шайба 6.

К корпусу 1 посредством резьбового соединения крепится полое охлаждаемое сопло, состоящее из внутреннего медного 8 и наружного 9 корпусов, разделенных в нижней части уплотнительной диэлектрической прокладкой 10.

Рубашка охлаждения 11 электрода образована внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью электрода 2.

К медному кольцевому контакту 4, электрически соединенному с электродом 2, подсоединяется соленоид 12, установленный в рубашке охлаждения 11 электрода. Соленоид 12 с зазором 13 охватывает всю боковую поверхность электрода 2 и вторым кольцом подключен к клемме 14, выполненной в виде кольцевой пластины и расположенной с зазором 13 со стороны дна полого электрода 2.

Концентрично и с кольцевым зазором 13 к соленоиду установлен выполненный из ферромагнитного материала цилиндр 15, который закреплен внутри корпуса 1.

Ферромагнитный цилиндр 15 через диэлектрическую прокладку 16 и диэлектрическую шайбу 6 соединяет клемму 14 и завихритель 5, при этом образуется замкнутый магнитопровод для концентрации продольного магнитного поля в выходном канале 17 медного сопла 8.

Цилиндр 15 и завихритель 5 могут быть выполнены также из углеродистой стали.

К клемме 14 приварен штуцер 18 подвода воды, предназначенный и для подключения источника питания.

В верхней части корпуса установлены штуцера для слива воды 19 и подачи плазмообразующего газа 20.

Плазмотрон работает следующим образом.

На штуцер 18 подают охлаждающую воду, а на штуцер 20 - плазмообразующий газ, подключают штуцер 18 и корпус 9 к источнику электропитания и в разрядной камере 3 возбуждают дуговой разряд, который вихревым потоком газа, образованном в завихрителе 5, выдувают из канала 17 на обрабатываемое изделие. После шунтирования дуги на изделии сопло отключают от источника электропитания и основной ток дугового разряда протекает по электроду 2, дуге и изделию.

Основной ток дугового разряда (300-500 А), протекая по соленоиду 12, расположенному в рубашке охлаждения 11 электрода, создает продольное магнитное поле в разрядной камере 3 и далее в выходном канале 17.

Радиальный участок дуги, взаимодействуя с осевым магнитным полем, вращается и быстро перемещается по поверхности электрода 2 разрядной камеры 3, вследствие чего уменьшается время контакта дуги со стенками электрода и ресурс последнего возрастает не менее чем в 2 раза по сравнению с прототипом.

За счет создания замкнутого магнитопровода из клеммы 14, выполненной в виде кольцевой пластины, цилиндра 15, установленного концентрически и с зазором 13 относительно соленоида 12, и завихрителя усиливается продольное магнитное поле на выходе из плазмотрона, что создает дополнительные силы, контрагирующие дуговой разряд, вследствие чего снижаются вероятность двойного дугообразования и тепловая нагрузка на выходной канал 17 медного сопла 8, повышается жесткость дуги, что в конечном итоге повышает ресурс работы плазмотрона.

Экспериментально установлено, что при разрыве сплошной цепи магнитопровода, например при изготовлении клеммы 13 из меди и отсутствии стальной цилиндрической вставки 16, повышает вероятность двойного дугообразования. Так например, при токе дуги 300 А на внутренней поверхности медного сопла 8 после нескольких запусков (10-20) образуются следы шунтирования дуги и наплывы меди, что в конечном итоге приводит к быстрому прогару сопла (40-100 запусков). При цилиндрической вставке 15, выполненной из стали, стальной клемме 13 и стальном кольце-завихрителе 5 ресурс выходного сопла резко возрастает и составляет 200-400 запусков.

Использование: плазменная резка в электротехнической, машиностроительной, судостроительной и металлургической отраслях промышленности. Сущность изобретения: плазмотрон с полым электродом, рубашкой охлаждения, соплом и завихрителем снабжен корпусом из диэлектрического материала, установленными в рубашке охлаждения электрода концентричными соленоидом и охватывающим его металлическим цилиндром. Плазмотрон имеет клемму в виде кольцевой пластины, расположенной со стороны дна полого электрода. Рубашка охлаждения образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью электрода. Полый электрод выполнен медным, а цилиндр и завихритель выполнены из ферромагнитного материала. Наружная боковая поверхность полого электрода, соленоид и цилиндр установлены с кольцевыми зазорами. Соленоид соединен с клеммой, а металлический цилиндр соединен с клеммой и завихрителем. Конструкция устраняет пробой между корпусом, штуцерами и электродом, повышает ресурс работы электрода и сопла, а следовательно, и всего плазмотрона. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Плазмотрон, содержащий полый электрод с рубашкой охлаждения, сопло и расположенный между ними завихритель, отличающийся тем, что он снабжен корпусом из диэлектрического материала, установленными в рубашке охлаждения электрода концентричными соленоидом и охватывающим его металлическим цилиндром, а также клеммой в виде кольцевой пластины, расположенной со стороны дна полого электрода, рубашка охлаждения образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью электрода, полый электрод выполнен медным, а цилиндр и завихритель выполнены из ферромагнитного материала, при этом наружная боковая поверхность полого электрода, соленоид и цилиндр установлены с кольцевыми зазорами, соленоид соединен с клеммой, а металлический цилиндр соединен с клеммой и завихрителем. 2. Плазмотрон по п.1, отличающийся тем, что цилиндр и завихритель выполнены из углеродистой стали