ПЛАЗМОТРОН Российский патент 2007 года по МПК B23K10/00 

Изобретение относится к области плазменной обработки металлов, а именно к устройствам для плазменной наплавки, сварки, резки черных и цветных металлов.

Известен плазмотрон, содержащий полый цилиндрический электрод, корпус с закрепленными на нем плазмообразующим и защитным соплами и выполненными в корпусе 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 кольцевым 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 (см. патент РФ №2060130, кл. В23K 10/60).

Этот плазмотрон достаточно прост по конструкции, имеет небольшие габариты и массу, 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. Кроме того, в известном плазмотроне существует электрическая связь плазмообразующего и защитного сопл, что повышает возможность двойного дугообразования при касании защитным соплом изделия и создания аварийного режима при работе плазмотрона.

Известен плазмотрон, содержащий полый цилиндрический электрод, корпус с закрепленным на нем плазмообразующим соплом и выполненными в нем каналами для подвода плазмообразующего газа, снабженного двумя изоляционными втулками, установленными между корпусом и электродом на противоположных концах корпуса. На корпус при помощи двух изоляционных втулок установлен кожух с закрепленным на нем защитным соплом и выполненными в нем каналами для подвода защитного газа и отвода охлаждающей жидкости. Система охлаждения включает в себя трубопровод, установленный в полости электрода, кольцевые каналы между корпусом и электродом, электродом и трубопроводом, корпусом и кожухом соответственно, перепускные радиальные каналы, выполненные в электроде и корпусе и соединяющие кольцевые каналы (см. патент РФ №2198772, кл. В23K 10/60). Плазмотрон обладает эффективным охлаждением и повышенной надежностью в работе вследствие электрической изоляции плазмообразующего и защитного сопл при помощи изоляционных втулок, установленных между корпусом и кожухом.

Однако при зажигании плазменной дуги высоковольтным высокочастотным разрядом возможен электрический пробой в кольцевом канале между корпусом и электродом, что может привести к аварийной ситуации и выходу из строя плазмотрона. Вероятность пробоя возрастает при использовании источников сварочного тока с высоким напряжением холостого хода, например при плазменной резке и напылении (напряжение холостого хода более 300 В).

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности плазмотрона за счет исключения возможности электрического пробоя между электродом и корпусом при зажигании плазменной дуги высоковольтным высокочастотным разрядом при сохранении высокой эффективности охлаждения теплонагруженных узлов и без увеличения поперечных габаритов плазмотрона.

Задача решается усовершенствованием известного плазмотрона. Предлагаемый плазмотрон содержит корпус, кожух, плазмообразующее и защитное сопла, выполненные в корпусе каналы для подвода плазмообразующего газа, выполненные в кожухе канал для подвода защитного газа и канал для отвода охлаждающей жидкости, установленные в полости корпуса переднюю и заднюю изоляционные втулки. Втулки соединены между собой при помощи замкового сопряжения. Во втулках установлен полый электрод. На корпусе установлены передняя и задняя изоляционные втулки, на которые помещается кожух. Плазмотрон имеет единую систему охлаждения корпуса, электрода, плазмообразующего сопла и кожуха. Система охлаждения включает в себя трубопровод, кольцевые каналы: канал между электродом и трубопроводом, канал между электродом и внутренними изоляционными втулками, расположенный в осевом направлении в проточке, выполненной на внешней поверхности электрода, канал между внутренними изоляционными втулками и корпусом, расположенный в осевом направлении в проточке на внутренней поверхности корпуса, канал между корпусом и кожухом, расположенный в осевом направлении между наружными изоляционными втулками, перепускные радиальные каналы в электроде, соединяющие кольцевые каналы внутри и снаружи электрода, перепускные радиальные каналы в верхней изоляционной втулке, установленной в полости корпуса, соединяющие кольцевые каналы на внешней поверхности электрода и внутри корпуса, перепускные радиальные каналы в корпусе, соединяющие кольцевые каналы внутри корпуса и внутри кожуха и отводящий канал в кожухе.

Предлагаемый плазмотрон отличается от плазмотрона по прототипу тем, что установленные в полости корпуса передняя и задняя изоляционные втулки соединены между собой при помощи замкового сопряжения. На внешней поверхности электрода между внутренними изоляционными втулками выполнена проточка, образующая кольцевой канал между электродом и втулками. На внутренней поверхности корпуса между внутренними изоляционными втулками выполнена проточка, образующая кольцевой канал между корпусом и втулками. В верхней втулке выполнены перепускные радиальные каналы, соединяющие кольцевые каналы между электродом и втулками и между корпусом и втулками. Перепускные радиальные каналы, выполненные в электроде и корпусе, расположены на противоположных концах кольцевых каналов относительно перепускных каналов, выполненных в верхней части изоляционных втулок.

Полное разделение электрода и корпуса изоляционными втулками, соединенными между собой при помощи замкового сопряжения, исключает возможность электрического пробоя в кольцевом канале между корпусом и электродом при зажигании плазменной дуги высоковольтным высокочастотным разрядом. Выполнение кольцевых каналов между электродом и изоляционными втулками и между корпусом и изоляционными втулками за счет проточек в соответствующих элементах позволяет избежать увеличения радиальных размеров плазмотрона. Расположение перепускных каналов в верхней изоляционной втулке, электроде и корпусе на противоположных концах кольцевых каналов обеспечивает максимальную поверхность контакта охлаждаемых узлов с жидкостью, что повышает эффективность системы охлаждения.

На фиг.1 показан общий вид плазмотрона с продольным разрезом по системе подвода и отвода охлаждающей жидкости и системе подвода защитного газа.

На фиг.2 показан плазмотрон с продольным разрезом по системе подвода плазмообразующего газа и системе охлаждения (для повышения четкости чертежа отдельные детали показаны в увеличенном масштабе).

Плазмотрон содержит корпус 1, кожух 2, плазмообразующее сопло 3, установленное на корпусе 1, защитное сопло 4, установленное на кожухе 2, выполненные в корпусе 1 каналы 5 для подвода плазмообразующего газа, выполненный в кожухе 2 канал 6 для подвода защитного газа, установленные в полости корпуса 1 переднюю 7 и заднюю 8 изоляционные втулки, соединенные между собой при помощи замкового сопряжения 9. Во втулке 7 головной своей частью «а» установлен полый электрод 10, задняя часть «b» которого (хвостовик) установлена во втулке 8. На корпусе 1 установлены передняя 11 и задняя 12 изоляционные втулки, на которые помещается кожух 2. Плазмотрон содержит единую водяную систему охлаждения электрода 10, корпуса 1, плазмообразующего сопла 3 и кожуха 2. Система охлаждения включает в себя расположенный по оси плазмотрона трубопровод 13 для подвода охлаждающей жидкости в полость «d» электрода 10 и выполненный в кожухе 2 канал 14 для отвода охлаждающей жидкости. Трубопровод 13 образует с электродом 10 кольцевой канал 15. Электрод 10 образует с втулками 7, 8, корпусом 1 и кожухом 2 кольцевые каналы 16, 17 и 18. Канал 16 образован проточкой, выполненной на внешней поверхности электрода 10, канал 17 - проточкой на внутренней поверхности корпуса 1. Кольцевые каналы 15 и 16 соединены перепускными радиальными каналами 19, выполненными в электроде 10 и расположенными в нижней части кольцевого канала 16. Кольцевые каналы 16 и 17 соединены перепускными радиальными каналами 20, выполненными в верхней изоляционной втулке 8 и расположенными в верхней части канала 17. Кольцевые каналы 17 и 18 соединены перепускными радиальными каналами 21, выполненными в корпусе 1 и расположенными в нижней части каналов 17 и 18. Подвод воды осуществляется по каналу 22. Крепление электрода 10 и герметизация кольцевых каналов 16 и 17 производится гайкой 23. Крепление кожуха 2 на корпусе 1 и герметизация кольцевого канала 18 осуществляется гайкой 24 через шайбу-изолятор 25.

При работе плазмотрона охлаждающая жидкость по каналу 22 трубопровода 12 подается к рабочей зоне электрода 10 (полость «d»), заполняет кольцевой канал 15, охлаждая при этом электрод 10 изнутри. Из канала 15 через каналы 19 охлаждающая жидкость поступает в кольцевой канал 16, охлаждая электрод 10 снаружи, далее через каналы 20 жидкость поступает в кольцевой канал 17, охлаждая корпус 1 изнутри. По каналам 21 охлаждающая жидкость подается в кольцевой канал 18, охлаждая корпус 1 снаружи и кожух 2, и отводится на слив по каналу 14. Охлаждение сопл 3 и 4 осуществляется через надежный тепловой контакт в корпус 1 и кожух 2 соответственно, а также плазмообразующим и защитным газами.

Плазмообразующий газ через каналы 26 и 5 поступает в полость плазмообразующего сопла 3, защитный газ по каналу 6 поступает под защитное сопло 4.

Лабораторные испытания опытного образца плазмотрона с габаритами, равными D29 × 70 мм, и массой 0,3 кг при расходе охлаждающей жидкости (воды) 2,5 л/мин показали высокую надежность работы при сварочном токе до 450 А. При этом была исключена возможность электрического пробоя между электродом и корпусом плазмотрона при зажигании плазменной дуги высоковольтным высокочастотным разрядом при использовании источника питания сварочного тока с напряжением холостого хода 300 В.

Изобретение относится к плазмотрону и может найти применение для плазменной наплавки, сварки, резки черных и цветных металлов. В корпусе (1) плазмотрона выполнены каналы (5) для подвода плазмообразующего газа. В кожухе (2) выполнен канал для подвода защитного газа (6). Втулки (7) и (8) соединены между собой при помощи замкового сопряжения (9) и в них установлен полый электрод (10). Плазмотрон имеет единую систему охлаждения корпуса (1), электрода (10), плазмообразующего сопла (3) и кожуха (2). Система охлаждения включает в себя трубопровод (13), кольцевые каналы: (15) - между электродом (10) и трубопроводом (13), (16) - между электродом (10) и внутренними изоляционными втулками (7 и 8), расположенный в осевом направлении в проточке, выполненной на внешней поверхности электрода (10), (17) - между внутренними изоляционными втулками (7 и 8) и корпусом (1), (18) - между корпусом и кожухом, перепускные радиальные каналы (19) в электроде (10), соединяющие кольцевые каналы (15 и 16), перепускные радиальные каналы (20) в верхней втулке-изоляторе (8), соединяющие кольцевые каналы (16 и 17), перепускные радиальные каналы (21) в корпусе, соединяющие кольцевые (17 и 18) и отводящий канал (14) в кожухе (2). Техническим результатом изобретения является повышение надежности плазмотрона за счет исключения возможности электрического пробоя между электродом и корпусом при зажигании плазменной дуги высоковольтным высокочастотным разрядом при сохранении высокой эффективности охлаждения теплонагруженных узлов и без увеличения поперечных габаритов плазмотрона. 2 ил.

Плазмотрон, содержащий полый цилиндрический электрод, корпус, в котором выполнены каналы для подвода плазмообразующего газа, закрепленное на корпусе плазмообразующее сопло, установленные с противоположных концов корпуса между ним и электродом две изоляционные втулки, установленный на корпусе при помощи двух изоляционных втулок, расположенных на внешней стороне корпуса на противоположных концах, кожух с закрепленным на нем защитным соплом и выполненными в нем каналами для подвода защитного газа и отвода охлаждающей жидкости, систему охлаждения с центральным и соосными с ним кольцевыми каналами, соединенными между собой и расположенными в электроде, кольцевыми каналами, образованными между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью кожуха и в осевом направлении - между внешними изоляционными втулками, и перепускные радиальные каналы, выполненные в электроде и корпусе, отличающийся тем, что изоляционные втулки, установленные между корпусом и электродом, соединены между собой при помощи замкового сопряжения, кольцевые каналы системы охлаждения в виде проточек, образованные между изоляционными втулками, электродом и корпусом, выполнены на внешней стороне электрода и внутренней стороне корпуса и в осевом направлении - между изоляционными втулками и соединены в верхней части перепускными радиальными каналами, выполненными в верхней изоляционной втулке, а перепускные радиальные каналы, выполненные в электроде и корпусе, расположены на противоположных концах кольцевых каналов относительно перепускных каналов, выполненных в верхней части изоляционных втулок.