ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Советский патент 1995 года по МПК H05B7/22 B05B7/22 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для нагрева газов до высоких температур с помощью электрической дуги, и может быть использовано в плазмохимических, металлургических и металлообрабатывающих технологических процессах, в частности, для нанесения всевозможных покрытий, а также в исследовательских целях.

Известен плазмотрон, содержащий торцевой катод, сопло-анод, вихревую камеру подачи газа, где сопло содержит кроме центрального основного отверстия дополнительные каналы. Через дополнительные каналы происходит выброс пристенного холодного газа, имеющего, в отличие от высокотемпературного ядра потока, тангенциальную составляющую скорости. Поэтому через центральное отверстие сопла проходит газ, имеющий преимущественно осевую составляющую скорости. Привязка анодного пятна происходит прямо на сопло по поверхности между центральным отверстием и дополнительными каналами и перемещается по указанной поверхности. Ввод порошка может производиться как на выходе сопла, так и в любом сечении центрального отверстия через радиальное сверление.

Существенным недостатком плазмотрона является следующее. Для каждого режима работы устройства необходимо подбирать соотношение между площадью сечения центрального отверстия и суммарной площадью дополнительных каналов, т. к. отток газа через них устанавливается самопроизвольно. Кроме того, привязка анодного пятна к соплу-аноду уменьшает срок его службы.

Наиболее близким техническим решением является электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий, содержащий установленные вдоль продольной оси изолированные друг от друга катод, межэлектродную вставку, кольцевой анод и выходное сопло с радиальным отверстием ввода порошка 2.

Недостатком указанного плазмотрона является следующее. Анодное пятно под действием закрученного потока газа и магнитной подкрутки соленоидом совершает круговые движения. Поэтому в сопло газовый поток входит, имея высокотемпературное центральное незакрученное ядро и холодный периферийный слой газа, имеющий тангенциальную составляющую скорости, которая выбрасывает вводимый в сопло порошок на периферию. Это ведет к неравномерности прогрева порошка, а следовательно, к снижению качества покрытия.

Целью изобретения является повышение качества покрытия путем увеличения равномерности прогрева порошка. Для достижения указанной цели в электродуговом плазмотроне, содержащем установленные вдоль продольной оси изолированные друг от друга катод, межэлектродную вставку, кольцевой анод и выходное сопло с радиальным отверстием ввода порошка, выходное сопло выполнено в виде сопла Лаваля, на его внутренней поверхности от входного торца к цилиндрической части выполнены по меньшей мере два равномерно-расположенных по окружности сквозных паза, а отверстие ввода порошка расположено между указанными пазами.

На фиг.1 представлен общий вид плазмотрона; на фиг.2 разрез по А-А фиг. 1.

Плазмотрон состоит из торцевого катода 1, завихрительного аппарата 2, протяженного цилиндрического канала 3, который может быть выполнен в виде набора изолированных друг от друга шайб. Выходной узел состоит из кольцевого анода 4 и выходного сопла Лаваля 5. На внутренней поверхности сопла выполнены пазы 6 и радиальное отверстие для ввода порошка 7, которое располагается между пазами. Разделение функций анода и сопла позволяет использовать внешнее магнитное поле соленоида 8 для увеличения скорости перемещения анодного пятна по поверхности электрода.

Работа плазмотрона начинается с подачи рабочего газа через завихрительный аппарат 2, поджига электрической дуги, которая устанавливается по центру канала 3 и замыкается одним концом на эмиссионную вставку катода 1, другим на поверхность анода 4. Под действием закрученного потока газа, а также магнитной подкрутки, анодное пятно совершает круговые движения по поверхности электрода 4. Перед входом в сопло газовый поток состоит из высокотемпературного ядра, сформированного тепловым слоем дуги, и холодного периферийного слоя газа. Высокотемпературное ядро не имеет тангенциальной составляющей скорости, в то время, как периферийный поток сохраняет интенсивную закрутку. Закрутка пристенного газа может усиливаться и за счет движения опорного участка дуги под действием магнитного поля. При входе в сопло происходит разделение: ядро потока проходит через центральное отверстие сопла, а периферийный поток по пазам 6. Газ, проходя по пазам, теряет закрутку и вновь соединяется с ядром в центральном отверстии сопла. Таким образом, на всем протяжении центрального отверстия поток имеет только осевую скорость. Для сохранения симметрии потока выбирается по меньшей мере два паза 6, причем площадь может быть сравнимой или даже большей, чем площадь центрального отверстия сопла.

Отвод периферийного газа по пазовым каналам и вновь слияние его с ядром потока решает еще одну важную задачу коллимацию струи с порошком.

Порошок вводится в ядро на участке пазов 6. От точки ввода отверстия 7 вниз по течению происходит смещение и распределение порошка по сечению струи, при этом последующий подвод газа из пазов способствует его сосредоточению в центральной высокотемпературной области, прогреву и набору скорости. Все это необходимо для обеспечения наименьшей величины удельной эрозии материала, достижения большого ресурса работы и увеличения равномерности прогрева порошка.

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащий установленные вдоль продольной оси изолированные друг от друга катод, межэлектродную вставку, кольцевой анод и выходное сопло с радиальным отверстием ввода порошкового материала, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытия путем увеличения равномерности прогрева порошка, выходное сопло выполнено в виде сопла Лаваля, на его внутренней поверхности от входного торца к цилиндрической части выполнены по меньшей мере два равномерно размещенных по окружности сквозных паза, а отверстие ввода порошка расположено между указанными пазами.