Способ плазменной обработки плазмотроном с секционированным каналом Советский патент 1990 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к способам плазменной обработки плазмотронами с секционированными каналами и может быть применено в процессах плазменной технологии в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение стабильности возбуждения электрической дуги между катодом.и выходным соплом плазмотрона.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы изменения потенциалов катода, секций, выходного сопла и электрического тока между катодом и выходным соплом при осуществлении способа; на фиг. 2 - приведена электрическая схема для реализации способа; на фиг. 3 - временная диаграмма ее работы.

Способ осуществляют следующим образом.

В начальный момент (to) на катод подают отрицательный потенциал, а на выходное сопло - положительный. На секциях нет потенциала. В момент ti производят смену потенциалов катода и выходного сопла на обратные, а на секции подают отрицательный потенциал. Однако, так как тока между катодами и соплом нет, то до момента ti потенциалы на катоде и выходном сопле могут быть нулевые и на запуск плазмотрона это не повлияет. Затем в момент t2 в канал плазмотрона подают газ и осуществляют электрический пробой между катодом и ближайшей к нему секцией, в результате чего возбуждается электрическая дуга между секцией

ел

Ј N9 1

00 Јь

и катодом, которая под действием потока газа перемещается вдоль канала плазмотрона с секции на секцию. В момент ts электрическая дуга выносится на выходное сопло и между катодом и выходным соплом начинает протекать электрический ток обратного направления. Этот момент может быть определен по появлению электрического тока в токоподводе к выходному соплу либо визуально по достижению плазменной струей максимальной длины. В момент отключают потенциал с секцией, чтобы предотвратить шунтирование на них электри- I ческой дуги.

Для перехода к электрической дуге с исходной полярностью потенциалов (отрицательный - на катоде и положительный - на выходном сопле) в момент ts отключают обратные потенциалы с катода и выходного сопла и электрический ток между ними прекращается. Однако одновременно с отключением обратных потенциалов подавать на катод и выходное сопло исходные потенциалы нельзя, так как все известные отключающие устройства запираются в течение определенного времени и может произойти разрушение устройств вследствие короткого замыкания. Однако длительность паузы между отключением обратных потенциалов (ts) и подачей исходных потенциалов на катод и выходное сопло (te) ограничена временем сохранения проводимости плазмы в канале плазмотрона, достаточной для невозбуждения электрической дуги при подаче исходных потенциалов. Установлено, что допустимое время паузы возврастает при увеличении разности потенциалов катод - выходное сопло, уменьшении длины канала (например, за счет уменьшения числа секций), уменьшении скорости плазмообразующего газа в канале плазмотрона и увеличении электрического тока дуги при обратных полярностях потенциалов.

Допустимая длительность паузы может быть оценена из условия, что напряженность электрического поля в промежутке, возникшем за время паузы между катодом и плазменным столбом вследствие движения плазмы в канале плазмотрона, больше напряженности пробоя холодного плазмообразующего газа

AU- d2/G- En,

где т - допустимая длительность паузы при изменении полярностей потенциалов катода и выходного сопла с обратных на исходные; AU - разность потенциалов между катодом и выходным соплом при исходных полярностях; d -диаметр канала плазмотрона; G -объемный расход плазмообразующего газа;

Е - напряженность пробоя холодного плазмообразующего газа,

К - коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности и формы электродов, зависимость скорости потока плазмы в канале 5от величины тока электрической

дуги при обратных полярностях, влияние длины канала и т. д. Плазмотрон 1 состоит из катода 2, металлических секций 3, разделенных изоля- 10 ционными прокладками 4, через отверстия 5 в которых подают плазмообразующий газ 6 в канал плазмотрона, и выходного сопла 7. Работой электрической схемы по заложенной программе управляет контроллер 8.

15 в начальный момент все полупроводниковые приборы V1-V4 закрыты и на катоде, секциях и выходном сопле нет потенциалов. В момент ti контроллер 8 открывает транзисторы Vt,, VZ и включает 0 реле Р1. В результате на катод 2 подается положительный потенциал источника 9 постоянного тока, а на выходное сопло 7 - отрицательный потенциал. Вследствие замыкания контактов KPI на секции подается отрицательный потенциал. 5 В момент 2 замыкают кнопку К2 и на повышающий трансформатор ТР подают высокочастотное напряжение от источника 10. Дроссель ДР и конденсатор CI защищают полупроводниковые приборы VI и V4 и источник 9 от высокочастотного напряжения. Под действием высоковольтного ВЧ-напряжения происходит электрический пробой между катодом 2 и ближайшей к нему секцией 3 и возбуждается электрическая дуга, которая в момент ta выносится потоком газа на выходное сопло 7, в резуль- тате чего срабатывает токовое реле Рт, включенное в цепь выходного сопла 7.

После замыкания контактов КРт токового реле Рт контроллер 8 в момент i закрывает транзисторы VI, V2 и отключа- 0 ет реле Р1, а в момент ts открывает тиристоры V(3), V(4) в результате чего на катод подается отрицательный потенциал, а на выходное сопло - положительный. Пауза между моментами t4 т ts программируется в контроллере 8 длительностью, достаточ- ° ной для возникновения тока электрической дуги между катодом 2 и выходным соплом 7 при включении тиристоров V3, V4. Вместо транзисторов VI л V2. могут быть использованы тиристорные ключи или любые 0 ДРУгие быстродействующие переключающие устройства.

Пример. Зажигание дуги осуществляли в плазмообразующем секционированном канале с длиной, равной 0,23 м. Напряжение на дуге 200 В, тог дуги 70 А, от- ношение м/с. Время мкс. Возбуждение дуги стабильно.

Предложенное возбуждение электричес кой дуги в плазмотроне с секционированным каналом позволяет производить стабильный запуск плазмотрона как с изолированными друг от друга, так и закороченными между собой секциями, а простота реализующей способ электрической схемы обеспечивает надежность ее работы, компактность и удобство эксплуатации.

Формула изобретения

Способ плазменной обработки плазмотроном с секционированным каналом, при ко- тором возбуждают дугу, а обработку ведут дугой прямой полярности, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности возбуждения дуги, перед ее возбуждением на секции канала подают отрицательное напряжение, на катод-положительное, на сопло - отрицательное, а после возбуждения дуги между катодом и соплом снимают напряжение с секций канала и меняют полярность напряжений на катоде и сопле на ту, при которой ведется обработка, в течение времени сохранения проводимости плазмы в канале плазмотрона, достаточной для возбуждения дуги на прямой полярности.

Изобретение относится к способам плазменной обработки плазмотроном с секционированным каналом и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение стабильности возбуждения электрической дуги между катодом и выходным соплом плазмотрона. Перед возбуждением дуги на секции плазмообразующего канала подают отрицательное напряжение, на катод - положительное, на сопло - отрицательное. После возбуждения дуги между катодом и соплом снимают напряжение с секций канала и меняют полярность напряжений на катоде и сопле на ту, при которой ведется обработка. Время изменения полярности ограничено временем сохранения проводимости плазмы в канале плазмотрона, достаточным для возбуждения дуги на прямой полярности, на которой ведется плазменная обработка. Способ позволяет стабилизировать зажигание дуги в канале плазмотрона как с изолированными друг от друга секциями, так и закороченными секциями. 3 ил.

фиг.{

В

Pi -°1

Щ %-v3

v;

о уиг.г