Плазмообразующая газовая смесь Советский патент 1992 года по МПК B23K7/00 

Изобретение относится к электродуговой, преимущественно плазменной, обработке металлов плазменной горелкой с целью восстановления деталей и создания защитных покрытий с использованием для плазмообразования смесей газов, обеспечивающих возобновление электрода в процессе горения дуги.

Наиболее близкой к предлагаемой является газовая плазмообразующая смесь, используемая для плазменной обработки в плазмотронах с постоянно возобновляющимся катодом, содержащая моноокись углерода и химически активный газ (двуокись углерода или кислород).

Недостатками данной смеси являются окисление напыляемого материала, необходимость точной дозировки составляющих компонентов смеси во время обработки, содержащихся в баллонах под избытком давления, а также доставка баллонов с газами на рабочее место.

Целью изобретения является повышение эффективности плазменной обработки.

Указанная цель достигается за счет использования газовой плазмообразующей

смеси, содержащей, об.%: окись углерода 12-18; двуокись углерода 10-15; водородО,5- 2,5; азот остальное.

Присутствие в газовой смеси водорода в количестве 0,5-2,5 об,%, обладающего высокой энтальпией, способствует быстрому прогреву напыляемого материала и основы, что повышает эффективность плазменной обработки и позволяет при этом избежать разрушение катода.

Сохранение соотношения оксида и диоксида углерода в указанных концентрационных пределах способствует постоянству скоростей испарения и осаждения углерода, обеспечивая работу катода длительное время в режиме постоянного возобновления.

Введение в состав рабочей смеси азота в количестве 69,5-72,5 об.% способствует повышению эффективности процесса напыления, поскольку он, наряду с водородом, обладает высокой энергией ионизации, кроме того, создает инертную среду, предотвращающую окисление порошка напыляемого материала, и исключает участие жесткого окислителя (кислорода воздуСО

с

VI

со

Ј о

00

ха) в процессе формирования постоянно возобновляющегося катода.

Указанную плазмообразующую смесь газов получают непосредственно в автономном генераторе при пропускании воздуха через нагретый от 650 до 720°С углерод.

Пример 1. В плазмотроне с углерод- содержащим катодом зажигают дугу в среде плазмообразующей смеси газов, получаемой непосредственно в генераторе путем окисления углерода кислородом воздуха при 650°С. При этой температуре получают плазмообразующую смесь газов, содержащую, об.%: окись углерода 12; двуокись углерода 15; азот 72,5, водород 0,5. Дугу поддерживают на токе 150 А. Расход плаз- мообразующего газа 2000 л/ч. В указанных условиях дуга горит стабильно, катод постоянно возобновляется углеродом в результате диссоциации его окиси, о чем свидетельствует неизменность теплового потока в катод, определяемого калориметрически.

При снижении температуры ниже 650°С концентрация двуокиси углерода растет, а окиси падает, поскольку константа равновесия реакции окисления углерода кислородом воздуха смещается при понижении температуры в сторону образования более устойчивого соединения - двуокиси углерода. Так, например, уже при 600°С концентрация двуокиси углерода возрастает до 20,5 об.% концентрация окиси углерода снижается до 1,5 об.% , азота 78 об.%, водорода 0,01 об.%, но увеличение в плазмообразую- щем газе содержания окислителя (С02) выше 15 об.% приводит к снижению концентрации восстановителя (СО) ниже 12 об,%, что не обеспечивает постоянства режима возобновления углеродного катода из углерода - продукта пиролиза оксида углерода, проявляющегося в выгорании углеродного эммитера катода.

Пример 2. В плазмотроне с углерод- содержащим катодом зажигают дугу в среде плазмообразующей смеси газов, получаемой непосредственно в генераторе путем окисления углерода кислородом воздуха

при 720°С. При данной температуре получают плазмообразующую смесь газов, содержащую, об.%: окись углерода 18; двуокись углерода 10; азот 69,5; водород 2,5; Дугу

поддерживают на токе 160 А. Расход плаз- мообразующего газа 2500 л/ч.

В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в плазмооб- разующем газе отсутствует несвязанный

0 углерод.

При повышении температуры в генераторе выше 720°С увеличивается концентрация оксида углерода (восстановителя) за счет конверсии двуокиси углерода в оксид.

5 Так, при 800°С степень превращения двуокиси углерода в окись составляет 82%, что приводит к появлению несвязанного углерода в плазмообразующем газе и отложению его на катоде в виде сажи, тем самым

0 вызывая делокализацию катодного пятна.

Пример 3. В плазмотроне с углерод- содержащим катодом зажигают дугу в среде плазмообразующей смеси газов, получаемой непосредственно в генераторе при

5 окислении углерода кислородом воздуха при 690°С. При данной температуре получают плазмообразующую смесь газов, содержащую, об.%: оксид углерода 15; двуокись углерода 12; азот 72; водород 1. Дугу под0 держивают на токе 150 А. Расход плазмооб- разующего газа 2300 л/ч. Дуга горит стабильно, формируется постоянно возобновляющийся катод, а в плазмообразующем газе полностью отсутствует несвязанный уг5 лерод.

Формула изобретения Плазмообразующая газовая смесь для плазменной обработки плазмотроном с по0 стоянно возобновляющимся катодом, содержащая моноокись углерода и химически активный газ, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса плазменной обработки, смесь дополни5 тельно содержит водород и азот при следующем соотношении компонентов, об.%; окись углерода 12-18; двуокись углерода 10-15; водород 0,5-2,5; азот остальное.

Использование; плазменно-дуговая обработка горелкой с постоянно-возобновляющимся катодом. Сущность изобретения: плазмообразующая газовая смесь содержит, об.%: окись углерода 12-18; двуокись углерода 10-15; водород 0,5-2,5: азот остальное. Газовую смесь получают путем пропускания воздуха через нагретый углерод при 650-720°С.