Плазмотрон Советский патент 1992 года по МПК B23K10/00 

Изобретение относится к плазменной обработке материалов, в частности к низкотемпературным плазменным устройствам, и может быть использовано при механизированной и ручной плазменной резке, сварке, напылении и других видах обработки материалов.

Известна горелка для плазменной резки, содержащая изол ятор с закрепленными на нем наружными и внутренними соплами, электродом, установленным в электродо- держателе, и крышкой камеры для охлаждающей среды. При этом в стенке изолятора выполнено отверстие, соединяющее камеру с полостью между внутренним и наружным соплами.

Система охлаждения горелки работает следующим образом.

Охладитель из камеры через отверстие в изоляторе вытекает в полость и далее в зону резки. Такая система называется разомкнутой и имеет ряд сущестбенных недостатков: безвозвратная потеря Ъхладителя и неконтролируемое его воздействие на зону плазменно-дуговой обработки, что может приводить к закалке кромок реза и короблению обрабатываемой детали.

Известен плазмотрон, который содержит стационарную часть с каналами для плазмообразующей и охлаждающей сред и сменную часть, содержащую водоохлажда- емый электрододержатель с электродом, .изолирующий корпус, сопловой узел и кожух. В телеэлектрододержателя выпдлнены каналы для подачи плазмообразующего газа в сопловуй) камеру, для вывода охла ждающей воды из сменной части, для прохода охлаждающей воды к электрбду и в контур охлаждения соплового узла. Для прохода охлаждающей воды в изолирующем корпусе выполнены отверстия.

Недостатком описанного решения являются его невысокие эксплуатационные свойства, связанные с низкой надежностью зажигания дежурной дуги, которая обусловлена пробоем зазора между эяектрододер- жателем и кожухом через водоподводящие отверстия в изолирующем корпусе. Указанный пробой шунтирует рабочий промежуток между электродом и соплом. В зоне пробоя происходит электроэрозионное разрушение внутренней поверхности Стенки кожуха с образованием раковин и загрязнением охлаждающей воды продуктами эрозии.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных свойств плазмотрона путем повышения надежности зажигания дежурной дуги

Нэ фиг 1 предгтавлен плазмотрон, общий вид- на фиг 2 сечение А-А на фиг 1

Плазмотрон для обработки материалов содержит сопло 1, электрододержатель 1 с проточками За, соединенной с подводящей 4 и 36, с отводящей 5 воду коммуникациями,

изолирующий корпус 6 с каналами 7а для подвода воды в контур охлаждения соплового узла и ее отвода 76, кожух 8, изолирующий элемент 9, размещенный между изолирующим корпусом 6 и кожухом 8.

0 На наружной поверхности изолирующего корпуса выполнены выточки Юа и 106, образующие между изолирующим корпусом 6 и изолирующим элементом 9 полости, при этом выходные отверстия каналов 7а и 76

5 располагаются на поверхностях 11а и 116 выточек Юа и 106, а сами каналы 7а и 76 соединены с проточками За и 36. Электрододержатель 2 имеет канавки 12 завихрите- ля. Выточки Юа и 106 соединены между

0 собой кольцевой полостью 13.

Предлагаемая конструкция имеет следующие варианты: выточки fOa и 106 выполнены на диаметрально противоположных сторонах изолирующего корпуса 6, а их по5 перечное сечение имеет серповидную форму; между кожухом 8 и изолирующим корпусом 6 соосно и без зазора устанавливается изолирующий элемент 9, выполненный в виде втулки; длина выточек Юа и 106

0 не превышает длины изолирующего элемента 9, а края каналов 7а и 76 совмещены с краями выточек Юа и 106.

Плазмотрон работает следующим образом.

5 Плазмотрон устанавливается в эксплуатационное положение и в него подается плазмообразующий газ (ПОГ) и охладитель - вода. Проходя по каналу 7а и проточке За электрододержателя 2 вода через серповид0 ную полость Юа в изолирующем корпусе 6 попадает в кольцевую полость 13 (в контур охлаждения соплового узла), образованную соплом 1 и кожухом 8, и проходит в полость, образованную выточкой 106, выполненной

5 на противоположной стороне в изолирующем корпусе 6 и размещенной между ними и изолирующим элементом 9 и далее через отверстие канала 76 в проточку 36 и отводящий канал 5. После подачи воды и ПОГ в

0 сопловом узле между катодом и соплом зажигается дежурная дуга, которая выдувается из отверстия сопла 1 вместе с ПОГ наружу и при соприкосновении с поверхностью металла образует основную плазменную дугу. Поскольку между электрододержателем 2 и

5 кожухом 8, имеющими разные потенциалы установлен диэлектрический изолирующий элемент 9, то шунтирования дежурной дуги по каналам 7а и 76, заполненным электропроводным охладителем (водой), не происходит, а дуга загорается в сопловом узле в промежутке между катодом и соплом 1, при этом плазмообразующий газ испытывает закрутку в канавках 13 завихрителя.

При выполнении на противоположных сторонах изолирующего корпуса б выточек 10а и 106. имеющих серповидную форму, охлаждающая вода из подводящей коммуникации 4 через проточку За и входной канал 7а поступает в выточку 10а, затем по кольцевой полости 13 переходит в противоположную выточку 106 и через выходной канал 76 и проточку 36 попадает в отводящую коммуникацию 5

При размещении между кожухом 8 и изолирующим корпусом 6 изолирующего элемента 9 охлаждающая вода протекает по полостям, образованным выточками 10а и 106, при этом электрододержатель 2 и кожух 8 разделены зазором с высокой электрической прочностью на пробой за счет установки между электрододержателем 2 и кожухом 8 изолирующего элемента 9, Это исключает пробой зазора при включении плазмотрона

Выполнение выточек Юа и 106 с длиной, не превышающей длины изолирующего элемента 9, и совмещение краев изолирующего корпуса 6 с краями выточек Юа и 106 обеспечивает беспрепятственный подвод и отвод охлаждающей воды в контур соплового узла, а также дополнительно увеличивает электрическую прочность зазора между электрододержателем 2 и кожухом 8 в местах, которые наиболее ослаблены минимальным расстоянием между разнопо- лярными эяектрододержателем 2 и кожухом 8, а именно в районе каналов 7а и 76 - в верхней части плазмотрона и канавок 12 завихрителя - в нижней части плазмотрона.

Повышение надежности зажигания дежурной дуги достигается тем, что между изолирующим корпусом 6 и кожухом 8 установлен диэлектрический изолирующий элемент 9, вследствие чего повышается электрическая прочность на пробой зазора между электрододержателем 2 и кожухом 8 В результате при запуске плазмотрона полностью исключается пробой этого зазора в районе канавок 12 завихрителя и через отверстия 7а и 76, подводящие и отводящие охлаждающую воду, весь ток дежурной дуги через зазор между катодом и соплом 1. Кроме того, исключается эрозия внутренней поверхности кожуха 8 Выполнение выточек Юа ич10б на наружной поверхности изолирующего корпуса 6, выполнение выходных Отверстий каналов 7а и 76 изолирующего корпуса 6 на поверхности выточек Юа и 106 и соединение их с проточками За и 36 электрододержателя 2 и коммуникациями 4 и 5 обеспечивает надежную циркуляцию ох лаждающей жидкости в сопловом узле и интенсивный теплоотход от поверхности

изолирующего корпуса 6 за счет большой протяженности контура выточек Юа и 106 и их вытянутой формы.

Серповидная форма выточек Юа и 106 приводит к плавным очертаниям контура се0 чения изолирующего корпуса, близким к овальным, и исключает появление острых углов в точках Б.В.Г.Д, что видно из сечения А-А на фиг.1 Плавная, без острых углов форма изолирующего корпуса 6 приводит к

5 уменьшению неоднородностей электромагнитного поля в зазоре между разнополяр- ными электрододержателем 2 и кожухом (анодом) 8, что уменьшает вероятность пробоя этого зазора В результате повышается

0 надежность зажигания дежурной дуги между соплом 1 и катодом, установленными в торце электрододержателя 2

Изолирующий элемент 9, установленный соосно и без зазора между кожухом 8 и

5 изолирующим корпусом 6, гарантирует уплотнения стыкоб Б и В, Г и Д, что разделяет полости подвода и отвода охлаждающей воды, исключает ее холостые проточки и обеспечивает надежное охлаждение соплового

0 узла

Длина выточек Юа и 106 на изолирующем корпусе 6 не превышает длины изолирующего элемента 9, так как в противном случае возникает неизолированный участок

5 зазора между электрододержателем 2 и кожухом 8 Таким образом, указанное соотношение длины выточек 10а и 106 и длины изолирующего элемента 9 гарантирует изоляцию электрододержателя 2 от кожуха 8

0 что предотвращает пробой между ними и тем самым, повышает надежность зажигания дежурной дуги между соплом 1 и катодом, установленным в электрододёржэтеле 2 Применение предлагаемой конструк5 ции плазмотрона позволяет получить следующие положительные эффекты, повысить производительность труда операторов плазменных установок за счет сокращения подготовительного времени при включении

0 плазмотрона в работу и повышения надежности зажигания дежурной дуги, увеличить долговечность конструкции за счет исключения эрозионных повреждений кожуха и электрододержателя и улучшения работы системы охлаждения вследствие исключе5 ния загрязнения охладителя продуктами эрозии; повысить долговечность пусковой аппаратуры за счет сокращения числа включений дежурной дуги и запуска плазмотрона.

Формула изобретения 1. Плазмотрон для обработки материалов, содержащий сопловой yserf, эйёктродо- держатель с проточками, соединенными с подводящими и отводящими охлаждающую воду коммуникациями, изолирующий корпус с каналами для подвода вбДЫв/контур охлаждения соплового узла и еёШЙда. о т- личающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных свойств плазмотрона путем повышения надежности зажигания дежурной дуги, он снабжен установленным между изолирующим корпусом и кожухом изолирующим элементом, на наружной поверхности изолирующего корпуса выполнены выточки, образующие между изолирующим корпусом и изолирующим элементом полости, при этом выходные отверстия каналов изолирующего корпуса

расположены на поверхности выточек и соединены с проточками электрододержателя каналами изолирующего корпуса.

2. Плазмотрон поп. 1,отлича ющий- с я тем, что выточки выполнены с серповидным поперечным сечением и расположены на диаметрально противоположных сторонах изолирующего корпуса. ,

3. Плазмотрон по пп.1 и 2, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что изолирующий элемент выполнен в виде втулки, установленной со- осно и без зазора между кожухом и изолирующим корпусом,

4. Плазмотронпопп.1-3,отл ичающи- й с я тем, что длина выточек не превышает длины изолирующего элемента, а края каналов изолирующего корпуса совмещены с краями выточек.

Использование: низкотемпературные плазменные устройства, механизированная и ручная плазменная резка, сварка, напыление, наплавка. Сущность изобретения: плазмотрон содержит сопловый узел 1, электрододержатель 2 с проточками 3, сое2 диненныМи с подводящими 4 и отводящими 5воду коммуникациями. Плазмотрон имеет изолирующий корпус 6- с каналами 7 для подвода воды в контур охлаждения соплового узла и ее отвода. Изолирующий элемент 9 размещен между изол ирующим корпусом 6и кожухом 8, На наружной поверхности кожуха 8 выполнены выточки 10, образующие полости 11. Конструкция плазмотрона обеспечивает как надежзну б подачу и отвод охлаждающей воды, так и надежный запуск плазмотрона вследствие установки изолирующего элемента, исключающего пробой зазора между электрододержатеяем и кожухом через водоподводящие отверстия в изолирующем корпусе. 3 з п, ф-лы, 2 ил. 6 & (Л С -д ел о а о Сл Фиг.1

Г

Фиг. 2