Устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме Советский патент 1993 года по МПК B23K9/16 

В данном устройстве подключение диода между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги позволяет при образовании электропроводящего канала плазмой от дугового разряда между вспомогательным электродом и полым катодом поддерживать дуговой разряд между вспомогательным электродом и анодом-деталью с помощью источника питания для сварочной дуги до тех пор пока, пока полый катод не нагреется до рабочей температуры и не возникает сварочная дуга.

Снабжение устройства вторым вспомогательным источником питания, отрицательный зажим которого подключен к вспомогательному электроду, а положительный к аноду-детали, позволяет повысить напряженность электрического поля в полости катода и тем самым стабильно возбуждать дугу между вспомогательным электродом и анодом-деталью независимо от величины напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги.

Использование в качестве вспомогательных источников питания генераторов одиночных импульсов с индуктивностью позволяет осуществить дозирование энергии импульсов для образования плазменных электропроводящих каналов длительностью 0,5-3,0 мс. обеспечивающих стабильное возбуждение сварочной дуги при их малых габаритах и весовых характеристиках.

Благодаря этому заявленное устройство проявляет новые свойства, что приводит к повышению эффективности и надежности его в работе, а также стабильности возбуждения сварочной дуги. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенные отличия.

На чертеже изображено устройство для сварки неплавящимся электродом з вакууме. Устройство содержи водоохлаждае- мый корпус 1, в рабочем торце которого установлен полый катод 2. В нерабочем торце корпуса закреплен вспомогательный электрод 3, выполненный с центральным каналом 4 для подачи плазмообразующего газа, соосным каналу полого катода 2. Вспомогательный электрод.3 выполнен с плоской рабочей поверхностью, перпендикулярной оси канала 4. На вспомогательном электроде 3 установлена втулка 5 в контакте со всей его боковой поверхностью. Один из концов вспомогательного электрода 3 закреплен в гаэо- подводящем штуцере 6, который вместе е вспомогательным электродом 3 закрепляется в изоляционной втулке 5 с помощью керамической шэйбы 7, установленной в корпусе 1 и зафиксированной в нем гайкой 8.

В устройство входит также источник пи- 5 тания сварочной дуги UCa, вспомогательный источник питания Uei для возбуждения вспомогательного дугового разряде между электродом 3 и полым катодом 2, второй источник питания Up2, предназначенный

10 для возбуждения и поддержания промежуточной дуги между вспомогательным э.пект- родом 3 и анодом-деталью 9, а также диод 10, подключенный между электродом 3 и отрицательным зажимом источника пита5 ния сварочной дуги Усе, длг- обеспечении поддержания промежуточной дуги от источника питания сварочной дуги Uce после возбуждения ее в помощью источника питания Ue2. Вспомогательные источники питания

0 выполнены в виде генераторов одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включены индуктивности 11 и 12 соответственно. Позицией 13 обозначен контактор. Устройство работает следующим обра5 зом.

В вакуумной камере создают разрешение порядка (2-3) Па. Через газоподво- дящий штуцер 5, центральный канзл 4 вспомогательного электрода 3 в полый ка0 тод 2 поступает плазмообразующий газ-аргон. После включения источника Uce сварочного тока между полым катодом 2 и анодом-деталью 9 устанавливается напряжение холостого хода источника. Затем

5 включает вспомогательные источники питания Uai и UE2, в качестве которых используют генераторы одиночных импульсов. Устанавливают требуемые индуктивности 11 и 12 Б цепях генераторов одиночных им0 пульсов. Между вспомогательным электродом 3 и анодом-деталью 9 от вспомогательного источника Ue2 устанавливается начальное напряжение. Контактором 13 замыкают цепь между отрицательным за5 жимом Usl и вспомогательным электродом 3, происходит электрический пробой промежутка вспомогательный электрод 3 - полый

; катод 2, переходящий во вспомогательному

Дугу. Плазменный факел от вспомогатель0 ной дуги под воздействием электрического поля, создаваемого Ue2. и градиента давления аксиального потока плазмообразующего газа достигает анода-детали 9. В результате возникает дуга между вспомога5 тельным электродом и анодом-деталью 9 с помощью одиночного импульса источника литания Ue2- В качестве генераторов одиночных импульсов можно, в частности, использовать электрический накопитель энергии - конденсатор. Во время существования промежуточной Дуги от источника питания Ов2 часть тока шунтируется через цепь анод-деталь 9, источник питания сварочной дуги UCB, диод 10 и вспомогательный электрод 3. После прохождения одиночного импульса от источника питания Ue2 промежуточную дугу поддерживает источник питания UCB. Параллельно промежуточной дуге источник питания сварочной дуги UCB поддерживает несамостоятельный разряд между полым катодом 2 и анодом-деталью 9, q помощью которого путем ионной бомбардировки полый катод 2 интенсивно нагревается. По мере нагрева полого катода 2 его ток термоэмиссии возрастает и сопро- тивление в цепи источник питания UCB. полый катод 2, анод-деталь 9 становится существенно меньше, чем в цепи источник питания UCB, диод 10, вспомогательный электрод 3 и анод-деталь 9, В результате ток в сварочной цепи возрастает, а промежуточная дуга самопроизвольно обесточивается, т.е. гаснет. Полый катод 2 выходит в рабочий режим термоэмиссии и возбуждается самостоятельный дуговой разряд с полым като- дом, т.е. сварочная дуга.

Устройство обеспечивает надежное возбуждение и устойчивую работу дугового разряда с полым катодом в вакууме. Для возбуждения и поддержания вспомогатель- ной дуги с автоэлектронным холодным катодом достаточно использовать генератор одиночного импульса с параметрами: начальное напряжение 350-500 В, энергия импульса 2-5 Дж, длительность импульса 0.5-3 мс (максимальное значение амплитуды тока в импульсе составляет 200-250 А). Индуктивность 12 выбирается порядка 2-3 МГн. Для стабильного возбуждения промежуточной дуги с помощью генераторч одиночного импульса необходимо иметь начальное напряжение импульса 90-110 В. энергию и длительность импульса 0.2-0,3 Дж, 0,5-3 мс соответственно. Индуктивность 1,5-2 мГн. Это обеспечивает стабильное поддержание промежуточной дуги от источника питания сварочной дуги даже при его напряжении холостого хода Uxx 27-5Q В и сравнительно большой индуктивности сварочной дуги (1 д 60-200 мГн).

Экспериментальные исследования данного устройства для сварки неплзвящимся электродом в вакууме в составе установки для дуговых сварочных процессов в вакууме показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) предлагаемое устройство обеспечивает более надежную его работу и стабильное возбуждение сварочной дуги, достигающей 98- 99%, более эффективное использование вспомогательных источников, выполненных в качестве генераторов одиночных импульсов. Это позволяет уменьшить мх весовые характеристики и габариты в 5--10 раз, за- траты электрической энергии при возбуждении дуги до 40-100 раз, а значит, повысить технико-экономические показатели сварочных процессов.

(56) Авторское свидетельство СССР NJ 1226750, кл. В 23 К 9/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР bk 1287417, кя. В 23 К 9/16, 1983.

.Формула, изо б. ре тения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛА- ВЯЩШСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ВАКУУМЕ, содержащее водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен полый катод, в другом закреплен вспомогательный электрод с центральным каналом и рабочей поверхностью, перпендикулярной к оси этого канала, который подключен к отрицательному зажиму вспомогательного источника питания, изоляционную втулку, установленную на вспомогательном электроде в контакте со всей его боковой поверхностью, источник питания сварочной дуги, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности в работе устройства и стабильности возбуждения сварочной дуги, оно снабжено диодом, включенным между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом ис- точника питания сварочной дуги, вторым вспомогательным источником питания, подключенным отрицательным зажимом к вспомогательному электроду и положительным зажимом - к аноду-детали, причем в качестве вспомогательных источников питания использованы генераторы одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включена индуктивность.

//

/J