Электрод для дуговой и плазменной обработки Советский патент 1983 года по МПК B23K35/06 

л

00

со

N3

Изобретение относится к дуговой и плазменной обработке металлов и может быть использовано в дуговых и плазменных горелках для обработки на прямой полярности.

Известен электрод для обработки металлов на прямой полярности, состояидай из циркониевого стержня с наконечником, выполненным из смеси циркония и нитрита циркония и содержащий от 5 до 9% азота tl . Этот электрод работает в диапазоне токов не выше 300 А и не обеспечивает стабилизации дуги во всех пространственных положениях на всем диапазоне регулирования тока.

Известен электрод для плазменной обработки в защитных газах, содержащих азот, состоящий из вольфрамового держателя с активной вставкой, вы-полненной из Ti, 2 г или Hf 2 J. Этот электрод обеспечивает стабильную работу только при изменении концентрации азота вместе с изменением тока на всем диапазоне регулирования,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является электрод для дуговой плазменной обработки в защитных газах состоящий из вольфрамового держателя с активной вставкой на торце, в которой размещены вещества с малой работой выхода электронов З, Этот электрод обеспечивает стабилизацию дуги в узком диапазоне токов (до 80 А), тогда как максимальная токовая нагрузка равна 500 А,

Кроме того, при включении дуги на малом токе, например 15-20 А, дуга стабильна и простанственно локализирована. Если увеличить силу тока, стабилизация и пространственная локализация дуги на токоэлектроде сохраняется вплоть до максимально допустимых значений тока. Но при любых изменениях тока в сторону его понижения стабилизация дуги и ее пространственная локализация нарушаются.

Например, при использовании вольфрамового электрода с активной вставкой из окисла лантана катод работает на токах до 500 А, а стабилизация и пространственная локализация дуги при изменении рабочего тока в обе стороны достигается только в диапазоне до 80 А.

Цель изобретения - повышение диапазона рабочих токов, снижение тепловых потерь в электроде и улучшение стабилизации дуги во всех пространственных положениях на всем диапазоне регулирования тока, а также снижение стоимости электродов,

С этой целью предлагается электрод, состоящий из тугоплавкого дер жателя, который выполнен из титана.

циркония или гафния с размещенной на его торце активной вставкой, выполненной из веществ с л:алой работой выхода электронов.

Такое исполнение электрода позво5 ляет- существенно повысить диапазон рабочих токов, значительно снизить тепловые потери в электроде, улучшить стабилизацию дуги во всех пространственных положениях на всем диапазоне регулирования тока.

Изготовление электрода из металлов 1У А группы с активной вставкой, выполненной из веществ с малой работой выхода электронов способствует

5 повышению эмиссионной способности и локализации катодного пятна во всем диапазоне регулирования тока. Тепловые потери в электроде снижаются при этом не менее, чем в 5 раз и

Q это позволяет полностью бнять охлаждение электрода. Значительно расширяется диапазон рабочих токов: до 300 А на держателе из титана, до 500 Л на держателе из циркония и

5 до 700 А на держателе из гафния.

Существенным преимуществом заявленного электрода перед известными явилось сохранение стабилизации дуги во всем диапазоне регулирования, так что рабочий ток можно многократно менять в обе стороны. Например, на держателе из циркония была обеспечена стабилизация дуги как при увеличении силы тока от 50 до 500 А, так и при снижении тока в 10 раз

5 (от 500 до 50 А), при использовании в качестве вещества с малой работой выхода электронов окисла церия, В то время как при работе с наиболее распространенными вольфрамовыми

0 электродами для.локализации и стабилизации дуги электрод нужно периодически перетачивать.

Предлагаемый электрод обеспечивает стабилизацию и пространственную

локализацию дуги на всем диапазоне регулирования при любой концентрации азота, в то время как известный электрод стабильно работает только при изменении концентрации азота вместе с изменением тока.

Предлагаемый электрод может работать при очень малых концентрациях азота, так что в. качестве защитного газа можно использовать не только азот или смесь газов с малой добавкой азота, но также и технический аргон. Простота обработки материала держателя (титана, циркония, гафния) в сочетании с низкой стоимостью материала держателя, особенно титана,

0 делают предлагаемый электрод чрезвычайно перспективньпи.

Стабилизация и пространственная локализация дуги связана с локализацией катодного пятна на соединении,

5 образованном на поверхности активной вставки. Для образования необходимо го соединения держатель должен быть изготовлен из металлов 1У А группы, активная вставка должна быть выполнена из вещества с малой работой выхода электронов, а защитный газ дол жен содержать азот. Такое исполнение электрода обеспечивает расширенный диапазон рабочих токов, значительное снижение тепловых потерь в электроде, стабилизацию и пространственную локализацию дуги во всем диапазоне регули рования с возможностью многократного изменения тока в обе стороны. Исследования показали, что в качестве веществ с малой работой выхо да электронов, используемых в актив ных вставках, могут применяться ред коземельные элементы или их окислы, Выполняя держатель из металлов 1У А группы, было установлено следу щее . Размещением активной вставки в любом наперед заданном месте на торцовой или цилиндрической поверхности стержневого держателя можно достичь строго определенного пространственного положения дуги: ось ду ги всегда расположена по нормали к поверхности активной вставки. Это обстоятельство позволяет располагать активную вставку в любой точке поверхности электрода, создавать электроды любой самой сложной формы (охлаждение электрода не требуется) и производить дуговую и плазменную обработку материалов любой конфигурации в самых труднодоступных местах. Были изготовлены цилиндрические стержневые электроды из титана, циркония и гафния диаметром 4 и 6 мм с активной вставкой из окнсла церия. Окисел церия был запрессован в глу хое отверстие на торцовой поверхности электрода, глубина отверстия 4 мм, диаметр 1,5 мм. Испытания электродов проводили в смеси с аргоном азота при концентрации азота в смеси не выше 1%. Электроды испытывали в следующем режиме: вначале дугу возбуждали на токе 20 А, затем плавно увеличивали силу тока до определенного значения и дугу выключали. Следующее включение производили снова на токе 20 А. Регулировку тока от 50 до 700 А производили через 50 А с последующим выключением дуги, т.е. дугу выключали на токах 50, 10, 150... 700А. Испытания показали следующее: все электроды работают в режиме стабилизации и пространственной локализации дуги во всем диапазоне регулирования, так что при использовании данного конкретного электрода (титанового, циркониевого или гафниевого) рабочий ток можно многократно изменять в обе стороны. Максимально допустимые значения тока на электрод составили: для титанового электрода - 300 А, для циркониевого электрода - 500 А, для гафниевого электрода - 700 А. Все электроды прошли испытания на максимально допустимых значениях тока в течение 5-7 часов.

1.ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВОЙ И ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ в защитных газах, содержащих азот,сост.оящий из держателя, выполненного из тугоплавкого • материсша, с размещенной на его торце активной вставкой, выполненной из веществ с малой работой выходаэлектронов, отличающийся" тем,.что,с целью повышения диапазона рабочих токов, снижения тепловых потерь в электроде и улучшения стабилизации дуги во всех пространственных положениях, держатель выполнен из металлов 1У А группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева.2.Электрод по п. 1, .о т л и - чающийся тем, что, с целью снижения стоимости электрода, держатель выполнен из титана.3.Электрод по п. 1, отличающийся тем, что держатель выполнен из циркония.4.Электрод по п. 1, отличающийся тем, что держатель выполнен из гафния. •(Л