Устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме Советский патент 1979 года по МПК B23K9/16 

1

Изобретение относится к электродуговой сварке, а именно к конструкциям горелок с полым катодом для нагрева изделий, преимущественно с целью сварки, пайки, наплавки.

Известны горелки, содержащие корпус и полый катод, в которы.х разряд с полым катодом возбуждают коротким замыканием электрода на деталь 1.

В таких горелка.х при возбуждении дугового разряда с полым катодом возникают деформации электродов, происходит интенсивное разрушение катода в месте контакта, снижается ресурс работы катода.

Известна горелка, в которой разряд с полым катодом возбуждают при помощи разогрева протекающим по нему током 2. В такой горелке для разогрева катода до нужной температуры требуется очень больщой ток, что сильно затрудняет возбуждение разряда с катодом, имеющим больщую поверхность и толщину стенки.

Известна горелка, в которой возбуждение дугового разряда осуществляется с помоН1,ыо высокочастотного разряда между полы.м катодом и деталью с дополнительной подачей плазмообразующего газа в момент возбуждения 3.

Это устройство не обесиечивает стабильного возбуждения разряда, велика вероятпость ооразоваппя д гп в парах материала катода.Н горелки, дополнительная подача газа приводит к повьипенпю давленпя в вакуумной камере.

Известны устройства для сваркп в среде защитного газа, содержащие дополнительный электрод, размещенный в изоляционной оболочке и установленный в сонле 4.

Известны устройства для дуговой сварки плавящимся электродом, содержащпе доиолнительный электрод для возбуждения дуги, расположеиный под углом к основному электроду 5.

Прн примепенпп подобных устройств для сваркп нолым катодом не достигается стабильное возбуждение разряда, вследствие возппкиовения дуги в иарах материала катода и горелки.

Известна горелка для сваркн неплавящимся электродом в вакууме 6.

В этой горелке дополнительный электрод установлен в полости катода, н разряд возбуждается при подаче высокочастотного напряжения между дополнительным электродом и катодом.

Дополпительный электрод с изолятором ограничивает минимальный диаметр катода и в течений всего времени работы катода подвергается воздействию высоких температур и напылению парам) материала кашда, а так Же парами материалй изделия из сварочной ванны, что снижает ресурс его раооты. В такой горелке возбуждение разряда недостаточно стабильно, так как в момент иробоя газового промежутка между дополнительным электродом и стеикой катода на иоследней образуется быстроперемещающееся катодное пятно, которое повреждает внутреннюю поверхность катода, t) результате такого перемещения катодное пятно может выйти на наружную поверхность катода и возникает дуга в парах материала катода и горелки.

ij прппципе все устройства, использующие высокочастотный разряд для возоуждепия разряда с полым катододм, обладают определеппои способностью вместо разряда с полым катодом возбуладать дуговой разряд в парах материала катода и горелки, вследствие образования при пробое газа быстро перемещающегося катодного пятна. Кроме того, они требуют специальных мер для устранения радиопомех и развязывающих электрических цепеИ для предотвращения паразитных связей и пробоев изоляции в силовых низковольтных цепях сварочных источников питания.

Указанные недостатки устранены в горелке для сварки неплавящимся электродом в вакууме, содержащей корпус и полый катод с укрепленным на нем спиральным накальпым элементом из тугоплавкой проволоки. В этом устройстве возбуждение дугового разряда происходит путем разогрева спирального элемента, причем 2-3 витка спирали выступают за торец катода и находятся непосредственно в потоке газа, выходящего из полости катода 7J.

Этой конструкции присущи следующие недостатки: выступающие за торед катода витки сиирали и токоировод к ним ири прикосновении к изделию выходят из строя, что затрудняет сварку в трудиодоступпых местах; спираль, паходясь в течепие всего времени сварки в потоке плазмы и близко к сварочной ванне, подвергается их разрушающему воздействию, что является причиной быстрого выхода ее из строя; для обеспечепия падежного возбуждения требуется пакал спирали до тел1ператур, близких к температуре ее плавления, что снижает ресурс работы спирали и иредъя1зляет жесткие требования к стабильности питающего источника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является устройство для сварки иеплавящимся электродом в вакууме, содержащее водоохлаждаемый корпус, в котором установлен полый катод, а также накальный элемент, подсоединенный к источнику питания дуги. В корпусе устройства над полым катодом выполнена полость, в которой и размещен упомянутый накальпый элемент {8J.

Недостатком такого устройства является малая стабильность возбуждения дугового разряда, а также перегрев пакальпого элемента при подключении его к источнику 5 питания дуги, что снижает ресурс работы накального элемента.

Целью изобретения является повышение стабильности возбуждения дугового разряда и надежности раооты горелки путе.м уве10 личепия ресурса работы накальпого элемента.

Это достигается тем, что устройство для сварки пеплавящимся электродом в вакууме, содержащее корпус с установленным в

5 нем нолым катодом, накальпый элемент, ХСтановленпый в полости, выполпеп110й в корпусе пад нолым катодом, а также источник пптания дуги, спабжено доиолиительным источником интанпя для возоуждения

0 вспомогательного дугового разряда между пакальным элементой и 1.орпусом, при этом отрицательный полюс донолпительпого источника питания подсоединен к пакальному элементу, а положительный - к корпусу, а

.-J на входном торце иолого катода установлена диафрагма с отверстием.

Возбуждение разряда с нолым катодо.м осуществляется с помощью дугового разряда малой мощности между пакальным эле0 ментом и кориусом горелки.

На чертеже изображено предлагае.мое устройство для сваркп.

Устройство для сварки пеплавящимся электродом в вакууме содерлсит водоохлаж5 даемый корпус 1, в котором установлен полый катод 2. В корпусе Ь выполнена иолость 3 над полым катодом 2. В полости 3 расположеп накальный элемент 4, закрепленный в корпусе 1 с помощью пзоляторов

0 5. Накальпый элемент 4 отделен ог полости катода 2 диафрагмой 6 с отверстием, которая установлена на входном торце полого катода 2. В устройство входит источник {t/св) питания дуги, источник (Уц) ни5 таппя для нагрева накального элемента 4, а также дополнительны источник (в) питапия для возбуждения вспомогательного дугового разряда между накальным элементом 4 и корпусом 1 устройства.-Отри0 цательный полюс дополиптельного источника (Ов) нитания подключен к накальному элементу 4, а положительный полюс - к корпусу 1. Защитный газ подается по шлангу 7, надетому на штуцер 8, расположен- ный в верхней части устройства. Ноз1щией 9 обозначено сваривае.мое изделие.

Устройство работает следующим образом.

Через шланг 7 в полость 3 в корпусе и

Q через отверстие диафрагмы 6 в полый катод 2 поступает плазмообразующий газ. Носле включения источника f/св сварочного тока между нолым катодом 2 и изделием 9 устанавливается напряжение холостого хода источника. Затем подается постояпное

напряжение UB между накальным SvleMeaтом 4, корпусом 1 и накальнос напряжение Us. Образующаяся при этом плазма под воздействием потока газа и сил электрического поля, проникающего в полость катода 2 через отверстие в диафрагме 6, заполняет полость катода 2 и перекрывает промежуток между катодом 2 и изделием 9. Возникает дуговой разряд с полым катодом. После этого источники напряжения накала и возбуждения отключаются.

Устройство обеспечивает надежное возбуждение и устойчивую работу дугового разряда с полым катодом. Конструкция позволяет вести сварку в вакууме с микроподачей газа в труднодоступных местах. В процессе работы катода накадьный элемент не подвергается разрушающему воздействию тепловых и плазменных потоков катода, так как защищен диафрагмой, установленной на входном торце катода, а также воздействию паров и капель сварочной ванны. Вследствие расположения накального элемента в корпусе горелки исчезает зависимость размеров катода и накального элемента в случае их замены. Одним и тем же накальным элементом можно возбуждать разряд с полым катодом конструкций разнообразных по форме и размерам. Вследствие того, что накальный элемент находится иод отрицательным потенциалом относительно корпуса горелки, требуемая для возбуждения разряда температура его накала значительно снижается, что совместно с кратковременностью его разогрева (только на время процеса возбуждения), резко увеличивает ресурс его работы и снижает требования к стабильности источника питания. В предлагаемой горелке время ее непрерывной работы определяется уже не ресурсом узла возбуждения, а ресурсом работы катода и составляет для специально разработанных конструкций катодов 150-200 ч. Поэтому конструкция устройства может быть применена в нромышленности на установках с использованием процесса дугового разряда с полым катодом в вакууме с

непрерывным IB течение смены циклом работь, например н.1люзованием изделий.

Формула изобретения

Устройство для сварки неплавящи.мся электродом в вакууме, содержащее корпус с установленным в нем полым катодом, накальиый элемент, установленный в полости, выполненной в корпусе над полым катодом, а также источник питания дуги, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности возбуждения дугового разряда и надежности работы горелки путем увеличения ресурса работы накального

элемента, устройство снабжено дополнительным источником питапия для возбуждения вспомогательного дугового разряда между накальным элементом и корпусом, при это.м отрицательный нолюс дополнительного источника питания иодсоединен к

накальному элементу, а положительный - к корпусу, а на входном торце полого катода установлена диафрагма с отверстием. Источники информации,

принятые во внимание при эксиертизе

1. Шиганов Н. В. и др. Пекоторые особенности ироцесса дуговой сварки полым катодом в вакууме. «Сварочное производство, № 9, 1973, с. 17-19.

2. Поиов Ю В. и др. Возбуждение дугового разряда с полым катодом и способы управления разрядом «Известия ВУЗов. Машиностроение, № 10, 1972, с. 188-190.

3.Болотин В. С. и др. Исследование некоторых технологических свойств вакуумной дуги с иолым наплавляющимся электродо.м. «Сварочпое производство, 1974.

4.Патент Франции Л 2038063, кл. Е 23К 9/00, оиублик. 1970.

5. Авторское свидетельство СССР № 455823, кл. В 23К 9/16, 1971.

6.Авторское свидетельство СССР по заявке ЛЬ 2195941, кл. В 23К 9/16, 1975.

7.Авторское свидетельство СССР Л° 335057, кл. В 23К 9/16, 1970.

8.Авторское свидетельство СССР по заявке jYg 2475002, кл. В 231 9/16, 1977 ирототии).