Способ определения работоспособностиНЕплАВящиХСя элЕКТРОдОВ дляплАзМЕННОй ОбРАбОТКи Советский патент 1981 года по МПК B23K35/00 B23K9/16 

Цель изобретения - сокращение времени на определение работоспособности электрода. Это достигается тем, что в способе определения работоспособности неплавящихся электродов для плазменной обработки, при котором в плазмообразующей среде между элект|Тодами, в качестве одного из которых используют испытуемый электрод, зажигают дугу, а о работоспособнсти электрода судят по состоянию рабочей поверхности испытуемого электрода, в качестве плазмообразующей среды используют газовые смеси с диссоциирующими углеродсодержащими соединениями, время горения дуги выбирают в пределах 2-3 мин, а работоспособным признают электрод, рабочая поверхность которого полностью покрыта слоем углерода. Способ основан на известном факте формирования и постоянного возобновления электродов, в частности катода сжатой дуги, непосредственно при горении дуги из плазмообразующей среды, содержащей диссоциирующие углеродсодержащие соединения. Проведенные исследования показали, что степень покрытия рабочей поверхности электрода углеродом плазмообразующей среды зависит не только от содержания в этой среде свободного уг;лерода, но и от материала электрода, качества его заделки (обычно запрессовки) в медную водоохлаждаемую обойму-электрододерлсатель, длины и диаметра стержня электрода, расстояния от рабочей поверхности электрода до поверхности контакта с охлаждающей средой, толщины слоя меди обоймы-электрододержателя между электродом и охлаждаемой поверхностью, природы охлаждащей среды (вода, воздух и т. д.), ее расхода, т. е. в конечном счете от факторов, определяющих работоспособность электрода. Если электрод работоспособен, т. е. выполнен достаточно качественно, и интенсивно охлаждается, то при горении дуги и при наличии в плазмообразующей среде диссоциирующих углеродсодержащих соединений (углеводороды, моноокись углерода), являющихся источником свободного углерода, вся рабочая поверхность электрода покрывается углеродом. Происходит это за время, не превышающее (с учетом выхода дуги на режим) 2-3 мин в течение одного включения дуги. Если же электрод неработоспособен в связи с недостаточностью одного или нескольких из перечисленных выше факторов, то в результате превышения скорости испарения углерода над скоростью его высаживания из плазмообразующей среды углерод покрывает либо часть рабочей поверхности электрода, либо не покрывает ее вовсе. Причем это выявляется также при одном включении дуги за время, не превышающее 2-3 мин. 4 Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Предназначенный для определения работоспособности электрод, являющийся представителем партии изготовленных электродов, собирают, устанавливают в плазматроне и пускают через него охлаледающую среду с требуемым расходом. В плазмообразующую среду, в которой должен работать исследуемый электрод, и контактирующую с ним вводят диссоциирующее углеродсодержащее соединение (углеводороды, моноокись углерода) в количестве, необходимом для постоянного возобновления электрода. В указанной смеси зажигают дугу, устанавливают рабочий ток для исследуемого катода и поддерживают дугу на этом токе в течение 2-3 мин, после чего дугу выключают. После выключения дуги определяют, какая часть рабочей поверхности электрода покрыта углеродом. Электрод считают работоспособным, если его рабочая поверхность полностью покрыТа углеродом. Электрод считают неработоспособным, если углерод на его рабочей поверхности полностью или частично отсутствует. В этом случае определяют, какой из факторов вызывает эту неработоспособность и его изменяют. Например, в случае термохимического катода цирконий заменяют гафнием, или воздущное охлал дение заменяют на водяное, или снижают рабочий ток электрода, или увеличивают скорость охлаждения, или изменяют конфигурацию электрода, или улучщают заделку электрода в охлаждаемую медную обойму-электрододержатель и т. д. Правомочность использования предлагаемого критерия для оценки работоспособности электродов подтверл дается тем, что во всех случаях, когда их рабочая поверхность не покрывается при проверочном эксперименте углеродом, дальнейшая эксплуатация электродов в рабочих условиях, т. е. при отсутствии углеродсодержащих соединений в плазмообразующей среде, сопровождается быстрым их разрушением. Пример 1. Определяли работоспособность стержневых катодов одинаковой конфигурации из гафния и циркония, запрессованных в медные водоохлаждаемые обоймы, в плазмообразующей среде, образованной углекислым газом, на токе 600А. С этой целью зажигали дугу на токе 600А на каждом из катодов при прочих равных условиях в плазмообразующей среде, содержащей наряду с углекислым газом также метан, расход которого поддерживают равным 4000 л/ч. Через 2-3 мин дугу выключали, после чего визуально исследовали рабочую поверхность каждого катода. При осмотре выяснилось, что при диаметре гафния и циркония 2,5 мм, длине их (глубине запрессовки) 5 мм, расстоянии по меди от стержней до охлаждаемой поверхности обоймы-катододержателя 1,0 мм,-расходе охлаладающей воды 150 г/с рабочая поверхность гафниевого катода полностью покрыта углеродом (графитом), а на рабочей поверхности катода из циркония углерода нет совершенно.

На основании этого сделан вывод, что гафниевый катод из проверенной партии в указанных условиях работоспособен, а циркониевый - неработоспособен, что подтвердилось их эксплуатацией в рабочих режимах.

Пример 2. Определяли работоспособность гафниевых катодов тех же параметров, что и приведенные в примере 1 с водяным и воздушным охлаждением, при горении дуги на токе 400А в плазмообразующей среде, образованной воздухом. Для этого зажигали дугу в плазмообразующей смеси воздуха с 1000 л/ч пропана сначала на катоде с водяным охлаждением, а затем на катоде с воздушным охлаждением. Через 2-3 мин дугу выключали и визуально исследовали рабочую поверхность каждого катода.

Прн осмотре выяснилось, что рабочая поверхность катода с водяным охлаждением полностью покрыта углеродом, т. е. он работоспособен, а на рабочей поверхности катода с воздушным охлаждением углерод отсутствует, т. е. в указанных условиях он неработоспособен. Сделанный вывод подтвердился дальнейшей эксплуатацией катодов в рабочих условиях, т. е. без углеводородов.

Пример 3. Определяли работоспособность стержневых вольфрамовых анодов дуги на токе 1000А в плазмообразующей среде, образованной аргоном, которые были запрессованы в виде стержней диаметром 55 мм и длиной 3 мм в медные водоохлаждаемые обоймы-анододержатели, в зависимости от расстояния по меди от вольфрама до водоохлаждаемой поверхности медной обоймы при двух значениях этого расстояния: 0,5 и 5,0 мм.

С этой целью каждый из исследованных анодов устанавливали в качестве катода плазматрона и зажигали на нем дугу на

токе 1000А в плазмообразующей среде, в которую наряду с аргоном вводят моноокись углерода с расходом 700 л/ч, при прочих равных условиях.

Прн расстоянии 0,5 мм вся рабочая поверхность вольфрамового электрода покрыта углеродом в виде коронки, т. е. электрод работоспособен. При расстоянии 5 мм углерод покрывает лишь небольщую часть

рабочей поверхности электрода, являющегося неработоспособным.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа состоит в резком сокращении, не менее чем в 30-40 раз,

времени определения работоспособности электродов и обусловленная этим экономия времени, труда и материалов.

Формула изобретения

Способ определения работоспособности неплавящихся электродов для плазменной обработки, при котором в плазмообразующей среде между электродами, в качестве одного из которых используют испытуемый

электрод, зажигают дугу, а о работоспособности электрода судят по состоянию рабочей поверхности испытуемого электрода, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени на определение работоспособности электрода, в качестве плазмообразующей среды используют газовые смеси с диссоциирующими углеродсодержащими соединениями, время горения дуги выбирают в пределах 2-3 мин, а работоспособным признают электрод, рабочая поверхность которого полностью покрыта слоем углерода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Жуков М. Ф., Смоляков В. Я., Урюков Б. А. Электродуговые нагреватели газа. М., Наука, 1973, с. 167.

2. Быховский Д. Г. Плазменная резка. М., Мащиностроение, 1972, с. 88, 91.

3. Быховский Д. Г. и Медведев А. Я. Элементы IVA группы как термохимические катоды плазматрона - «Электротехническая промышленность, серия «Электросварка, 1972, вып. 2, с. 8-10 (прототип).