Неплавящийся электрод для дуговыхпРОцЕССОВ Советский патент 1981 года по МПК B23K35/06 

(54)НЕПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ

, . I

Изобретение относится к области электродуговой обработки и может быть применено при плазменной резке, сварке,наплавке металлов их выплавке в металлургии.

Известны конструкции неплавящегося электрода, преимущественно катода выполняемого в виде стержня (актив- . ной вставки)- цилиндрической формы, закрепленного, например, пайкой или прессовкой, в медной водоохлаждаемой обойме и предназначенного для работы в различных плазмообразующих средах 1.

Общим недостатком известных конструкций является низкая стойкость, электрода при высоких тепловых нагрузках на него, обусловленная тем, что теплоотвод от рабочей поверхности электрода и охлаждающей его уядкости, преимущественно воды, происходит только по цилиндру с диаметромj практически равным диаметру актив«ой вставки.

Известна конструкция электрода также с цилиндрической активной вставкой, в которой водоохлаждаемая поверхность обоймы вьтолнена параболической и эквидистантной с труб1 ой охлаждения 2 .

Недостатком этой конструкции является необходимость увеличения длины активной вставки J что. в свою очеоедь ухудшает теплоотвод от нее.

Известен неплавящийся электоод для дуговых процессов, содержащий обойму с расположенной в ней трубкой для подачи охлаждающей фазы, и закрепленную на topne обоймы активную вставку, вьтолненную в виде усеченного конуса, сужающегося к рабочему торцу электрода и имеющего со стороны охлаждения

углубление з1.

эта конструкция хотя и повышает термостойкость электрода, в . сравнении с указанными выше не оптимальна, особенно при повышении тепловых нагрузок и в связи с перегревом

3

рабочей поверхности активной вставки и обусловленным этим ее выгоранием.

Цель изобретения - повышение ресурса работы электрода путем увеличения его термостойкости при эксплуатации на повышенныхтепловых нагрузках .

Указанная цель достигается тем, что электрод снабжен корпусом и размещенной внутри него трубкой, установленными коаксиально обойме и образующими кольцевые полости для дополнительного охлаждергия вставки, а углубление выполнено в виде шарового сегмента.

На фиг. изображен предлагаемый электрод, общий вид; на фиг.2 - конфигурация активной вставки неплавящегося электрода, выполненной с заглублением и с боковым охлаждением.

Неплавящийся электрод (фиг.))состоит из водоохлаждаемого корпуса 1 и закрепленной в нем обойме 2 (на резьбе ни конусной насадке и т.п.), выполненной из тепло-и электропроводного металла, как правило, меди высокой частоты. Электрод также содержит коаксиальные несообщающиеся внутренние полости 3 и 4, служащие для подачи охлаждающей жидкости кего рабочему участку. В обО1дае 2 плотно укреплена запрессовкой или пайкой активная вставка 5, выполненная, в виде усеченного конуса, сужающегося к участку привязки на ней приэлектродной области дуги. Поверхность 6 вставки, обращенная к полости охлаждения, выполнена с заглублением, преимуществено в виде шарового сегмента. Вставка 5 может быть как сквозной, т.е. не ,.

посредственно контактировать с охлаждающей электрод жидкостью, так и несквозной, и отделяться от этой жидкости прослойкой 7 из теплопроводного материала обоймы. Полости 8 и 9 в электроде предназначены для отвода охлаждающей жидкости после стьема тепла с рабочего участка электрода.

Предлагаемое изобретение основано на результатах расчетов на ЭВМ-222 температурных полей в катоде и экспериментальных данных, полученных на

укрулненно-лабораторной установке института Гипроникель. Эти результаты показывают, что при токах дуги свьше 500 А тепловод от активной

.вставки, выполненной в виде усеченного -конуса в обойму, оказывается не14

достаточным: вставка перегревается, в значительной степени выгорает и работа электрода становится невозможной. Вставка с заглублением по предлагаемому изобретению обладает значительно меньшим тепловым сопротивлением, благодаря чему температура ее при прочих равных условиях на I50ЗОО С ниже, чем у вставки без заглубления. Физически это объясняется тем, что при наличии заглубления уменьшается расстояние от рабочей поверхностй вставки, воспринимающей фактически весь тепловой поток от

дуги, до охлаждающей катод жидкости или прослойки из теплопроводного металла между вставкой и этой жидкостью. Тепловой поток от дуги, первоначально направленный вдоль оси катода, как бы отражается от боковых поверхностей конуса и значительная его часть, регулируемая величиной заглубления, направляется в радиальном направлении к периферии обоймы.

В этом случае эффективным становится дополнительное боковое охлаждение катода, осуществляемое наряду с центральным благодаря наличию двух полостей охлаждения, при этом, обеспечивается снижение температуры водоохлаждаемой поверхности активной вставки или прослойки обоймы еще на 30 - 60, а теплового потока, отводимого через центральную часть этой

поверхности, на 15 - 25%.

Активная вставка вьтолнена из графита марки С-1, запрессована в водоохлаждаемую медную обойму. Габариты конусных вставок одинаковы с углом

при вершине об , лежащем в пределах 45-60°, за исключением того, что во вставке на фиг.2 выполнено заглубление в виде шарового сегмента высотой И и диаметром основания d.

,

В таблице приведены температуры в различных точках активных вставок обоих сравниваемых типов, полученные при использовании неплавящегося электрода в качестве катода дуги постоянного тока, горящей на токе 1000 А в смеси природного и углекислого газов, и коэффициента теплоотдачи к охлаждающей воде 210 Вт/м . град. Характерные точки выбраны следующим образом: т.А- в центре рабочей поверхности активной вставки, на которой осуществляется привязка приэлектродной области дуги; т.В - на границе рабочей поверхности активной вставки с медной обмоткой; т,С - на оси активной вставки на расстоянии Н от ее основания, соответствующем высоте шарового сегмента; т.О - на основании

.Полученные в таблице данные приведены для катода с активными вставками, диаметры оснований которых состявляют соответственно 210 м и

-4-1Ь

4,5 10 м с высотой ЗЮ м и высотой Н

шарового сегмента для вставки по

Ъ

.фиг. 2, равной 1,540 м.

Аналогичные зависимости сохраняются .и для катодов, имеющих иные размеры к материалы вставок.

.Анализ данных, приведенных в таблице показывает, что в случае известного катода температура на рабочей поверхности активной вставки превышает темпера туру плавления графита, равную , что исключает возможность его работы в наиболее выгодном для указанной плазмообразующей сме.сй режиме постоянного возобновления и приводит к ее выгоранию.

Работа предлагаемого электрода заключается в следующем.

После подачи охлаждающей электрод вОды через центральную и боковые полости, причем через центральную с интенсивностью, в 2,3 раза большей, чем через боковую, и подачи в дуговой промежуток плазмообразующего газа зажигают дугу.

Благодаря наличию заглубления на охлаждаемой стороне конусной активной вставки и боковому (совместно с цент.ральным) охлаждению электрод работает без выгорания и без превьшения преактивной вставки на. расстоянии от оси, соответствующем радиусу основания шарового сегмента; т.Е - на .границе основания активной вставки с медной обоймой.

5 дельных тепловых нагрузок и температур для материала вставки.

Формула изобретения

Неплавящийся электрод для дуговых процессов, содержащий обойму с расположенной в ней трубкой для подачи охлаждающей среды и закрепленную на торце обоймы активную вставку, выполненную в виде усеченного конуса, сужающегося к рабочему торцу электрода и имеющего со стороны охлаждения углубление, отличающийся тем, что, с целью повьшзения ресурса работы электрода путем увеличения его термостойкости при эксплуатации на повьш енных тепловых нагрузках, электрод снабжен корпусом и размещенной внутри него трубкой, установленными коаксиально обойме и образующими кольцевые полости для дополнительного охлаждения вставши, а углубление выполнено в виде шарового сегмента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Вода

(pui.f