Способ защиты электрода плазмотрона от окисления Советский патент 1981 года по МПК H05B7/22 H05H1/42 

(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДА ПЛАЗМОТРОНА ОТ ОКИСЛЕНИЯ

I

Изобретение относится к электротехнике, в частности к получению низкотемпературной плазмы и плазменной обработке материалов, и может быть применено в плазмохимии, металлурпии и других областях техники, использующих электродуговой нагрев.

В плазменных электродуговых ус,тройствах широко используются электроды из тугоплавких материалов, например из вольфрама. При высокой температуре эти материалы взаимодействуют с химически активными газами, что ведет к сильной эрозии.

Известны способы защиты электродов от окисления путем подачи к электроду защитного газа LlJ.

Для предотвращения окисления электрода необходимо использовать защитный гаэ высокой степени очистки. Однако для этой цели применяют дешевые, имеющие широкое распространение в промышленности, технически чистые защитные газы. По существующим тЪсТам.

технически чистые защитные газы MQгут содержать от 0,03 до- 0,5% кислорода, от О,2 до 1,0% двуокиси углерода, от 0,03 до 25 г/м паров воды. Ресурс работы электродов при этом невелик.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты электродаплазмотрона от окисления, при котором подают к электроду основной плазмообг

10 разующий и защитный газы, поджигают дуговой разряд и связьшают кислород, содержащийся в газах, в термоустойчивое соединение 2.

Недостатком данного способа являISется нестабильность и низкая эффек- тивность защиты.

Цель изобретения - увеличение стабильности и эффективности защиты электрода.

20

Поставленная цель достигается тем, что в защитный газ вводят до полнительный газ, содержащий cpraimческие соединения, например углеводерод, до достижения концентрации, при которой атомное отношение кислорода в газах к углероду равно 0,4-1,6. Причем вводят дополнительный газ в защитный до подачи к электроду. В качестве защитного газа выбирают газы, не препятствующие образованию окиси у1лерода, например инерт ные. На фиг. I изображена схема защиты электрода плавильного плазмотрона с открытой дугой; на фиг. 2 - то же, с межэлектродной вставкой и вихревой подачей газов. Плазмотроны имеют установленный в электродержателе 1 зачищаемый .электрод 2 из тугоплавкого материала или графита, сопло 3, формирующее поток защитного газа у электрода 2 и электрически изолированное от электродержателя 1 изолятором 4. П.еред включением плазмотрона к электро ду 2 подают защитный газ из линии 5, а из линии 6 подают оснозной рабочий газ, например воздух. С помощью расходомеров 7 и 8 устанавливают необходимые при работе расходы газ.ов. Известным способом измеряют у поверх ности электрода 2 в месте привязки дуги концентрации примесей, содержащих кислород. Для уменьшения ошибки определение состава газа около элект рода 2 можно производить во время пробного запуска плазмотрона. Исполь зуя измеренные концентрации примесей содержащих кислород, и предлагаемое атомное соотношение между кислородом в примеси и углеродом определяют необходимый расход органического соединения или природного газа. Орга ническое соединение или природный газ для улучшения смешения с защитным газом подают на линию 9, преимущественно в смеситель 10 на линии 5, и с помощью расходомера 11 устанавли вают необходимый расход. Предварительное смешение гаэов предотвращает разложение добавок с вьщелением угле рода в виде сажи, вызьюающее ряд нежелательных эффектов. Далее на элект роды 2 и 12 подают напряжение от источника 13 питания и возбуждают электрическую дугу 14. Защитный газ с добавками органического соединения или природного газа попадает в зону нагрева. При высокой температуре углеродная добавка взаимодействует с примесями и связьшает содержащийся в них кислород с образованием окиси углерода. Окись углерода в области рабочих температур электрйда 2 является термоустойчивой. В результате образования окиси углерода концентрации окислительных примесей падают на несколько порядков и ресурс электрода 2 увеличивается. Непрерьшное введение органических добавок в защитный газ обеспечивает стабильность и высокую эффективность защиты электрода 2. Как показьшают исследования, высокое качество защиты обеспечивается при атомном отношении кислорода к углероду равном от 0,4 до 1,6. При уменьшении указанного отношения ниже нижнего предела наблюдается увеличивающееся образование свободного углерода, осаладающагося на поверхности электрода 2 и приводящего к карбидизации его материала. Как известно, карбиды тугоплавких металлод имеют низкую температуру плавления и электрод 2 расплавляется. При повышении верхнего предела концентрации окислительных компонентов имеют достаточно значимый уровень и уменьшение окисления незначительно. Оптимальное отношение равно примерно ёдинще. В качестве защитного газа в данном способе используют газы, нее препятствующие образованию окиси углерода, т,е. инертные газы, азот, водород, окись углерода. При изменении режима работы с помощью известных приборов осуществляют контроль за содержанием окислительных примесей и регулируют соотношение расходов защитного газ.а-и органических добавок посредством регулятора 15, установленного на линиях 5 и 9. Непрерывное введение органической добавки обеспечивает стабильность, значительное снижение концентрации окислительных компонентов, повышает эффективность и надежность газовой защиты электрода. В .результате уменьшения окисления ресурс электрода значительно вьш1в. Данный способ обеспечивает длительную работоспособность электрода при защите не только инертными газами, но и при защите азотом, водородом, окисью углерода. Формула изобретения 1. Способ защиты электрода плазмотрона от окисления, при котором подают к электроду основной плазмооб- .ующйй и защитный газы, поджигают дуговой разряд и связьшают кислород, содержащийся в газах, в термоустойчи вое соединение, отличающийс я тем, что, с целью увеличения стабильности-и эффективности защиты электрода, вводя-г в защитный газ дополнительный газ, содержащий органические соединения, например углеводород, до достижения концентрац яи, при которой атомное отношение кислорода в газах к углероду равно 0,4-1, 2. Способ по .п. 1, о т л и ч аю щ и- и с я тем, что вводят допрлни1ельный газ в защитный до подачи к электроду. 3. Способ по п,I, отличающийся тем, что в качестве защитного выбирают газы, не препятствующие образованию окиси углерода, например инертные. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №356978, кл. Н 05 Н 1/00, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР №609218, кл. Н 05 В 7/18, 1976 (прототип .