[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2257982C2 - Tool for electrothermic treatment of metals - Google Patents

Tool for electrothermic treatment of metals Download PDF

Info

Publication number
RU2257982C2
RU2257982C2 RU2003128368/02A RU2003128368A RU2257982C2 RU 2257982 C2 RU2257982 C2 RU 2257982C2 RU 2003128368/02 A RU2003128368/02 A RU 2003128368/02A RU 2003128368 A RU2003128368 A RU 2003128368A RU 2257982 C2 RU2257982 C2 RU 2257982C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
gas supply
annular
gas
supply nozzle
Prior art date
Application number
RU2003128368/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003128368A (en
Inventor
В.А. Достовалов (RU)
В.А. Достовалов
Д.В. Достовалов (RU)
Д.В. Достовалов
В.Н. Левченко (RU)
В.Н. Левченко
Original Assignee
Достовалов Виктор Александрович
Левченко Василий Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Достовалов Виктор Александрович, Левченко Василий Николаевич filed Critical Достовалов Виктор Александрович
Priority to RU2003128368/02A priority Critical patent/RU2257982C2/en
Publication of RU2003128368A publication Critical patent/RU2003128368A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2257982C2 publication Critical patent/RU2257982C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: electrothermic treatment of metals, namely tools for such treatment that may be used in different branches of machine engineering.
SUBSTANCE: cathode of tool includes means for connecting to electric current source and it is arranged in gas supply nozzle divided by means of annular partition by two annular ducts concentric relative to cathode and communicated through gas supply ducts with gas source. Gas supply nozzle is cylindrical one and it has unit for swirling gas in the form of dividing grid arranged in zone of joining annular ducts with gas supply duct. Openings of dividing grid are arranged concentrically around cathode and they are in the form of stream forming jets directed along lengthwise axis of cathode.
EFFECT: increased dimensions of surface area of working zone of contact of arc discharge and treated material, lowered energy density in said zone.
6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям плазмотронов и может быть использовано в процессах плазменной обработки материалов.The invention relates to designs of plasmatrons and can be used in plasma processing of materials.

Известен инструмент для электротермической обработки материалов, содержащий катод, снабженный средством его подключения к источнику тока, размещенный в газоподающем сопле, подключенном посредством газоподводящего канала к источнику газа, и средство подачи распыляемого материала (см. кн. В.В.Кудинова и Г.В.Боброва Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. М., Изд-во Металлургия, 1992, с.285, рис.146).A known tool for electrothermal processing of materials, containing a cathode equipped with a means of connecting it to a current source, placed in a gas supply nozzle connected via a gas supply channel to a gas source, and a means for supplying atomized material (see book V.V.Kudinova and G.V. . Bobrova Coating by spraying. Theory, technology and equipment. M., Metallurgy Publishing House, 1992, p. 285, Fig. 146).

Недостаток этого решения - повышенная сложность устройства, достаточно большие массогабаритные характеристики, отсутствие универсальности по параметрам формируемых легирующих покрытий, что исключает возможность их реализации в компактных ручных инструментах. Кроме того, низок коэффициент использования энергии, недостаточна однородность (повышенная пористость) покрытия и его сравнительно невысокая адгезионная и когезионная прочность.The disadvantage of this solution is the increased complexity of the device, sufficiently large overall dimensions, the lack of universality in terms of the parameters of the formed alloy coatings, which excludes the possibility of their implementation in compact hand tools. In addition, the energy utilization coefficient is low, the coating is not homogeneous (increased porosity) and its comparatively low adhesive and cohesive strength.

Известен также инструмент для электротермической обработки материалов, содержащий катод, снабженный средством его подключения к источнику тока, размещенный в газоподающем сопле, разделенном кольцевой перегородкой на два, концентричных, относительно катода, кольцевых канала, подключенных посредством газоподводящего канала к источнику газа (см. кн. В.А.Достовалова Газодинамическое управление термической плазмой, Владивосток, Изд-во ДВГТУ, 2000, с.135-136, рис.63).A tool for electrothermal processing of materials is also known, containing a cathode equipped with a means of connecting it to a current source, located in a gas supply nozzle divided by an annular partition into two ring channels, concentric with respect to the cathode, connected via a gas supply channel to a gas source (see book. V.A. Dostovalova Gas-dynamic control of thermal plasma, Vladivostok, DVGTU Publishing House, 2000, pp. 135-136, Fig. 63).

Недостаток этого решения определяется тем, что, площадь поперечного сечения столба дугового разряда, формируемого инструментом, мала и, следовательно, мала площадь рабочей зоны на контакте дугового разряда и обрабатываемого материала (единовременно обрабатываемая), что снижает производительность работ по формированию легирующих покрытий и делает невозможным его использование для обработки поверхности деталей достаточно больших размеров, кроме того, снижается качество (однородность) покрытий, поскольку технологический процесс формирования покрытия представляет из себя последовательное воздействие на множество точечных участков обрабатываемой поверхности, в условиях, когда ограниченность площади рабочей зоны на контакте дугового разряда и обрабатываемого материала (в условиях взаимодействия со столбом дугового разряда, имеющего высокую плотность потока энергии) требует повышенной точности дозирования подводимой энергии, что должно обеспечиваться высокоточным перемещением инструмента в пространстве и во времени. Все это не позволяет обеспечить высокую производительность процесса формирования легирующего покрытия.The disadvantage of this solution is determined by the fact that the cross-sectional area of the column of the arc discharge formed by the tool is small and, therefore, the area of the working zone at the contact of the arc discharge and the material being processed (simultaneously processed) is small, which reduces the productivity of the formation of alloy coatings and makes it impossible its use for surface treatment of parts of sufficiently large sizes, in addition, the quality (uniformity) of coatings is reduced, since the technological process of forming coating is a sequential effect on many point areas of the treated surface, in conditions where the limited area of the working area at the contact of the arc discharge and the processed material (in the conditions of interaction with the column of the arc discharge having a high energy flux density) requires increased accuracy of metering of the input energy , which should be provided by high-precision movement of the tool in space and in time. All this does not allow to ensure high productivity of the process of forming an alloying coating.

Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является повышение размеров площади рабочей зоны на контакте дугового разряда и обрабатываемого материала и снижение плотности энергии в этой зоне.The problem to which the claimed solution is directed is to increase the size of the working area at the contact of the arc discharge and the material being processed and to reduce the energy density in this zone.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении производительности процесса формирования легирующего покрытия при использовании предлагаемого инструмента. Кроме того, повышается качество покрытий и обеспечивается возможность упрощения и облегчения конструкции инструмента и возможность его реализации как ручного инструмента, который можно эффективно использовать в условиях различного уровня оснащенности производства.The technical result obtained when solving the problem is expressed in increasing the productivity of the process of forming an alloying coating using the proposed tool. In addition, the quality of coatings is improved and the possibility of simplifying and facilitating the design of the tool and the possibility of its implementation as a hand tool, which can be effectively used in conditions of various levels of production equipment, is provided.

Поставленная задача решается тем, что инструмент для электротермической обработки материалов, содержащий катод, снабженный средством подключения к источнику тока, размещенный в газоподающем сопле, разделенном кольцевой перегородкой на два концентричных относительно катода кольцевых канала, подключенных посредством газоподводящего канала к источнику газа, отличается тем, что газоподающее сопло выполнено цилиндрическим и снабжено средством турбулизации газа, выполненным в виде разделительной решетки, размещенной на сопряжении кольцевых и газоподводящего каналов, при этом отверстия разделительной решетки размещены концентрично вокруг катода и выполнены в виде струеформирующих сопел, направленных вдоль продольной оси катода. Кроме того, высота кольцевой перегородки составляет 0,3-0,6 от величины расстояния от разделительной решетки до кромки газоподающего сопла. Кроме того, отверстиям кольцевого канала, примыкающего к катоду, придана форма сегментов, а отверстиям второго кольцевого канала придана форма эллипсов или кругов. Кроме того, отверстия различных кольцевых каналов подключены к изолированным друг от друга газоподводящим каналам. Кроме того, катод выполнен из металла с высокой теплопроводностью, например меди, в виде стаканчика, стенки которого разъемно скреплены со средством подключения к источнику тока, выполненным в виде трубки из электропроводящего материала, например металла, электрически связанной с источником тока. Кроме того, катод на 0,3-0,7 своего диаметра выступает за кромку газоподающего сопла.The problem is solved in that the tool for electrothermal processing of materials containing a cathode equipped with a means of connecting to a current source, located in a gas supply nozzle divided by an annular partition into two annular channels concentric with respect to the cathode, connected by means of a gas supply channel to a gas source, is characterized in that the gas supply nozzle is cylindrical and provided with a means of gas turbulization, made in the form of a dividing lattice placed on the interface evyh and the gas supply channel, wherein the separation grating holes arranged concentrically around the cathode and are made in the form of jet forming nozzles directed along the longitudinal axis of the cathode. In addition, the height of the annular partition is 0.3-0.6 of the distance from the separation lattice to the edge of the gas supply nozzle. In addition, the holes of the annular channel adjacent to the cathode are shaped into segments, and the holes of the second annular channel are shaped as ellipses or circles. In addition, the openings of the various annular channels are connected to gas supply channels isolated from one another. In addition, the cathode is made of metal with high thermal conductivity, such as copper, in the form of a cup, the walls of which are detachably fastened with a means of connecting to a current source, made in the form of a tube of electrically conductive material, for example metal, electrically connected to the current source. In addition, the cathode at 0.3-0.7 of its diameter protrudes beyond the edge of the gas supply nozzle.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признак "газоподающее сопло выполнено цилиндрическим" исключает "ламиниризацию" турбулизированного газового потока (что могло бы иметь место при конфузорной форме сопла) либо потерю скорости газового потока (что могло бы иметь место при диффузорной форме сопла), т.е. признак "оптимизирует" условия "работы" газового потока.The sign "gas supply nozzle is made cylindrical" eliminates the "laminarization" of the turbulized gas flow (which could take place with the confuser shape of the nozzle) or loss of gas flow velocity (which could take place with the diffuser shape of the nozzle), i.e. the sign “optimizes” the “working” conditions of the gas stream.

Признак "снабжено средством турбулизации газа" обеспечивает турбулизацию газового потока, обдувающего столб дугового разряда и, тем самым, возможность разделения столба дуги на множество отдельных, одновременно существующих (кратковременно живущих) дуговых разрядов (что обеспечивает увеличение размеров площади рабочей зоны на контакте дугового разряда и обрабатываемого материала).The sign "equipped with a means of turbulization of gas" provides the turbulization of the gas stream blowing around the arc column and, thus, the possibility of dividing the arc column into many separate, simultaneously existing (short-lived) arc discharges (which provides an increase in the size of the working area at the contact of the arc discharge and processed material).

Признаки "в виде разделительной решетки, размещенной на сопряжении кольцевых и газоподводящего каналов, при этом отверстия разделительной решетки размещены, концентрично вокруг катода и выполнены в виде струеформирующих сопел, направленных вдоль продольной оси катода" конкретизируют конструкцию турбулизатора, имеющего широкий рабочий диапазон, и обеспечивают возможность эффективной "самотурбулизации" газового потока за счет его подачи в виде нескольких спутно направленных струй, свободно взаимодействующих друг с другом (вначале только со струями одного ряда - до конца кольцевой перемычки), а затем за кромкой перемычки, происходит свободное взаимодействие турбулизированных ("трубообразных") потоков газовых струй обоих рядов.The signs "in the form of a separation lattice placed on the interface of annular and gas supply channels, while the holes of the separation lattice are arranged concentrically around the cathode and are made in the form of jet-forming nozzles directed along the longitudinal axis of the cathode" specify the design of a turbulator having a wide operating range and provide the possibility effective "self-turbulization" of the gas stream due to its supply in the form of several satellite jets, freely interacting with each other (at first only with the jets of one row - to the end of the annular jumper), and then beyond the edge of the jumper, there is a free interaction of turbulized ("tube-like") flows of gas jets of both rows.

Признаки второго пункта формулы, по данным экспериментальных исследований, обеспечивают максимальный эффект турбулизации (при величинах, меньших заданного предела, сразу идет взаимодействие струй обоих рядов, снижается скоростной напор струй, кроме того, устройство делается менее чувствительным к взаимному изменению скоростных характеристик взаимодействующих потоков как средству регулирования параметров работы, при этом превышение заданного предела фактически приводит к исключению взаимодействия потоков, организованных в соседних рядах, что снижает степень турбулентности, кроме того, при больших скоростях потоков, реальные размеры зазоров в которых движутся газовые потоки, при их большей длине, приводит к "ламиниризации" потоков.The signs of the second paragraph of the formula, according to experimental studies, provide the maximum turbulization effect (when the values are less than the specified limit, the jets of both rows immediately interact, the speed head of the jets decreases, in addition, the device becomes less sensitive to the mutual change in the speed characteristics of the interacting flows as a means regulation of operation parameters, while exceeding a predetermined limit actually leads to the exclusion of the interaction of flows organized in neighboring in rows, which reduces the degree of turbulence, in addition, at high flow rates, the real dimensions of the gaps in which the gas flows move, with their greater length, leads to "laminarization" of the flows.

Признаки третьего пункта формулы, по данным экспериментальных исследований, обеспечивают максимальный эффект турбулизации газовых струй.The signs of the third paragraph of the formula, according to experimental studies, provide the maximum effect of turbulization of gas jets.

Признаки четвертого пункта формулы обеспечивают дополнительные возможности регулирования параметров работы устройства изменением скоростных напоров в газоподводящих каналах.The signs of the fourth paragraph of the formula provide additional opportunities for regulating the parameters of the device by changing the pressure head in the gas supply channels.

Признаки пятого пункта формулы, по данным экспериментальных исследований, обеспечивают высокую работоспособность устройства и облегчает его поддержание в рабочем состоянии (за счет оперативной замены отработанных катодов)The signs of the fifth paragraph of the formula, according to experimental studies, provide high efficiency of the device and facilitates its maintenance (due to the rapid replacement of spent cathodes)

Признаки шестого пункта формулы обеспечивают удобство работы с инструментом (запуск его в работу осуществляется, как и при работе с электросваркой, касанием выступающего кончика катода рабочей поверхности материала.The signs of the sixth paragraph of the formula provide the convenience of working with the tool (its launch is carried out, as when working with electric welding, by touching the protruding tip of the cathode of the working surface of the material.

В основе предлагаемой конструкции лежит решение задачи управления параметрами электрической дуги, при этом с позиций глубины регулирования принята схема газодинамического управления термической плазмой, предусматривающая обдув столба электрической дуги газовым потоком с высокой степенью турбулентности, для чего имеются следующие теоретические предпосылки:The proposed design is based on the solution of the problem of controlling the parameters of the electric arc, while from the positions of the depth of regulation, a scheme for gas-dynamic control of thermal plasma has been adopted, which involves blowing the column of the electric arc with a gas stream with a high degree of turbulence, for which there are the following theoretical premises:

- известно, что влияние турбулентности потока сказывается не только на изменении структуры и формы столба электрической дуги, но и на величине напряженности электрического поля;- it is known that the influence of flow turbulence affects not only the change in the structure and shape of the electric arc column, but also on the magnitude of the electric field strength;

- известно, что изменение напряженности электрического поля и длины дуги в турбулентном потоке пропорционально квадрату степени турбулентности;- it is known that a change in the electric field and the arc length in a turbulent flow is proportional to the square of the degree of turbulence;

- исследование закономерностей развития неустойчивости дуги показали, что имеется два ее вида: один - обусловленный воздействием магнитогидродинамичесих сил, а второй - обусловленный влиянием турбулентных пульсаций потока;- a study of the laws governing the development of arc instability showed that there are two types: one is due to the action of magnetohydrodynamic forces, and the second is due to the influence of turbulent flow pulsations;

- при переходе в область турбулентного режима обдува отмечено возрастание как локальной, так и технической напряженности и появление колебаний столба дуги относительно оси потока, которые, в свою очередь, приводят к увеличению амплитуды пульсаций напряженности;- when passing into the region of the turbulent mode of blowing, an increase in both local and technical tension and the appearance of oscillations of the arc column relative to the flow axis, which, in turn, lead to an increase in the amplitude of tension pulsations, are noted;

- при распространении струи в спутном потоке из-за торможения потока на кромке сопла образуется провал скорости, как в следе за телом; в следе также генерируется дополнительная вязкость, интенсифицирующая смешение (анализ многочисленных экспериментов и условий, в которых они производились, а также конструктивных особенностей различных устройств показывает, что наиболее сильное влияние оказывает начальная неравномерность распределения параметров (начальные пограничные слои);- when the jet propagates in a confluent stream due to deceleration of the stream, a velocity dip is formed at the nozzle edge, as in the wake of a body; additional trace viscosity is also generated in the trace, which intensifies mixing (analysis of numerous experiments and the conditions in which they were carried out, as well as the design features of various devices, shows that the initial irregularity of the distribution of parameters (the initial boundary layers) has the greatest influence;

- известно, что на срезе даже хорошо спрофилированного сопла (диаметр которого равен d) толщина пограничного слоя (δ) достаточно велика, т.е. δ≥0,05 d, тогда как при истечении из трубы с полностью развитым профилем значение δ=0,5 d, так что в общем случае, выполняется соотношение 0,05 d≤δ≤0,5 d.- it is known that even a well-profiled nozzle (whose diameter is d) is cut off, the thickness of the boundary layer (δ) is quite large, i.e. δ≥0.05 d, whereas when flowing out of a pipe with a fully developed profile, the value is δ = 0.5 d, so in the general case, the ratio 0.05 d≤δ≤0.5 d is satisfied.

При наличии спутного потока и по мере приближения его значения скорости (u1) к скорости струи (u2) (m=u2/u1→1) относительная роль пограничных слоев возрастает, т.к. вязкость, порождаемая разностью скоростей, убывает.In the presence of a confluent stream and as its velocity (u 1 ) approaches the jet velocity (u 2 ) (m = u 2 / u 1 → 1), the relative role of the boundary layers increases, since the viscosity generated by the speed difference decreases.

На фиг.1 показан разрез устройства по продольной оси инструмента, на фиг.2 - вид разреза А-А.Figure 1 shows a section of the device along the longitudinal axis of the tool, figure 2 is a view of a section aa.

На чертежах показаны катод 1, снабженный средством 2 подключения к источнику тока (на чертежах не показан), газоподающее сопло 3, разделенное кольцевой перегородкой 4 на два концентричных относительно катода 1 кольцевых канала 5 и 6, подключенных посредством газоподводящих каналов 7 к источнику газа (на чертежах не показан), разделительная решетка 8, включающая отверстия 9 кольцевого канала 5 (примыкающего к катоду 1), сечениям которых придана форма сегментов, и отверстия 10 кольцевого канала 6, сечениям которых придана форма эллипсов или кругов, кромка 11 газоподающего сопла, уплотнение 12, вставка 13, водоподводящая трубка 14. Кроме того, на чертежах показаны обрабатываемый материал 15, дуговой разряд 16, рабочая зона 17 дугового разряда 16, турбулентный газовый поток 18, зазор 19 между катодом 1 и обрабатываемым материалом 15.The drawings show a cathode 1, equipped with means 2 for connecting to a current source (not shown in the drawings), a gas supply nozzle 3, divided by an annular partition 4 into two annular channels 5 and 6 concentric with respect to the cathode 1, connected by means of gas supply channels 7 to a gas source (on not shown), a dividing lattice 8, including holes 9 of the annular channel 5 (adjacent to the cathode 1), the sections of which are shaped into segments, and holes 10 of the annular channel 6, whose sections are shaped as ellipses or circles, to of the gas nozzle 11, seal 12, insert 13, water supply pipe 14. In addition, the drawings show the material being processed 15, the arc discharge 16, the working zone 17 of the arc discharge 16, the turbulent gas stream 18, the gap 19 between the cathode 1 and the processed material 15 .

Катод 1 выполнен также из металла с высокой теплопроводностью (меди) в виде стаканчика, разъемно связанного со средством 2 подключения к источнику тока и обращенного к обрабатываемой поверхности "донышком", в центр которого впрессована (циркониевая или гафниевая) вставка 13. Средство 2 подключения к источнику тока выполнено в виде трубки из электропроводящего материала, например металла, и электрически связано с источником тока. В полости средства 2 подключения к источнику тока размещена водоподводящая трубка 14 (полость средства 2 подключения к источнику тока и водоподводящая трубка 14 подключены к системе водяного охлаждения (на чертежах не показана), при этом стык катода и средства 2 подключения к источнику тока снабжен уплотнением 12. Выбор материала вставки 13 катода зависит от материала обрабатываемой поверхности (например, названный вариант ее выполнения пригоден для обработки материалов на основе железа и его сплавов, тогда как при обработке титана и некоторых других материалов вставка 13 должна быть изготовлена из вольфрама). Катод 1 на 0,3-0,7 своего диаметра выступает за кромку 11 газоподающего сопла 3. Вставка 13 не должна выступать за пределы катода 1.The cathode 1 is also made of metal with high thermal conductivity (copper) in the form of a cup detachably connected to a current source 2 and facing the surface to be machined with a “bottom”, the insert 13 is pressed into its center (zirconium or hafnium) 13. Means 2 connect to the current source is made in the form of a tube of electrically conductive material, such as metal, and is electrically connected to the current source. A water supply tube 14 is placed in the cavity of the means 2 for connecting to the current source (the cavity of the means 2 for connecting to the current source and the water supply tube 14 are connected to the water cooling system (not shown in the drawings), while the junction of the cathode and the means 2 for connecting to the current source is equipped with a seal 12 The choice of material for the cathode insert 13 depends on the material of the surface to be treated (for example, the named embodiment is suitable for processing materials based on iron and its alloys, while in the treatment of titanium and some x other materials, the insert 13 must be made of tungsten.) The cathode 1 extends 0.3-0.7 of its diameter beyond the edge 11 of the gas supply nozzle 3. The insert 13 should not protrude beyond the limits of the cathode 1.

Газоподающее сопло 3 выполнено цилиндрическим из металла с высокой теплопроводностью (меди). Газоподводящие каналы 7 выполнены в виде металлических трубопроводов (не менее 2), которые одним концом примыкают к разделительной решетке 8, а другим подключены к источнику газа (на чертежах не показан) посредством гибких шлангов, надеваемых на штуцера (на чертежах не показаны), которыми заканчиваются свободные концы газоподводящих каналов 7. Представляется целесообразным располагать выпускные отверстия газоподводящих каналов на двух окружностях, концентричных относительно продольной оси средства 2 подключения к источнику тока.The gas supply nozzle 3 is made cylindrical of metal with high thermal conductivity (copper). The gas supply channels 7 are made in the form of metal pipelines (at least 2), which are connected at one end to the separation grid 8, and the other connected to a gas source (not shown in the drawings) by means of flexible hoses worn on the fitting (not shown in the drawings), which the free ends of the gas supply channels end. 7. It seems appropriate to place the gas supply channel outlets on two circles concentric with respect to the longitudinal axis of the means 2 for connecting to the current source.

Отверстия 9 и отверстия 10 выполнены в виде струеформирующих сопел (что обеспечивается соответствующей толщиной разделительной решетки 8 и соответствующим профилированием поверхности отверстий) и направлены вдоль продольной оси катода 1.The holes 9 and holes 10 are made in the form of jet-forming nozzles (which is ensured by the corresponding thickness of the separation grid 8 and the corresponding profiling of the surface of the holes) and are directed along the longitudinal axis of the cathode 1.

Высота кольцевой перегородки 4 составляет 0,3-0,6 от величины расстояния от разделительной решетки 8 до кромки 11 газоподающего сопла 3.The height of the annular partition 4 is 0.3-0.6 of the distance from the separation grid 8 to the edge 11 of the gas supply nozzle 3.

Выбор газа для обдува столба дугового разряда 16 зависит от материала обрабатываемой поверхности (например, для обработки материалов на основе железа и его сплавов может использоваться воздух, при обработке титана, алюминия и т.п. это может быть аргон).The choice of gas for blowing the arc discharge column 16 depends on the material of the surface to be treated (for example, air can be used to process materials based on iron and its alloys, it can be argon when processing titanium, aluminum, etc.).

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Инструмент размещают у поверхности обрабатываемого материала 15, включают в работу источник газа, систему водяного охлаждения катода 1 и источник тока (на чертежах не показаны). В результате касания обрабатываемой поверхности катодом 1 формируется дуговой разряд 16 в зазоре 19 между катодом 1 и обрабатываемым материалом 15 (вернее дуговой разряд 16 "привязан" к вставке 13 катода 1). На начальном этапе формирования дугового разряда целесообразно пользоваться известным приемом: использовать технологическую планку, т.е. кусок металла, электрически связанный с обрабатываемой поверхностью, на котором "зажигают" электрическую дугу, т.е. формируют дуговой разряд 16, производят операции по стабилизации ее горения и только после стабилизации параметров дуги ее переводят на обрабатываемую поверхность (это позволяет избежать возможных "прожогов" и других ее повреждений обрабатываемой поверхности). Струи газа (в устройстве, показанном на чертежах, число этих струй существенно больше двух) подают спутно (т.е. в одном направлении), придавая им значения скоростей, близкие друг другу (в идеале - равные), и обеспечивают возможность их свободного взаимодействия друг с другом (т.е. отдельные струи, формируемые в кольцевых каналах 5 и 6 (отверстиями 9 и 10) не разделяют перегородками, в пределах таких каналов). При взаимодействии струй друг с другом происходит турбулизация кольцеобразных газовых потоков, двигающихся по кольцевым каналам 5 и 6. После выхода упомянутых газовых потоков за кромку кольцевой перегородки 4 они начинают взаимодействовать друг с другом, что обеспечивает высокую степень турбулентности газового потока 18.The tool is placed at the surface of the processed material 15, the gas source, the cathode 1 water cooling system and the current source (not shown) are included in the operation. As a result of touching the treated surface with the cathode 1, an arc discharge 16 is formed in the gap 19 between the cathode 1 and the material being processed 15 (or rather, the arc discharge 16 is “tied” to the insert 13 of the cathode 1). At the initial stage of the formation of an arc discharge, it is advisable to use a well-known technique: use the technological bar, i.e. a piece of metal electrically connected to the surface to be machined, on which an electric arc is “ignited”, i.e. form an arc discharge 16, perform operations to stabilize its burning and only after stabilizing the parameters of the arc it is transferred to the treated surface (this avoids possible "burn-throughs" and other damage to the treated surface). The gas jets (in the device shown in the drawings, the number of these jets is significantly greater than two) is supplied in a satellite (i.e., in one direction), giving them speeds close to each other (ideally equal), and provide the possibility of their free interaction with each other (i.e., individual jets formed in the annular channels 5 and 6 (holes 9 and 10) are not separated by partitions, within such channels). When the jets interact with each other, turbulence occurs in the annular gas flows moving along the annular channels 5 and 6. After the said gas flows leave the edge of the annular partition 4, they begin to interact with each other, which ensures a high degree of turbulence of the gas stream 18.

В результате обдува дугового разряда 16 турбулентным газовым потоком 18 с высокой степенью турбулентности сплошной столб дугового разряда 16 разделяется (в рабочей зоне 17, т.е. на контакте с обрабатываемым материалом 15) на множество отдельных, одновременно существующих дуговых разрядов, что обеспечивает многократное увеличение размеров площади поверхности обрабатываемого материала 15, одновременно взаимодействующей с дуговым разрядом 16 (по аналогии рабочая зона 17 столба дугового разряда 16 становится похожа на малярную кисть, тогда как начальный участок столба дугового разряда 16 будет похож на рукоять этой кисти).As a result of the blowing of the arc discharge 16 by a turbulent gas stream 18 with a high degree of turbulence, the continuous column of the arc discharge 16 is divided (in the working zone 17, i.e., in contact with the processed material 15) into many separate, simultaneously existing arc discharges, which provides a multiple increase the surface area of the processed material 15, simultaneously interacting with the arc discharge 16 (by analogy, the working area 17 of the column of the arc discharge 16 becomes like a paint brush, whereas The other portion of the column of arc discharge 16 will be similar to the handle of this brush).

После этого соответственно перемещая инструмент, рабочую зону 17 дугового разряда 16 перемещают на участок поверхности обрабатываемого материала 15, подлежащий обработке (на расстоянии 7-10 мм от его поверхности), со скоростью, обеспечивающей заданные параметры легирования обрабатываемой поверхности (если инструмент используют не для легирования обрабатываемой поверхности, а только для местного прогрева материала, например для обеспечения его формоизменения, последовательность работ не отличается от описанной, кроме режимных характеристик - расстояния до поверхности и скорости перемещения вдоль нее, которые определяются толщиной материала и его физико-механическими свойствами).After that, accordingly moving the tool, the working zone 17 of the arc discharge 16 is moved to the surface area of the processed material 15 to be processed (at a distance of 7-10 mm from its surface), at a speed that provides the specified parameters for alloying the treated surface (if the tool is not used for alloying the treated surface, but only for local heating of the material, for example, to ensure its shape change, the sequence of work does not differ from that described, except for the performance characteristics IR - distances to a surface and moving therealong speed that are determined material thickness and its physicomechanical properties).

Claims (6)

1. Инструмент для электротермической обработки металлов, содержащий катод, снабженный средством подключения к источнику тока, размещенный в газоподводящем сопле, разделенном кольцевой перегородкой на два концентричных относительно катода кольцевых канала, подключенных посредством газоподводящих каналов к источнику газа, отличающийся тем, что газоподводящее сопло выполнено цилиндрическим и снабжено средством турбулизации газа, выполненным в виде разделительной решетки, размещенной на сопряжении кольцевых и газоподводящих каналов, при этом отверстия разделительной решетки размещены концентрично вокруг катода и выполнены в виде струеформирующих сопел, направленных вдоль продольной оси катода.1. Tool for electrothermal processing of metals, containing a cathode equipped with a means of connecting to a current source, located in a gas supply nozzle, divided by an annular partition into two annular channels concentric with respect to the cathode, connected via a gas supply channel to a gas source, characterized in that the gas supply nozzle is made cylindrical and is equipped with a means of gas turbulization, made in the form of a dividing lattice placed on the interface of the annular and gas supply channels, When this separation grating holes arranged concentrically around the cathode and are made in the form of jet forming nozzles directed along the longitudinal axis of the cathode. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что высота кольцевой перегородки составляет 0,3-0,6 величины расстояния от разделительной решетки до кромки газоподводящего сопла.2. The tool according to claim 1, characterized in that the height of the annular partition is 0.3-0.6 the distance from the separation grid to the edge of the gas supply nozzle. 3. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что отверстиям кольцевого канала, примыкающего к катоду, придана форма сегментов, а отверстиям второго кольцевого канала придана форма эллипсов или кругов.3. The tool according to claim 1, characterized in that the holes of the annular channel adjacent to the cathode are shaped into segments, and the holes of the second annular channel are shaped as ellipses or circles. 4. Инструмент по п.1 или 3, отличающийся тем, что отверстия различных кольцевых каналов подключены к изолированным друг от друга газоподводящим каналам.4. The tool according to claim 1 or 3, characterized in that the holes of the various annular channels are connected to insulated from each other gas supply channels. 5. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что катод выполнен из металла с высокой теплопроводностью, например меди, в виде стаканчика, стенки которого разъемно скреплены со средством подключения к источнику тока, выполненным в виде трубки из электропроводящего материала, например металла, электрически связанной с источником тока.5. The tool according to claim 1, characterized in that the cathode is made of metal with high thermal conductivity, for example copper, in the form of a cup, the walls of which are detachably fastened with means for connecting to a current source, made in the form of a tube of an electrically conductive material, for example metal, electrically connected to a current source. 6. Инструмент по п.1 или 5, отличающийся тем, что катод на 0,3-0,7 своего диаметра выступает за кромку газоподводящего сопла.6. The tool according to claim 1 or 5, characterized in that the cathode extends 0.3-0.7 of its diameter beyond the edge of the gas supply nozzle.
RU2003128368/02A 2003-09-19 2003-09-19 Tool for electrothermic treatment of metals RU2257982C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003128368/02A RU2257982C2 (en) 2003-09-19 2003-09-19 Tool for electrothermic treatment of metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003128368/02A RU2257982C2 (en) 2003-09-19 2003-09-19 Tool for electrothermic treatment of metals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003128368A RU2003128368A (en) 2005-04-10
RU2257982C2 true RU2257982C2 (en) 2005-08-10

Family

ID=35611051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003128368/02A RU2257982C2 (en) 2003-09-19 2003-09-19 Tool for electrothermic treatment of metals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2257982C2 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
«Сварка в машиностроении», т.1 под ред. Н.А.ОЛЬШАНСКОГО, М., Машиностроение, 1978, с.447-450, рис.93, с.450, рис.96. Ю.С.БОРИСОВ и др. «Газотермические покрытия из порошковых материалов». Справочник, Киев, Наукова Думка, 1987, с.85, строки 1-9. *
ДОСТОВАЛОВ В.А. "Газодинамическое управление термической плазмой", Владивосток, изд-во ДВГТУ, 2000, С.135-136, рис.63. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003128368A (en) 2005-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4743734A (en) Nozzle for plasma arc torch
KR100387386B1 (en) Apparatus for Gas-Dynamic Coating
CN112024885B (en) Plasma arc nozzle, plasma generating device with plasma arc nozzle and three-dimensional printing equipment
US4519423A (en) Mixing apparatus using a noncircular jet of small aspect ratio
EP1825948A2 (en) Nozzle for laser net shape manufacturing
US6696664B2 (en) Powder feed nozzle for laser welding
US4675493A (en) Gas-constricted arc nozzle
CN101084701B (en) Plasma arc torch having electrode with internal passages
US6610959B2 (en) Single-wire arc spray apparatus and methods of using same
CA1298146C (en) Multiple torch type plasma spray coating method and apparatus therefor
US3053968A (en) Method and apparatus for arc working with gas shields having coherentstreaming
ID22862A (en) EQUIPMENT FOR AEROSOL FORMATION
JPH02192699A (en) Nozzle for plasma torch and method of introducing powder flow into plasma column of plasma torch
US11396084B2 (en) Multi-jet abrasive head
US9107282B2 (en) Asymmetric consumables for a plasma arc torch
RU2257982C2 (en) Tool for electrothermic treatment of metals
US5736708A (en) Plasma torch head with nozzle providing an improved cut and plasma torch including the same
US20140284312A1 (en) Consumables for a Plasma Arc Torch for Bevel Cutting
CA2289432A1 (en) Low current water injection nozzle and associated method
RU35800U1 (en) ELECTRIC THERMAL TOOL
RU2256538C2 (en) Electric arc control method for treatment of metal
US5266776A (en) Plasma arc cutting and welding tip
US3825718A (en) Plasmatron
RU142944U1 (en) PLASMA BURNER FOR SPRAYING METALS AND OXIDES
JP2016043287A (en) Plasma spraying apparatus and plasma spraying method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050920