плазмотрон

Формула изобретения

Плазмотрон, содержащий полый цилиндрический электрод, корпус с закрепленным на нем плазмообразующим соплом и выполненными в нем каналами для подвода плазмообразующего газа; две изоляционные втулки, установленные между корпусом и электродом на противоположных концах корпуса; систему охлаждения с центральным и соосным с ним кольцевым каналами, соединенными между собой и расположенными в электроде, кольцевым каналом, образованным наружной поверхностью электрода и внутренней поверхностью корпуса и расположенным между изоляционными втулками, соединенным с полостью электрода перепускными радиальными каналами, выполненными в электроде, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя изоляционными втулками, установленными на внешней стороне корпуса на противоположных концах, на которые устанавливается кожух с закрепленным на нем плазмообразующим соплом и выполненными в нем каналами для подвода защитного газа и отвода охлаждающей жидкости; между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью кожуха в осевом направлении между изоляционными втулками расположен кольцевой канал системы охлаждения, соединенный с кольцевым каналом, расположенным между корпусом и электродом, радиальными перепускными каналами, выполненными в корпусе; перепускные радиальные каналы, выполненные в электроде, расположены в хвостовой его части, а перепускные каналы, выполненные в корпусе, расположены вблизи передней внешней изоляционной втулки, а отводящий канал, выполненный в кожухе, у противоположного конца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области плазменной обработки металлов, а именно к устройствам для плазменной наплавки, сварки, резки черных и цветных металлов.

Известны плазмотроны, содержащие полый корпус с плазмообразующим и защитным соплами, систему подвода плазмообразующего и защитного газов, электродный и электроизоляционный узлы и автономные системы охлаждения электродного узла и плазмообразующего сопла /патенты США 4058698, 4133987, МПК В 23 К 9/00/.

Известные плазмотроны наряду с достаточно высокой мощностью имеют ряд недостатков: они содержат не менее 25-30 деталей сложной формы, требуют для своего изготовления применения операций пайки или сварки, габариты их достигают 200 мм по длине и 60-100 мм в поперечнике /по диаметру/, минимальная масса - 0,8-2,0 кг, срок службы не более 50-100 ч из-за выхода из строя теплонагруженных элементов: электрода и плазмообразующего сопла по причине низкой эффективности системы охлаждения. Кроме того, эти плазмотроны практически невозможно восстановить после отработки ресурса или аварийного выхода из строя из-за наличия сварных или паяных соединений.

Известен плазмотрон, содержащий полый цилиндрический электрод, корпус с закрепленными на нем плазмообразующим и защитным соплами и выполненными в нем каналами для подвода плазмообразующего и защитного газов и отвода охлаждающей жидкости, снабженный двумя изоляционными втулками, установленными между корпусом и электродом на противоположных концах корпуса, систему охлаждения с центральным и соосным с ним каналами, соединенными между собой и расположенными в электроде, кольцевым каналом, образованным наружной поверхностью электрода и внутренней поверхностью корпуса, соединенным с полостью электрода перепускными радиальными каналами, выполненными в электроде вблизи рабочего конца /патент РФ 2060130, МПК В 23 К 10/60/.

Этот плазмотрон по сравнению с вышеописанными более прост по конструкции /имеет небольшое количество деталей простой конструкции/, имеет меньшие габариты и массу, более технологичен и удобен в эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью /не имеет сварных и паяных соединений/. Однако имеются резервы для повышения мощности и надежности плазмотрона за счет повышения эффективности охлаждения. Кроме того, в описанном выше плазмотроне существует электрическая связь плазмообразующего и защитного сопел, что повышает возможность двойного дугообразования и аварийного режима при работе плазмотрона.

Задача настоящего изобретения - повышение мощности и надежности плазмотрона за счет повышения эффективности охлаждения и исключения возможности двойного дугообразования.

Задача решается усовершенствованием известного плазмотрона. Предлагаемый плазмотрон содержит корпус, кожух, плазмообразующее и защитное сопла, выполненные в корпусе каналы для подвода плазмообразующего газа, выполненные в кожухе канал для подвода защитного газа и канал для отвода охлаждающей жидкости, установленные в полости корпуса переднюю и заднюю изоляционные втулки. Во втулках установлен полый электрод. На корпусе установлены передняя и задняя изоляционные втулки, на которые помещается кожух. Плазмотрон имеет единую систему охлаждения корпуса, электрода, плазмообразующего сопла и кожуха. Система охлаждения включает в себя трубопровод и кольцевые каналы: между корпусом и электродом, расположенный в осевом направлении между изоляционными втулками; электродом и трубопроводом; корпусом и кожухом, расположенный в осевом направлении между изоляционными втулками; перепускные радиальные каналы в электроде; соединяющие кольцевые каналы внутри электрода и корпуса; перепускные радиальные каналы в корпусе; соединяющие кольцевые каналы внутри корпуса и внутри кожуха и отводящий канал в кожухе.

Предлагаемый плазмотрон отличается от плазмотрона по прототипу тем, что на корпусе установлены передняя и задняя изоляционные втулки, на которые помещается кожух. Между корпусом и кожухом расположен кольцевой канал, в осевом направлении ограниченный изоляционными втулками, этот канал соединен с системой охлаждения плазмотрона перепускными радиальными каналами, выполненными в корпусе, в передней его части. Перепускные каналы, выполненные в электроде, расположены в его хвостовой части. На кожухе закреплено защитное сопло, а в кожухе выполнены каналы для подвода защитного газа и отвода охлаждающей жидкости.

Наличие на внешней поверхности корпуса кольцевого канала системы охлаждения значительно увеличивает поверхность контакта корпуса с охлаждающей жидкостью, что повышает эффективность системы охлаждения. Расположение защитного сопла на кожухе, установленном на изолирующих втулках, обеспечивает изоляцию его от плазмообразующего сопла, что исключает возможность двойного дугообразования.

На фиг.1 показан общий вид плазмотрона с продольным разрезом по системе подвода и отвода охлаждающей жидкости и системе подвода защитного газа. На фиг. 2 показан плазмотрон с продольным разрезом по системе подвода плазмообразующего газа и системе охлаждения (для повышения четкости чертежа отдельные детали показаны в увеличенном масштабе).

Плазмотрон содержит корпус 1, кожух 2, плазмообразующее 3 и защитное 4 сопла, выполненные в корпусе 1 каналы 5 для подвода плазмообразующего газа, выполненный в кожухе 2 канал 6 для подвода защитного газа, установленные в полости корпуса 1 переднюю 7 и заднюю 8 изоляционные втулки. Во втулке 7 головной своей частью "а" установлен полый электрод 9, задняя часть "b" которого (хвостовик) установлена во втулке 8. На корпусе 1 установлены передняя 10 и задняя 11 электроизоляционные втулки, на которые помещается кожух 2. Плазмотрон содержит также единую систему охлаждения корпуса 1, электрода 9, плазмообразующего сопла 3 и кожуха 2. Система охлаждения включает в себя расположенный по оси плазмотрона трубопровод 12 для подвода охлаждающей жидкости в полость "d" электрода 9 и выполненный в кожухе 2 канал 13 для отвода охлаждающей жидкости. Электрод 9 образует с корпусом 1, трубопроводом 12 и кожухом 2 кольцевые каналы 14, 15 и 16 соответственно. Кольцевые каналы 14 и 15 соединены радиальными каналами 17, выполненными в электроде 9 и расположенными в плоскости переднего конца задней электроизоляционной втулки 8. Кольцевые каналы 14 и 16 соединены радиальными каналами 18, выполненными в корпусе 1 и расположенными в плоскости заднего конца электроизоляционной втулки 10. Подвод воды осуществляется по каналу 19. Крепление электрода 9 и герметизация кольцевого канала 14 производится гайкой 20. Крепление кожуха 2 на корпусе 1 и герметизация кольцевого канала 16 осуществляется гайкой 21 через шайбу-изолятор 22.

При работе плазмотрона охлаждающая жидкость по каналу 19 трубопровода 12 подается к рабочей зоне электрода 9 (полость "d"), заполняет кольцевой канал 15, охлаждая при этом электрод изнутри. Из канала 15 через каналы 17 охлаждающая жидкость поступает в кольцевой канал 14, охлаждая электрод 9 снаружи и корпус 1 изнутри. По 18 каналам охлаждающая жидкость подается в кольцевой канал 16, охлаждая корпус 1 снаружи и кожух 2, и отводится на слив по каналу 13. Охлаждение сопел 3 и 4 осуществляется через надежный тепловой контакт в корпус 1 и кожух 2 соответственно, а также плазмообразующим и защитным газами. Плазмообразующий газ через каналы 23 и 5 поступает в полость плазмообразующего сопла 3, защитный газ по каналу 6 поступает под сопло 4.

Лабораторные испытания опытного образца плазмотрона с габаритами, равными D2970 мм и массой 0,3 кг при расходе охлаждающей жидкости (воды) 2,5 л/мин и сварочном токе 450 А при сварке на обратной полярности показали, что температура электрода при этом вблизи рабочей зоны не превышает 220-250^oС. При расходе воды 5-6 л/мин электрод выдерживает токовую нагрузку до 800 А. Стойкость электрода составляет не менее 300 ч.