Електрод для дугових процесів в окиснювальних середовищах

Електрод для дугових процесів в окиснювальних середовищах, який складається з електропровідної оболонки та активної вставки, що включає до свого складу метали підгрупи титану, мідь, емісійно-активні речовини - барій, кальцій, стронцій, РЗМ, який відрізняється тим, що активна вставка має нерівномірну концентрацію емісійно-активних речовин по об'єму, яка знаходиться в межах від З до 7 % в загальній масі активної вставки та зміню ється ступенево від одного шару насипки до іншого в бік збільшення, починаючи від торця оболонки згідно з залежністю Винахід стосується електротехніки, а саме електродів для дугових процесів в окислювальних середовищах та може бути використаним для нагрівання, зварювання, поверхневого оплавлювання та хіміко-термічного оброблення металів Відомий електрод для дугових процесів в окислювальних середовищах, що складається з електропровідної оболонки та вставки, виконаної з двох частин важкоплавкої і емісійно-активної При цьому вміст емісійних домішок у важкоплавкій частині вставки складає 0,06 - 0,2 від вмісту цих домішок в емісійно-активній частині, а поруватість емісійно-активної частини складає від 1,0 до 1,7 поруватості важкоплавкої частини вставки [1] Недоліком цього електроду є незначний ресурс його роботи обумовлений підвищеною ерозією вставки Відомий також електрод для дугових процесів в окислювальних середовищах, який складається з електропровідної оболонки та активної вставки, що містить метал підгрупи титану, мідь та емісійні речовини - барій, кальцій, стронцій, РЗМ, при цьому фракційний склад компонентів вставки обраний в діапазоні 20 - ЮОмкм [2] Недоліком відомого електроду є його низький робочий ресурс з-за підвищеної ерозії активної вставки, яка виникає внаслідок нерівномірного нагріву вставки під час роботи та надмірного її перегріву В основу електроду для дугових процесів в окислювальних середовищах поставлена задача, шляхом нерівномірного розподілу емісійноактивних речовин вздовж висоти активної вставки збільшити його ресурс роботи Поставлена задача досягається тим, що в електроді для дугових процесів в окислювальних середовищах, який складається з електропровідної оболонки та активної вставки, що включає до свого складу метали підгрупи титану, мідь, емісійно-активні речовини - барій, кальцій, стронцій, РЗМ новим є те, що активна вставка має нерівномірну концентрацію емісійно-активних речовин по об'єму, що знаходиться в межах від 3 до 7% загальної маси активної вставки та яка змінюється ступенево від одного шару насипки до іншого в бік збільшення починаючи від торця обойми згідно з к=1,4-2,5, Рп - концентрація емісійно-активних речовин в пму шарі вставки, Ро - концентрація емісійно-активних речовин на початковій робочій поверхні активної вставки, п - порядковий номер шару, починаючи від торцю оболонки, Пзаг - загальна КІЛЬКІСТЬ шарів насипки, за рахунок зменшення концентрації МІДІ, причому в межах кожної площини перерізу активної вставки, паралельної торцю оболонки, концентрація емісійно-активних речовин є постійною ю 47175 залежністю к Р„ де к=\ 4-2.5 Рп - концентрація емісійно-активних речовин в л-му шарі вставки, Ро - концентрація емісійно-активних речовин на початковій робочій поверхні активної вставки, п - порядковий номер шару, починаючи від торцю оболонки, Пзаг - загальна КІЛЬКІСТЬ шарів насипки, за рахунок зменшення концентрації МІДІ, причому в межах кожної площини перерізу активної вставки, паралельної торцю оболонки, концентрація емісіцно-активних речовин є постійною На фіг 1 зображено повздовжній переріз електроду для дугових процесів в окислювальних середовищах, де І, II та III - позначення шарів активної вставки Електрод для дугових процесів в окислювальних середовищах складається з електропровідної оболонки 1, до якої запресовано активну вставку 2 (фіг 1) Активна вставка 2 складається з шарів, які почергово насипають та пресують з різною концентрацією емісійно-активних речовин На фіг 1 зображені три шари, що позначені І, II та III Електрод працює таким чином При вмиканні електричного живлення та запаленні дуги тепло з катодної плями поширюється в глибину вставки 2 На поверхні робочого торцю вставки утворюється рідка плівка, яка складається з розплавів металів підгрупи титану, а також їх поєднань з киснем та азотом Окрім того, до рідкої плівки проникають розплави емісійно-активних речовин (барій, кальцій, стронцій, РЗМ) Окрім того, в рідкій ПЛІВЦІ також знаходиться мідь, яка вводиться до складу вставки 2 для покращення теплопровідності та електропровідності власне вставки 2 та покращення електричного контакту з оболонкою 1 Емісійноактивні речовини є найбільш легкотопними та, проникаючи до рідкої плівки на робочій поверхні активної вставки 2, знижують температуру катодної плями, оскільки мають низьку енергію виходу електродів, тим самим збільшуючи ресурс роботи активної вставки 2 Дякуючи тому, що вставка 2 виготовлена не з компактного матеріалу, а зпресована з порошків, процес підживлення відбувається найбільш ефективно Під час роботи рідка плівка на поверхні активної вставки 2 витрачається на випарювання, розбризкування та ш і межа розподілу плівка-газ переміщається в глибину вставки 2 При цьому в матеріал вставки 2 переміщується і температурне поле, забезпечуючи тим самим процес безперервного підживлення рідкої плівки емісійно-активними речовинами В зв'язку з цим концентрація емісійно-активних речовин за висотою вставки задана нерівномірною та змінюється ступенево від одного шару насипки до іншого в напрямку збільшення, починаючи від торцю оболонки 1 згідно залежності р = к-Р-п де *=1.4-2.5 п„ Рп - концентрація емісійно-активних речовин в n-му шарі вставки, Ро - концентрація емісійно-активних речовин на початковій робочій поверхні активної вставки, п - порядковий номер шару, починаючи від торцю оболонки, Пзаг- загальна КІЛЬКІСТЬ шарів насипки, це забезпечує рівномірне підживлення рідкої плівки емісійно-активними речовинами в процесі її вигоряння, що робить нагрівання вставки рівномірним та зберігає и від перегріву Таким шляхом ерозія активної вставки знижується, що приводить до збільшення ресурсу роботи електроду Концентрація емісійно-активних речовин не може бути менше за 3% від загальної маси активної вставки 2, оскільки в цьому випадку ерозія активної вставки 2 сильно зростає Концентрація емісійно-активних речовин також не може бути і більше 7% в загальній масі активної вставки 2, оскільки в цьому випадку зменшується площа катодної плями, що підвищує питоме теплове навантаження на робочу поверхню вставки 2 та ВІДПОВІДНО збільшує її ерозію Оскільки глибина вставки 2 не перевищує 6 мм, КІЛЬКІСТЬ шарів не може бути більше 6 (товщина шару не менше 1мм), оскільки в іншому разі технологічний процес виготовлення вставки 2 стає невиправдано трудомістким Водночас коефіцієнт пропорційності k не повинен бути менше 1,4, оскільки в цьому випадку на самому початку роботи при нагріванні вставки 2 та розплавленні емісійно-активних речовин їх концентрація за висотою вставки практично вирівнюється Збільшення коефіцієнту k понад 2,5 також недоцільне, оскільки зниження концентрації МІДІ В активній вставці 2 понад припустимі норми призводить до підвищеної ерозії активної вставки 2 за рахунок погіршення її охолодження та збільшення омічного опору електричного контакту оболонкавставка Приклад конкретного виконання До мідної оболонки ЗОВНІШНІМ діаметром 16мм, виготовленої з МІДІ МІ (ТОСТ 546-79) запресовують порошкоподібну електродну масу (фракція 0,06 мм), що містить 60 % цирконію та кальцію термічного марки ПЦРК1 (ТУ 48-4-238-84), 37% МІДІ марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-69) до першого шару, 35% МІДІ -до другого шару та 33 % МІДІ - до третього шару та ВІДПОВІДНО ДО першого шару - 3% порошку алюмобарієвої лігатури (ТУ 14-5-35-84), до другого шару - 5%, до третього шару - 7% Алюмобарієву лігатуру використовували в якості емісійно-активний речовин Діаметр активної вставки - 5мм, вишина кожного шару засипки - 2мм, загальна вишина вставки - 6 мм Випробування електродів здійснювали в повітряному середовищі при струмі 750А В якості джерела живлення використовували два випрямлячі ВДП-500, підключених паралельно Випробовувались 5 електродів такого типу Ерозія активної вставки електроду склала в середньому 5 • 108см/кг Для порівняння в прототипі вона складає в середньому 8 - 1 0 8 см/кг Отже ерозія активної вставки електроду знизилась більш ніж в півтори рази, збільшивши тим самим ресурс роботи електроду Література 5 1 AC 1988p , ДСК CPCP№ 47175 1508473, MKI B23K35/02, 6 2 AC CPCP№ 1538389, Н05В7/08, 1988p , ДСК Фіг ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 MKI B23K35/32,