Плазмотрон для напилення покриттів

1 Плазмотрон для напилення покриттів із використанням ламінарного плазмового струменя, що містить ізолювальний корпус, у якому розміщений катодний вузол, що складається з стрижневого катода і соплової частини, яка включає сопло для формування плазмового струменя і сопло для подання захисного газу, що співвісно встановлені на катодному вузлі через ізолювальну втулку та ізолятор, при цьому катодний вузол зв'язаний з вузлом комунікацій, який складається з ВОДОПІДВІДНОГО корпуса, газопідвідного корпуса і струмопідвідних елементів, виносний анодний вузол, що складається з корпуса і водоохолоджува ного анода, який відрізняється тим, що виносний анодний вузол має Г-подібну форму і встановлений з можливістю переміщення вздовж осі катода і можливістю повороту навколо цієї осі, при цьому анод виносного анодного вузла і сопло для формування плазмового струменя катодного вузла виконані змінними 2 Плазмотрон для напилення покриттів за п 1, який відрізняється тим, що змінний анод оснащений вставкою з ерозійностійкого сплаву 3 Плазмотрон для напилення покриттів за п 1, який відрізняється тим, що катод установлений з можливістю переміщення вздовж своєї осі в процесі роботи плазмотрона 4 Плазмотрон для напилення покриттів за п 1, який відрізняється тим, що для переміщення анода вздовж осі катода в процесі роботи плазмотрона виносний анодний вузол установлений у розрізній ізолювальній втулці, а вільний кінець виносного анодного вузла закріплений у нарізній втулці, наприклад, за допомогою штифтів, при цьому обидві втулки закріплені в корпусі плазмотрона Запропонований пристрій стосується конструкції електродугових плазмотронів для напилення покриттів і може знайти застосування в різноманітних галузях техніки для нанесення зносостійких, корозійностійких, теплозахисних, біокерамічних, декоративних та інших видів покриттів ВІДОМІ електродугові плазмотрони для напилення покриттів, що складаються з катодного й анодного вузлів і системи охолодження (В С Клубникин, Плазменные устройства для нанесения покрытий, Известия СО АН СССР, Серия технических наук, 1983, №13, вып 3, с 82-92) Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, є плазмотрон для напилення покриттів із використанням ламінарного плазмового струму (патент США №5733662), що містить катодний вузол із стрижневим катодом, коаксіально встановленим у середині трубки для подання плазмоутворюючого газу, виносний катодний вузол, що складається з плоскої анодної пластини, роз міщеної між двома охолоджуючими пластинами, що з'єднані разом кріпильним болтом і мають можливість переміщуватися вздовж осі, перпендикулярної до осі катода, за допомогою регулювального гвинта, сопло для подання захисного газу і вузол подання порошку в плазмовий струмінь у проміжку між торцем катодного вузла й анодної пластини При роботі відомого електродугового плазмотрона для напилення покриттів відсутня можливість зміни міжелектродного проміжку, що не дозволяє регулювати потужність плазмотрона за рахунок зміни напруги на дузі, використовувана система охолодження анода за рахунок контактного тепловідведення складна і недостатньо ефективна, що повинно відбиватися на терміні служби анода, заміна трубчастого елемента катодного вузла, де його соплова частина є швидкозношуваним місцем внаслідок ерозії, при даній конструкції дуже трудомістка, вага анодного вузла запропонованої 00 00 1848 конструкції достатньо велика, що збільшує вагу пристрою і робить його менш зручним для проведення операцій напилення вручну, застосування чергової дуги при роботі плазмотрона і пов'язана з цим наявність напруги на трубчастому елементі катодного вузла ускладнює конструкцію і робить її менш електробезпечною В основу запропонованого пристрою покладена задача вдосконалення електродугового плазмотрона для напилення покриттів із ламінарним витіканням плазмового струменя, в якому шляхом модифікації конструкції анодного і катодного вузлів забезпечується можливість зміни напруги на дузі, у тому числі безпосередньо в процесі роботи, підвищується надійність роботи і зручність обслуговування плазмотрона Поставлена задача досягається тим, що в плазмотроні для напилення покриттів із використанням ламінарного плазмового струменя, що містить ізолювальний корпус, у якому розміщені катодний вузол, що складається зі стрижневого катода і соплової частини, яка складається з сопла для формування плазмового струменя та сопла для подання захисного газу, які співвісно встановлені на катодному вузлі через ізолювальну втулку і ізолятор, при цьому катодний вузол пов'язаний із вузлом комунікацій, що містить у собі ВОДОПІДВІДний корпус, газопідвідний корпус і струмопідвщні елементи, виносний анодний вузол, що складається з корпуса і водоохолоджуваного анода, має Г-подібну форму і встановлений з можливістю переміщення вздовж осі катода та можливістю повороту навколо цієї осі, при цьому анод виносного анодного вузла і сопло для формування плазмового струменя катодного вузла виконані змінними Змінний анод може бути оснащений вставкою з ерозійностійкого сплаву Крім того, катод може бути встановлений з можливістю переміщення вздовж своєї осі в процесі роботи плазмотрона Для переміщення анода вздовж осі катода в процесі роботи плазмотрона виносний анодний вузол установлений у розрізній ізолювальній втулці, а вільний кінець виносного анодного вузла закріплений у нарізній втулці, наприклад, за допомогою штифтів, при цьому обидві втулки закріплені в корпусі плазмотрона Запропонований пристрій дозволяє мати можливість зміни міжелектродної відстані (катод-анод) у процесі роботи за допомогою переміщення вздовж осі як катода, так і анода, що призводить до збільшення напруги і тим самим призводить до збільшення потужності струменя При цьому, якщо збільшення проводиться за рахунок переміщення анода, то зростає довжина виносної високотемпературної області від зрізу сопла до анодної плями Це дозволяє збільшити час перебування напилюваного матеріалу в найбільш високотемпературній області струму, що дозволяє наносити тугоплавкі матеріали Можливість переміщення катода вздовж своєї осі в процесі роботи дозволяє компенсувати знос катода, тим самим залишаючи енергетичні характеристики струменя незмінними, а також уникати можливості подвійного дугоутворення (шунтуван (шунтування) Існуюча конструкція анода дозволяє виготовляти його з різноманітних матеріалів, включаючи тугоплавкі та ерозійностійкі, а безпосереднє (неконтактне відведення тепла) охолодження дозволяє знизити його знос і тим самим збільшити ДОВГОВІЧНІСТЬ його роботи і знизити можливість забруднення покриття продуктами зносу анода Можливість повороту анода навколо своєї осі дає можливість зручного доступу до сопел, що полегшує їхнє обслуговування і заміну Плазмотрон оснащений легкозмінними плазмоформувальними соплами Простота їх виготовлення і заміни зменшують вартість і час обслуговування плазмотрона даної конструкції Суть запропонованого пристрою пояснюється кресленнями, де на Фіг 1 показаний плазмотрон для напилення покриттів із використанням ламінарного плазмового струменя, а на Фіг 2 - розріз А-А на фіг 1 Плазмотрон має ізолювальний корпус 1, у верхній частині якого встановлені катодний вузол, сопловий вузол і вузол комунікацій, розташовані СПІВВІСНО, а в нижній частині розташований анодний вузол Вузол комунікацій включає водопідвщний корпус, газопідвідний корпус і струмопідвщні елементи Катодний вузол містить у собі СПІВВІСНО встановлені електрод 2, цангу 3, корпус цанги 4 і першу ізолювальну втулку 5 Катодний вузол по нарізці з'єднаний з вузлом комунікацій, що містить у собі водопідвщний корпус 6, газопідвідний корпус 7 і струмопідвідне цангове кільце 8 Через Другу ізолювальну втулку 9 вузол комунікацій з'єднаний з сопловим вузлом, при цьому забезпечується безперебійне підведення води до сопла і її відведення Сопловий вузол містить у собі СПІВВІСНО встановлені змінне плазмоутворююче сопло 10, корпус соплового вузла 11 і сопло захисного газу 12 При обертанні катодного вузла по нарізці воДОПІДВІДНОГО корпуса 6 електрод 2 рухається вздовж осі плазмотрона, змінюючи відстань від кінця електрода до зрізу змінного сопла 10 У нижній частині ізолювального корпуса розташований анодний вузол, що містить СПІВВІСНО встановлені корпус анода Г-подібної форми 13, розрізну ізолювальну втулку 14, нарізну втулку 15, притискну гайку 16, змінний анод 17 і фіксувальні штифти 18 Виносний анод виготовлений Г-подібної форми і встановлений з можливістю поздовжнього переміщення вздовж осі катода і повороту його навколо осі Верхня кромка змінного анода 17 розташована на відстані L, що дорівнює 0,5-1,5мм від осі катода Мінімальна відстань пов'язана з діаметром плазмового струменя і забезпечує виключення натікання струменя на край анода, що створює небезпеку турбулізації струменя і посиленої ерозії кромки анода Максимальна відстань встановлюється з умов стабільності дуги і зниження небезпеки подвійного дугоутворення Потенціал підводиться на катод через струмопідвідне цангове кільце 8, а на анод - безпосередньо на корпус анода 13 Зміна відстані між електродом 2 і змінним соплом 10 дозволяє змінювати 1848 змінювати потужність плазмового струменя, а зміна відстані між електродом 2 і виносним анодом дозволяє змінювати потужність і довжину плазмового струменя Крім того, максимальне зближення виносного анода й електрода дозволяє підпалювати плазмову дугу без необхідності використання чергової дуги У зв'язку з цим соплова частина електричко нейтральна, що зменшує можливість подвійного дугоутворення При необхідності переміщення точки прив'язки дуги на кромці анода (у випадку значного локального ерозійного зносу кромки або заміні плазмоутворюючого сопла), виносний анод можна повернути вручну навколо осі корпуса 1 разом із розрізною ізолювальною трубкою попередньо відтиснувши гвинт у корпусі плазмотрона Це дозволяє повністю використовувати робочу поверхню анода і значно спрощує обслуговування плазмотрона при заміні сопла Пристрій працює в такий спосіб Вмикають подачу води в систему охолодження плазмотрона Вода проходить через сопловий вузол і охолоджує його Максимально наближають 10 І2 електрод катодного вузла і виносний анод один до одного обертанням корпуса цанги 4 і нарізної втулки 15 Вмикають подачу плазмоутворюючого і захисного газу Плазмоутворюючий газ через катодний вузол підводиться до змінного плазмоутворюючого сопла 10, і через канал сопла спрямовується назовні до виносного анода Захисний газ підводиться через ВОДОПІДВІДИЙ корпус 6, другу ізолювальну втулку 9 і корпус соплового вузла 11 у порожнину сопла захисного газу 12 і утворює кільцевий струмінь навколо струменя плазми Запалюють дугу між кінцем електрода 2 і верхньою кромкою змінного анода 17 Відбувається іонізація плазмоутворюючого газу і утворення плазмового струму Змінюючи положення виносного анодного вузла щодо змінного сопла 10 обертанням нарізної втулки 15 і положення електрода 2 щодо змінного сопла 10 обертанням корпуса цанги 4, керують потужністю і довжиною плазмового струменя У плазмовий струмінь через пристрій для подачі покриття подають напилюваний матеріал Йде процес нанесення покриття U Фіг. 2 Комп ютерна верстка О Кураєв Підписано до друку 05 07 2003 Тираж 39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комгтет', вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна