Електродуговий плазмотрон

Даний винахід відноситься до плазмово-дугової обробки матеріалів і може бути використаний в установках для плазмово-дугового різання металів. Відомий плазмотрон, що містить корпус, виконаний з діелектрика, із встановленим у ньому порожнім мідним електродом, втулкой-завихрювачем з тангенціальними каналами і порожнім вихідним соплом з ізоляційною прокладкою у робочого торця і баластовим опором, укладеним між стінками сопла, порожній електрод оснащений різьбою на зовнішній поверхні і розташований усередині водоохолодного соленоїда (Патент України №9657 А, кл. Η 05 В 7/22. Оп убл.30.09.98р. Бюл. №3). Однак, у зв'язку з тим, що плазмотрон періодично піддається впливу високих температур і перебуває в зоні розкиду розплавлених часток металу, зовнішній діелектричний корпус і закріплене на ньому металеве сопло відчувають температурні перепади, що є причиною розгерметизації внутрішні х порожнин і, як наслідок, улучення часток води в зону плазмоутворення, що в цілому знижує надійність плазмотрона. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, до описуваного винаходу є електродуговий плазмотрон (Заявка №2001117445, кл.Н 05 В 7/22, дата подачі 01.11.01р., опубл. 15.03.20004), що містить корпус, виконаний з діелектрика, із встановленим у ньому порожнім мідним електродом, водоохолодний соленоїд, зв'язаний з струмопідводом і електродом через клему-вставку, у якій виконані наскрізні канали, циліндричний кожух з конічним звуженням і осьовим отвором у нижній його частині, що закріплює в діелектричному корпусі електрод і сопло, діелектричну ущільнювальну прокладку, розташовану між електродом і соплом, у конусній частині якого виконані тангенціальні канавки. До недоліків прототипу варто віднести слабкий захист сопла плазмотрона від розплавлених часток металу, що розрізається, а також у можливості шунтування дугового розряду на дно розрядної камери і як наслідок - прогоряння електрода і вихід плазмотрона з ладу. В основу винаходу поставлена задача удосконалення електродугового плазмотрона, спрямована на підвищення надійності основних вузлів плазмотрона і стабілізацію режиму горіння дугового розряду. Поставлена задача вирішується тим, що в електродуговому плазмотроні в торці порожнього мідного електрода герметично укріплена втулка, на поверхні якої виконані різьбові канавки, що з'єднують через герметичну діелектричну вставку канал подачі плазмоутворюючого газу з внутрішньою порожниною електрода. Поставлена задача вирішується також тим, що в зазорі між соплом і кожухом установлена втулка, у якій виконана порожнина, що з'єднує колектор подачі газу з кільцевою щілиною, утвореною поверхнею сопла і поверхнею конічного звуженого кожуха. Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 показаний запропонований устрій, загальний вид, на фіг.2 - вид по стрільці А. Плазмотрон містить корпус 1, виконаний з діелектрика, у якому встановлений мідний електрод 2, на зовнішній поверхні якого виконані канавки 3. Мідний електрод 2 розміщений усередині водоохолодного соленоїда 4, електрично зв'язаного з струмопідводом 5 і електродом 2 через клему-вставку 6, у якій рівномірно по її периметру виконані наскрізні канали 7 і 8. Між електродом 2 і соленоїдом 4 розміщена діелектрична втулка 9, виконана у виді порожнього циліндра, один кінець якої контактує з струмопідводом 5, а другий - із клемою-вставкою 6. Вихідне сопло 10 і електрод 2 закріплені в діелектричному корпусі 1 за допомогою циліндричного кожуха 11, виконаного з конічним звуженням і осьовим отвором у нижній його частині, при цьому сопло 10 сполучене по периферії з внутрішньою поверхнею кожуха 11. Порожнина, утворена внутрішньою стінкою сопла 10 і зовнішньою нижньою частиною електрода 2 розділена діелектричною ущільнювальною прокладкою 12 на порожнину для проходу води 13 і газову камеру 14. Охолодна вода подається в плазмотрон по штуцер у 15 і відводиться через штуцер 16. Кільцевий колектор розподілу газу 17 зв'язаний з газовою камерою 14 через виконані в конусній частині сопла тангенціальні отвори 18, розташовані нижче діелектричної ущільнювальної прокладки 12. У торці мідного електрода 2 герметично закріплена втулка 19 (торцевий завихрювач), на поверхні якої виконані різьбові канавки 20, що з'єднують через герметичну діелектричну вставку 21 канал подачі газу 22 із розрядною камерою 23 внутрішньої порожнини електрода 2. У зазорі між соплом 10 і кожухом 11 установлена циліндрична втулка 24 у верхній частині якої виконаний колектор для розподілу подачі газу в газову камеру 14 і обдування зовнішньої поверхні сопла 10. У нижній частині втулки 24 виконана порожнина 25 для подачі газу в кільцеву щілину 26, утворену поверхнею сопла 10 і поверхнею конічного звуженого кожуха 11. Плазмотрон працює в такий спосіб. Через канал подачі газу 22 плазмоутворюючий газ подається в колектор розподілу газу 17. Газовий потік, проходячи через тангенціальні отвори 18, виконані в соплі 10, надходить у газову камеру 14. Одночасно газ з каналу подачі газу 22 через герметичну діелектричну втулку 21 по різьбових канавках 20 подається в розрядну камеру 23. Охолодна вода подається в плазмотрон по штуцер у 15 у порожнину, утворену вн утрішньою стінкою діелектричної втулки 9 і зовнішньою поверхнею мідного електрода 2, і, перетікаючи через наскрізні канали 8, виконані в клемі-вставці 6, заповнює порожнину 13, і з неї через канали 7 перетікає у порожнину соленоїда, охолоджуючи при цьому соленоїд 4. При перетоку води через наскрізні канали 7 і 8, виконані в клемі-вставці 6, швидкість її збільшується і на виході з каналів 8 формуються водяні струмені, спрямовані на внутрішню стінку сопла 10, частково омиваючи при цьому стінки електрода 2. Охолодна вода відводиться через штуцер 16. На плазмотрон подається напруга від джерела постачання й одночасно за допомогою осцилятора чи іншого пристрою створюється іонізований канал у проміжку між порожнім електродом 2 і соплом 10. Чергова дуга газовим потоком видувається з каналу сопла і стикається з металом, що розрізається. Збуджується основна дуга між електродом і металом. Чергова дуга при цьому гасне, тому що сопло відключається від джерела постачання. Встановлюють необхідну швидкість переміщення плазмотрона що до розрізаємого метал}' і здійснюють його різання. При необхідності додаткового захисту сопла від виплеску розплавленого металу в кільцевий зазор між зовнішньою стінкою сопла 10 і внутрішньою стінкою кожуха 11 установлюється втулка 24. Довжина втулки 24 підбирається такою, щоб ширина кільцевої щілини 26 забезпечувала необхідну швидкість газового потоку уздовж поверхні сопла, достатню для здуву краплин металу, що вилітають з порожнини різу . У цьому випадку потік газу з колектора 17 розподільним колектором втулки 24 направляється в газову камеру 14 і в кільцеву щілину 26. Витрата газу встановлюється такою, щоб вона забезпечувала стабільну роботу плазмотрона і достатній захист сопла. Розміщення в торці мідного електрода 2 герметично закріпленої втулки 19 з газовим завихрювачем у виді різьбових канавок 20 дозволяє організувати вдув в розрядну камеру 23 електрода додаткового газового потоку і сформувати на стінці електрода 2 стійкий газовий вихор, що здійснює додаткову стабілізацію газового розряду в порожнині електрода. Крім цього вдування газу через торцевий завихрювач 19 перешкоджає шунтуванню дуго вого розряду на дно розрядної камери 23, що підвищує надійність електрода й інших вузлів, оскільки при "прогарі" електрода виходять з ладу і всі інші вузли плазмотрона. Розміщення в зазорі між соплом 10 і кожухом 11 додаткової втулки 24 дозволяє через кільцеву щілину 26 здійснювати додаткове обдування поверхні сопла, що забезпечує його додаткове охолодження й охороняє плазмотрон від викиду рідкого металу з зони різу. Експериментально встановлено, що при використанні додаткового торцового завихрювача підвищується стабільність горіння дуги. Горіння дугового розряду стабільно при максимальній швидкості різу, що може досягати 6-10м/хв. Крім цього, підвищення стабільності роботи плазмотрона дозволяє майже в 1,5 рази знизити напругу холостого ходу джерела електроживлення, що забезпечує його стійку роботу в парі зі стандартним джерелом з напругою Uxx=320В. Ресурс роботи плазмотрона по кількості урізань зріс до 1000-1500 разів. Додатковий захист сопла шляхом вдування через кільцеву щілину додаткової витрати газу підвищує надійність плазмотрона і забезпечує термін служби сопла рівний терміну служби електрода.