BRPI0922153B1 - Eletrodo para uma tocha de plasma - Google Patents

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BRPI0922153B1
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Katrin Jehnert
Martin Kroschwald
Ralf-Peter Reinke
Thomas Steudtner
Volker Krink
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Kjellberg Finsterwalde Plasma Und Maschinen Gmbh
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Abstract

eletrodo para uma tocha de plasma. a invenção refere-se a um eletrodo (7) para uma tocha de plasma que compreende um suporte de eletrodo (7.5) alongado com uma superfície frontal (7.7) na ponta do eletrodo e uma perfuração (7.14) disposta na ponta do eletrodo ao longo de um eixo central através do suporte de eletrodo ( 7. 5) , e uma inserção emissora ( 7. 1) disposta na perfuração (7.14) de emissão ( 7 . 11 , 7 . 12 ) tal forma que uma superfície de da inserção emissora (7.1) fica exposta, a superfície de emissão estando colocada por trás em relação à superfície frontal (7,7) do suporte de eletrodo ( 7. 5) , e também a um eletrodo para uma tocha de plasma,dotado de um encaixe de eletrodo (6) e um suporte de eletrodo, o encaixe de eletrodo apresentando uma rosca interna, e o suporte de eletrodo (7.5) apresenta uma rosca externa ( 7. 4) e um anel ( 7. 2) em uma ranhura ( 7. 3) na superfície externa cilíndrica, o suporte de eletrodo (7.5) está rosqueado juntamente com o encaixe de eletrodo (6) por meio da rosca externa (7.4) e da rosca interna e vedado por meio do anel (7.2); e compreende ainda uma tocha de plasma com o dito eletrodo.

Description

ELETRODO PARA UMA TOCHA DE PLASMA
A presente invenção refere-se a um eletrodo para uma tocha de plasma e a um cabeçote de tocha de plasma com a 5 dita tocha de plasma.
Plasma é um termo utilizado para um gás eletricamente condutor consistindo em íons positivos e negativos, elétrons e átomos e moléculas excitados e neutros, que é aquecido termicamente para uma alta temperatura.
Vários gases são utilizados como gases de plasma, tais como argônio mono-atômico e/ou os gases diatômicos hidrogênio, nitrogênio e oxigênio ou ar. Estes gases são ionizados e dissociados pela energia de um arco elétrico. 0 arco elétrico é restrito por um bocal e é então chamado de jato de plasma.
Os parâmetros do jato de plasma podem ser fortemente influenciados pelo desenho do bocal e do eletrodo. Estes parâmetros do jato de plasma são, por exemplo, o diâmetro do jato, a temperatura. A densidade de energia e a taxa de 20 fluxo do gás.
Em corte por plasma, por exemplo, o plasma é restrito por um bocal, o qual pode ser resfriado por gás ou água. Desta maneira, densidades de energia de até 2xl06 W/cm2 podem ser alcançadas. Temperaturas de até 30000°C ocorrem 25 no jato de plasma, o que, em combinação com a taxa de fluxo alta do gás, torna possível a obtenção de velocidades de corte muito altas nos materiais.
Tendo em vista a alta tensão térmica no bocal, este é usualmente feito de um material metálico, preferivelmente 30 cobre, tendo em vista sua alta condutividade elétrica e
2/10 alta condutividade térmica. O mesmo é verdade para o suporte do eletrodo, embora possa ser também feito de prata. 0 bocal é então inserido em uma tocha de plasma, os elementos principais da qual são um cabeçote de tocha de plasma, uma capa de bocal, um membro condutor do gás de plasma, um bocal, um suporte de bocal, uma bobina de eletrodo, um suporte de eletrodo com uma inserção para eletrodo e, em queimadores de plasma modernos, um suporte para uma capa protetora do bocal e uma capa protetora do bocal. 0 suporte de eletrodo fixa uma inserção uma inserção pontuda do eletrodo, conhecida como inserção de emissão, feita de tungstênio, que é adequada quando são utilizados gases não oxidantes como gás de plasma, tal como uma mistura de argônio e hidrogênio. Um eletrodo de ponta plana, cuja inserção é feita de háfnio, é também adequado quando são utilizados gases oxidantes como gás de plasma, tal como ar ou oxigênio.
De maneira a se obter uma vida útil longa para o bocal e o eletrodo, estes são freqüentemente resfriados com
um liquido, tal como água, embora possam ser resfriados com
um gás.
Por este motivo, é feita uma distinção entre tochas
de plasma resfriadas a líquido e resfriadas a qás.
No estado da técnica, o eletrodo consiste em seu
suporte de eletrodo, o qual é feito de um material com boa condutividade elétrica e boa condutividade térmica, por exemplo, cobre e prata ou suas ligas, e uma inserção emissora consistindo em um material resistente a temperatura, por exemplo, tungstênio, zircônio ou háfnio. Para gases de plasma contendo oxigênio, pode ser utilizado
3/10 zircônio, embora háfnio seja mais adequado tendo em vista suas melhores propriedades térmicas, uma vez que seu óxido é mais resistente à temperatura.
De maneira a se obter uma vida útil longa para o eletrodo, o material resistente à temperatura é introduzido no suporte como uma inserção emissora, que é então resfriada. A forma mais efetiva de resfriamento é resfriamento por liquido.
documento DD 87361 BI descreve um eletrodo (cátodo) deste tipo para gás oxidante. O cátodo (inserção emissora) consiste em um material, por exemplo, zircônio, cujo óxido é resistente à temperatura e que é inserido em um suporte de cátodo feito de cobre. 0 suporte de cátodo é resfriado a partir do interior por um canal de água de refrigeração. Descreve também o problema de duração limitada (vida útil curta) do cátodo, que é provocada pela rotação do gás de plasma, que é necessária para uma boa qualidade de corte. 0 suporte de cátodo contém um colar com um anel condutor de gás disposto em seu redor, que contém canais de gás incorporados para dividir o gás de plasma em uma corrente parcial e uma corrente principal, que forma a corrente principal no lado voltado para o bocal e faz com que este gire e a corrente parcial no lado voltado para o suporte de cátodo, que gira na direção oposta, ou então o colar do suporte de cátodo apresenta recessos que servem para formar e defletir uma corrente parcial de gás. A intenção é, desta forma, criar uma zona de calma a montante da inserção emissora de maneira a reduzir seu desgaste. Com este método, as qualidades de corte obtidas não são tão boas quanto com gás de plasma poderosamente rotativo.
4/10
Em adição, no documento DE 690 14 289 T3 e no documento DE eletrodo nas
699 37 323 T2, são descritas disposições de quais uma luva (separador) é fixada em torno da inserção emissora, que separa a inserção emissora do suporte de eletrodo.
separador aqui é feito principalmente de prata e o suporte de eletrodo principalmente de cobre.
prata assegura uma vida útil longa, especialmente quando do corte com oxigênio puro, porque a prata é mais inerte ao oxigênio que o cobre.
No entanto, é complexa a manufatura destas disposições de eletrodo.
É conhecido do documento DE 695 12
247 T2 que superfície emissora da inserção emissora é inicialmente formatada de tal forma que determina um recesso na inserção emissora, que apresenta uma profundidade inicial no eixo central que é proporcional à corrente de corte e ao diâmetro da inserção emissora.
Este recesso faz com que sejam reduzidos os depósitos de material emissor na superfície interna resultantes da ignição e operação do arco de plasma.
Estudos mostraram, entretanto, que a vida útil não pode ser estendida desta forma.
vida
A invenção está baseada no problema de aumentar a útil de um eletrodo, especialmente da inserção emissora, para uma tocha de plasma e, no processo de redução do esforço de produção ao mesmo tempo.
Este problema é solucionado de acordo com a invenção por um eletrodo para uma tocha de plasma, compreendendo: um suporte de eletrodo alongado com uma superfície frontal na ponta do eletrodo e uma perfuração disposta na ponta do eletrodo ao longo de um eixo central através do suporte de
5/10 eletrodo, e uma inserção emissora disposta na perfuração de tal forma que uma superfície emissora da inserção emissora é exposta, caracterizado pelo fato da superfície emissora estar em posição recolhida em relação à superfície frontal do suporte de eletrodo.
De acordo com um segundo aspecto, este problema é solucionado por um eletrodo para uma tocha de plasma, compreendendo: encaixe de eletrodo e um suporte de
eletrodo, o encaixe de eletrodo apresentando uma rosca
interna, e o suporte de eletrodo apresentando uma rosca
externa e uma ranhura na superfície externa cilíndrica , e o
suporte de eletrodo é rosqueado no encaixe de eletrodo por meio da rosca externa e da rosca interna e vedado por meio de um anel. 0 anel pode ser disposto na ranhura para propósito de vedação.
As várias reivindicações dependentes definem realizações adicionais da invenção.
A invenção está baseada na observação surpreendente de que pela colocação da superfície emissora em posição recolhida em relação à superfície frontal do suporte de eletrodo, ávida útil do eletrodo é aumentada.
Características e vantagens adicionais da invenção ficarão claras a partir das reivindicações anexas e da descrição a seguir, na qual um número de realizações da invenção é ilustrado em detalhe com referência aos desenhos esquemáticos, nos quais:
A Fig. 1 mostra uma seção através de um cabeçote de tocha de plasma de acordo com uma primeira realização particular da invenção, na qual tanto uma melhor centralização e/ou vedação do eletrodo quanto também uma
6/10 inserção emissora especial são providas de maneira a estender a vida útil e aumentar a segurança de operação da tocha de plasma.
A Fig. 2 mostra detalhes da centralização e vedação melhoradas do eletrodo mostrado na Fig. 1.
A Fig. 3 mostra um suporte de eletrodo antes da introdução de uma inserção emissora.
As Figs. 4 a 10 mostram realizações especiais do eletrodo da invenção em uma seção longitudinal e detalhes das inserções emissoras em uma seção longitudinal e em uma vista frontal.
E a Fig. 11 mostra formatos de superfície de realizações particulares da inserção emissora a partir da frente.
A Fig. 1 mostra um cabeçote de tocha de plasma (1) de acordo com uma realização particular da invenção, da qual os componentes principais são pelo menos um bocal (4), um eletrodo (7), ou, mais precisamente, um eletrodo de ponta plana, que contém um suporte de eletrodo (7.5) com uma rosca externa (7.4) e uma inserção emissora (7.1), e um condutor de gás (3) .
No caso descrito aqui, o bocal (4) é fixadoem posição por um suporte de bocal (5) e uma capa de bocal (2). Um encaixe de eletrodo (6) recebe o suportede eletrodo (7.5) por meio de uma rosca interna (6.4) .O condutor de gás (3) é localizado entre o eletrodo (7)e o bocal (4) e faz com que o gás de plasma (PG) gire.O cabeçote de tocha de plasma (1) é resfriado a água, que flui através do interior do eletrodo por meio de um tubo de resfriamento (10) a partir do suprimento de refrigerante
7/10 (WV1) para o retorno de refrigerante (WR1) e o bocal (4) no espaço entre o bocal (4) e a capa de bocal (2) a partir do suprimento de refrigerante (WV2) para o retorno de refrigerante (WR2). Em adição, o cabeçote de tocha de plasma (1) apresenta uma capa de proteção do bocal (9), que nesta realização é rosqueada em um suporte de capa de proteção do bocal (8). 0 gás secundário, que protege o bocal, especialmente a ponta do bocal, flui entre a capa de proteção do bocal (9) e a capa do bocal (2).
A Fig. 2 mostra uma centralização e vedação melhoradas do eletrodo (7) vis-à-vis o suporte de eletrodo (7.5) . No lado voltado para o encaixe de eletrodo (6), o eletrodo (7) apresenta uma rosca externa (7.4), uma ranhura (7.3) para receber um anel (7.2) e uma superfície externa cilíndrica (7.6) (superfície de centralização). Esta superfície externa cilíndrica (7.6) apresenta uma tolerância estreita com a superfície interna cilíndrica (6.6) (superfície de centralização) do encaixe de eletrodo (6) . Isto é obtido, por exemplo, por meio de um ajuste frouxo H7/h6 de acordo com a DIN ISO 286 do tipo comumente utilizado para centralização. Graças à combinação destas características, é obtida uma boa centralização entre o eletrodo (7) e o encaixe de eletrodo (6), e, desta forma, uma vedação confiável da tocha de plasma.
A Fig. 3 mostra um eletrodo (7) antes da introdução da inserção emissora (7.1) no suporte de eletrodo (7.5).
As Figs. 4 a 10 mostram realizações especiais do eletrodo (7) da invenção, que apresenta um suporte de eletrodo (7.5) e uma inserção emissora (7.1).
8/10
Para a separação entre a superfície (7.7) do suporte de eletrodo (7.5) e a superfície (7.11) da inserção emissora (7.1) e a separação (b) entre a superfície (7.7) do suporte de eletrodo (7.5) e a superfície (7.12) da inserção emissora (7.1), se aplicam as seguintes relações: a > b a = 0,15 mm a 0,5 mm b = 0,1 mm a 0,45 mm a>l,3xba3xb ângulo γ na superfície da inserção emissora (7.1) é vantajosamente na faixa de 0o a 120°.
diâmetro (cl) da perfuração para a inserção emissora (7.1) no suporte de eletrodo (7.5) é vantajosamente na faixa de 0,5 mm a 2,9 mm. Em adição, é vantajosa a aplicação quanto à inserção emissora (7.1):
diâmetro (c2) (c2) = 0,5 mm a 2,9 mm
diâmetro (d) da superfície (7.11) : d = 0, 3 mm a 2,7 mm e d
< c2-0,2 mm
Quanto ao restante, o que se segue se aplica à
largura (g) da superfície anular (A2): (g) >0,1 mm = (c2 d) /2
0 ângulo β da inserção emissora (7.1) é
vantajosamente na faixa de 10° a 90°, enquanto que o ângulo
cc da perfuração no suporte de eletrodo (7.5) é
vantajosamente na faixa de 80° a 160°, onde cc > β.
A Fig. 11 mostra diferentes formatos de superfície da inserção emissora (7.1). A área (A2) da superfície da inserção emissora (7.1) adjacente ao suporte de eletrodo (7.5) é pelo menos tão grande quanto a área possível mínima (A2) do anel circular que resulta no caso de um desenho
9/10 circular, dependendo do diâmetro (c2). Entre a superfície periférica (7.12) e a superfície central (7.11), é também possível se prover uma superfície de transição (7.13) (por exemplo, inclinada) com uma área (A3). Os contornos externos das superfícies (7.11) e (7.13) podem ser, por exemplo, triangulares, poligonais ou em formato de estrela ou outros.
As características da invenção descritas acima, nos desenhos e nas reivindicações podem ser essências na implementação da invenção em suas várias realizações tanto individualmente quanto em quaisquer combinações.
Lista de referências numéricas
Cabeçote de tocha de plasma
Capa do bocal
Condutor de gás
Bocal
Suporte do bocal
Encaixe de eletrodo
6.4 Rosca interna
6.6 Superfície interna cilíndrica
Eletrodo
7.1 Inserção emissora
7.2 Anel
7.3 Ranhura
7.4 Rosca externa
7.5 Suporte de eletrodo
7.6 Superfície externa cilíndrica
10/10
7.7 Superfície do suporte de eletrodo na ponta do eletrodo
7.11
Superfície central da inserção emissora
7.12
Superfície periférica da inserção emissora
7.13
Superfície de transição
7.14
Perfuração do suporte de eletrodo (7.5)
7.15
7.16
Fundo da perfuração (7.14)
8 9 Suporte da capa de proteção do bocal Capa de proteção do bocal
Al Área da superfície (7.11)
A2 Área da superfície (7.12)
a Espaço entre a superfície (7.7)
do suporte de da inserção
Espaço entre eletrodo (7.5) e a superfície periférica (7.12) suporte de da inserção cl Diâmetro da perfuração para a inserção emissora (7.1) no suporte de eletrodo (7.5) c2
Diâmetro da inserção emissora (7.1)
Diâmetro da superfície (7.11) da inserção emissora (7.1)
Comprimento da inserção emissora (7.1) f Comprimento da parte cilíndrica da perfuração para a inserção emissora (7.1) no suporte de eletrodo (7.5) g Largura da superfície anular (A2) α Ângulo da perfuração no suporte de eletrodo (7.5) β Ângulo da inserção emissora (7.1) γ Ângulo na superfície da inserção emissora (7) r Raio

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Eletrodo
    7) para uma tocha de plasma, compreendendo:
    um suporte de eletrodo alongado (7.5) com uma superfície frontal na ponta do eletrodo e uma perfuração (7.14) disposta na ponta do eletrodo ao longo de um eixo central através do suporte de eletrodo (7.5), e uma inserção emissora (7.1) disposta na perfuração
    7.14) de tal forma que uma superfície emissora (7.11) e (7.12) da inserção emissora (7.1) fica exposta, com a superfície emissora (7.11, 7.12) se encontrando em posição recolhida em relação à superfície frontal (7.7) do suporte de eletrodo, caracterizado pelo fato de que a superfície emissora (7.11 e 7.12) compreende uma superfície central (7.11) e uma superfície periférica (7.12) e que a separação entre a superfície central (7.11) da inserção emissora (7.1) e a superfície frontal (7.7) do suporte de eletrodo (7.5) ser maior que a separação (b) entre a superfície periférica (7.12) da inserção emissora (7.1) e a superfície frontal (7.7) do suporte de eletrodo (7.5) , com a transição entre as superfícies central e periférica exibindo no mínimo uma borda.
  2. 2. Eletrodo (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície periférica (7.12) é inclinada.
  3. 3. Eletrodo (7) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da extremidade (7.15) da inserção emissora (7.1) voltada para o lado oposto à ponta do eletrodo ser frusto-cônica.
    Petição 870190035503, de 12/04/2019, pág. 4/27
    2/2
  4. 4. Eletrodo (7) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato da extremidade (7.15) voltada para o lado oposto da ponta do eletrodo correr de forma frustocônica sob formação de um ângulo β na faixa de 10° a 90°.
  5. 5. Eletrodo (7) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da perfuração (7.14) apresentar um fundo cônico (7.16).
  6. 6. Eletrodo (7) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato do fundo cônico (7.16) apresentar um ângulo α na faixa de 80° a 160°.
  7. 7. Eletrodo (7) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de conter um elemento de encaixe de eletrodo (6) com uma rosca interna (6.4), e o suporte de eletrodo (7.5) apresentar uma rosca externa (7.4) e uma ranhura (7.3) na superfície externa cilíndrica (7.6), assim como de estar o suporte de eletrodo (7.5) com o encaixe de eletrodo (6) rosqueado em relação de vedação por meio da rosca externa (7.4) e da rosca interna (6.4).
  8. 8. Eletrodo (7) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de um anel (7.2) ser disposto na ranhura (7.3) para vedação.
  9. 9. Cabeçote de tocha de plasma (1) caracterizado pelo fato de apresentar um eletrodo (7) conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.
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