CS204664B1 - Non-consumable electrode for the plasma welding and method of making the same - Google Patents
Non-consumable electrode for the plasma welding and method of making the same Download PDFInfo
- Publication number
- CS204664B1 CS204664B1 CS793208A CS320879A CS204664B1 CS 204664 B1 CS204664 B1 CS 204664B1 CS 793208 A CS793208 A CS 793208A CS 320879 A CS320879 A CS 320879A CS 204664 B1 CS204664 B1 CS 204664B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- consumable electrode
- active
- hafnium
- layer
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 76
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 56
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 11
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005304 joining Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 97
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 6
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 description 2
- OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N [C].[Zr] Chemical compound [C].[Zr] OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N hafnium;methane Chemical compound C.[Hf] WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 150000003755 zirconium compounds Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B7/00—Heating by electric discharge
- H05B7/02—Details
- H05B7/06—Electrodes
- H05B7/08—Electrodes non-consumable
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0205—Non-consumable electrodes; C-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3442—Cathodes with inserted tip
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
Vynález se týká zařízení k plazmovému zpracování kovů, a to neodtavné elektrody k plazmovému svařování kovů v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsi na bázi kysličníku uhličitého.
Tato neodtavná elektroda k plazmovému svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsi ňa bázi kysličníku uhličitého může být s úspěchem použita k plazmovému svařování nízkouhlíkových a nízkolegováných ocelí.
Proto, aby plazmové svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsi na aázi kysličníku uhličitého mohlo konkurórat dalším známým způsobům svařování, ako například svařování odtavnou elektrolou pod práškem nebo svařování odtavnou ilektroidou v prostředí kysličníku uhličitého iebo ve směsi na bázi kysličníku uhličitého, э nutné, aby neodtavné elektrody k plazmovému svařování v prostředí kysličníku hličitého nebo ve směsi na bázi kysličníku hličitého zaručovaly příslušnou životnost ?o průmyslové použití při hodnotách obloujvých proudů přes 400 A.
Tak například při svařování nízkouhlíkořch a nízkolegovaných ocelí bez zkosení an musí pro dosažení rychlosti plazmoho svařování, v prostředí kysličníku uhliého nebo ve směsi na bázi kysličníku ličitého, rovné nebo převyšující rychlost třování známými způsoby neodtavné elekdy pro plazmové svařování zaručovat ži votnost příslušnou pro průmyslová použití, při hodnotách obloukových proudů od 400 idolOOOA.
Je známa neodtavná elektroda pro plazmové opracování v chemicky ^aktivních plynech tvořících plazmu, počítaje v to i kysličník uhličitý, tvořená měděným držákem chlazeným kapalinou a aktivní vložkou ze zirkonu, která je s držákem metalurgicky spojena, viz. např. pat. spis Sp. st. am. č. 3 198 932.
Při práci s touto neodtavnou elektrodou v prostředí kysličníku uhličitého aktivní vložka ze zirkonu chemicky reaguje s aktivními Částicemi plynu tvořícího plazmu, s uhlíkem a kyslíkem. Na celém pracovním povrchu aktivní vložky se tvoří povlak, tvořený sloučeninou zirkonu s uhlíkem a kyslíkem, který bude dále uváděn jako zirkoniumozikarbidová vrstva. Zirkoniumozikarbidová vrstva má vyšší tepelnou stálost a vyšší emisní schopnosti než kovový zinek. Tuto neodtavnou elektrodu bylo možno použít v zařízeních pro plazmové řezání a plazmové svařování při hodnotách obloukových proudů do 300 A.
Při plazmovém zpracování v prostředí kysličníku uhličitého při hodnotách obloukových proudů nad 300 A je životnost takovýchto elektrod pro průmyslová použití nepřijatelná. To prakticky vylučuje použití těchto elektrod pro plazmové svařování nízkouhlíkových a. nízkolegovaných ocelí
4664 o tloušťce vyšší než 6 mm v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého.
Je rovněž známa neodtavná elektroda pro plazmové opracování kovů v chemicky aktivních prostředích tvořících plazmu a obsahujících kyslík, dusík a/nebo uhlík.
Tyto neodtavné elektrody sestávají z držáku z mědi a z jejích slitin a z aktivní vložky z hafnia, viz pat. spis Sp. st. am. č. 3 592 699.
Při práci s touto neodtavnou elektrodou v prostředí kysličníku uhličitého aktivní vložka z hafnia chemicky reaguje s aktivními částicemi plynu tvořícího plazmu, s uhlíkem a kyslíkem. Na celém pracovním povrchu aktivní vložky se tvoří hafniumoxikarbidová vrstva, která má vyšší tepelnou stálost a vyšší emisní schopnosti než zirkoniumoxikarbidová vrstva.
Životnost takovýchto neodtavných elektrod dovoluje jejich použití při plazmovém opracování v prostředí kysličníku uhličitého až do hodnot obloukových proudů 400 A a je vyšší ve srovnání s životností elektrod, které mají aktivní vložku ze zirkonu.
Avšak pro hodnoty obloukových proudů nad 400 A nelze tyto elektrody rovněž použít, neboť zde vzrůstá rychlost eroze těchto elektrod.
Neodtavnou elektrodu s aktivní vložkou z hafnia nelze tedy použít pro plazimové svařování nízkouhlíkových a nízkolegovaných ocelí o tloušťce větší než 6 mm v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého.
Je známa také katoda pro elektrické obloukové svařování v chemicky aktivních prostředích, sestávající z měděného, držáku a z aktivní vložky, která je provedena z hafnia s legujícími přísadami různých kovů a/nebo jejich kysličníků.
Tato katoda vykazuje nižší rychlost eroze ve srovnání s elektrodou s aktivní vložkou z čistého hafnia, a to pouze při přerušovaném hoření elektrického oblouku. Při všech způsobech provozu dovoluje však životnost takovéto katody její použití při plazmovém opracování v prostředí kysličníku uhličitého při hodnotách obloukového proudu do 400 A.
Katodu s aktivní vložkou z hafnia s legujícími přísadami nelze tedy použít pro plazmové svařování nízkouhlíkových a nízkolegovaných ocelí o tloušťce přes 6 mm v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého.
Výše popsaná elektroda podle pat. spisu Sp. st. am. č. 3198 932 je vyráběna tak, Že se aktivní vložka ze zirkonu, předem chemicky. opracovaná, vloží do měděného držáku a držák i aktivní vložka se současně zahřejí pro vytvoření pevného metalurgického spojení mezi aktivní vložkou a měděným držákem.
Další shora uvedené elektrody se zhotovují mechanickým upevněním aktivní vložky do měděného držáku, například nalísováním za studená nebo jinými podobnými způsoby.
U všech shora popsaných elektrod vzniká oxikarbidová vrstva odpovídající materiálu aktivní vložky při hoření elektrického oblouku v prostředí kysličníku uhličitého.
Účelem vynálezu je odstranit shora uvedené nevýhody.
Úkolem vynálezu je vytvořit neodtavnou elektrodu к plazmovému svařování kovů a vyvinout způsob její výroby, přičemž aktivní vložka je vytvořena a zpracována tak, že zaručuje možnost jejího použití při hodnotách obloukových proudů nad 400 A, s životností přijatelnou pro průmyslová použití, přičemž svařování nízkouhlíkových a nízkolegovaných ocelí bez zkosení okrajů může probíhat rychlostí stejnou nebo větší, než je svařovací rychlost známých způsobů.
Tento úkol řeší neodtavná elektroda к plazmovému svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého, která sestává z držáku z mědi nebo z jejích slitin, v němž je upevněna aktivní vložka z hafnia, opatřená na povrchu hafnlumoxikarbidovou vrstvou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že aktivní vložka je opatřena také grafitovou vrstvou, nanesenou na hafniumoxikarbiďové vrstvě.
Nanesení grafitové vrstvy, která tvoří účinný povrch aktivní vložky, na hafniumoxikarbidové vrstvě, zaručuje snížení tepelného toku, dopadajícího na neodtavnou elektrodu a zvýšení tepelné stálosti a emisních schopností neodtavné elektrody.
Je výhodné, když množství grafitu v grafitové vrstvě nanesené na hafniumoxikarbidové vrstvě je určeno výškou a průměrem aktivní vložky, a to z následujícího poměru: h = (0,25 — 0,75) d, kde značí . h = výšku aktivní vložky, d = průměr aktivní vložky.
Ke zvýšení životnosti neodtavné elektrody, což je spojeno s vytvořením grafitové vrstvy na velké části a v nejlepším případě na celém povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy a s neustálým zachováním této vytvořené grafitové vrstvy při práci neodtavné elektrody při pracovních proudech elektrického oblouku, je nutno zajistit i intenzivnější a rovnoměrnější ochlazování aktivní vložky.
К zajištění těchto podmínek se navrhuje volit geometrické parametry aktivní vložky, tj. šířku a výšku, tak, že výška je menší než průměr.
Zkouškami bylo zjištěno, že při výšce aktivní vložky pod 0,25 jejího průměru, tzn. při nejintenzívnějším ochlazování aktivní vložky, není neodtavná elektroda schopna provozu. To je spojeno s tím, že při pod3 chlazení materiálu emisního povrchu vzniká kontrakce katodového ohniska, elektrický oblouk se stává prostorově nestabilním a dochází к rychlému ^ničení neodtavné elektrody. Při výšce aktivní vložky pres 0,75 jejího průměru se narušují podmínky minimálního radikálního gradientu teplot na hafniumoxikarbidové vrstvě natolik, že vytvoření grafitové vrstvy a její neustálé udržení není možné, což také přispívá к rychlému zničení neodtavné elektrody.
Vytčený úkol je řešen také tím, že při způsobu výroby neodtavné elektrody к plazmovému svařování, který sestává ze spojení držáku z mědi nebo z jejích slitin s aktivní vložkou z hafnia podle vynálezu, se v podstatě držák z mědi nebo z jejích slitin připojí na záporný pól zdroje proudu, neodtavná elektroda se ponoří do prostředí kysličníku uhličitého, pomocná elektroda je připojena na kladný pól zdroje proudu za vytvoření elektrického oblouku mezi oběma elektrodami, přičemž se nejprve vytvoří na povrchu aktivní vložky hafniumoxikarbídová vrstva při hodnotě proudu elektrického oblouku až 0,2 I a potom se proud elektrického oblouku zvyšuje od 0,2 I až do I s rychlostí max 40 A . s“1 za vytvoření grafitové vrstvy na dříve vytvořené hafniumoxikarbidové vrstvě, přičemž I značí celkový proud neodtavné elektrody.
Doba tvoření hafniumoxikarbidové vrstvy při zapalování elektrického oblouku činí asi 0,05 až 0,5 s. К pokrytí celého povrchu aktivní vložky hafmumoxikarbidovou vrstvou je postačující udržovat proud elektrického oblouku na hodnotě 0,2 I celkového pracovního proudu I neodtavné elektrody.
К počátečnímu vytvoření hafniumoxikarbidové vrstvy je postačující udržet v počáteční fázi hoření elektrického oblouku hodnotu proudu na výši 0,2 I celkového pracovního proudu I, zatímco к dalšímu tvoření grafitové vrstvy na účinném povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy jé nutné postupně zvyšovat proud elektrického oblouku od 0,2 I až na celkový pracovní proud I, a to rychlostí max. 40 A . s1.
Když začíná postupné zvyšování proudu I elektrického oblouku nad hodnotou 0,2 I i s rychlostí větší než 40 A . s“1, dochází í přehřátí účinného povrchu hafniumoxikarúdové vrstvy а к silnému narušení radiállího rozdělení teploty, což vylučuje vytvoení grafitové vrstvy.
Vynález je dále blíže popsán na prakticých příkladech provedení, které jsou znájrněny na přiložených výkresech, na nichž lačí:
obr. 1 — rez neodtavnou elektrodou podle vynálezu, obr. 2 — pohled ve směru šipky A z obr. 1, obr. 3 —. další příklad provedení neodtavné elektrody, pohled ve směru šipky A z obr. 1, obr. 4 — schematické znázornění způsobu výroby neodtavné elektrody podle vynálezu, obr. 5 — diagram závislosti hodnot proudu elektrického oblouku na čase při výrobě neodtavné elektrody podle vynálezu.
Při práci s neodtavnou elektrodou, obsahující držák a aktivní vložku, dochází к erozi aktivní vložky, vzniká kráter a celková životnost je vyčerpána při vyhoření aktivní vložky do celé její hloubky. Zkoušky ukázaly, že při práci neodtavných elektrod v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého při hodnotách proudu elektrického oblouku převyšujících 400 A se rychlost eroze aktivní vložky silně zvyšuje. Příčina tak rychlého vyhoření neodtavné elektrody v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého je spojena s tím, že při práci neodtavné elektrody v souvislosti s erozí aktivní vložky a ponořením elektrického oblouku do tvořícího se kráteru se zvyšuje tepelný tok a dochází к prudkému zničení elektrody.
Pouze nepatrný počet neodtavných elek^ tmd, asi 10 % z celkového počtu zkoušených elektrod, při zvýšení proudu elektrického oblouku nad 400 A pracoval stabilně v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého i po několik hodin. Rozbor. účinného povrchu aktivní hafniové vložky ukázal, že hafniumoxikarbidová vrstva na povrchu aktivních vložek všech stabilně pracujících neodtavných elektrod je pokryta grafitovou vrstvou a hafniumoxikarbidová vrstva na povrchu aktivních vložek všech neodtavných elektrod, které vykazují zvýšenou rychlost eroze, nemá grafitový povlak.
Takto byla stanovena jednoznačná závislost mezi zvýšenou stálostí neodtavné elektrody v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého při hodnotách proudu elektrického oblouku nad 400 A a nanesením grafitové vrstvy na účinný povrch hafniumoxikarbidové vrstvy, pokrývající účinný povrch aktivní hafniové vložky.
Zkoušky ukázaly, že čím větší část povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy je pokryta grafitovou vrstvou, tím větší je životnost neodtavné elektrody v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého a že vytváření grafitové vrstvy -na hafniumoxikarbidové vrstvě probíhá vždy od okrajových částí účinného povrchu směrem ke středu, tzn. na místech povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy, které mají nejnižší pracovní teplotu.
Grafitová vrstva vziniká na povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy v důsledku vzájemného působení oxikarbidu hafnia a kysličníku uhelnatého, který se tvoří při tepelném rozkladu kysličníku uhličitého v části sloupce elektrického oblouku -přiléhající kekatodě.
Hlavní zvláštností tohoto vzájemného působení je úzký teplotní interval, vé kterém probíhá tvoření grafitu a který činí ne více' než 500°C. Tím lze vysvětlit experimentálně pozorované tvoření grafitové vrstvy v okrajové zóně povrchu hafníumoxikarbidové vrstvy, kde je pracovní ' teplota vrstvy z jedné strany minimální á z druhé strany vykazuje malý radiální gradient. .
Další podstatná zvláštnost vzájemného působení hafniumoxikarbidu a kysličníku uhelnatého spočívá v tom, že probíhá při vysoké absolutní úrovni teploty, přes 2 500 °C. .
Při takových teplotách může grafitová vrstva zabezpečovat hlavní část proudu elektrického oblouku na účet proudu termoelektronové emise, což vede ke zvýšení životnosti neodtavné elektrody, která je pozorována při zvětšení části účinné plochy hafniumoxikarbidové vrstvy pokryté grafitovou vrstvou. .
. Experimentální zkoušky ' závislosti životnosti .neodtavné elektrody na ' ploše hafniumoxikarbidové vrstvy pokryté grafitovou vrstvou ukázaly, že ačkoliv se maximální, životnosti neodtavné elektrody dosáhne při pokrytí celého povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy, , je zaručena životnost neodtavné elektrody k plazmovému svařování v prostředí kysličníku uhličitého - pro průmyslová použití při hodnotách obloukových proudů nad 400 A i tehdy,.když grafitová vrstva je při navrhované· geometrii aktivní vložky při práci s neodtavnou elektrodou nanesena · minimálně na 0,25 plochy celkové účinné plochy hafniumoxikarbidové vrstvy a - je tam zachována bez porušení.
V závislosti' na výše uvedném byla vytvořena neodtavná -elektroda k plazmovému svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého, která obsahuje držák 1, obr. 1, zhotovený z · mědi nebo z- jejích slitin, v němž je upevněna aktivní vložka 2 z- hafnia. Na vnější ploše aktivní vložky 2 je hafniumoxikarbidová vrstva 3.
Na hafniumoxikarbidové vrstvě 3 je nanesena grafitová vrstva 4.
Nanesení grafitové vrstvy 4 na hafniumoxikarbidovou vrstvu 3 zaručuje vysokou stálost neodtavné elektrody pří plazmovém svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na -bázi kysličníku uhličitého při použití -neodtavné elektrody podle vynálezu jako katody při plazmovém - hoření elektrického oblouku. Vyšší účinek spočívá v tom, že spojení hafniumoxikarbidové vrstvy 3 s grafitovou vrstvou - 4 na emisním povrchu aktivní vložky. 2 z hafnia umožňuje získat neodtavnou elektrodu s minimální výstupní prací - elektronů. Snížení výstupní elektronové práce při daném proudu elektrického oblouku -dovoluje získat nižší pracovní teplotu na povrchu neodtavné elektrody, což snižuje tepelný tok působící na neodtavnou elektrodu. .
Výsledkem - je -snížení termické erose aktivní vložky . 2 a zvýšení životnosti .neodtavné elektrody.
Na obr. 2, kde je znázorněna neodtavná elektroda ze strany svého pracovního povrchu, pokrývá grafitová vrstva 4 hafniumoxikarbidovou vrstvu 3 částečně. Přitom bylo stanoveno, že grafitová vrstva 4 musí pokrývat hafniumoxikarbidovou - vrstvu 3 od hranice styku hafniumoxikarbidové vrstvy 3 s držákem 1 k ose neodtavné elektrody.
Zkouškami bylo stanoveno,- že pro zajištění provozních vlastnpští -neodtavné -elektrody při proudech vyšších - než 400 A je - postačující, aby grafitová vrstva 4 pokrývala hafniumoxikarbidovou vrstvu 3 na 0,25 části jejího -povrchu.
Snížení tepelného toku zvyšuje tepelnou stálost neodtavné elektrody, tzn. zmenšuje erosi aktivní vložky 2.
Na obr. 3 grafitová vrstva 4 zcela pokrývá hafniumoxikarbidovou vrstvu 3. V tomto- případě jsou získány nejlepší provozní vlastnosti - neodtavné elektrody, které dovolují provádět plazmové svařování v prostředí kysličníku uhličitého při hodnotách proudu elektrického oblouku do - 1000 A.
Dále jsou uvedeny příklady neodtavné elektrody podle vynálezu a příklady zkoušek - neodtavné elektrody při - plazmovém svařování nízkouhlíkových a nízkolegovaných ocelí v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na - - bázi kysličníku uhličitého.
Příklad 1
V - neodtavné elektrodě, která obsahuje měděný držák 1 s průměrem 2Ό mm -a aktivní hafalovou vložku 2 s průměrem 3,6 mm, byla na povrchu - aktivní vložky 2 vytvořena hafniumoxikarbidová vrstva 3, na jejímž celém účinném- povrchu byla vytvořena grafitová vrstva - 4.
Výška aktivní vložky 2 činila 0,9 mm.
Neodtavná - elektroda - se zkoušela v plazmovém hořáku s průměrem 11 mm v průběhu plazmového svařování za následujících podmínek:
Materiál - svařovaných desek - nízkolegovaná -ocel
Tloušťka svařovaných desek — 18 + 18 mm Plyn tvořící -plazmu — - CO2
Proud elektrického oblouku- — 1000 A Spotřeba plynu tvořícího plazmu — 400 1/h * - Desky byly svařeny ve spodní poloze bez zkosení okrajů - s průběžným závarem jedním průchodem s rychlostí 30 m/h. Životnost - neodtavné elektrody, jakož i celková doba hoření elektrického oblouku - při svařování činila - 1 hodinu. .
Příklad 2 v neodtavné elektrodě, která obsahuje měděný držák s průměrem 20 mm a aktivní hafniovou vložku s průměrem 3 mm, byla na povrchu aktivní vložky vytvořena hafniumoxikarbidová vrstva. Na 0,75 povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy byla vytvořena grafitová vrstva. Výška aktivní vložky činila 1,5 mm.
Neodtavná elektroda se zkoušela v plazmovém hořáku s průměrem 8 mm v průběhu plazmového svařování za následujících podmínek:
Materiál svařovaných desek — nízkouhlíková ocel
Tloušťka svařovaných desek — 12+ 12 mm Plyn tvořící plazmu — Směs z 90 °/o CO2 + + 10 % O2
Proud elektrického oblouku — 750 A
Spotřeba plynu tvořícího plazmu — 800 1/h
Desky byly svařeny ve spodní poloze bez zkosení okrajů s průběžným závarem jedním průchodem s rychlostí 50 m/h. Životnost neodtavné elektrody, jakož i celková doba hoření elektrického oblouku při svařování činila 1,7 hodiny.
Příklad 3
V neodtavné elektrodě, která obsahuje měděný držák s průměrem 16 mm a aktivní vložku z hafnia s průměrem 2,6 mm, byla na povrchu aktivní vložky vytvořena hafniumoxikarbidová vrstva. Na 0,25 povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy byla vytvořena grafitová vrstva. Výška aktivní vložky činila
1,9 mm.
Neodtavná elektroda se zkoušela v plazmovém hořáku s průměrem 8 mm v průběhu plazmového svařování za následujících podmínek:
Materiál svařovaných desek — nízkolegovaná ocel
Tloušťka svařovaných desek — 6 + 6 mm Plyn tvořící plazmu — CO2
Proud elektrického oblouku — 450 A Spotřeba plynu tvořícího plazmu — 300 1/h
Desky byly svařeny ve spodní poloze bez zkosení okrajů s průběžným závarem jedním průchodem s rychlostí 50 m/h. Životnost neodtavné elektrody, jakož i celková doba hoření elektrického oblouku při svařování činila 7 hodin.
Příklad 4
V neodtavné elektrodě, která obsahuje měděný držák s průměrem 20 mm a aktivní hafniovou vložku s průměrem 3 mm, byla na povrchu aktivní vložky vytvořena hafniumoxikarbidová vrstva. Na 0,85 povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy byla vytvořena grafitová vrstva. Výška aktivní vložky činila 1,2 mm.
Neodtavná elektroda se zkoušela v plazmovém hořáku s průměrem 9 mm v průběhu plazmového svařování za následujících podmínek:
Materiál svařovaných desek — nízikolegovaná ocel
Tloušťka svařovaných desek — 8 + 8 mm Plyn tvořící plazmu — CO2
Proud elektrického oblouku — 800 A Spotřeba plynu tvořícího plazmu — 1000 1/h
Desky byly svařeny ve spodní poloze bez zkosení okrajů s průběžným závarem jedním průchodem s rychlostí 80 m/h. Životnost neodtavné elektrody., jakož i celková doba hoření elektrického oblouku při svařování činila 2,1 hodiny.
К získání grafitové vrstvy na hafniumoxikarbidové vrstvě а к rovnovážnému udržení tohoto povlaku během práce s neodtavnou elektrodou při plazmovém svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého je nutné, aby byla grafitová vrstva na hafniumoxikarbidovou vrstvu nanesena předem, tzn. před použitím neodtavné elektrody к plazmovému svařování.
Zkouškami bylo zjištěno, že zaručeně příznivý vliv grafitové vrstvy na hafniumoxikarbidové · vrstvě může být získán pouze zpracováním neodtavné elektrody pomocí elektrického oblouku hořícího v prostředí kysličníku uhličitého, pro kterýžto oblouk je zpracovávaná neodtavná elektroda katodou, tzn. elektrodou připojenou к zápornému pólu zdroje proudu elektrického oblouku. Důkazem toho jsou provedené zkoušky, při kterých neodtavná elektroda, zpracovávaná elektrickým obloukem, byla připojena ke kladnému pólu zdroje proudu elektrického oblouku, tzn. byla anodou. Ve všech případech bez výjimky se při takovémto zapojení nevytvořila na účinném povrchu aktivní vložky žádná grafitová vrstva a došlo к rychlému zničení elektrody.
Bylo rovněž zjištěno, že při zpracování neodtavné elektrody — katody elektrickým obloukem, hořícím v prostředí kysličníku uhličitého, dochází к vytvoření hafniumoxikarbidové vrstvy na účinném povrchu aktivní vložky prakticky v okamžiku po zapálení elektrického oblouku.
Mohou-li se podmínky vytváření hafniumoxikarbidové vrstvy, tj. proud elektrického oblouku a doba hoření elektrického oblouku, pohybovat v širokých mezích, jak ukázaly zkoušky, pak podmínky vytváření grafitové vrstvy na hafniumoxikarbidové vrstvě jsou přísně určeny.
To vyplývá z nutnosti dodržet na účinném povrchu hafniumoxikarbidové vrstvy zcela určitou teplotu a radiální teplotní gradient, při kterých dochází к vytvoření grafitového povlaku.
Srovnáním výsledků zkoušek a tepelně fyzikálních vlastností hafniumoxikarbidové vrstvy, aktivní vložky z hafnia a měděného držáku bylo zjištěno, že pro vytvoření i výše uvedených podmínek к získání grafi< tové vrstvy je nutno, kromě určeného při, pojení zpracovávané elektrody do proudo; vého okruhu zdroje proudu elektrického ob\ louku, dodržet také určitou rychlost zvyšování proudu elektrického oblouku.
Zařízení к provádění způsobu výroby něodtavné elektrody obsahuje zdroj stejnosměrného proudu 5, obr. 4, jehož záporný pól je připojen na držák 1 neodtavné elektrody a kladný pól na pomocnou elektrodu 6. Držák 1 s aktivní hafalovou vložkou 2 je uspořádán v komoře 7, opatřené přívodem 8 kysličníku uhličitého a výpustí 9 kysličníku uhličitého.
Neodtavná elektroda, sestávající z měděného držáku 1 s hafniovou aktivní vložkou 2, která byla do něho předem zalisována, je umístěna do komory 7 a připojena na záporný pól zdroje stejnosměrného proudu
5. Do komory 7 je vpuštěn kysličník uhličitý. Potom je zapálen elektrický oblouk 10 mezi aktivní hafalovou vložku 2 a pomocnou elektrodou 6, připojenou předem na kladný pól zdroje stejnosměrného proudu 5. V diagramu znázorněném na obr. 5 je znázorněna křivka udávající závislost hodnoty proudu I elektrického1 2 oblouku na čase; přitom je na svislou osu nanášena hodnota proudu I elektrického oblouku 10 a na podélnou osu doba τ к vytvoření neodtavné elektrody.
Z rozboru křivky je zřejmé, že po zapálení elektrického oblouku 10 v průběhu τ s < 0,5 s, při hodnotě proudu I elektrického oblouku 10, která je max. 0,2 I, je na emisním povrchu aktivní hafalové vložky 2 vytvořena hafniumoxlkarbidová vrstva 3, která pokrývá celý emisní povrch hafalové aktivní vložky 2. Aniž je hoření elektrického oblouku přerušeno, je potom proud I elektrického oblouku 10 zvýšen na celkový pracovní proud I neodtavné elektrody, a to rychlostí 40 A/s za vytvoření grafitové vrstvy 4 na hafniumoxikarbidoyé vrstvě 3. Potom je elektrický oblouk vypnut. Když přitom celková doba hoření obnáší τι < τ < τ2, pokrývá grafitová vrstva 4 hafaiumoxikarbidovou vrstvu 3 jen částečně, ale nejméně z 0,25 jejího povrchu.
„ 1 Když τ>τ2 =---' 40 s
přičemž I je celkový pracovní proud neodtavné elektrody, pokrývá grafitová vrstva 4 zcela hafniumoxikarbidovou vrstvu 3.
Způsob výroby neodtavné elektrody podle vynálezu к plazmovému svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého umožňuje v průběhu jednoho cyklu hoření elektrického oblouku nanést na aktivní vložku hafniumoxikarbidovou vrstvu a na ni grafitovou vrstvu.
Claims (3)
1. Neodtavná elektroda к plazmovému svařování v prostředí kysličníku uhličitého nebo ve směsích na bázi kysličníku uhličitého, která obsahuje držák z mědi nebo jejích slitin, v němž je upevněna aktivní vložka z hafala, opatřená na svém povrchu hafniumoxikarbidu, vyznačená tím, že aktivní vložka (2) je opatřena také grafitovou vrstvou (4), která je nanesena na hafniumoxikarbidovou vrstvu (3).
2. Neodtavná elektroda podle bodu 1, vyznačená tím, že množství grafitu v grafitové vrstvě (4), nanesené na hafaiumoxikarbidové vrstvě (3), je dáno výškou a průměrem aktivní vložky (2), a to z následujícího poměru:
h = (0,25 — 0,75) d, kde značí h — výšku aktivní vložky (2), d — průměr aktivní vložky (2).
VYNALEZU
3. Způsob výroby neodtavné elektrody podle bodu 1, spojením držáku z mědi nebo z jejích slitin s aktivní vložkou z hafnia, vyznačený tím, že se držák (1) připojí na záporný pól zdroje proudu (5), neodtavná elektroda se ponoří do prostředí kysličníku uhličitého, pomocná elektroda (6) se připojí na kladný pól zdroje proudu (5) za vytvoření elektrického oblouku (10) mezi oběma elektrodami, přičemž se nejprve vytvoří na povrchu aktivní vložky (2) hafniumoxikarbidová vrstva (3) při hodnotě proudu elektrického oblouku (10) až 0,2 I a potom se proud elektrického oblouku (10) zvyšuje od 0,2 I až do I š rychlostí maximálně 40 A.s_1 za vytvoření grafitové vrstvy (4) na dříve vytvořené hafniumoxikarbidové vrstvě (3), přičemž I značí celkový pracovní proud neodtavné elektrody.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU782607702A SU841870A1 (ru) | 1978-05-11 | 1978-05-11 | Неплав щийс электрод дл плаз-МЕННОй ОбРАбОТКи |
| SU782607701A SU695074A1 (ru) | 1978-05-11 | 1978-05-11 | Способ изготовлени неплав щегос электрода |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS204664B1 true CS204664B1 (en) | 1981-04-30 |
Family
ID=26665664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS793208A CS204664B1 (en) | 1978-05-11 | 1979-05-10 | Non-consumable electrode for the plasma welding and method of making the same |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4304984A (cs) |
| CA (1) | CA1134457A (cs) |
| CS (1) | CS204664B1 (cs) |
| DD (1) | DD143741A1 (cs) |
| DE (1) | DE2919084C2 (cs) |
| FR (1) | FR2425296A1 (cs) |
| GB (1) | GB2021370B (cs) |
| SE (1) | SE426215B (cs) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE452862B (sv) * | 1985-06-05 | 1987-12-21 | Aga Ab | Ljusbagselektrod |
| GB2230994A (en) * | 1988-10-26 | 1990-11-07 | Inst Elektroswarki Patona | Non-consumable electrode for arc processes |
| FR2646580A1 (fr) * | 1989-04-28 | 1990-11-02 | Inst Elektroswarki Patona | Electrode non fusible pour processus de traitement a l'arc |
| US5097111A (en) * | 1990-01-17 | 1992-03-17 | Esab Welding Products, Inc. | Electrode for plasma arc torch and method of fabricating same |
| US5023425A (en) * | 1990-01-17 | 1991-06-11 | Esab Welding Products, Inc. | Electrode for plasma arc torch and method of fabricating same |
| US5857888A (en) * | 1996-10-28 | 1999-01-12 | Prometron Technics Corp. | Method of manufacturing a plasma torch eletrode |
| WO1999012693A1 (en) * | 1997-09-10 | 1999-03-18 | The Esab Group, Inc. | Electrode with emissive element having conductive portions |
| US6657153B2 (en) | 2001-01-31 | 2003-12-02 | The Esab Group, Inc. | Electrode diffusion bonding |
| US6420673B1 (en) | 2001-02-20 | 2002-07-16 | The Esab Group, Inc. | Powdered metal emissive elements |
| US6423922B1 (en) | 2001-05-31 | 2002-07-23 | The Esab Group, Inc. | Process of forming an electrode |
| US6528753B2 (en) | 2001-05-31 | 2003-03-04 | The Esab Group, Inc. | Method of coating an emissive element |
| US6563075B1 (en) | 2001-12-20 | 2003-05-13 | The Esab Group, Inc. | Method of forming an electrode |
| US7153586B2 (en) | 2003-08-01 | 2006-12-26 | Vapor Technologies, Inc. | Article with scandium compound decorative coating |
| US20050029234A1 (en) * | 2003-08-04 | 2005-02-10 | Feng Lu | Resistance spot welding electrode |
| US20070026205A1 (en) | 2005-08-01 | 2007-02-01 | Vapor Technologies Inc. | Article having patterned decorative coating |
| US8148661B2 (en) * | 2006-05-18 | 2012-04-03 | Javad Mostaghimi | Highly ordered structure pyrolitic graphite or carbon-carbon composite cathodes for plasma generation in carbon containing gases |
| DE102015001456A1 (de) | 2014-07-15 | 2016-01-21 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zum Wolfram-Schutzgasschweißen |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2952573A (en) * | 1957-05-31 | 1960-09-13 | Nat Res Corp | Carbide coated tungsten electrode |
| NL290760A (cs) * | 1962-03-30 | |||
| US3307011A (en) * | 1963-08-29 | 1967-02-28 | Union Carbide Corp | Method for increasing electrode life |
| FR1387956A (fr) * | 1963-12-17 | 1965-02-05 | Union Carbide Corp | électrode à arc |
| US3592649A (en) * | 1967-04-21 | 1971-07-13 | Mead Corp | Color photographic process for producing visually transparent but photographically opaque photomasks |
| US3597649A (en) * | 1968-02-15 | 1971-08-03 | David Grigorievich Bykhovsky | Device for plasma-arc treatment of materials |
| CH487698A (de) * | 1968-02-23 | 1970-03-31 | Siemens Ag | Nichtabschmelzende Elektrode für Lichtbögen kleiner Leistung |
| SU353495A1 (ru) * | 1969-01-08 | 1980-05-05 | Bykhovskij D G | Катод дл электродуговых процессов в активных средах |
| FR2272785B1 (cs) * | 1974-05-28 | 1977-03-11 | Inst Elektrosvarochnogo Oborud | |
| US4074718A (en) * | 1976-03-17 | 1978-02-21 | Valleylab, Inc. | Electrosurgical instrument |
| GB1566192A (en) * | 1977-02-14 | 1980-04-30 | V N I P Konstrukt I Tekhnolog | Method of treating argonarc cathode |
-
1979
- 1979-04-25 SE SE7903624A patent/SE426215B/sv not_active IP Right Cessation
- 1979-04-30 CA CA000326754A patent/CA1134457A/en not_active Expired
- 1979-05-10 CS CS793208A patent/CS204664B1/cs unknown
- 1979-05-10 DD DD79212785A patent/DD143741A1/de not_active IP Right Cessation
- 1979-05-11 DE DE2919084A patent/DE2919084C2/de not_active Expired
- 1979-05-11 FR FR7912036A patent/FR2425296A1/fr active Granted
- 1979-05-11 GB GB7916360A patent/GB2021370B/en not_active Expired
- 1979-07-13 US US06/057,442 patent/US4304984A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2919084A1 (de) | 1979-11-15 |
| GB2021370B (en) | 1982-09-22 |
| GB2021370A (en) | 1979-11-28 |
| DE2919084C2 (de) | 1983-08-18 |
| DD143741A1 (de) | 1980-09-10 |
| CA1134457A (en) | 1982-10-26 |
| FR2425296B1 (cs) | 1983-10-14 |
| SE7903624L (sv) | 1979-11-12 |
| FR2425296A1 (fr) | 1979-12-07 |
| SE426215B (sv) | 1982-12-20 |
| US4304984A (en) | 1981-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CS204664B1 (en) | Non-consumable electrode for the plasma welding and method of making the same | |
| KR100239278B1 (ko) | 화학공정용 토치장치 | |
| EP0162427B1 (en) | Improved thermal burning rod | |
| US4133987A (en) | Electrode assembly for plasma arc torches | |
| CA2285173C (en) | Arc-plasma method for welding metals | |
| US6833658B2 (en) | Middle electrode with precious metal reinforcement and a process for producing the same | |
| US20120012469A1 (en) | Method for producing bores | |
| MXPA02007659A (es) | Tratamiento de materiales de alimentacion de fluorocarboros. | |
| JPH1027687A (ja) | プラズマ溶融炉 | |
| US2933594A (en) | Metals joining apparatus | |
| SU695074A1 (ru) | Способ изготовлени неплав щегос электрода | |
| US20220346216A1 (en) | Wear Part for an Arc Torch and Plasma Torch, Arc Torch and Plasma Torch Comprising Same, Method for Plasma Cutting and Method for Producing an Electrode for an Arc Torch and Plasma Torch | |
| RU2111098C1 (ru) | Способ электродуговой плазменной сварки металлов | |
| SU841870A1 (ru) | Неплав щийс электрод дл плаз-МЕННОй ОбРАбОТКи | |
| US4810851A (en) | Method of constantly restoring an electrode during plasma treatment of materials | |
| JPS5970426A (ja) | 金属板の歪取り方法 | |
| JPS62212068A (ja) | Ｔｉｇ溶接法 | |
| SU729930A2 (ru) | Способ стабилизации сжатой дуги | |
| SU870041A1 (ru) | Способ дуговой обработки | |
| SU1574414A1 (ru) | Электрод дл плазменной обработки | |
| SU667364A1 (ru) | Неплав щийс электрод | |
| SU1637985A1 (ru) | Неплав щийс электрод дл дуговой сварки в среде защитных газов | |
| SU541608A1 (ru) | Электрод дл воздушно-дуговой резки металлов | |
| JPH01210174A (ja) | プラズマアークトーチ | |
| JP2005131642A (ja) | フレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法 |