CZ307748B6

CZ307748B6 - Elektroda pro plazmový obloukový hořák a způsob její výroby

Info

Publication number: CZ307748B6
Application number: CZ2017-729A
Authority: CZ
Inventors: Roman Chumchal; Michal Adamec
Original assignee: B&Bartoni spol. s r.o.
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-04-10
Also published as: PL3482869T3; DK3482869T3; HUE053765T2; LT3482869T; EP3482869B1; ES2872079T3; HRP20210620T1; EP3482869A1; PT3482869T; CZ2017729A3

Abstract

Vynález se týká kapalinou nebo vzduchem chlazené elektrody (100) pro plazmový obloukový hořák, která má tělo (101) z mědi nebo slitiny mědi, vytvořené v podstatě ve tvaru dutého válce, jehož zadní konec je upraven k připojení do plazmového obloukového hořáku a v jehož předním konci je koaxiální otvor (108) procházející od předního konce elektrody (100) dovnitř těla (101) elektrody, přičemž v koaxiálním otvoru (108) je uložena vysoce vodivá vložka (102), v jejíž přední části je koaxiálně uložena emisivní výplň (103). Vysoce vodivá vložka (102) je v koaxiálním otvoru (108) zalisována s rozšířením průměru v důsledku plastické deformace na své straně nacházející se na předním konci těla (101) elektrody na průměr (d1) větší než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108). Při způsobu výroby takovéto elektrody (100) se vytvoří tělo (101) elektrody z mědi nebo slitiny mědi, do koaxiálního otvoru (108) v předním konci těla (101) elektrody se zalisuje vysoce vodivá vložka (102), a do vysoce vodivé vložky (102) se zalisuje emisivní výplň (103). Po zalisování emisivní výplně (103) do koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky (102) se vysoce vodivá vložka (102) protisměrně zalisuje do koaxiálního otvoru (108) působením prstencového lisovacího nástroje (112) na přední stranu vysoce vodivé vložky (102) pro vyvolání plastické deformace vysoce vodivé vložky (102) při rozšíření přední strany vysoce vodivé vložky (102) na průměr (d1) větší než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká kapalinou nebo vzduchem chlazené elektrody pro použití v plazmových obloukových hořácích, konkrétněji elektrody která má tělo z mědi nebo slitiny mědi, vytvořené v podstatě ve tvaru dutého válce, jehož jeden konec, z hlediska hořáku zadní, je upraven k připojení do plazmového obloukového hořáku a v jehož druhém konci, z hlediska hořáku čelním či předním, je koaxiální otvor, v němž je uložena vysoce vodivá vložka zpravidla ze stříbra nebo slitiny stříbra, která obsahuje koaxiálně uloženou emisivní výplň, vytvořenou zpravidla z hafnia nebo wolframu. Vynález se dále týká způsobu výroby takovéto elektrody.

Dosavadní stav techniky

Zařízení pro zpracování materiálu plazmovým obloukovým řezáním je široce používáno pro tepelné dělení kovových materiálů, kdy samotné dělení probíhá koncentrovaným proudem plazmy. Tento koncentrovaný proud plazmy je tvořen ionizovaným plynem o vysoké teplotě. K ionizaci plynu dochází v plazmovém hořáku. Do plazmového hořáku je přiveden elektrický proud a stlačený plyn, a zde dochází k ionizaci tohoto plynu, který je následně vytlačován přes malý otvor směrem k řezanému materiálu. Tímto vznikne zkoncentrovaný proud plazmy o vysoké teplotě a rychlosti proudění. Jako plazmový plyn se používá zejména dusík, argon, vzduch a kyslík. Tepelná a kinetická energie plazmového oblouku je vysoká, a díky tomu je možné řezat kovy, zejména ocel velkých tlouštěk a vysokou rychlostí.

Teplo sálající z plazmového oblouku je velmi velké. Tomu je uzpůsobena konstrukce plazmového hořáku, a jeho jednotlivých částí. Pro snížení teploty je plazmový hořák chlazen. Jako chladicí médium se používá kapalina nebo plyn, který je přiváděn do tělesa hořáku, kde ochlazuje zahřívané části a odtéká z tělesa hořáku pryč. Obloukový plazmový hořák se obecně skládá z tělesa hořáku, chladicí trubky, elektrody, vířivého kroužku, trysky, držáku trysky, ochranného krytu a krytu trysky. Těleso hořáku zejména zajišťuje přívod elektrického proudu k elektrodě, dále přívod plazmového plynu k vířivému kroužku, a dále rozvod chladicího média. Chladicí trubka zajišťuje přívod chladicího média k nejvíce zahřívané části elektrody. Elektroda zajišťuje vedení elektrického proudu a jeho výstup při přechodu na proud plazmy. Vířivý kroužek zajišťuje přívod potřebného množství plazmového plynu a jeho usměrnění do prostoru mezi elektrodu a trysku. Tryska zajišťuje koncentraci a nasměrování ionizovaného plynu do zhuštěného proudu plazmy. Držák trysky zajišťuje upevnění trysky v těle hořáku a přívod chladicího média k trysce. Ochranný kryt zajišťuje ochranu trysky před poškozením od roztaveného řezaného kovu. Kryt trysky zajišťuje upevnění krytu trysky k tělu hořáku, a vedení ochranného plynu nebo kapaliny.

Plazmový oblouk probíhá od elektrody k řezanému materiálu. Vzhledem k průchodu elektrického proudu a vysoké teplotě plazmového oblouku je elektroda intenzivně tepelně zatěžována. Těleso elektrody se proto vyrábí z mědi, slitiny mědi, stříbra, nebo slitiny stříbra a mědi, nebo z kompozitů mědi a stříbra, a to z důvodu vysoké tepelné a elektrické vodivosti těchto kovů. Výhodou stříbra je jeho větší elektrická a tepelná vodivost, a odolnost proti oxidaci a degradaci při vyšších teplotách za působení kyslíku a vzduchu, jako plazmového plynu. Výhodou mědi je její nízká cena v porovnání se stříbrem. Nejčastěji se tělesa plazmových elektrod vyrábí z mědi.

Největší tepelné zatížení elektrody je v místě kontaktu s plazmovým obloukem. V tomto místě je v těle elektrody umístěna výplň z materiálu s vysokou elektroemisivitou a tepelnou odolností, nejčastěji je tato výplň s vysokou emisivitou a tepelnou odolností vyrobena z hafnia nebo wolframu, podle toho, jaký druh plynu je použit na vytvoření plazmového oblouku. Používá se plyn buďto nereaktivní, např. dusík nebo argon, nebo reaktivní, např. kyslík nebo vzduch.

- 1 CZ 307748 B6

Používání vzduchu a kyslíku jako plazmového plynu sebou nese zvýšené zatížení elektrody na oxidaci při kontaktu s kyslíkem při vysokých teplotách.

Důležitým faktorem při použití technologie plazmového řezání jsou provozní náklady. Podstatnou složkou těchto nákladů je pořizovací cena na spotřební díly. Mezi opotřebovávané díly patří také elektroda.

Prodloužení životnosti elektrody, při co nejnižších výrobních nákladech na její výrobu, řeší například patentový dokument JP 2011/014295 A, podle kterého je životnost plazmové elektrody prodloužena spájením měděného těla elektrody a emisivní hafniové výplně stříbrnou pájkou. Nevýhodou této technologie je náročnost procesu pájení a pouze malý nárůst životnosti plazmových elektrod pro nízké a střední proudové zatížení.

Patentový dokument US 6177647 popisuje řešení, podle kterého je do měděného polotovaru těla elektrody zalisována emisivní výplň obalená tenkou stříbrnou fólií. U vyrobených elektrod se však může vyskytnout vyosení emisivní výplně mimo osu elektrody.

V patentovém dokumentu US 6020572 je popisována konstrukce a technologie výroby plazmové elektrody se stříbrnou vložkou okolo hafniové vložky Do otvoru v měděném polotovaru elektrody je zasunutá vložka ze stříbrné slitiny s obsahem mědi 2 až 3 %, o tloušťce stěny více jak 1 mm, v níž je vývrt pro emisivní hafniovou výplň. Následně je do sestavy měděného polotovaru a stříbrné vložky zalisována emisivní hafniová výplň. Tato elektroda dosahuje vysoké životnosti při všech proudových zatíženích, ale vzhledem k upevnění hafniové výplně a stříbrné vložky v měděném těle elektrody pouze lisováním z jednoho směru, není spojení mezi měděným tělesem a stříbrnou vložkou dostatečné a stabilní.

Tento problém odstraňuje řešení popsané v dokumentu EP 1298966, podle kterého je do zahřátého měděného polotovaru těla elektrody ze speciální slitiny mědi zalisována stříbrná vložka obsahující emisivní hafniovou výplň. Po ochladnutí měděného těla polotovaru elektrody dojde ke smrštění mědi okolo stříbrné vložky vlivem tepelné roztažnosti, tímto dojde k upevnění stříbrné vložky v polotovaru elektrody. Toto řešení zajišťuje stabilní zajištění stříbrné vložky a hafniové výplně v měděném těle elektrody Nevýhodou této technologie je nutnost použití speciální slitiny mědi s obsahem 5 % niklu, a nutnost provádět kompletaci elektrody při vysoké teplotě. U této konstrukce elektrody dále nedochází k přímému chlazení stříbrné vložky uvnitř elektrody

Další technické řešení je popsáno v patentu US 6 841 754, podle kterého je na měděný polotovar těla elektrody připevněn polotovar stříbrné vložky pomoci svařování třením, a následně je svařený polotovar elektrody obroben a je do něj zalisována emisivní hafniová výplň. Životnost elektrody vyrobené touto technologii se přibližuje životnosti elektrody s celostribmým tělem. Nevýhodou této technologie je velká materiálová náročnost.

Velmi stabilní zajištění stříbrné vložky a hafniové výplně v měděném těle elektrody poskytuje řešení podle patentu US 6 114 650. Podle tohoto patentu se do tělesa měděné elektrody vloží vložka ze slitiny stříbra, načež se do dutiny ve stříbrné vložce zasune emisivní výplň. Aplikací axiální síly na emisivní výplň pak je vyvolána radiální deformace, jejímž prostřednictvím je emisivní výplň spolu se stříbrnou vložkou pevně fixována v tělese elektrody

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout elektrodu pro plazmové obloukové řezání s delší životností, jednoduše vyrobitelnou, s nízkou materiálovou náročností.

-2CZ 307748 B6

Vynález je založen na myšlence, pro efektivní přenos elektrického proudu a tepla přes nepájenou styčnou plochu mezi měděným tělem elektrody a vysoce tepelně a elektricky vodivou vložkou, vytvořit tvarové spojení obou kovů prostřednictvím zalisování stříbrné vložky do měděného těla elektrody bez pájení i bez svařování. Podle vynálezu je vysoce vodivá vložka, s výhodou stříbrná, v koaxiálním otvoru zalisována a zatemována tak, že v důsledku plastické deformace se její průměr na straně nacházející se na předním konci těla elektrody rozšíří na průměr, větší, než je průměr koaxiálního otvoru.

Vysoce vodivá vložka je na své straně nacházející se uvnitř těla elektrody s výhodou opatřena zarážkou vytvořenou jako prstencové rozšíření, jehož průměr je rovněž větší, než je průměr koaxiálního otvoru.

Vzhledem k vysoké koncentraci řezacího proudu na výstupní ploše emisivní výplně 73 až 115 A/mm2 a vzhledem k velkému zahřívání emisivní výplně od plazmového oblouku se musí emisivní výplň intenzivně ochlazovat. Proto je nutné použít okolo emisivní výplně materiál s co nejvyšší tepelnou a elektrickou vodivostí. Tomuto požadavku nejlépe vyhovují slitiny stříbra s obsahem nejvýše 10 % hmotn. mědi.

Emisivní výplň, vytvořená s výhodou z hafnia, má tvar válečku a je zasunuta v axiálním vývrtu uprostřed vysoce vodivé vložky. Tloušťka vysoce vodivé vložky okolo emisivní výplně je s výhodou od 0,5 mm při nízkém proudovém zatížení do 3 mm při vysokém proudovém zatížení. Průměr vysoce vodivé vložky je s výhodou od 1,6 mm při nízkém proudovém zatížení do 8,0 mm při vysokém proudovém zatížení. Délka L koaxiálního otvoru v předním konci těla elektrody je s výhodou 1,6 až 4,2 mm. Proud vedený přes vytvářený elektrický oblouk je zpravidla v rozmezí 50 až 500 A.

Potřebná velikost styčné plochy mezi měděným tělem elektrody a stříbrnou vložkou rovněž závisí na proudovém zatížení. Optimální poměr zatížení je 3 až 12 A na 1 mm2 styčné plochy. Při proudovém zatížení nad 12 A/mm2 nedokáže styčná plocha mezi mědí a stříbrem dostatečně přenášet elektrický proud a dochází k proudové ztrátě a poklesu výkonu elektrody. Zmenšení proudového zatížení pod 3 A/mm2 již nemá vliv na zvýšení životnosti elektrody.

Při proudovém zatížení nad 5 A/mm2 je vhodné uzpůsobit konstrukci stříbrné vložky tak, aby zasahovala dovnitř elektrody, aby tak byla přímo ochlazována chladicím médiem. Přímé chlazení stříbrné vložky umožňuje navýšit proudové zatížení styčné plochy mezi měděným tělem elektrody a stříbrnou vložkou až na 12 A/mm2 při zachování dostatečné životnosti elektrody.

Pro efektivní přenos elektrického proudu a tepla přes nepájenou styčnou plochu mezi měděným tělem elektrody a stříbrnou vložkou je podstatné těsné přilnutí obou kovů. První podmínkou je nízká drsnost styčných ploch, která musí být menší, než 0,4 Ra měřeno střední aritmetickou úchylkou. Druhou podmínkou je, že otvor v měděné základně elektrody má menší průměr, než je průměr stříbrné vložky. Optimální hodnota přesahu průměru stříbrné vložky nad průměrem otvoru vyjádřená v mikrometrech vyhovuje empirickému vztahu

Ra + — .1000, kde Ráje drsnost v pm, d je průměr v mm.

Při uvedených hodnotách přesahu a drsnosti dojde po zalisování stříbrné vložky do otvoru v měděném těle elektrody k těsnému spojení mezi stříbrem a mědí. Dojde k zahlazení vrcholků povrchové drsnosti a k zahlazení prohlubní v povrchu.

V souladu s tím, podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se vytvoří tělo elektrody z mědi nebo slitiny mědi v podstatě ve tvaru dutého válce, jehož zadní otevřený konec je upraven

-3 CZ 307748 B6 k připojení do plazmového obloukového hořáku a na jehož předním konci je základna, v níž je vytvořen koaxiální otvor, procházející od předního konce elektrody dovnitř těla elektrody, dále se vytvoří vysoce vodivá vložka ze stříbra nebo slitiny stříbra, v jejíž přední části je v části její délky uspořádán koaxiální vývrt, přičemž vysoce vodivá vložka je vytvořena v části její délky, vycházející od předního konce, ve tvaru válce o průměru alespoň o hodnotu dvojnásobku drsnosti Ra příslušných povrchů větším, než je průměr koaxiálního otvoru, a emisivní výplň ve tvaru válečku o průměru alespoň o hodnotu dvojnásobku drsnosti Ra příslušných povrchů větším, než je průměr koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky Poté se zalisuje vysoce vodivá vložka do koaxiálního otvoru na předním konci těla elektrody, načež se do koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky zalisuje i emisivní výplň. Drsností Ra příslušných povrchů se rozumí drsnost vnitřního povrchu koaxiálního otvoru a drsnost povrchu vysoce vodivé vložky, resp. drsnost vnitřního povrchu koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky a drsnost povrchu plášťové plochy emisivní výplně.

Podle vynálezu se poté stříbrná vložka spolu s emisivní výplní zafixuje v měděném těle elektrody protisměrným lisováním v ose elektrody. Toto zalisování se provádí působením prstencového lisovacího nástroje na přední stranu vodivé vložky pro vyvolání deformace vysoce vodivé vložky, čímž dojde k rozšíření přední strany vodivé vložky na průměr větší, než je průměr koaxiálního otvoru. Tímto lisováním se docílí nerozebíratelného spojení stříbrné vložky a měděné základny elektrody. Protisměrným lisováním docílíme napěchování materiálu stříbrné vložky na maximální mez, jejíž horní hranici určuje pevnost a pružnost materiálu základny elektrody. Takto vyrobená elektroda vykazuje vysokou životnost přibližující se životnosti celostříbmých elektrod.

S výhodou mají všechny styčné plochy, totiž vnitřní povrch koaxiálního otvoru, povrch vysoce vodivé vložky v části její délky, vycházející od předního konce, vnitřní povrch koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky a povrch plášťové plochy emisivní výplně ve tvaru válečku, drsnost Ra nejvýše 0,4.

Podle zvláště výhodného provedení způsobu se protisměrné zalisování vodivé vložky do koaxiálního otvoru provádí působením prstencového lisovacího nástroje, jehož vnitřní průměr je menší, než je průměr koaxiálního otvoru a větší, než je průměr emisivní výplně, a jehož vnější průměr je větší, než je průměr koaxiálního otvoru. Protože lisovací nástroj zanechává stopy, je zpravidla třeba po zalisování vodivé vložky do koaxiálního otvoru obráběním upravit přední stěnu elektrody pro odstranění nadbytečného materiálu emisivní výplně z oblasti nepřicházející do přímého styku s prstencovým lisovacím nástrojem.

Objasnění výkresů

Vynález je podrobněji znázorněn na výkresech, na kterých:

obr. 1 představuje v řezu plasmový obloukový hořák s chlazením kapalinou a pracující s přeneseným plasmovým obloukem, který je opatřen elektrodou podle vynálezu, obr. 2 představuje v řezu elektrodu podle vynálezu, obr. 3a představuje v řezu tělo elektrody a vysoce vodivou vložku před sestavením elektrody v prvním kroku způsobu výroby, obr. 3b představuje situaci před zalisováním emisivní výplně v dalším kroku způsobu výroby, obr. 3c znázorňuje zalisování emisivní výplně, obr. 3d znázorňuje v řezu zalisování vysoce vodivé vložky pomocí prstencového lisovacího nástroje podle výhodného provedení způsobu podle vynálezu, a

-4CZ 307748 B6 obr. 4 představuje v řezu detail předního konce elektrody bezprostředně po zalisování vysoce vodivé vložky pomocí prstencového lisovacího nástroje.

Na obrázku 1 je zobrazen řez plasmovým obloukovým hořákem s chlazením kapalinou a pracující s přeneseným plasmovým obloukem, kde jsou obecně znázorněny jeho jednotlivé části. Základní částí je těleso 1 hořáku, v němž je zasunutá chladicí trubka 2, kterou v tělese 1 hořáku fixuje elektroda 100. Dále je zde znázorněn vířivý kroužek 3, který je umístěn tak, že přiléhá k vnějšímu obvodu elektrody, a spolu s tryskou 4 vytváří plazmovou komoru, do které je skrz vířivý kroužek přiváděn plasmový plyn 9, který je následně v prostoru mezi elektrodou a tryskou vlivem elektrické energie ionizován. Elektrická energie je přivedená tělesem hořáku do elektrody, a přes elektricky vodivý ionizovaný plyn je vytvořen plasmový oblouk mezi elektrodou a řezaným kovovým materiálem. Tryska, která usměrňuje proud plasmy 10 je v tělese hořáku fixována držákem trysky 5 na nějž je nasazen ochranný kryt 6, který chrání trysku před poškozením. Ochranný kryt 6 je fixován k tělesu 1 hořáku krytem 7 trysky. Jednotlivé typy plasmových obloukových hořáků se odlišují dle konstrukce jednotlivých výrobců.

Chladicí médium je dovnitř elektrody přiváděno skrze přívod 8 a pracovní plyn pro vytváření plazmy je přiváděn skrze přívod 9. Od předního konce elektrody 100 vychází skrze trysku 4 hořáku plazmový oblouk 10.

Na obrázku 2 je zobrazen řez plasmovou elektrodou 100 podle vynálezu. Elektroda se skládá z těla 101 elektrody, ve kterém je upevněna vysoce vodivá vložka 102, v níž je zalisována emisivní výplň 103. Tělo 101 elektrody je vyrobeno z čisté mědi bez obsahu kyslíku. V předním konci těla 101 elektrody je koaxiální otvor 108 o délce L. Vysoce vodivá vložka 102 jev příkladném provedení vyrobena ze slitiny stříbra o složení 92,5 % hmotn. stříbra a 7,5 % hmotn. mědi. Vysoce vodivá vložka má válcový tvar s kuželovými plochami. Obsahuje základní válcový tvar o průměru d, který je upevněn v koaxiálním otvoru 108 v těle 101 elektrody. Na čelní straně vysoce vodivé vložky 102, která je na obr. 2 ve spodní části, má vložka 102 kuželovité rozšíření 105 o průměru dl. V pohledu na obr. 2 pak nad kuželovitým rozšířením 105 následuje základní válcovitá část o průměru d a nad ní obsahuje vložka válcovité nebo kuželovité prstencové rozšíření 104 o průměru d2. Průměr dl kuželovitého rozšíření 105 čelní části vysoce vodivé vložky 102 a průměr d2 prstencového rozšíření 104 vysoce vodivé vložky 102 je větší než průměr základní válcové části. Tato konstrukce vložky zajišťuje pevné zafixování vysoce vodivé vložky v těle elektrody. Styčná plocha S mezi měděným tělem elektrody a stříbrnou vložkou je tvořena základní válcovou částí, prstencovým rozšířením 104 a kuželovitým rozšířením 105. Tyto tři části při délce L dávají dohromady celkovou styčnou plochu S.

Na obrázcích 3A, 3B, 3C a 3D je zobrazena elektroda v jednotlivých postupných fázích výroby.

Obrázek 3A zobrazuje polotovar těla 101 elektrody obsahující otvor 108 pro zalisování vysoce vodivé vložky 102, a dále zobrazuje polotovar vysoce vodivé vložky 102, opatřené vývrtem 109 pro emisivní výplň. Koaxiální otvor 108 v těle elektrody je vyroben tak, že má poněkud menší průměr než válcová část vložky 102, která se do něj následně lisuje. Optimální hodnota přesahu průměru stříbrné vložky nad průměrem otvoru vyjádřená v mikrometrech vyhovuje empirickému vztahu

Ra + — .1000, kde Ráje drsnost v pm, d je průměr v mm.

Povrch otvoru 108 v těle elektrody a povrch vysoce vodivé vložky 102 má drsnost menší než Ra 0,4.

Obrázek 3B zobrazuje polotovar těla 101 elektrody se zalisovanou vysoce vodivou vložkou 102, která je zalisovaná zevnitř těla 101 elektrody pomocí lisovacího přípravku 110, a polotovar emisivní výplně 103.

Obrázek 3C zobrazuje polotovar těla 101 elektrody, ve kterém je zalisována vysoce vodivá vložka 102, a v ní je emisivní výplň 103 pomocí lisovacího nástroje 111 protisměrně zalisována vůči lisovacímu přípravku 110.

Obrázek 3D zobrazuje polotovar těla 101 elektrody se zalisovanou vysoce vodivou vložkou 102, ve které je zalisována emisivní výplň 103. Dále je zde zobrazen prstencový lisovací nástroj 112, pomocí kterého je protisměrným tlakem vůči lisovacímu přípravku 110 vysoce vodivá vložka 102 zatemována, tj. vyformována do požadovaného tvaru.

Na obrázku 4 je zobrazen detail polotovaru elektrody 100, který se skládá z těla 101 elektrody, vysoce vodivé vložky 102 a emisivní výplně 103. Vysoce vodivá vložka 102 je v těle 101 elektrody upevněna pomocí protisměrného lisovaní, které je možné označit přesněji jako protisměrné temování. Tímto je vysoce vodivá vložka protisměrným temováním vytvarována do tvaru tak, že je vytvořeno kuželovité rozšíření 105 čelní části vysoce vodivé vložky na největší průměr d2, který je větší než průměr základní válcové části. Protisměrným temováním dochází k napěchování materiálu vysocevodivé vložky směrem k tělu 101 elektrody a k emisivní vložce 103. Protisměrné temování probíhá pouze na prstencové ploše vymezené průměry d3 a dl.

Příklady uskutečnění vynálezu

Bylo vyrobeno tělo 101 elektrody z mědi ve tvaru dutého válce, na jehož předním konci byl vytvořen koaxiální otvor 108 o průměru d = 3,25 mm. Vysoce vodivá vložka 102 byla vyrobena ze slitiny stříbra s obsahem 7,5 % hmotn. mědi. Vysoce vodivá vložka 102 byla vytvořena v části své délky, vycházející od předního konce, ve tvaru válce o průměru, který je o hodnotu

Ra + — .1000, to je v tomto případě o 20,66 pm větší, než je průměr d.

Emisivní výplň 103 byla vyrobena z hafnia ve tvaru válečku o průměru 1,3 mm, který byl o 13,21 pm, větší, než je průměr koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky 102. Elektroda byla určena k řezání proudem 130 A.

Nejprve byla postupem znázorněným na obr. 3B zalisována vysoce vodivá vložka 102 do koaxiálního otvoru 108 v předním konci těla 101 elektrody, a poté byla postupem znázorněným na obr. 3C zalisována emisivní výplň 103 do koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky 102.

Vysoce vodivá vložka 102 pak byla protisměrně temována do koaxiálního otvoru 108 působením prstencového lisovacího nástroje 112 na přední stranu vodivé vložky. Tím bylo získáno kuželovité rozšíření 105 čelní části vysoce vodivé vložky na průměr dl větší než 3,2 mm.

V různých provedeních tohoto příkladu byla použita tloušťka části 107 stříbrné vysoce vodivé vložky 102 okolo hafmové emisivní výplně 103 0,5 až 1,0 mm.

Pro vyrobení elektrody pro řezání proudem 400 A bylo vyrobeno tělo 101 elektrody, na jehož předním konci byl vytvořen koaxiální otvor 108 o průměru d = 7,4 mm. Vysoce vodivá vložka 102 pak byla vytvořena v části své délky, vycházející od předního konce, ve tvaru válce o průměru, který je o hodnotu

-6CZ 307748 B6

Ra + — .1000, ’

to je v tomto případě o 30,97 μιη větší, než je průměr d.

Emisivní výplň 103 byla vyrobena z hafnia ve tvaru válečku o délce 5,2 mm a o průměru o 17,07 μιη větším, než je průměr koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky 102. Elektroda byla určena k řezání proudem 400 A.

Tloušťka části 107 stříbrné vysoce vodivé vložky 102 okolo hafniové emisivní výplně 103 byla v několika provedeních 1 až 3 mm.

Optimální poměr zatížení byl 3 A/mm2 až 10 A/mm2.

Další příklady průměrů a délek styčných ploch stříbrné vysoce vodivé vložky 102 jsou uvedeny v následující tabulce:

Proud, pro který je elektroda určena	průměr	délka L	styčná plocha	proudové zatížení
80 A	2,7 mm	3,0 mm	25,45 mm2	3,14 A/mm2
100A	2,8 mm	3,7 mm	32,59 mm2	3,06 A/mm2
130A	3,25 mm	2,55 mm	26,04 mm2	4,99 A/mm2
200 A	4,25 mm	2,55 mm	34,05 mm2	5,87 A/mm2
260 A	5,25 mm	2,85 mm	47,01 mm2	5,53 A/mm2
400 A	7,4 mm	2,50 mm	56,55 mm2	7,07 A/mm2

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektroda (100) pro plazmový obloukový hořák, která má tělo (101) z mědi nebo slitiny mědi, vytvořené v podstatě ve tvaru dutého válce, jehož zadní konec je upraven k připojení do plazmového obloukového hořáku a v jehož předním konci je koaxiální otvor (108) procházející od předního konce elektrody (100) dovnitř těla (101) elektrody, přičemž v koaxiálním otvoru (108) je uložena vysoce vodivá vložka (102), v jejíž přední části je koaxiálně uložena emisivní výplň (103), vyznačující se tím, že vysoce vodivá vložka (102) je v koaxiálním otvoru (108) zalisována s rozšířením průměru v důsledku plastické deformace na své straně nacházející se na předním konci těla (101) elektrody na průměr (dl) větší, než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108).

Claims

2. Elektroda (100) podle nároku 1, vyznačující se tím, že vysoce vodivá vložka (102) je na své straně nacházející se uvnitř těla (101) elektrody opatřena prstencovým rozšířením (104), jehož průměr (d2) je větší, než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108).

3. Elektroda (100) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vysoce vodivá vložka (102) je vyrobena ze slitiny stříbra s obsahem nejvýše 20 % hmotn. mědi, s výhodou nejvýše

10 % hmotn. mědi.

4. Elektroda (100) podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že emisivní výplň (103) je vytvořena ve tvaru válečku z hafnia nebo zirkonia, s výhodou z hafnia.

-7 CZ 307748 B6

5. Elektroda (100) podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že tloušťka vysoce vodivé vložky (102) okolo emisivní výplně (103) je 0,5 až 3 mm.

6. Elektroda (100) podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že styčná plocha (S) mezi tělem (101) elektrody a vysoce vodivou vložkou (102) je dimenzována pro proudové zatížení v rozsahu 3 až 12 ampér na 1 mm² styčné plochy (S).

7. Způsob výroby elektrody (100) pro plazmový obloukový hořák, vyznačující se tím, že se při něm provádějí následující kroky:

vytvoří se tělo (101) elektrody z mědi nebo slitiny mědi v podstatě ve tvaru dutého válce, jehož zadní otevřený konec je upraven k připojení do plazmového obloukového hořáku a na jehož předním konci je vytvořen koaxiální otvor (108) o průměru (d), procházející od předního konce elektrody (100) dovnitř těla (101) elektrody, vytvoří se vysoce vodivá vložka (102) ze stříbra nebo slitiny stříbra, v jejíž přední části je v části její délky uspořádán koaxiální vývrt, přičemž vysoce vodivá vložka (102) je vytvořena v části své délky, vycházející od předního konce, ve tvaru válce o průměru alespoň o hodnotu dvojnásobku drsnosti Ra příslušných povrchů větším, než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108), vytvoří se emisivní výplň (103) ve tvaru válečku o průměru alespoň o hodnotu dvojnásobku drsnosti Ra příslušných povrchů větším, než je průměr koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky (102), vysoce vodivá vložka (102) se zalisuje do koaxiálního otvoru (108) v předním konci těla (101) elektrody, a emisivní výplň (103) se zalisuje do koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky (102), přičemž po zalisování emisivní výplně (103) do koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky (102) se vysoce vodivá vložka (102) protisměrně zalisuje do koaxiálního otvoru (108) působením prstencového lisovacího nástroje (112) na přední stranu vysoce vodivé vložky (102) pro vyvolání plastické deformace vysoce vodivé vložky (102) při rozšíření přední strany vysoce vodivé vložky (102) na průměr (dl) větší, než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108).

8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se protisměrné zalisování vysoce vodivé vložky (102) do koaxiálního otvoru (108) provádí působením prstencového lisovacího nástroje (112), jehož vnitřní průměr (d3) je menší, než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108) a větší, než je průměr emisivní výplně (103), a jehož vnější průměr je větší, než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108).

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že se po zalisování vysoce vodivé vložky (102) do koaxiálního otvoru (108) obráběním upraví přední stěna elektrody (100) pro odstranění nadbytečného materiálu emisivní výplně (103) z oblasti nepřicházející do přímého styku s prstencovým lisovacím nástrojem (112).

10. Způsob podle některého z nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že všechny styčné plochy, totiž vnitřní povrch koaxiálního otvoru (108), povrch vysoce vodivé vložky (102) v části její délky, vycházející od předního konce, vnitřní povrch koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky (102) a povrch plášťové plochy emisivní výplně (103) ve tvaru válečku, mají drsnost Ra nejvýše 0,4.

11. Způsob podle některého z nároků 7 až 10, vyznačující se tím, že vysoce vodivá vložka (102) se vytvoří v části své délky, vycházející od předního konce, ve tvaru válce o průměru o hodnotu 1 až 45 pm, s výhodou o hodnotu 14 až 32 pm větší, než je průměr (d) a emisivní výplň (103) se vytvoří ve tvaru válečku o průměru o hodnotu 1 až 40 pm, s výhodou o hodnotu 8 až

18 pm větší, než j e průměr koaxiálního vývrtu vysoce vodivé vložky (102) koaxiálního otvoru (108).

-8CZ 307748 B6

12. Způsob podle některého z nároků 7 až 11, vyznačující se tím, že vysoce vodivá vložka (102) se na své straně nacházející se uvnitř těla (101) elektrody opatří prstencovým rozšířením (104) o průměru (d2) větším, než je průměr (d) koaxiálního otvoru (108).

13. Způsob podle některého z nároků 7 až 12, vyznačující se tím, že vysoce vodivá vložka (102) se vyrobí ze slitiny stříbra s obsahem nejvýše 20 % hmotn. mědi, s výhodou nejvýše 10% hmotn. mědi.

14. Způsob podle některého z nároků 7 až 13, vyznačující se tím, že emisivní výplň (103) se vyrobí ve tvaru válečku z hafnia nebo zirkonia, s výhodou z hafnia.

15. Způsob podle některého z nároků 7 až 14, vyznačující se tím, že rozměry jednotlivých součástí se volí tak, že tloušťka vysoce vodivé vložky (102) okolo emisivní výplně (103) je 0,5 mm až 3 mm.

16. Způsob podle některého z nároků 7 až 15, vyznačující se tím, že rozměry jednotlivých součástí se volí tak, že styčná plocha (S) mezi tělem (101) elektrody a vysoce vodivou vložkou (102) je dimenzována pro proudové zatížení v rozsahu 3 až 12 ampér na 1 mm² styčné plochy (S).