DE2227684A1

DE2227684A1 - Lichtbogenbrenner

Info

Publication number: DE2227684A1
Application number: DE2227684A
Authority: DE
Inventors: Michail Ewgenijewi Dantschenko; Wsewolod Dmitrijewitsc Dozenko; Eduard Migranowitsch Esibjan; Walerij Andrejewitsch Koschema; Wasilij Berkowitsch Malkin; Kirill Wasiljewitsch Wasiljew
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1972-02-29
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1973-09-06
Also published as: DD96879A1; FR2173875A1; IT965748B

Description

LICH0?BOGENBEENUER

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Durchführung von Lichtbogenprozessen und insbesondere auf Lichtbogenbrenner.

Die vorgeschlagene Erfindung ist zweckmäßigerweise in Gleichstrom-Piasmatronen für das Luftplasma-Schneiden anzuwenden.

Die Erfindung kann auch für andere Arten der Bearbeitung vor Materialien, beispielsweise zum Schweißen, Aufschmelzen, Schmelzen sowie in der Plasmachemie angewandt werden.

Die Erfindung weist darüber hinaus besondere Vorteile bei Prozessen unter Anwendung von sauerstoff- ^ηΊ stickstoffhaltigen plasmabildenden Medien auf.

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Weit bekannt sind Lichtbogenbrenner, die eine bare Elektrodenbaugruppe mit zylindrischem Katodeneinsatz, eine Düse, die die Lichtbogen-säule bildet, und eine zwischen der Elektrodenbaugruppe und der Düse angeordnete Hülse enthalten. Die Düsenöffnung ist dabei mit dem Katodeneinsatzstück koaxial angeordnet, und die Hülse ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt.

Beim Arbeiten in sauerstoff- und stickstoffhaltigen

plasmabildenden Medien wird als Material des Katodeneinsatzhochschmelzende
Stücks ν Metalle, hauptsächlich die der IV.

und VI. Gruppe des periodischen Systems der Elemente, so zum Beispiel Zirkonium, Hafnium und deren Legierungen verwandt.

In den bekannten Brennern, die eine Elektrodenbaugruppe in Form eines Bundes mit ^ei5 T£atodeneinsatzstück enthalten, wählte man den Durchmesser des Einsatzstücks und den Durchmesser der Düsenöffnung willkürlich aus. Im Ergebnis sank die Zuverlässigkeit des Lichtbogenbrenners und die Lebensdauer seiner Hauptelemente (der Elektrodenbaugruppe und der Düse) verkürzte sich.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Lichtbogenbrenner zu schaffen, der eine hohe Zuverlässigkeit und große Lebensdauer seiner Hauptteile im Vergleich zu der Lebensdauer ähnlicher Brenner gewährleisten könnte.

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Diese Aufgabe wird vermittels eines Lichtbogenbrenners gelost, der eine abkühlbare Elektrodenbaugruppe mit zylindrischem Katodeneinsatzstück, eine die Lichtbogen-"säule bildende Düse, deren öffnung mit dem Katodeneinsatzstüek koaxial angeordnet ist, und eine zwischen der Elektrodenbaugruppe und der Düse angeordnete Hülse enthält, die aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist: dabei ist der Durchmesser des Katodeneinsatzes bei der für das gegebene Material des Einsatzstückes bestimmten Stromdichte erfindungsgemäß gleich dem Durchmesser seiner emittierenden

Licht bogenstroms

Fläche gewählt, um den Durchgang des ν in den Grenzen des Katodeneinsatz,-durchmessers zu gewährleisten.

Um die Lichtbogensäule besser ausbilden zu können, ist es zweckmäßig, daß der Durchmesser des Katodeneinsatzstücks und der Durchmesser der Düsenöffnung in einem Verhältnis, das gleich 0,8 ist, zueinander stehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt die Gesamtansicht des elektrischen Lichtbogenbrenners un. Längsschnitt.

Der elektrische Lichtbogenbrenner stellt eine abkühlbare Elektrodenbaugruppe, eine Düse 1, welche die Lichtbogensäule bildet, und eine Hülse 2 dar, die zwischen der Elektrocienbaugruppe und der Düse angeordnet ist. Die Elektrodenbaugruppe enthält ein hohles zylinderformiges Gehäuse 3,

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auf dessen Boden koaxial mit dem Gehäuse ein Bund 4 mit zylinderförmigem Katodeneinsatzstück 5 befestigt ist. Im Inneren des Gehäuses 3> ist oberhalb des Bundes 4 ein Rohr 6 angeordnet, das ein Kühlmittel zuführt.

Die Düse 1, das Gehäuse 5 und der Bund 4 sind aus einem stark wärmeleitenden Metall, beispielsweise aus hoch raffiniertem Kupfer, das Katodeneinsatζstück aus schwerflüssigen Metallen, hauptsachlxch den der IV. und VI. Gruppe des periodischen Systems der Elemente, beispielsweise Zirkonium, Hafnium u.a.m. und die Hülse 2 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt.

Als Kühlmittel kann Wasser und als plasmabildendes Gas Luft angewandt werden.

Die öffnungen der Düse 1, der Hülse 2, des Bundes 4 und des Hohres 6 werden mit dem Gehäuse 5 koaxial angeordnet,

Beim Arbeitsvorgang brennt der Lichtbogen zwischen der Stirnfläche des Einsatzstücks und dem zu bearbeitenden Werkstück ?.

Es wurde festgestellt, das die Querschnittsfläche S des Einsatzstücks 51 die der aktiven emittierenden Katodenoberfläche gleich ist, sich zu dem Lichtbogenstrom 1 direkt proportional verhält, dabei ist die Dichte "4" des Stro-

einem
mes "I" an der Katode in^vgroßen Stromänderungs/bereich für

das gegebene Material des Einsatzstücks konstant.

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Unter der aktiven emittierenden Katodenoberfläche versteht man jene Fläche der Katode, durch welche der Lichtbogenstrom fließt. Für das aus Zirkonium gefertigte Einsatzstück beträgt beispielsweise die Stromdichte "3" 90 bis 100 A/mm in einem Lichtbogenstrombereich ¹¹I" = 40 bis 400 A.

In der vorgeschlagenen Erfindung ist das Katodeneinsatzstück 5 als ein Zylinder ausgeführt, dessen Durchmesser "d" gleich dem Durchmesser der aktiven emittierenden Fläche, daß heißt in direkt proportionaler Abhängigkeit von dem Idchtbogenstrom bei einer für das gegebene Material des Einsatzstücks bestimmten Dichte "3" gewählt wird.

Dadurch wird der Durchfluß des gesamten Lichtbogenstroms im Bereich des Durchmessers "d" des Einsatzstücks gewährleistet, was die geringste Erosion des Elektrodeneinsatzes, daß heißt die maximale Lebensdauer des Elektrodenbrenners zur Folge hat,Bei gestörtem Verhältnis, wenn der Durchmesser "d" des Einsatzstücks sich kleiner als der Durchmesser der aktiven emittierenden Oberfläche erweist, fließt der Strom nicht nur durch das Einsatzstück, sondern auch durch den ihn umgebenden Kupferbund durch. Die Emissionseigenschaften der Elektrode verschlechtern sich dabei, die Stabilität des Lichtbogens verringert sich und die Geschwindigkeit der Elektrodenerosion nimmt schroff zu. Bei vergrößertem Durchmesser "d" des Einsatzstücks nfcmmt

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die Abbrenngeschwindigkeit des Einsatzstücks ebenfalls zu, daß heißt die Wärmeableitung von dem Katodeneinsatzstück nach dem Bund, der beispielsweise aus Kupfer gefertigt ist, verschlechtert sich infolge des zwischen ihnen vorhandenen zusätzlichen Wärmewiderstandes.

Um eine hohe Zuverlässigkeit des Brenners zu sichern und eine Bildung van Doppellichtbogen auszuschließen, und um die thermische Effektivität des Komprimierten Lichtbogens, daß heißt seine Konzentration zu erhöhen, wird der Düsendurchmesser D in einer bestimmten Abhängigkeit von dem Durchmesser d des Katodeneinsatzstücks, und zwar im Verhältnis gleich 0,8 gewählt (^d/ü - 0»8).

Die vorgeschlagenen Brenner, die unter Einhaltung der oben genannten geometrischen Verhältnisse von S, D und d ausgeführt werden, gewährleisten deren hohe technologische Effektivität und Betriebssicherheit.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Lichtbogenbrenner, der eine abkühlbare Elektrodenbaugruppe mit einem zylindrischen Katodeneinsatzstück, eine die Lichtbogen/säule bildende Düse, deren öffnung mit dem Katodeneinsatzstück koaxial angeordnet ist, und eine zwischen der Elektrodenbaugruppe und der Düse angeordnete und aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeführte Hülse enthält, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser (d) des Katodeneinsatzstücks (5) bei der für das gegebene Material des Einsatzstücks (5) bestimmten Stromdichte (3) dem Durchmesser seiner emittierenden Fläche gleich ist, damit der Durchfluß des Lichtbogenstroms im Bereich des Durchmessers (d) des Katodeneinsatzstücks (5) gewährleistet wird.
2. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gek-ennzeichnet , daß der Durchmesser (d) des KatodeneinsatζStücks (5) und der Durchmesser (D) der Düsenöffnung in einem Verhältnis, das 0,8 gleich ist, zueinander stehen.

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