JPH01502568A - 金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置技術分野 本発明は、強磁界による金属の加工および溶接に関し、より詳しくは、金属の磁 気パルス加工および溶接用の放電装置に関する。

背景技術 高電流スイッチング装置の分野における重大な問題は、空気制御高電流低インダ クタンス（１５ｎＨ以下）ス／＜−り放電装置が６０００００Ａまでの電流をス イッチングしかつ少なくとも１０５回のスイッチングに耐えうる作用電極を有す るよ引こすることである。

このような問題の以前には、空気制御放電装置が現在も磁気パルス装置に広く使 用されている事実（ソビエト連邦、発明者証第５３４００４号、ＣＡ、ＨＯＩＴ 　５１００．１９７４．参照）があり、ここでは作用電極の使用寿命がより長く かつ内部インダクタンスがより低いという真空放電装置の明らかな利点にもかか わらず、真空放電装置を代えた。

しかしながら、真空放電装置は、真空ポンプを含む複雑な設備の使用を必要とし 、その使用を高容量装置に普通限定する要因がある。

金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置で知られたものがあり（ソビエト 連邦発明者証第５２４２６７号、Ｃ１，１（ＯＩＴｌｌｏｏ、　１９７３．参照 ）、この装置はカバーを有しかつ２つの作用電極と点弧電極とを収容している放 電チャンバーを含んでおり、これら電極は同心状に配置され、絶縁ライナーが作 用電極の間に置かれ、作用電極のひとつがコンデンサー列の陽極ターミナルに接 続されかつ他方の作用電極が該コンデンサー列の陰極ターミナルに誘導子を介し て接続されている。

しかしながら、上述した装置では作用電極および点弧電極が誘電体表面の一方側 に配置され、そして逆電流リードが該誘電体の他方側に配置されている。

プラズマ放電を局地化する絶縁された給電スクリーンが逆電流リードと誘電体と の間に配置されている。

しかしながら、誘電体の表面上に作用電極を配置すると、そこでプラズマの強い 温度および動的作用を誘電体が受けることになり、誘電体材料が急速に無能にさ れかつ放電チャンネルの適切な安定性が確保されない。したがって、公知装置の 内部インダクタンスは不安定であり、すなわち、放電回路のパラメータは変動し て限定要因となっている。上述した装置は信頼できる絶縁手段を含んでいないだ け、作用電極は耐久性がないであろう。上述とは別に、放電装置構成はストック あるいは大量生産に適していない。

発明の開示 本発明の目的は、作用電極および点弧電極の新しい態様および配置が少なくとも １０’回のスイッチングに耐えるのに適する作用電極で６０００００Ａ以上での 電流スイッチングを可能にしかつプラズマ放電チャンネルを安定化する点弧電極 の信頼できて安定な作動を確実にするような金属の磁気パルス加工および溶接用 の放電装置を創ることである。

提供する金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置は、カバーを有しかつ２ 個の作用電極と点弧電極とを収容している放電チャンバーを含んでなる放電装置 であって、絶縁ライナーがこれら作用電極の間に置かれ、作用電極のひとつはコ ンデンサー列の陽極ターミナルに電気的に接続され、かつ他方の作用電極はコン デンサー列の陰極に誘導子を介して接続されている該放電装置において、本発明 によれば、作用電極のひとつはコンデンサー列の陰極ターミナルに給電エレメン トを介して接続され、該給電エレメントはＴ字型である該作用電極の作用部分に 接続された通電部分を含んでおり、そして、他方の作用電極は第１作用電極から 絶縁ライナーによって隔てられ、第１作用電極と同心状に配置され、かつスリー ブであり、第１作用電極の作用部分に面している第２作用電極の端部に外側へお よび内側への突出部が設けられて、第２作用電極の作用部分神悴を形成し、該作 用部分は第１作用電極の作用部分に対してギャップのあるように設定され、点弧 電極はこれら作用電極の作用部分の間に配置され、気体放電チャンバーのカバー に絶縁状態で取り付けられ、かつスロットのあるリングとして作られている。

作用電極および点弧電極の好ましい態様および配置は、作用電極の大表面にわた ってのプラズマ分布を確実にして、浸食を減らすことで作用電極の表面寿命を伸 ばしかつ内部インダクタンスを１５ｎ）Ｉまで減らし、６０００００Ａを越える 電流のスイッチングを可能にする特徴がある。

第２作用電極の内側にある突出部は第１作用電極の作用部分に面する円環状突起 であり、絶縁スリーブが突出部とは反対側に配置されており、該絶縁スリーブの 第１作用電極の作用部分に隣接している端部は円錐状に作られ、この円錐表面に は少なくともひとつの環状穴が設けられ、そして、第２作用電極は放電チャンバ ーのボディーに取り付けられていることは好都合である。

使用寿命を延ばすために、点弧電極を２つの対称部分で構成し、ひとつの対称部 分が他の対称部分に対して逆に動けるように配置することはさらに好都合である 。

放電装置内のバス（母線）インダクタンスを減らすために、本発明にしたがって 、給電エレメントを適切な誘電体で隔てられたフラットバス集成体にし、このエ レメントを放電装置のボディーに堅く取り付けることは好ましい。

第２作用電極での環状（ドーナツ形）突起は絶縁スリーブへのプラズマ温度作用 をかなり減らし、そして、スリーブに前述の環状穴を設けることは作用電極へ与 えられるエネルギーを増やすことが可能になる。

提案した放電装置に上述のフラットバス集成体を用いることは給電エレメントの インダクタンスを１７２減らし、放電装置の電気的特性を認められるほど向上さ せる利点がある。

本発明の主題を形成する放電装置において、気体放電チャンバーのカバーに、プ ラズマ作用が最大の領域に空気を送りそしてそこから空気を除くためのダクトを 設けることは好ましい。

気体放電チャンバー内にプラズマ作用が最大のところにて空気を吹き込めること によってさらに作用電極の間での点弧電極の配列によって、提案した放電装置は 信頼性良く作動する。

図面の簡単な説明 添付図面に関連した特定実施態様例を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明に係る金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置の概略図で あり、および 第２図は本発明に係る別の態様の放電装置の概略図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明の主題である金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置が金属カバー ２の付いた気体放電チャンバー１を含んでなり、該チャンバーは２個の作用電極 ３．４および点弧電極５を収容してあり、これら電極は同心状に配置されている 。

第１作用電極３は、堅く相互接続されたエレメントである円筒スリーブ６と、作 用部分７とからなり、円筒スリーブ６の内側に頂部テーバ表面があり、該テーバ 表面のひとつに隣接して電極３の作用部分７がある。電極３０作用邪分７はＴ字 型であり、円筒スリーブ６に隣接する作用電極３０作用部分７の直径は円筒スリ ーブ６の直径よりも小さい、そして、作用電極３０円筒スリーブ６と作用部分７ とはテーバ表面で接合されている。円筒スリーブ６は作用電極３０通電部として 働く。

作用電極３０作用部分７の使用および交換での容易性のために、作用部分７と円 筒スリーブ６とはカップリングボルト８によって接続されている。

放電装置チャンバー１に取り付けられた第２作用電極４はスリーブ状であり、第 １電極の作用部分７に面する第２作用電極の端部はスリーブでの外側へおよび内 側への突出部９および１０を備えており、このことによって作用電極４の作用部 分１１を形成している。

絶縁スリーブ１２が作用電極４を作用電極３から隔てている。

作用電極３および４はお互いに対して同心状に配列され、作用電極３．４の作用 部分７．１１は適切ギャップで配置されている。

点弧電極５は作用電極３および４０間のギャップ内に設置され、該点弧電極は絶 縁体１３を介して気体放電チャンバー１のカバー２に固定されている。

点弧電極５は穴付きリングとして作られており、作用電極３および４０作用部分 にプラズマが生じる時間を短くする。

気体放電チャンバー１のカバー２はダクト１５を有しており、このダクトを通し て空気が送られ、作用電極３および４の作用電極７および１１を冷却しかつ気体 放電チャンバー１内ガスを追い出す。

作用電極３の円筒スリーブ６はその下部にて絶縁スリーブ１２を介して放電装置 のボディー１６に取り付けられており、該ボディーは気体放電チャンバー１と接 触している複合電極１７を備え、該複合電極は作用電極４に電気的に接続されて いる。

複合電極１７は同軸ケーブル１８によってコンデンサー列１９の陽極ターミナル に接続されており、該コンデンサー列の陰極ターミナルは放電装置のボディー１ ６に接続されている。該ボディーは円筒部分２０を有しそこに集電板２１が取り 付けられている。絶縁ライナー２２が集電板２１を作用電極３に取り付けられた 第２集電板２３から隔てている。

誘導子２４が集電板２１および２３に接続されている。

本発明に係る金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置は次のように作動す る。

コンデンサー列１９の陰極ターミナルを放電装置のボディー１６に同軸ケーブル １８で接続し、一方、その陽極ターミナルを複合電極１７と作用電極４の取り付 けられた気体放電チャンバーとに接続する。コンデンサー列１９を所定作動電圧 までチャージした後で、逆極性のパルスを点弧電極５印加して作用電極３および ４の作用部分７および１１０間のエアーギャップをイオン化し、これによって電 流スイッチングを起こす。作用電極３および４、円筒スリーブ６、放電装置のボ ディー１６そしてその円筒部分２０を通って流れるスイッチングミ流は集電板２ １および２３に来て、そこから誘導子２４へ達する。

このように、作用電極３．４および点弧電極５の新規な態様および配置が作用電 極３．４のより大きな表面にわたってのプラズマ分布を確実にして、このことに より内部インダクタンスを１５ｎＨに減らし、６０００００Ａ以上の電流スイッ チングを可能にする特徴がある。

作用電極３および４の作用部分７および１１の大きな面積および環状点弧システ ムによって、作用部分７および１１の浸食が最小に減らせる。その結果として、 作用電極３および４の使用寿命が６０００００Ａ以上のスイッチング電流で１０ ’回の放電回数を越える。

環状点弧システムは作用電極３および４の作用部分７および１１の浸食を実質的 に均一し、このことにより放電装置の作動が安定する。

放電装置の作動安定性は、放出チャンバー１にカバー２でのダクト１５でもって 空気を吹き込むようにしであることによっても確保され、空気は作用電極を冷却 しかつ電流パルスの適用での放電チャンバー１のガスを除くのにも使用される。

本発明の好ましい実施態様例を以下に説明する。

本発明に係る金属の磁気パルス加工および溶接用の放電装置は金属カバー２付き 放電チャンバー２５（第２図）を有しており、該カバーはボルト２６によって放 電チャンバーに取り付けられている。

放電チャンバー２３は第１および第２作用電極３．２７−ｓよび点弧電極２８を 収容している。

好ましい実施態様での放電装置において、第１作用電極３０作用部分７に面する 第２作用電極２７の突出部は円環状突起２９で示されている。第２作用電極２７ の該突出部の反対側には絶縁スリーブ３０が配置され、該スリーブでの第１作用 電極３の作用部分７に隣接する端部はテーパーが施され、そのテーパー表面上に 周回穴３１が設けられている。

第２作用電極２７の突出部を構成している円環状突起２９の使用によって絶縁ス リーブ３０へのプラズマの熱影響をかなり低減することができる。さらに、絶縁 スリーブ３０のテーパー表面に周回穴３１を設けることはチャージ広がりに対す る表面抵抗を高めて、放電装置がより高電圧でも使用できるようになる。

点弧電極２８の使用寿命を延ばすために、この電極リングは２個の対称部分３２ および３３からなり、これら部分３２および３３は浸食されるにつれて部分３２ を他方の部分３３に対して反対に動けるように配置されている。

多数の穴が点弧電極２８を構成するリングの円周にそって形成されている。

点弧電極２８はボディー２５のカバー２に、半径方向スロット３５を有するベー ス板３４によって取り付けられている。

支持スリーブ３７にはめこまれたネジ３６が点弧電極２８の上記穴内およびベー ス板３４の半径方向スロット３５内に固定され、該ネジは作用電極３，２７と点 弧電極２８との間のギャップを調節するのに使用される。さらに、スロット３５ 内で可動なネジ３６によって点弧電極２８の部分３２および３３が変位できる。

気体放電チャンバー２５の下部には円周突出部３８があり、そこにしっかりした 絶縁ディスク３９が装着され、該ディスクには円周に沿った穴が形成されている 。

気体放電チャンバー２５はフランジ４１によって放電装置ノホディー４０に取り 付けられている。ボディー４０の上側壁に、フラットバス（平板母線）４２．４ ３として形成された供電エレメントが堅く取り付けられ、これらフラットバスは 誘電体４４によって隔てられている。バス４１のひとつがコンデンサー列１９の 陽極ターミナルに接続され、一方、他方のバス４３がコンデンサー列１９の陰極 ターミナルに接続されている。

フラットバス４２．４３、誘電体４４、ボディー４０およびフランジ４１は、し っかりした絶縁ディスク３９内の穴と同心状の穴を有しており、これら穴を絶縁 ライナー４６．４７および４８を供なったカップリングネジ４５が通されている 。絶縁ライナー４６および４７はカップリングネジ４５をフランジ４１から隔て るのに使用され、また、絶縁ライナー４８は該カップリングネジをフラットバス ４３から隔てる。

このようにカップリングネジ４５は放電チャンバー２５を放電装置のボディーに 堅く取り付けかつフラットバス４２．４３と放電装置のエレメントとの間の信頼 できる接触を確実にする。

第２図に図示した放電装置はその他の点では第１図での放電装置と同様である。

第２図の放電装置は第１図に示した場合とほぼ同じに作動する。

本発明の記載から明らかなように、提案した放電装置は動的に安定なかつ信頼で きる構造を特徴としており、このことは背景技術の重大問題を本質的に解決する 。

産業上の利用可能性 本発明は、磁気パルス装置の製造での機械製作および高電流回路のスイッチング での電気工学にも使用されるであろう。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．給電エレメントを有するボディーおよび２個の作用電極と点孤電極とを収容 している放電チャンバーを含んでなる金属の磁気パルス加工および溶接用の放電 装置であって、前記電極は同心状に配置され、絶縁スリーブがこれら作用電極の 間に置かれ、前記作用電極のひとつはコンデンサー列の陽極ターミナルに電気的 に接続され、かつ他方の作用電極は前記コンデンサー列の陰極に誘導子を介して 接続されている該放電装置において、放電チャンバー（１，２５）はボディー（ １，４０）に取り付けられており、作用電極（３）のひとつはコンデンサー列（ １９）の陰極ターミナルに給電エレメントを介して接続され、該給電エレメント はＴ字型である前記作用電極（３）の作用部分（７）に接続された通電部分を含 んでおり、そして、第２作用電極（４，２７）は第１作用電極（３）から絶縁ス リーブ（１２）によって隔てられ、前記第１作用電極（３）と同心状に配置され 、かつスリーブであり、前記第１作用電極（３）の前記作用部分（７）に面して いる前記第２作用電極の端部に外側へおよび内側への突起（９，１０）が設けら れて、前記第２作用電極（４，２７）の作用部分（１１）を形成し、点孤電極（ ５，２８）は前記作用電極（３，４，２７）の前記作用部分（７，１１）の間に 配置され、気体放電チャンバー（１，２５）のカバーに絶縁状態で取り付けられ 、かつスロットのあるリング（１４）であることを特徴とする金属の磁気パルス 加工および溶接用の放電装置。
2. ２．前記作用電極（３）の前記通電部分は円筒スリーブ（６）であって、その両 端部の内側にテーパー表面を有し、該テーパー表面のひとつに前記作用電極の作 用部分は隣接し、前記円筒スリーブ（６）に隣接する前記作用電極（３）の作用 部分の直径は前記円筒スリーブ（６）の直径よりも小さいことを特徴とする請求 の範囲第１項記載の放電装置。
3. ３．前記第２作用電極（２７）の内側にある突出部は前記第１作用電極（３）の 前記作用部分に面する円環状突起（２７）であり、絶縁スリーブ（３０）が前記 突出部とは反対側に配置されており、該絶縁スリーブの前記第１作用電極（３） の前記作用部分（７）に隣接している端部は適切にテーパーがつけられ、このテ ーパー表面には少なくともひとつの環状穴（３１）が設けられ、そして、前記第 ２作用電極（２７）は前記気体放電チャンバー（２５）のボディーに取り付けら れていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の放電装置。
4. ４．前記点孤電極（２８）のリングは２つの対称部分（３２，３３）からなり、 該対称部分（３２）が他の対称部分（３３）に対して逆に動けるように配置され ていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の放電装置。
5. ５．前記給電エレメントはフラットバス（４２，４３）を含んでなり、これらは 適切な誘電体（４４）によって隔てられかつ前記放電装置のボディー（４０）に 堅く取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の放電装置。
6. ６．前記気体放電チャンバー（１，２５）の前記カバー（２）は、プラズマ作用 が最大のところに空気を送りかつそこから空気を除くのに適するダクト（１５） を有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の放電装置。