RU2061286C1

RU2061286C1 - Method of and device for producing electric discharge

Info

Publication number: RU2061286C1
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Герасимов; Ю.М. Гринберг; Г.А. Дюжев; А.А. Каллистов; В.И. Куриленко; В.И. Раховский
Original assignee: Российско-швейцарское акционерное общество закрытого типа "Нова"
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1991-11-01
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: voltage is applied to anode, cathode, and ignitor electrode; reduced pressure of gases or their mixtures is maintained in working chamber. Uniform layer of cathode material oxides is formed on cathode surface, equal impedances are maintained at each point of anode working surface, and plasma-forming material is removed from discharge gap by means of variable flow. EFFECT: facilitated procedure. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим разрядам и может быть использовано в металлообработке и электротехнике. The invention relates to electrical discharges and can be used in metalworking and electrical engineering.

Известны и широко применяются в технике дуговые разряды, характеризующиеся наличием на катоде катодного пятна. Arc discharges are known and widely used in the art, characterized by the presence of a cathode spot on the cathode.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению следует отнести дуговой электрический разряд при пониженном давлении с холодным катодом. Разряд осуществляют между анодом и катодом, к которым при помощи токоподводов подведено напряжение от источника питания разряда, плазмообразующим веществом разряда являются продукты эрозии катода, возбуждение разряда в первоначальный момент осуществляют от устройства инициирования разряда при помощи электродов поджига, а в рабочей камере поддерживают пониженное давление газов или их смесей. В определенном диапазоне этого давления в прианодной области разрядного промежутка существует диффузный режим разряда, характеризующийся отсутствием анодного пятна, в то время как по поверхности катода хаотически движутся быстро перемещающиеся катодные пятна (КП), многократно воздействующие на одни и те же точки поверхности. Closest to the claimed technical solution should include an electric arc discharge at reduced pressure with a cold cathode. The discharge is carried out between the anode and the cathode, to which the voltage from the discharge power source is applied by current leads, the plasma-forming substance of the discharge is the cathode erosion products, the discharge is excited at the initial moment from the discharge initiation device using ignition electrodes, and the gas pressure is maintained in the working chamber or mixtures thereof. In a certain range of this pressure, a diffuse discharge mode exists in the anode region of the discharge gap, which is characterized by the absence of an anode spot, while rapidly moving cathode spots (CS) randomly move on the cathode surface, repeatedly acting on the same surface points.

Известны способы организации перемещения КП по поверхности катода, заключающиеся либо в их направленном перемещении путем наложения магнитного поля, либо в ограничении области их перемещения на катоде путем установления экранов, ограничивающих зону распространения КП на катоде, а также некоторые другие способы. Время существования разряда обусловлено временем подключения источника питания либо периодом времени до удаления или экранирования катода от анода. Known methods for organizing the movement of the KP on the surface of the cathode, consisting either in their directional movement by applying a magnetic field, or in limiting the area of their movement on the cathode by installing screens that limit the zone of distribution of the KP on the cathode, as well as some other methods. The duration of the discharge is due to the time the power source is connected or the period of time until the cathode is removed or shielded from the anode.

При принудительной организации разряда невозможно обеспечить однократное воздействие КП на каждую точку поверхности катода и, следовательно, физико-химические характеристики различных участков катода, изменяющиеся после высокоэнергетического воздействия КП, неидентичны и непрогнозируемы. With the forced organization of the discharge, it is impossible to provide a single exposure to the cathode at each point on the surface of the cathode and, therefore, the physicochemical characteristics of various sections of the cathode that change after the high-energy exposure to the cathode are not identical and unpredictable.

Целью изобретения является обеспечение направленного воздействия на поверхность катода катодными пятнами с однократным полным сканированием путем самораспространения и самопогасания разряда. The aim of the invention is to provide a directed effect on the cathode surface by cathode spots with a single full scan by self-propagation and self-quenching of the discharge.

Указанная цель достигается совокупностью признаков способа и устройства, позволяющих осуществить самоорганизующийся электрический разряд:
анод и катод размещают в рабочей камере, давление газов или их смесей в которой соответствует диффузному режиму разряда в прианодной области, т.е. обеспечивает достаточную подвижность КП и отсутствие анодного пятна;
на поверхности катода образуют равномерный слой окислов материала катода;
анод изготавливают в виде тела или системы тел, симметричных по отношению к катоду и охватывающих его;
форма выполнения анода, система токоподводов обеспечивают равенство импедансов каждой точки рабочей поверхности анода;
токоподводы к катоду располагают на оси анода и симметрично по отношению к катоду;
разряд инициируют в определенной точке катода;
анод снабжают диафрагмами, установленными с возможностью направления плазмообразующего вещества вдоль катода и регулирования его истечения из разрядного промежутка.This goal is achieved by a set of features of the method and device that allows for self-organizing electrical discharge:
the anode and cathode are placed in the working chamber, the pressure of gases or their mixtures in which corresponds to the diffuse discharge mode in the anode region, i.e. provides sufficient mobility of the KP and the absence of the anode spot;
on the surface of the cathode form a uniform layer of oxides of the cathode material;
the anode is made in the form of a body or a system of bodies symmetrical with respect to the cathode and covering it;
the form of the anode, the system of current leads ensure the equality of the impedances of each point of the working surface of the anode;
current leads to the cathode are located on the axis of the anode and symmetrically with respect to the cathode;
a discharge is initiated at a specific point in the cathode;
the anode is equipped with diaphragms installed with the possibility of directing the plasma-forming substance along the cathode and regulating its outflow from the discharge gap.

Технических решений со сходными признаками не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям "новизна", "промышленная применимость" и "изобретательский уровень". No technical solutions with similar features were found, which allows us to conclude that the invention meets the criteria of "novelty", "industrial applicability" and "inventive step".

На чертеже показана схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ. The drawing shows a diagram of the proposed device that implements the proposed method.

Внутри анода 1, снабженного токоподводами 2 и диафрагмами 3, помещен катод 4. С двух торцов катода 4 организованы токоподводы 5 и поджигающие электроды 6. Токоподводы анода 2 и катода 5 соединены с источником питания разряда 7. Поджигающие электроды 6 соединены с устройством инициирования разряда 8. A cathode 4 is placed inside the anode 1, equipped with current leads 2 and diaphragms 3. Current leads 5 and ignition electrodes are arranged at the two ends of the cathode 4. The current leads of the anode 2 and the cathode 5 are connected to the discharge power source 7. The ignition electrodes 6 are connected to the discharge initiation device 8 .

Анод с диафрагмами, катод и токоподводы в совокупности образуют разрядный модуль, размещаемый в рабочей камере 9. The anode with diaphragms, the cathode and current leads in the aggregate form a discharge module, placed in the working chamber 9.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Разрядный модуль помещают в рабочую камеру 9, в которой создают пониженное давление. На анод 1 и катод 4 подают напряжение от источника 7 посредством токоподводов 2 и 5. С помощью устройства 8 возбуждают искровой разряд между поджигающими электродами 6 и катодом 4, при этом в промежутке анод-катод инициируется электрический разряд. Посредством диафрагм 3 регулируют истечение плазмообразующего вещества из разрядного промежутка. The discharge module is placed in a working chamber 9, in which a reduced pressure is created. Voltage is supplied to the anode 1 and cathode 4 from the source 7 by means of current leads 2 and 5. Using the device 8, a spark discharge is generated between the ignition electrodes 6 and the cathode 4, while an electric discharge is initiated in the gap between the anode-cathode. By means of the diaphragms 3, the outflow of the plasma-forming substance from the discharge gap is controlled.

Пример конкретного выполнения. На поверхности катода, выполненного из стали в виде цилиндрической детали (диаметром 15 мм и длиной 60 мм) образован слой термического окисла. An example of a specific implementation. A layer of thermal oxide is formed on the surface of a cathode made of steel in the form of a cylindrical part (15 mm in diameter and 60 mm long).

Анод 1 изготовлен из алюминиевого сплава в виде полого цилиндра (длина 100 мм, наружный диаметр 70 мм, внутренний 42 мм). Токоподвод к аноду осуществлен симметрично с обоих торцов, при этом электрические сопротивления токоподводов выполняют равными. Анод снабжен торцовыми диафрагмами 3 в виде диэлектрических шайб (толщина 2 мм, наружный диаметр 58 мм, внутренней 20 мм). Anode 1 is made of an aluminum alloy in the form of a hollow cylinder (length 100 mm, outer diameter 70 mm, inner 42 mm). The current supply to the anode is carried out symmetrically from both ends, while the electrical resistances of the current leads are equal. The anode is equipped with end diaphragms 3 in the form of dielectric washers (thickness 2 mm, outer diameter 58 mm, inner 20 mm).

Подготовленная деталь помещена аксиально внутрь анода и использована в качестве катода. Токоподвод к катоду осуществлен с двух торцов, оси симметрии токоподводов совпадает с осями симметрии анода и катода. The prepared part is placed axially inside the anode and used as a cathode. The current supply to the cathode is carried out from two ends, the axis of symmetry of the current leads coincides with the symmetry axes of the anode and cathode.

Разрядный модуль (анод с диафрагмами, катод и токоподводы) размещен в рабочей камере, остаточное давление воздуха в которой составляет 3 Па. В качестве источника питания разряда использован сварочный выпрямитель ВДУ-504. Посредством устройства 8 инициирован разряд на одном из торцов катода. После инициирования разряда от устройства 8 между анодом и катодом возникает электрический разряд, который самостоятельно распространяется по поверхности катода, воздействует на каждую ее точку и самопроизвольно погасает после однократного полного сканирования поверхности катода. Это достигается путем самоорганизации разряда, т. е. при ограничении тока разряда напряжение на разрядном промежутке устанавливается самостоятельно, значение его оптимально для заданных условий. При этом мощность разряда минимальна и достаточна для существования разряда при наличии пленки окисла на катоде и недостаточна для существования разряда при ее отсутствии. The discharge module (anode with diaphragms, cathode and current leads) is placed in the working chamber, the residual air pressure in which is 3 Pa. A VDU-504 welding rectifier was used as a discharge power source. By means of the device 8, a discharge is initiated at one of the ends of the cathode. After initiating a discharge from device 8, an electric discharge occurs between the anode and cathode, which independently propagates along the cathode surface, acts on each of its points and spontaneously extinguishes after a single full scan of the cathode surface. This is achieved by self-organization of the discharge, i.e., when the discharge current is limited, the voltage across the discharge gap is set independently, its value is optimal for given conditions. In this case, the discharge power is minimal and sufficient for the existence of a discharge in the presence of an oxide film at the cathode and insufficient for the existence of a discharge in its absence.

При этом начальный ток разряда 95 А, конечный 65 А, начальное напряжение 15 В, конечное 17 В, время существования 0,5 с. In this case, the initial discharge current is 95 A, the final 65 A, the initial voltage 15 V, the final 17 V, the lifetime 0.5 s.

Таким образом, под воздействием самоорганизующегося электрического разряда осуществляется очистка поверхности, ее активирование; изменяется шероховатость; повышается твердость; залечиваются микротрещины и выявляются макротрещины; увеличивается коэффициент схватываемости; снимаются поверхностные напряжения. Thus, under the influence of a self-organizing electric discharge, the surface is cleaned and activated; roughness changes; hardness increases; microcracks are healed and macrocracks are detected; setting coefficient increases; surface stresses are removed.

Claims

1. A method of producing an electric discharge, including applying voltage to the anode, cathode, and ignition electrodes from the power source and the discharge initiating unit, maintaining the gas or mixtures under reduced pressure in the working chamber corresponding to the diffuse discharge mode in the anode region, initiating and subsequent maintenance in the gap between the anode and cathode of the electric discharge, characterized in that on the surface of the cathode a uniform layer of oxides of the cathode material is formed, providing Equal impedances of each point of the working surface of the anode are equal by choosing the shape of the anode and the current supply system, and the plasma-forming substance of the discharge is removed from the discharge gap by a controlled flow.

2. A device for producing an electric discharge, including a discharge power source, a discharge initiating unit, a working chamber in which an anode, a cathode, current leads, igniting electrodes are located, characterized in that the cathode is provided with a uniform oxide layer of the cathode material, the anode is made in the form of a body or systems of topics symmetrical with respect to the cathode and covering it, current leads to the anode in the form of a spatially symmetric multi-wire system, current leads to the cathode are located on the axis of the anode and are symmetrical with respect to the cathode, d is provided with apertures placed to guide the plasma discharge along the cathode material and regulate its discharge from the discharge gap.

3. The device according to p. 2, characterized in that, for the purpose of the directed complex effect of an electric discharge on the surface of the workpiece, the latter is used as a cathode.