RU2769869C1 - Device for spatial stabilization of the arc - Google Patents
Device for spatial stabilization of the arc Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769869C1 RU2769869C1 RU2021118963A RU2021118963A RU2769869C1 RU 2769869 C1 RU2769869 C1 RU 2769869C1 RU 2021118963 A RU2021118963 A RU 2021118963A RU 2021118963 A RU2021118963 A RU 2021118963A RU 2769869 C1 RU2769869 C1 RU 2769869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- arc
- cathode
- stabilization
- arc discharge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для прецизионной сварки, наплавки и изготовления деталей способом 3D-печати.The invention relates to the field of electrometallurgy and can be used for precision welding, surfacing and the manufacture of parts by 3D printing.
Возмущающее действие на плазму дугового разряда оказывают силы магнито- и газодинамической природы.The perturbing effect on the plasma of an arc discharge is exerted by forces of a magneto- and gas-dynamic nature.
Из уровня техники известны устройства с вихревой и магнитной стабилизацией дугового разряда [Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет./ А.С. Коротеев, В.М. Миронов, Ю.С. Свирчук. - М.: Машиностроение, 1993. - 296 с] - аналог. Рассмотренные схемы электротехнологических установок с параллельным и закрученным током газа в присутствии индуцированного магнитного поля эффективно используются на протяжении многих лет при резке и наплавке металла. Однако высокие скорости течения струи газа (вплоть до сверхзвуковых скоростей) делают предложенные устройства не пригодными для пространственной стабилизации дуги при изготовлении деталей способом 3D-печати из порошков тугоплавких металлов в гарнисаже, в изолированной атмосфере.The prior art devices with vortex and magnetic stabilization of the arc discharge [Plasma torches: design, characteristics, calculation./ A.S. Koroteev, V.M. Mironov, Yu.S. Svirchuk. - M .: Mashinostroenie, 1993. - 296 s] - analogue. The considered schemes of electrotechnological installations with parallel and swirling gas flow in the presence of an induced magnetic field have been effectively used for many years in cutting and surfacing metal. However, high gas jet flow rates (up to supersonic speeds) make the proposed devices unsuitable for spatial stabilization of the arc in the manufacture of parts by 3D printing from refractory metal powders in a ledge, in an isolated atmosphere.
Из уровня техники известен электрод для дуговой плавки металлов [Борисенко Д.Н., Колесников Н.Н. // Патент РФ №2682553 от 19.03.2019 Бюл. №8.] - прототип. Неплавящийся электрод содержит цилиндрический корпус и снабжен соленоидом, выполненным из графита в виде однорядной спирали. Соленоид расположен коаксиально корпусу и включен последовательно в электрическую цепь дугового разряда. Технический результат заключается в формировании соленоидом магнитного поля вокруг дугового канала, которое сжимает плазму в радиальном направлении и стабилизирует ее течение в аксиальном направлении, позволяя вести процесс сварки в контролируемых условиях. Недостатком предложенного устройства является невозможность его работы при токах выше 10 А, вызванная собственным пинч-эффектом, усиленным магнитным полем соленоида.The prior art electrode for arc melting of metals [Borisenko D.N., Kolesnikov N.N. // Patent of the Russian Federation No. 2682553 dated March 19, 2019 Bull. No. 8.] - prototype. Non-consumable electrode contains a cylindrical body and is equipped with a solenoid made of graphite in the form of a single-row spiral. The solenoid is located coaxially to the housing and is connected in series to the electric circuit of the arc discharge. The technical result consists in the formation by the solenoid of a magnetic field around the arc channel, which compresses the plasma in the radial direction and stabilizes its flow in the axial direction, allowing the welding process to be carried out under controlled conditions. The disadvantage of the proposed device is the impossibility of its operation at currents above 10 A, caused by its own pinch effect, enhanced by the magnetic field of the solenoid.
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства для пространственной стабилизации дуги, пригодного для применения в прецизионной сварке, наплавке и изготовления деталей способом 3D-печати из порошков тугоплавких металлов в гарнисаже, в изолированной атмосфере.The objective of the present invention is to develop a device for spatial stabilization of the arc, suitable for use in precision welding, surfacing and the manufacture of parts by 3D printing from refractory metal powders in a ledge, in an isolated atmosphere.
Поставленная задача решается с помощью кинетического дросселя, выполненного из пластины диэлектрического материала с высокой температурой плавления с отверстием для электродугового разряда.The problem is solved with the help of a kinetic choke made of a plate of a dielectric material with a high melting point with a hole for an electric arc discharge.
На фиг. 1 представлена схема устройства для пространственной стабилизации дуги в составе сварочной головки, где цифрами обозначены: (1) - катод из вольфрамового стержня круглого сечения (2) - цанговый зажим; (3) - кинетический дроссель; (4) - тороидальный вихрь; (5) - столб дугового разряда; (6) - анод (деталь); (7) - держатель; (8) - графитовая пластина; (9) - керамический кронштейн; (10) - фланец; (11) - шток для перемещения сварочной головки вдоль поверхности детали. Анод (6) располагается на вращающемся столе с возможностью перемещения по вертикали (на фиг. 1 не показано). На фиг. 2 представлена фотография кинетического дросселя (3), выполненного из пластины сапфира с отверстием для электродугового разряда, закрепленного соосно с катодом (1).In FIG. 1 shows a diagram of a device for spatial stabilization of the arc as part of a welding head, where the numbers indicate: (1) - a cathode made of a round tungsten rod (2) - a collet clamp; (3) - kinetic throttle; (4) - toroidal vortex; (5) - arc discharge column; (6) - anode (detail); (7) - holder; (8) - graphite plate; (9) - ceramic bracket; (10) - flange; (11) - rod for moving the welding head along the surface of the part. The anode (6) is located on a rotating table with the ability to move vertically (not shown in Fig. 1). In FIG. 2 shows a photograph of a kinetic choke (3) made of a sapphire plate with a hole for an electric arc discharge, fixed coaxially with the cathode (1).
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
В изолированной атмосфере возмущающее действие на столб дугового разряда (5) оказывают силы газодинамической природы, представляющие собой при наличии больших градиентов температуры мощные конвективные потоки газа от анодного пятна в окружающее пространство. В предлагаемом устройстве управляющим параметром самоорганизации этих газовых потоков служит зазор между анодом (6) и кинетическим дросселем (3). При определенной величине зазора в плоском слое между анодом (6) и кинетическим дросселем (3) возникает критический переход с формированием тороидального вихря (4), локализующего дуговой разряд (5) и анодное пятно на оси катода (1).In an isolated atmosphere, the perturbing effect on the arc discharge column (5) is exerted by forces of a gas-dynamic nature, which, in the presence of large temperature gradients, are powerful convective gas flows from the anode spot into the surrounding space. In the proposed device, the control parameter of the self-organization of these gas flows is the gap between the anode (6) and the kinetic throttle (3). At a certain gap in the flat layer between the anode (6) and the kinetic choke (3), a critical transition occurs with the formation of a toroidal vortex (4) that localizes the arc discharge (5) and the anode spot on the cathode axis (1).
Пример. Рабочий ток дуги 100 А, давление гелия 1 атм. Формирование тороидального вихря наблюдается при величине зазора между анодом и кинетическим дросселем 10 мм. Наблюдается стабилизация пространственного положения дуги, выражающаяся в том, что среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины шва в 4 раз меньше, чем в отсутствие кинетического дросселя.Example. Operating arc current 100 A,
Таким образом, предложенное устройство для пространственной стабилизации дуги является перспективным для прецизионной сварки, наплавки и изготовления деталей способом 3D-печати из порошков тугоплавких металлов в гарнисаже, в изолированной атмосфере.Thus, the proposed device for spatial stabilization of the arc is promising for precision welding, surfacing, and the manufacture of parts by 3D printing from refractory metal powders in a ledge, in an isolated atmosphere.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021118963A RU2769869C1 (en) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | Device for spatial stabilization of the arc |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021118963A RU2769869C1 (en) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | Device for spatial stabilization of the arc |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2769869C1 true RU2769869C1 (en) | 2022-04-07 |
Family
ID=81076018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021118963A RU2769869C1 (en) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | Device for spatial stabilization of the arc |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2769869C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2411112C2 (en) * | 2009-03-26 | 2011-02-10 | Юрий Михайлович Агриков | Method of micro plasma welding of metals |
US20120143184A1 (en) * | 2005-07-08 | 2012-06-07 | Nikolay Suslov | Plasma-generating device having a plasma chamber |
US20180168022A1 (en) * | 2005-07-08 | 2018-06-14 | Plasma Surgical Investments Limited | Plasma-generating device, plasma surgical device and use of a plasma surgical device |
RU2682553C1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Electrode for arc melting of metals |
RU2713186C1 (en) * | 2019-07-09 | 2020-02-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Method for spatial stabilization of arc |
-
2021
- 2021-06-28 RU RU2021118963A patent/RU2769869C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120143184A1 (en) * | 2005-07-08 | 2012-06-07 | Nikolay Suslov | Plasma-generating device having a plasma chamber |
US20180168022A1 (en) * | 2005-07-08 | 2018-06-14 | Plasma Surgical Investments Limited | Plasma-generating device, plasma surgical device and use of a plasma surgical device |
RU2411112C2 (en) * | 2009-03-26 | 2011-02-10 | Юрий Михайлович Агриков | Method of micro plasma welding of metals |
RU2682553C1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Electrode for arc melting of metals |
RU2713186C1 (en) * | 2019-07-09 | 2020-02-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Method for spatial stabilization of arc |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3575568A (en) | Arc torch | |
US3569661A (en) | Method and apparatus for establishing a cathode stabilized (collimated) plasma arc | |
US2898441A (en) | Arc torch push starting | |
US7605340B2 (en) | Apparatus for cooling plasma arc torch nozzles | |
TWI606861B (en) | Plasma torch | |
US3731047A (en) | Plasma heating torch | |
GB1007429A (en) | Improvements in arc producing apparatus | |
RU2769869C1 (en) | Device for spatial stabilization of the arc | |
US4034250A (en) | Plasmatron | |
Ghorui et al. | Current transfer in dc non-transferred arc plasma torches | |
US2694129A (en) | Self-induced magnetic field controlled gas shielded-arc welding process and apparatus | |
JP6674496B2 (en) | Spark plug and its manufacturing method | |
EP0371128B1 (en) | Cathode structure of a plasma torch | |
JP2523000B2 (en) | Plate material processing method for plasma cutting machine and plasma torch | |
EP3550940A1 (en) | Bar nozzle-type plasma torch | |
Boulos et al. | DC plasma torch design and performance | |
US3793468A (en) | Furnace apparatus utilizing a resultant magnetic field or fields produced by mutual interaction of at least two independently generated magnetic fields and methods of operating an electric arc furnace | |
RU2682553C1 (en) | Electrode for arc melting of metals | |
SU1234104A1 (en) | Plasma torch | |
US3504219A (en) | Non-consumable electrode for plasma jet torches | |
US3811029A (en) | Plasmatrons of steel-melting plasmaarc furnaces | |
USRE25088E (en) | Electrode | |
US4803339A (en) | Hollow electrode and arc initiation method | |
Kudrna et al. | The technology of plasma cutting on a CNC machine | |
CN110870389B (en) | Plasma cutting method and cutting torch for implementing the method |