RU93720U1

RU93720U1 - MULTIFUNCTIONAL PORTABLE COMPLEX FOR PLASMA PROCESSING

Info

Publication number: RU93720U1
Application number: RU2009142243/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Агриков; Сергей Александрович Иванов; Игорь Николаевич Яковлев
Original assignee: Юрий Михайлович Агриков
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2010-05-10

Abstract

1. Многофункциональный переносной комплекс для плазменной обработки, состоящий из функционально связанных частей: электродугового плазмотрона, работающего на жидком рабочем теле в виде смеси воды, спиртов и/или нашатырного спирта (гидроксида аммония), блока питания и управления плазмотроном, отличающийся тем, что упомянутый плазмотрон снабжен устройством для геометрического сжатия и стабилизации дуги стенками профилированного канала истечения плазмы в виде съемного сопла-конфузора и с монтажным отверстием в корпусе и съемной ручкой-держателем пистолетного типа, которая через монтажное отверстие в корпусе плазмотрона крепится к нему при ручной плазменной обработке, при этом блок питания и программного управления выполнен с возможностью работы в автоматическом пусковом и переходных режимах. ! 2. Многофункциональный переносной комплекс по п.1, отличающийся тем, что входящий в его состав блок питания и программного управления заключен в герметичный и/или пылевлагозащитный корпус или дополняется отдельным или встраиваемым в плазмотрон пультом дистанционного управления в герметичном и/или пылевлагозащитном корпусе, а рабочее тело плазмотрона имеет температуру кипения 315-400К при давлении 101 кПа и диэлектрическую проницаемость более 20 единиц, при этом вода является деионизированной, а спирты выбраны из ряда амфипротонных органических растворителей. ! 3. Многофункциональный переносной комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что в его состав дополнительно входит связующий силовой кабель длиной более 3 м для обеспечения функционирования составных частей комплекса как целого при плазменной обработке для об� 1. A multifunctional portable complex for plasma processing, consisting of functionally related parts: an electric arc plasma torch operating on a liquid working fluid in the form of a mixture of water, alcohols and / or ammonia (ammonium hydroxide), a power unit and a plasmatron control, characterized in that the said the plasma torch is equipped with a device for geometric compression and stabilization of the arc by the walls of the profiled plasma flow channel in the form of a removable nozzle-confuser and with a mounting hole in the housing and a removable handle-d a pistol-type holder, which is attached to it through a mounting hole in the plasma torch case during manual plasma processing, while the power supply and program control unit are configured to operate in automatic starting and transient modes. ! 2. The multifunctional portable complex according to claim 1, characterized in that the power supply and program control unit included in it is enclosed in a sealed and / or dust and water tight housing or is supplemented by a remote control separate or built into the plasma torch in a sealed and / or dust and moisture protective case, and the working fluid of the plasma torch has a boiling point of 315-400K at a pressure of 101 kPa and a dielectric constant of more than 20 units, while the water is deionized and the alcohols are selected from a number of amphiprotonic organics FIR solvents. ! 3. The multifunctional portable complex according to claim 1 or 2, characterized in that it additionally includes a connecting power cable with a length of more than 3 m to ensure the functioning of the components of the complex as a whole during plasma processing for

Description

Многофункциональный переносной комплекс может быть использован в промышленности, строительстве, ювелирном и зубопротезном деле, а также в бытовых условиях для плазменной обработки, включая сварку, наплавку, резку и очистку металлов, других негорючих материалов и для термической обработки.The multifunctional portable complex can be used in industry, construction, jewelry and prosthetics, as well as in domestic conditions for plasma processing, including welding, surfacing, cutting and cleaning of metals, other non-combustible materials and for heat treatment.

Известны малогабаритные переносные комплексы (аппараты) [1-3] для различных видов ручной (неавтоматической) плазменной обработки с использованием жидкой смеси на водной основе в качестве рабочего тела, состоящие из двух основных функционально связанных частей: блока питания с панелью ручного управления работой плазмотрона в рабочем режиме, например [4], и электродугового малоамперного (4-10 А, ступенчатое переключение через 1 А) плазмотрона мощностью не более 3 кВт, выполненного как одно целое с ручкой-держателем пистолетного типа и снабженного устройством для вихревой стабилизации дуги парогазовым потоком, встроенным резервуаром-накопителем с влаговпитывающим наполнителем для рабочего тела и устройством подачи его в испаритель с помощью капиллярных сил. В качестве рабочего тела применяют воду [1, 3] или деионизованную воду с добавлением пероксида водорода [2] как окислитель в составе плазмообразующей среды или следующие водородосодержащие ингредиенты в смеси с дистиллированной или деионизованной водой: этанол [3], водорастворимые кетоны и одноатомные алифатические спирты жирного ряда в смеси с пероксидом водорода (перекисью водорода) [1, 5], водорастворимые спирты (низшие алифатические спирты и ряда амфипротонных органических растворителей) и/или нашатырный спирт (гидроксид аммония, водный раствор аммиака - NH₃) в виде гомогенной смеси (раствора) [3] - прототип, а также применяют гомогенизированную смесь углеродосодержащего топлива, нефтяных растворителей и водного раствора пероксида водорода [2, 5]. Водосодержащие ингредиенты рабочего тела обеспечивают, как известно, восстановительные свойства плазмы или в небольших количествах в смеси с водой химически нейтральную плазменную среду. Заправка плазмотрона таким рабочим телом применяется, например, для сварки и наплавки металлов, воду используют для резки металлов, нейтральную плазму - для термической обработки.Small-sized portable complexes (apparatuses) are known [1-3] for various types of manual (non-automatic) plasma processing using a water-based liquid mixture as a working fluid, consisting of two main functionally connected parts: a power supply unit with a manual control panel for the operation of the plasma torch in an operating mode, for example [4], and an electric arc low-ampere (4-10 A, step-by-step switching through 1 A) plasmatron with a power of no more than 3 kW, made as a unit with a pistol-type handle-holder and equipped with the device for vortex stabilization of the arc by steam-gas flow, an integrated storage tank with a moisture-absorbing filler for the working fluid, and a device for feeding it to the evaporator using capillary forces. Water [1, 3] or deionized water with the addition of hydrogen peroxide [2] as an oxidizing agent in a plasma-forming medium or the following hydrogen-containing ingredients mixed with distilled or deionized water are used as a working fluid: ethanol [3], water-soluble ketones and monohydric aliphatic alcohols fatty mixture mixed with hydrogen peroxide (hydrogen peroxide) [1, 5], water-soluble alcohols (lower aliphatic alcohols and some amphiprotonic organic solvents) and / or ammonia (ammonium hydroxide, aqueous ammonia solution - NH ₃ ) in the form of a homogeneous mixture (solution) [3] is a prototype, and a homogenized mixture of carbon-containing fuel, petroleum solvents and an aqueous solution of hydrogen peroxide is also used [2, 5]. The water-containing ingredients of the working fluid provide, as you know, the reducing properties of the plasma or in small amounts in a mixture with water a chemically neutral plasma medium. Refueling a plasma torch with such a working fluid is used, for example, for welding and surfacing of metals, water is used for cutting metals, and neutral plasma is used for heat treatment.

Недостатками указанных комплексов при использовании в промышленных условиях являются недопустимый нагрев ручки-держателя в процессе обработки, технологическая ограниченность ручной (неавтоматической) обработки и невозможность применения комплексов на открытом воздухе в сложных климатических и эксплуатационных условиях, например, в закрытых влажных помещениях, а также использование в плазмотроне уплотнителей из паронита, резины, бутилкаучука и других распространенных эластомеров, которые являются химически нестойкими по отношению к применяемым рабочим жидкостям. Кроме того, углеродосодержащее топливо и нефтяные растворители сравнительно пожароопасны, содержат примеси и вообще практически не растворяются в воде, образуя при смешении с водой даже с применением известных эмульгаторов гетерогенные метастабильные эмульсии, использование которых в качестве рабочего тела затруднено из-за его постепенного расслоения.The disadvantages of these complexes when used in an industrial environment are the unacceptable heating of the handle-holder during processing, the technological limitations of manual (non-automatic) processing and the inability to use the complexes outdoors in difficult climatic and operating conditions, for example, in closed wet rooms, as well as their use in plasmatron seals made of paronite, rubber, butyl rubber and other common elastomers that are chemically unstable in relation to to the working fluid. In addition, carbon-containing fuels and petroleum solvents are relatively flammable, contain impurities and practically do not dissolve in water, forming heterogeneous metastable emulsions when mixed with water even using known emulsifiers, which are difficult to use as a working fluid due to its gradual separation.

Рабочие жидкости, применяемые в аналогах [1, 2, 5], вызывают затруднения при заправке ими плазмотрона, особенно при пониженной температуре, неравномерной пропитки капиллярно-пористого наполнителя в резервуаре и, соответственно, неравномерного поступления ингредиентов рабочего тела в испаритель плазмотрона под действием капиллярных сил. При этом наблюдается непостоянство состава плазмообразующих паров, шунтирование дуги и сложность ручного и автоматического регулирования устойчивого горения дуги, а также затруднения при запуске и ступенчатом переключении рабочих режимов плазмотрона из-за погасания дуги. Кроме того, указанные жидкости недостаточно обогащают плазму таким газом-восстановителем как водород и ограничивают срок эксплуатации электродного узла. Наблюдается также загрязнение испарителя, изолятора и электродного узла в канале плазмотрона углеродными и другими нежелательными осаждениями.The working fluids used in the analogues [1, 2, 5] cause difficulties when refueling the plasmatron, especially at low temperatures, uneven impregnation of the capillary-porous filler in the tank and, accordingly, the uneven flow of ingredients of the working fluid into the plasma torch evaporator under the action of capillary forces . At the same time, there is a variability in the composition of plasma-forming vapors, arc shunting and the difficulty of manual and automatic control of stable arc burning, as well as difficulties in starting and stepwise switching of the plasma torch operating modes due to arc extinction. In addition, these liquids do not sufficiently enrich the plasma with a reducing gas such as hydrogen and limit the life of the electrode assembly. Contamination of the evaporator, insulator and electrode assembly in the plasma torch channel with carbon and other unwanted deposits is also observed.

Так как в аналогах используются малоамперные плазмотроны (до 10 А) крайне затруднено применение в качестве рабочего тела жидкостей с температурой кипения при давлении 101 кПа вне интервала 315-400°К.Since analogs use small-ampere plasmatrons (up to 10 A), it is extremely difficult to use liquids with a boiling point at a pressure of 101 kPa outside the range of 315-400 ° K as a working fluid.

При этом следует иметь ввиду, что наилучший результат плазменной обработки, в частности при сварке, можно получить только использованием в качестве рабочей жидкости не смесей, а водного раствора водородосодержащих ингредиентов, например, спиртов, а оптимальным с точки зрения энергетики и прочности сварного шва, в частности, является содержание их в плазмо-образующей жидкости в пределах 30-60 мас.%. При этом следует учитывать известное в химии растворов явление экзотермической контракции в процессе растворения в воде амфипротонных растворителей из класса, например, спиртов, сопровождаемое образованием «молекулярных конгломератов» в виде так называемых спиртогидратов, включающих более 10 молекул воды на одну молекулу спирта, а также известные законы Коновалова, гарантирующие равномерное по составу паров испарение смесей только в виде гомогенных растворов, причем в отношении спиртов еще важно достичь полной гидратации спирта в воде, на которое требуется некоторое время, сравнимое, например, с временем «схватывания» гипса (причем только при условии разбавления спирта водой, как более тяжелой жидкостью, а не наоборот). Начало остывания раствора свидетельствует о завершении гидратации спиртов.It should be borne in mind that the best result of plasma treatment, in particular during welding, can be obtained only by using not aqueous mixtures as an operating fluid, but an aqueous solution of hydrogen-containing ingredients, for example, alcohols, but optimal from the point of view of energy and strength of the weld, in in particular, their content in the plasma-forming liquid is in the range of 30-60 wt.%. In this case, one should take into account the phenomenon of exothermic contraction known in the chemistry of solutions during the dissolution of amphiprotonic solvents from the class of, for example, alcohols in water, accompanied by the formation of “molecular conglomerates” in the form of so-called alcohol hydrates, which include more than 10 water molecules per alcohol molecule, as well as the known Konovalov’s laws guaranteeing uniform vapor composition of mixtures only in the form of homogeneous solutions, and with respect to alcohols it is still important to achieve complete hydration of the alcohol in water e, by which it takes some time comparable, for example, with the time "setting" gypsum (and only if the alcohol dilution in water as a heavier liquid, and not vice versa). The beginning of the cooling of the solution indicates the completion of the hydration of alcohols.

Для удобства работы, особенно при низких температурах, целесообразно понизить величину поверхностного натяжения рабочей жидкости введением в нее аммиака с целью повышения ее текучести, смешиваемости ингредиентов, до состояния гомогенности на макро и микро (молекулярном) уровне, ускорения гидратации спирта и сокращения, в частности, времени заполнения в плазмотроне резервуара рабочей жидкостью. Эти свойства аммиака обусловлены так называемой инверсией его молекул и вызваны известным квантово-химическим эффектом. Известно, что дополнительное введение в плазмообразующую среду аммиака как водородосодержащего вещества кроме придания плазме восстановительных свойств повышает мощность (энергоемкость) плазмы и энтальпию плазменной струи, а также повышает эксплуатационные характеристики электродов, в частности, за счет образования нитридной пленки на поверхности термостойкой вставки в катоде. Кроме того, известно, что не все спирты хорошо растворяются в воде, но введение в смесь растворителей, например, спиртов и воды, дополнительного ингредиента повышает взаимную растворимость всех ингредиентов и способствует дальнейшей гомогенизации раствора, в частности, гидратации спиртов в воде, как необходимого условия их равномерного по составу паров испарения в смеси с водой. Наиболее удобным способом введения аммиака в плазму является разбавление рабочей жидкости водным раствором аммиака (нашатырным спиртом), например, 10%-м стандартным раствором, широко используемым в медицине, для бытовых и хозяйственных нужд.For convenience, especially at low temperatures, it is advisable to lower the surface tension of the working fluid by introducing ammonia into it in order to increase its fluidity, miscibility of the ingredients, to a state of homogeneity at the macro and micro (molecular) level, to accelerate the hydration of alcohol and reduce, in particular, the time of filling in the plasma torch of the reservoir with the working fluid. These properties of ammonia are due to the so-called inversion of its molecules and are caused by the well-known quantum chemical effect. It is known that the additional introduction of ammonia as a hydrogen-containing substance into the plasma-forming medium, in addition to imparting reducing properties to the plasma, increases the plasma power (energy intensity) and the enthalpy of the plasma jet, and also increases the performance of the electrodes, in particular, due to the formation of a nitride film on the surface of the heat-resistant insert in the cathode. In addition, it is known that not all alcohols are well soluble in water, but the addition of solvents, for example, alcohols and water, to an additional ingredient increases the mutual solubility of all ingredients and promotes further homogenization of the solution, in particular, hydration of alcohols in water, as a necessary condition their uniform composition of evaporation vapors mixed with water. The most convenient way of introducing ammonia into plasma is to dilute the working fluid with an aqueous solution of ammonia (ammonia), for example, a 10% standard solution, widely used in medicine, for domestic and household needs.

Известно, что зажигание дуги в пусковом режиме облегчается при максимально возможном токе, питающем дугу, а учет большой тепловой инерционности указанных плазмотронов требует при переключении токовых режимов горения дуги, чтобы дуга не гасла, плавного изменения тока от одного рабочего значения до другого, что наиболее эффективно достигается автоматизацией таких режимов работы плазмотрона. При этом исключается повышенный износ катода, обусловленный главным образом процессами, сопутствующими зажиганию дуги (запуску плазмотрона).It is known that ignition of the arc in the starting mode is facilitated at the maximum possible current supplying the arc, and taking into account the large thermal inertia of these plasmatrons requires switching the current modes of arc burning so that the arc does not go out, a smooth change of current from one operating value to another, which is most effective achieved by automation of such plasma torch operating modes. This eliminates the increased wear of the cathode, due mainly to the processes associated with the ignition of the arc (the start of the plasma torch).

Известно, что дополнительное наиболее эффективное сжатие дуги стенками канала сопла в конфузоре путем выбора его оптимального профиля по сравнению с ее стабилизацией и практически ненаблюдаемым сжатием только парогазовым потоком повышает устойчивость горения дуги и управляемость такими основными параметрами плазменной струи, как ее скорость истечения из сопла, угол раскрытия плазменного факела и распределение тепловых потоков в зоне обработки изделия.It is known that the additional most effective compression of the arc by the walls of the nozzle channel in the confuser by choosing its optimal profile compared to its stabilization and almost unobservable compression only by the gas-vapor flow increases the stability of arc burning and controllability by such basic parameters of the plasma jet as its nozzle outflow velocity and angle disclosure of the plasma torch and the distribution of heat fluxes in the processing zone of the product.

Предлагаемая полезная модель направлена на обеспечение расширения функциональных возможностей комплекса в сложных климатических и эксплуатационных условиях за счет дополнительных конструктивных особенностей, возможности автоматизации как управлением режимами работы плазмотрона, так и процессом плазменной обработки за счет использования комплекса в составе автомата-манипулятора, а также повышение стабильности состава плазмы и устойчивости горения дуги. Облегчается процесс запуска плазмотрона и управляемость параметрами плазменной струи, в частности, путем соответствующего подбора съемного сопла-конфузора с необходимыми геометрическими параметрами канала истечения плазмы.The proposed utility model is aimed at ensuring the expansion of the complex’s functionality in difficult climatic and operational conditions due to additional design features, the possibility of automation both by controlling the plasma torch operating modes and the plasma processing process by using the complex as part of an automatic manipulator, as well as increasing the stability of the composition plasma and arc burning stability. The process of starting the plasma torch and controllability by the parameters of the plasma jet are facilitated, in particular, by appropriate selection of a removable confuser nozzle with the necessary geometric parameters of the plasma flow channel.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает технический результат в виде расширения функциональных возможностей комплекса за счет конструктивных особенностей и повышения устойчивости горения дуги, стабильности состава и управляемости параметрами плазменной струи, с возможностью получения не только восстановительных, но и окислительных, нейтральных свойств плазменной струи, например, необходимых для термической обработки.The proposed utility model provides a technical result in the form of expanding the functionality of the complex due to design features and increasing the stability of arc burning, stability of the composition and controllability of the plasma jet parameters, with the possibility of obtaining not only reducing, but also oxidizing, neutral properties of the plasma jet, for example, necessary for heat treatment.

Достигается это тем, что многофункциональный переносной комплекс для плазменной обработки состоит из функционально связанных частей: электродугового плазмотрона, работающего на жидком рабочем теле в виде смеси воды, спиртов и/или нашатырного спирта (гидроксида аммония), блока питания и управления плазмотроном. Упомянутый плазмотрон снабжен устройством для геометрического сжатия и стабилизации дуги стенками профилированного канала истечения плазмы в виде съемного сопла-конфузора, с монтажным отверстием в корпусе и съемной ручкой-держателем пистолетного типа, которая через монтажное отверстие в корпусе плазмотрона крепится к нему при ручной плазменной обработке, при этом блок питания и программного управления выполнен с возможностью работы в автоматическом пусковом и переходных режимах.This is achieved by the fact that the multifunctional portable complex for plasma processing consists of functionally related parts: an electric arc plasma torch operating on a liquid working fluid in the form of a mixture of water, alcohols and / or ammonia (ammonium hydroxide), a power supply unit and a plasma torch control unit. The mentioned plasmatron is equipped with a device for geometric compression and stabilization of the arc by the walls of the profiled plasma flow channel in the form of a removable nozzle-confuser, with a mounting hole in the body and a removable pistol-type holder-holder, which is attached to it through the mounting hole in the plasma torch body, with manual plasma processing, while the power supply and program control is configured to operate in automatic starting and transient modes.

Выполнение блока питания и программного управления с возможностью работы в автоматическом пусковом и переходных режимах позволяет за счет автоматической подачи повышенного тока на электроды плазмотрона в момент пуска обеспечить надежное зажигание дуги при всех условиях эксплуатации комплекса, а также в процессе плазменной обработки при необходимости перейти с одного режима работы на другой без риска погасания дуги и необходимости повторных запусков за счет автоматического плавного изменения рабочего тока и напряжения на электродах плазмотрона за промежуток времени, который выбирается с учетом теплоэнергетической инерционности плазмотрона, обусловленной нагревом испарителя за счет подачи тепла горящей дуги от электродов по деталям плазмотрона, находящихся в тепловом контакте с испарителем.The implementation of the power supply and program control with the ability to work in automatic starting and transient modes allows, due to the automatic supply of increased current to the plasma torch electrodes at the time of start-up, to ensure reliable arc ignition under all operating conditions of the complex, as well as switch from one mode if necessary to plasma processing work on another without the risk of arc extinction and the need for repeated starts due to automatic smooth change of the operating current and voltage to the electrode plasma torch during a time interval which is selected according to the thermal power of the plasma torch inertia caused by heating the evaporator by supplying heat from the burning of the arc plasma torch electrode according detail in thermal contact with the evaporator.

Выполнение ручки-держателя съемной позволяет использовать плазмотрон не только при ручной обработке, но и при снятой ручке-держателе путем прикрепления его к автомату для автоматической плазменной обработки.The implementation of the removable handle holder allows you to use the plasma torch not only during manual processing, but also when the holder handle is removed by attaching it to the machine for automatic plasma processing.

Съемное сопло-конфузор позволяет для разных видов плазменной обработки подобрать и использовать наиболее оптимальные для сжатия дуги профили канала истечения плазмы, включая диаметр и форму выходного отверстия, которое может служить при диаметре 0,5-2,6 мм диафрагмой, обеспечивающей стабилизацию и сжатие дуги, а также необходимые температуру, скорость, диаметр и форму плазменной струи. Для осуществления, например, плазменной сварки может быть использовано сопло-конфузор с профилем канала в виде уступа непосредственно за диафрагмой вблизи торца, обеспечивающее известную эффективную «стабилизацию длины дуги уступом» и одновременно газодинамическое торможение струи, исключающее «выдувание» металла из сварочной ванны, так как уступ в конце канала дополнительно выполняет роль диффузора. Для резки используют минимальный диаметр выходного отверстия.The removable nozzle-confuser allows for different types of plasma processing to select and use the most suitable profiles for the plasma flow channel for arc compression, including the diameter and shape of the outlet, which can serve as a diaphragm with a diameter of 0.5-2.6 mm, which ensures stabilization and compression of the arc as well as the required temperature, speed, diameter and shape of the plasma jet. To carry out, for example, plasma welding, a nozzle-confuser with a channel profile in the form of a step directly behind the diaphragm near the end face can be used, which provides a well-known effective “stabilization of the arc length by the step” and at the same time gas-dynamic braking of the jet, eliminating the “blowing” of metal from the weld pool, as a step at the end of the channel additionally serves as a diffuser. For cutting use the minimum diameter of the outlet.

Использование различных комбинаций по концентрации окисляющих (вода) и восстанавливающих (спирты, гидроксид аммония и их гомогенные смеси) компонентов рабочей жидкости позволяет получать окислительную (плазменная резка), нейтральную (термообработка) и восстановительную (сварка, наплавка) плазменную среду путем плазмохимической конверсии указанных компонентов в дуговом разряде.The use of various combinations of the concentration of oxidizing (water) and reducing (alcohols, ammonium hydroxide and their homogeneous mixtures) components of the working fluid makes it possible to obtain oxidative (plasma cutting), neutral (heat treatment) and reducing (welding, surfacing) plasma media by plasma-chemical conversion of these components in an arc discharge.

Возможен вариант, в котором входящий состав комплекса блок питания и управления может быть заключен в герметичный и/или пылевлагозащитный корпус или дополняться отдельным или встраиваемым в плазмотрон пультом дистанционного управления в герметичном и/или пылевлагозащитном корпусе, а рабочее тело плазмотрона может иметь температуру кипения 315-400°К при давлении 101 кПа и диэлектрическую проницаемость более 20 единиц, при этом спирты выбраны из ряда амфипротонных органических растворителей, что позволяет избежать нежелательных при запуске холодного плазмотрона утечек тока через пленку рабочей жидкости на деталях электродного узла.A variant is possible in which the incoming power supply and control unit can be enclosed in a sealed and / or dustproof housing or supplemented by a separate remote control or integrated into the plasma torch in a sealed and / or dustproof housing, and the working body of the plasma torch can have a boiling point of 315- 400 ° K at a pressure of 101 kPa and a dielectric constant of more than 20 units, while the alcohols are selected from a number of amphiprotonic organic solvents, which avoids undesirable startup a cold plasma generator current leakage through the film of the working fluid on the parts of the electrode assembly.

Возможен также вариант, где в состав комплекса дополнительно может входить связующий силовой кабель длиной более 3 метров для обеспечения функционирования составных частей комплекса как целого при плазменной обработке на удалении от источника электроэнергии и/или блока питания и управления, в частности, в условиях повышенной влажности или космоса.It is also possible that the complex can additionally include a connecting power cable with a length of more than 3 meters to ensure the functioning of the components of the complex as a whole during plasma processing at a distance from the electric power source and / or power supply and control unit, in particular, in conditions of high humidity or of space.

В состав комплекса может также дополнительно входить плазмотрон, снабженный уплотнителями из химически стойкого материала по отношению к рабочему телу и монтажным устройством любой известной конструкции для крепления ручек-держателей и/или крепления плазмотрона к автомату, обеспечивающему автоматическую плазменную обработку.The complex may also additionally include a plasmatron equipped with gaskets made of chemically resistant material with respect to the working fluid and an installation device of any known design for fastening the handle holders and / or fastening the plasma torch to a machine that provides automatic plasma processing.

В состав комплекса могут дополнительно входить сервисный насос для дистанционной подачи рабочего тела в плазмотрон, отдельный резервуар для рабочего тела и комплект гибких соединительных трубопроводов, выполненные с применением в отличие от аналогов известных материалов, устойчивых к агрессивному воздействию рабочего тела и внешней среды.The complex may additionally include a service pump for remote supply of the working fluid to the plasma torch, a separate reservoir for the working fluid and a set of flexible connecting pipelines made, unlike analogues of known materials, resistant to the aggressive effects of the working fluid and the external environment.

Устройство работает следующим образом (на примере модернизированного комплекса «ГОРЫНЫЧЪ»). Вначале приготовляют рабочую жидкость. Например, наливают в стеклянный сосуд с закрывающейся крышкой наиболее легкий компонент, например, водорастворимый спирт или смесь спиртов из класса амфипротонных органических растворителей, гидроксид аммония (нашатырный спирт) или их гомогенную смесь в необходимом количестве и разбавляют содержимое определенным количеством деионизированной воды. Закрывают сосуд. Так, для плазменной резки желательная концентрация компонентов: спирт 0-3% или гидроксид аммония 0-10%, вода - остальное; для плазменной сварки: спирт 30-60% или гидроксид аммония 20-30%, их гомогенная смесь 30-60%, вода - остальное. Полученную смесь обязательно гомогенизируют для обеспечения равномерного по составу поступления рабочей жидкости за счет капиллярных сил в испаритель и, соответственно, обеспечивают в отличие от аналогов более равномерный состав плазмо-образующих паров. Необходимость гомогенизации обусловлена особенностью растворения указанных компонентов в воде, сопровождаемое явлением экзотермической контракции с образованием так называемого истинного раствора спиртогидратов, явлением капиллярной конденсации, квантово-химическим эффектом инверсии молекул аммиака при диссоциации гидроксида аммония в воде и соблюдением, известных в химии законов Коновалова, гарантирующих равномерное по составу парообразование смесей только в виде истинных растворов. Начальный этап гомогенизации осуществляют интенсивным встряхиванием сосуда со смесью компонентов в течение нескольких минут, после чего измеряют любым известным способом температуру и/или объем рабочей жидкости, которые изменяются в процессе гомогенизации. Жидкость готова к использованию после того, как застабилизировались указанные измеряемые параметры полученной гомогенной (на уровне микроструктурных флуктуаций) смеси компонентов.The device operates as follows (on the example of the modernized complex "Gorynych"). First, prepare the working fluid. For example, the lightest component is poured into a glass vessel with a closing lid, for example, water-soluble alcohol or a mixture of alcohols from the class of amphiprotonic organic solvents, ammonium hydroxide (liquid ammonia) or their homogeneous mixture in the required amount and diluted with a certain amount of deionized water. Close the vessel. So, for plasma cutting, the desired concentration of components is: alcohol 0-3% or ammonium hydroxide 0-10%, water - the rest; for plasma welding: alcohol 30-60% or ammonium hydroxide 20-30%, their homogeneous mixture 30-60%, water - the rest. The resulting mixture must be homogenized to ensure a uniform composition of the flow of working fluid due to capillary forces into the evaporator and, accordingly, provide, in contrast to analogues, a more uniform composition of plasma-forming vapors. The need for homogenization is due to the peculiarity of the dissolution of these components in water, accompanied by the phenomenon of exothermic contraction with the formation of the so-called true solution of alcohol hydrates, the phenomenon of capillary condensation, the quantum-chemical effect of the inversion of ammonia molecules during the dissociation of ammonium hydroxide in water, and the observance of the laws known in chemistry that guarantees Konovalov’s uniform in composition, the vaporization of mixtures only in the form of true solutions. The initial stage of homogenization is carried out by vigorously shaking the vessel with the mixture of components for several minutes, after which the temperature and / or volume of the working fluid, which change during the homogenization process, are measured in any known manner. The liquid is ready for use after the indicated measured parameters have stabilized in the obtained homogeneous (at the level of microstructural fluctuations) mixture of components.

Далее заправляют плазмотрон рабочей жидкостью через заливное отверстие горловины встроенного резервуара и закрывают его пробкой. Подключают к разъему «ВЫХОД» на блоке питания и управления кабель питания плазмотрона и сетевой шнур блока к розетке электросети. После перевода клавиши «СЕТЬ» в положение «1» должен прозвучать звуковой сигнал. Затем на индикаторе «ТОК» должно высветиться одно из выбранных значений рабочего тока в амперах. В отличие от аналогов запуск плазмотрона производят на любом из выбранных токовых режимов плазменной обработки (также в зависимости и от выбранного профиля канала установленного сопла-конфузора). Нажимают на блоке питания и управления кнопку «ВКЛ», при этом на индикаторе «НАПРЯЖЕНИЕ» появится значение пускового напряжения. Далее нажимают на плазмотроне кнопку «ПУСК» и плавно отпускают. Под действием электрической дуги, горящей в разрядной камере (пространстве между катодом и соплом-конфузором), теплопроводящие детали электродного узла плазмотрона постепенно нагреваются до температуры, достаточной для парообразования рабочей жидкости, поступающей за счет капиллярных сил в трубчатый испаритель из резервуара с влаговпитывающим капиллярно-пористым наполнителем с термостойкостью не ниже 400°К. Пары рабочей жидкости, проходя через тангенциальные отверстия в испарителе, завихряются в коаксиальном канале, «обтекают» стержневой катод, и, проходя под давлением от испарителя через разрядную камеру, конфузор, сжимающий дугу, и далее до выходного отверстия, охлаждают катод и сопло, стабилизируют дугу в приосевой области разрядной камеры, одновременно «перегреваясь» до температуры сухого пара. Известное как «пинч-эффект» взаимодействие тока дуги с его собственным магнитным полем создает силы, под действием которых дуга сжимается в узкий шнур и одновременно в ней возникают изменяющие форму и сечение продольные и поперечные неустойчивости, противодействующие указанной стабилизации - дуга приобретает вид нестабильной по форме изломанной линии, «колеблющейся» вблизи оси плазмотрона. Проходя через область горения дуги в разрядной камере и далее в конфузоре, где дуга дополнительно сжимается сужающимися стенками канала в относительно устойчивой по форме шнур (столб дуги), пары нагреваются до высокой температуры плазмохимической конверсии компонентов и в виде сформированной плазменной струи выходят через отверстие сопла-конфузора спустя несколько секунд после нажатия кнопки «ПУСК».Next, the plasmatron is filled with working fluid through the filler hole of the neck of the built-in reservoir and closed with a stopper. Connect the power cable of the plasma torch and the power cord of the unit to the power outlet to the “OUTPUT” connector on the power and control unit. After moving the “NETWORK” key to position “1”, a sound signal should sound. Then, one of the selected operating current values in amperes should be displayed on the “TOK” indicator. Unlike analogues, the plasma torch is launched at any of the selected current plasma treatment modes (also depending on the selected channel profile of the installed nozzle-confuser). Press the “ON” button on the power and control unit, and the value of the starting voltage appears on the “VOLTAGE” indicator. Then press the “START” button on the plasmatron and smoothly release it. Under the action of an electric arc burning in the discharge chamber (the space between the cathode and the confuser nozzle), the heat-conducting parts of the plasma torch electrode assembly are gradually heated to a temperature sufficient to vaporize the working fluid, which, due to capillary forces, enters the tubular evaporator from the reservoir with moisture-absorbing capillary-porous filler with heat resistance not lower than 400 ° K. Vapors of the working fluid, passing through the tangential openings in the evaporator, swirl in the coaxial channel, “flow around” the rod cathode, and, passing under pressure from the evaporator through the discharge chamber, the confuser compressing the arc, and then to the outlet, cool the cathode and nozzle, stabilize an arc in the axial region of the discharge chamber, while simultaneously “overheating” to the temperature of dry steam. Known as the “pinch effect”, the interaction of the arc current with its own magnetic field creates forces under the action of which the arc is compressed into a narrow cord and at the same time longitudinal and transverse instabilities that change the shape and cross section of the arc arise, counteracting the indicated stabilization — the arc becomes unstable in shape broken line, "oscillating" near the axis of the plasma torch. Passing through the arc burning area in the discharge chamber and further into the confuser, where the arc is additionally compressed by the tapering walls of the channel into a relatively stable shape cord (arc column), the pairs are heated to a high plasma-chemical conversion temperature of the components and exit through the nozzle hole in the form of a formed plasma jet confuser a few seconds after pressing the "START" button.

Плазменную струю используют для обработки в соответствии с прилагаемым к модернизированному комплексу «ГОРЫНЫЧЪ» руководству по эксплуатации.The plasma jet is used for processing in accordance with the operating manual attached to the modernized complex "GORYNYCH".

Приемы выполнения плазменной обработки известны и подробно описаны также в приложениях к аналогам, например, в [3]. Гомогенизацию многокомпонентной рабочей жидкости осуществляют как необходимое условие достижения заявленного технического результата.Techniques for performing plasma processing are known and described in detail also in applications to analogues, for example, in [3]. Homogenization of a multicomponent working fluid is carried out as a necessary condition for achieving the claimed technical result.

Примеры использования комплекса отражены в таблице (применен 10%-й нашатырный спирт).Examples of the use of the complex are shown in the table (10% ammonia was used).

№ п/пNo. p / p Вид плазменной обработкиType of plasma treatment Состав рабочего телаThe composition of the working fluid Содержание ингредиентов, масс.%The content of ingredients, wt.% 1one 22 33 4four 1one Сварка стали (толщина листа d=3 мм)Steel welding (sheet thickness d = 3 mm) ЭтиленгликольEthylene glycol 35,035.0 Вода деионизованнаяDeionized water 65,065.0 22 Сварка меди (толщина листа d=1 мм)Copper welding (sheet thickness d = 1 mm) ЭтанолEthanol 30,030,0 Нашатырный спиртAmmonia 10,010.0 Вода деионизованнаяDeionized water 60,060.0 33 Наплавка сталиSteel surfacing ПропанолPropanol 40,040,0 Нашатырный спиртAmmonia 10,010.0 Вода деионизованнаяDeionized water 50,050,0 4four Очистка алюминиевого листа (толщина листа d=4 мм) от масляной краски с подслоем грунтаCleaning aluminum sheet (sheet thickness d = 4 mm) from oil paint with a subsoil of soil ЭтанолEthanol 50,050,0 Нашатырный спиртAmmonia 20,020,0 Вода деионизованнаяDeionized water 30,030,0 55 Резка стали (толщина листа d=3 мм)Steel cutting (sheet thickness d = 3 mm) Нашатырный спиртAmmonia 2,02.0 Вода деионизованнаяDeionized water 98,098.0 66 Резка латуни (толщина листа d=2 мм)Brass cutting (sheet thickness d = 2 mm) Нашатырный спиртAmmonia 10,010.0 ЭтиленгликольEthylene glycol 2,02.0 Вода деионизованнаяDeionized water 88,088.0

1 Портативный плазменный аппарат «Мультиплаз-3500». Руководство по эксплуатации. - Интернет-ресурс: .1 Portable plasma apparatus "Multiplaz-3500". Manual. - Internet resource: .

2 Аппарат для плазменной обработки материалов PLAZARIUM SPA-IP20. Руководство по эксплуатации. - Интернет-ресурс: .2 Apparatus for plasma processing of materials PLAZARIUM SPA-IP20. Manual. - Internet resource: .

3 Многофункциональный портативный плазменный комплекс «ГОРЫНЫЧ». Руководство по эксплуатации. - Интернет-ресурс: .3 Multifunctional portable plasma complex “Gorynych”. Manual. - Internet resource: .

4 Патент RU 53157 S1, 04.09.2002.4 Patent RU 53157 S1, 09/04/2002.

5 Патент RU 2286867 С1, 13.05.2005.5 Patent RU 2286867 C1, 05/13/2005.

Claims

1. A multifunctional portable complex for plasma processing, consisting of functionally related parts: an electric arc plasma torch operating on a liquid working fluid in the form of a mixture of water, alcohols and / or ammonia (ammonium hydroxide), a power unit and a plasmatron control, characterized in that the said the plasma torch is equipped with a device for geometric compression and stabilization of the arc by the walls of the profiled plasma flow channel in the form of a removable nozzle-confuser and with a mounting hole in the housing and a removable handle-d a pistol-type holder, which is attached to it through a mounting hole in the plasma torch case during manual plasma processing, while the power supply and program control unit are configured to operate in automatic starting and transient modes.

2. The multifunctional portable complex according to claim 1, characterized in that the power supply and program control unit included in it is enclosed in a sealed and / or dust and water tight housing or is supplemented by a remote control separate or built into the plasma torch in a sealed and / or dust and moisture protective case, and the working fluid of the plasma torch has a boiling point of 315-400K at a pressure of 101 kPa and a dielectric constant of more than 20 units, while the water is deionized and the alcohols are selected from a number of amphiprotonic organics FIR solvents.

3. The multifunctional portable complex according to claim 1 or 2, characterized in that it additionally includes a connecting power cable with a length of more than 3 m to ensure the functioning of the components of the complex as a whole during plasma processing to ensure that it is located at a distance from the electric power source and / or unit power and control, in particular in conditions of high humidity or space.

4. The multifunctional portable complex according to claim 1, characterized in that it additionally includes a plasmatron equipped with seals of a chemically resistant material in relation to the working fluid and an installation device of any known design for mounting the handle holders and / or fastening to the machine, providing automatic plasma processing.

5. The multifunctional portable complex according to claim 1, characterized in that it additionally includes a service pump for remote supply of the working fluid to the plasma torch, a separate additional reservoir for the working fluid and a set of flexible connecting pipes that are resistant to the aggressive effects of the working fluid and the external environment .