RU95665U1 - DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON - Google Patents

DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON Download PDF

Info

Publication number
RU95665U1
RU95665U1 RU2009149293/22U RU2009149293U RU95665U1 RU 95665 U1 RU95665 U1 RU 95665U1 RU 2009149293/22 U RU2009149293/22 U RU 2009149293/22U RU 2009149293 U RU2009149293 U RU 2009149293U RU 95665 U1 RU95665 U1 RU 95665U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arc
plasma
nozzle
plasma torch
coil
Prior art date
Application number
RU2009149293/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Сафонов
Владимир Сергеевич Дёмин
Игорь Семенович Дружинин
Леонид Валентинович Чадин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УГТУ-УПИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УГТУ-УПИ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УГТУ-УПИ)
Priority to RU2009149293/22U priority Critical patent/RU95665U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU95665U1 publication Critical patent/RU95665U1/en

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Устройство плазменной закалки изделий, содержащее систему подачи рабочего газа, изолятор, катодный узел, сопло с ферромагнитными губками сканирующего устройства, конструктивно объединенные в малогабаритный плазмотрон, устройства для крепления, поворота и настройки плазмотрона в процессе работы, систему охлаждения сопла и ферромагнитных губок, сканирующее устройство дуги, включающее генератор, электромагнитную катушку и ферромагнитные губки, пульт управления со встроенным осциллятором и измерительными приборами, указатель положения переменного напряжения на катушке, регулятор постоянного напряжения на катушке, отличающееся тем, что закалку осуществляют перемещением над поверхностью изделия малогабаритного двухдугового плазмотрона с одновременно горящими дугами прямого и косвенного действия, причем электрическая мощность каждой дуги регулируется независимо за счет питания от отдельного выпрямителя. A plasma hardening device containing a working gas supply system, an insulator, a cathode assembly, a nozzle with ferromagnetic jaws of a scanning device, structurally integrated into a small plasmatron, devices for fastening, turning and adjusting the plasma torch during operation, a cooling system for the nozzle and ferromagnetic jaws, a scanning device arcs, including a generator, an electromagnetic coil and ferromagnetic jaws, a control panel with a built-in oscillator and measuring instruments, a position indicator AC voltage on the coil, the regulator DC voltage on the coil, characterized in that the quenching is carried out by moving over the surface of articles with a small-sized twin-arc plasma torch simultaneously burning arcs of direct and indirect action, the electric power is controlled independently of each arc due to supply from a separate rectifier.

Description

Полезная модель относится к области металлообработки и термообработки, конкретно, к плазменной закалке поверхностей изделий из стали и чугуна в автоматическом и ручном режиме.The utility model relates to the field of metal and heat treatment, specifically, to plasma hardening of surfaces of steel and cast iron in automatic and manual mode.

Известно техническое решение (Патент РФ на изобретение №2069131, опубл. 20.11.1996), сущность которого заключается в том, что устройство для плазменной обработки металлов, содержит систему подачи рабочего газа, изолятор и электроды, один из которых является выходным и имеет внутренний канал, снабжено преобразователем потока рабочего газа, соединенным с выходным электродом и образующим с ним общий внутренний канал переменного сечения, причем торцевая поверхность преобразователя потока рабочего газа выполнена сопряженной обрабатываемой поверхности изделия. Внутренний канал данного устройства заканчивается щелью. Устройство функционирует следующим образом: известными способами возбуждают электрическую дугу между электродами. Рабочий газ последовательно проходит через разрядный промежуток, выходной электрод и преобразователь потока и производит нагрев поверхности изделия. Вследствие относительного перемещения плазмотрона и изделия происходит нагрев поверхности последнего.A technical solution is known (RF Patent for the invention No. 2069131, publ. 11/20/1996), the essence of which is that the device for plasma processing of metals, contains a working gas supply system, an insulator and electrodes, one of which is an outlet and has an internal channel equipped with a working gas flow transducer connected to the output electrode and forming with it a common internal channel of variable cross section, the end surface of the working gas flow transducer being made conjugated to the processed surface awn products. The internal channel of this device ends with a slot. The device operates as follows: by known methods, an electric arc is excited between the electrodes. The working gas sequentially passes through the discharge gap, the output electrode and the flow transducer and produces heating of the surface of the product. Due to the relative movement of the plasma torch and the product, the surface of the latter is heated.

К недостаткам рассматриваемого технического решения следует отнести невысокую эффективность нагрева поверхности изделия. В плазмотронах, генерирующих дугу косвенного действия, горящую между электродами (электродом и соплом) плазмотрона, теплопередача в деталь осуществляется струей газодинамического потока (плазменной струей) посредством теплопроводности, конвекции и излучения, поэтому эффективность нагрева ниже, чем у дуги прямого действия, горящей между электродом и поверхностью обрабатываемой детали. Так эффективный КПД нагрева поверхности аргонодуговой горелкой составляет 0,65…0,75, плазменной дугой - 0,60…0,75, а плазменной струей - только 0,10…0,50 (Королев Н.В. Расчеты тепловых процессов при сварке, наплавке и термической резке: Учеб. пособие. - Екатеринбург: УГТУ, 1996), что связано с большими потерями мощности в стенки плазмотрона и окружающую среду. Для надежной работы подобных плазмотронов требуется применение водоохлаждаемых межэлектродных вставок (изоляторов) с внутренним оребрением, увеличивающих габариты и массу. Кроме того, рабочее расстояние между соплом плазмотрона и обрабатываемой поверхностью не превышает нескольких миллиметров, что затрудняет наблюдение за процессом и не позволяет упрочнять детали с профилированной рабочей частью. Электропитание плазмотронов с дугой косвенного действия осуществляется от специализированных выпрямителей с напряжением холостого хода не менее 200 В. Устройство не обладает технологической универсальностью, поскольку профиль и размеры обрабатываемой поверхности жестко определяются сопряженной с ней поверхностью выходного электрода.The disadvantages of the considered technical solutions include the low efficiency of heating the surface of the product. In plasmatrons generating an indirect arc burning between the electrodes (electrode and nozzle) of the plasma torch, heat transfer to the part is carried out by a gas-dynamic flow jet (plasma jet) through heat conduction, convection and radiation, therefore, the heating efficiency is lower than that of a direct-acting arc burning between the electrode and the surface of the workpiece. Thus, the effective efficiency of heating a surface with an argon-arc torch is 0.65 ... 0.75, a plasma arc is 0.60 ... 0.75, and a plasma jet is only 0.10 ... 0.50 (Korolev N.V. Calculations of thermal processes in welding , surfacing and thermal cutting: Textbook. - Yekaterinburg: USTU, 1996), which is associated with large losses of power in the plasma torch walls and the environment. For reliable operation of such plasmatrons, the use of water-cooled interelectrode inserts (insulators) with internal fins, which increase the size and weight, is required. In addition, the working distance between the plasma torch nozzle and the treated surface does not exceed a few millimeters, which complicates the monitoring of the process and does not allow to strengthen parts with a profiled working part. Power supply of plasmatrons with an indirect arc is carried out from specialized rectifiers with an open circuit voltage of at least 200 V. The device does not have technological universality, since the profile and dimensions of the treated surface are rigidly determined by the surface of the output electrode mated to it.

Известно техническое решение (Свидетельство на полезную модель РФ №74922, опубл. 20.07.2008) в соответствии с которым предложено устройство для электродуговой закалки изделий, содержащее газоэлектрическую горелку, тугоплавкий электрод, источник питания дуги, щеточное устройство и охлаждаемую горелку, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит электромагнитное управление дугой в виде сканирующего устройства, а для защиты электрода и нагретого металла от окисления в дуговой промежуток подают инертный газ. Водоохлаждаемая газоэлектрическая горелка устройства предназначена для поддержания электрического дугового разряда между поверхностью детали, служащей анодом, и неплавящимся вольфрамовым электродом (катодом).A technical solution is known (Utility Model Certificate of the Russian Federation No. 74922, published July 20, 2008) according to which a device for electric arc hardening of products containing a gas-electric torch, a refractory electrode, an arc power source, a brush device and a cooled torch is proposed, characterized in that the device further comprises an electromagnetic arc control in the form of a scanning device, and inert gas is supplied to the arc gap to protect the electrode and heated metal from oxidation. The water-cooled gas-electric burner of the device is designed to maintain an electric arc discharge between the surface of the part serving as the anode and the non-consumable tungsten electrode (cathode).

Таким образом, газоэлектрическая горелка устройства генерирует электрическую дугу прямого действия, горящую между электродом и поверхностью детали, теплопередача в деталь осуществляется за счет теплопроводности, конвекции, излучения и кинетической энергии заряженных частиц, запасенной в электрическом поле. Эффективный КПД дуги прямого действия на 10…30% выше, соответственно выше электрическая и тепловая мощность, подводимые к поверхности изделия, при прочих равных условиях.Thus, the gas-electric burner of the device generates a direct-acting electric arc burning between the electrode and the surface of the part, the heat transfer to the part is due to the heat conductivity, convection, radiation and kinetic energy of the charged particles stored in the electric field. The effective efficiency of a direct-acting arc is 10 ... 30% higher, respectively, higher electric and thermal power supplied to the surface of the product, all other things being equal.

К недостаткам рассматриваемого технического решения можно отнести сравнительно невысокую температуру столба свободно горящей электрической дуги, невысокую сосредоточенность теплового потока на обрабатываемой поверхности детали, возможность неконтролируемого перемещения анодного пятна дуги по поверхности изделия ввиду недостаточной стабилизации ее столба газодинамическим потоком, истекающим из сопла большого диаметра.The disadvantages of the considered technical solution include the relatively low temperature of the column of a freely burning electric arc, the low concentration of the heat flux on the workpiece surface, the possibility of uncontrolled movement of the anode spot of the arc on the surface of the product due to insufficient stabilization of its column by the gas-dynamic flow flowing from a large diameter nozzle.

Известно техническое решение (Патент РФ на полезную модель №78193, опубл. 20.11.2008), наиболее близкое по совокупности существенных признаков к заявляемому и принятое за прототип, в соответствии с которым предложено устройство для поверхностной закалки изделий путем перемещения по поверхности изделия плазменной дуги прямого действия, возбуждаемой между электродом и изделием, содержащее систему подачи рабочего газа, изолятор, катодный узел, сопло, отличающееся тем, что устройство включает один или два малогабаритных плазмотрона прямого действия, устройства для крепления, поворота и настройки плазмотрона в процессе работы, систему охлаждения сопла и ферромагнитных губок плазмотрона, сканирующее устройство дуги, включающее генератор, электромагнитную катушку и ферромагнитные губки, выпрямитель с падающей внешней характеристикой и напряжением холостого хода 80-90 В, один или два пульта управления со встроенным осциллятором и измерительными приборами, указатель положения переменного напряжения на катушке, регулятор постоянного напряжения на катушке.A technical solution is known (RF Patent for Utility Model No. 78193, published on November 20, 2008), which is the closest in terms of essential features to the claimed one and adopted as a prototype, in accordance with which a device for surface hardening of products by moving a direct plasma arc over the surface of the product action, excited between the electrode and the product, containing a working gas supply system, an insulator, a cathode assembly, a nozzle, characterized in that the device includes one or two small plasma torches with direct action devices, for mounting, turning and adjusting the plasma torch during operation, a cooling system for the nozzle and ferromagnetic jaws of the plasma torch, an arc scanning device including a generator, an electromagnetic coil and ferromagnetic jaws, a rectifier with a falling external characteristic and an open-circuit voltage of 80-90 V, one or two control panels with a built-in oscillator and measuring instruments, an indicator of the position of the alternating voltage on the coil, a constant voltage regulator on the coil.

В сравнении с обычной свободно горящей дугой, генерируемой горелкой с неплавящимся электродом в защитной атмосфере аргона, температура которой достигает 5000…6000 К, плазменная дуга при сопоставимой электрической мощности имеет повышенную (15000…20000 К) температуру и более сосредоточенный тепловой поток. Это достигается уменьшением проводящего сечения дуги, сжатой в канале сопла потоком плазмообразующего газа, молекулы которого, в свою очередь, ионизируются в столбе дугового разряда, повышая тем самым долю ионного тока. Кроме того, сжатие поперечного сечения дуги позволяет также стабилизировать положение анодного пятна на детали, увеличить плотность теплового потока и скорость нагрева поверхности. Плазмообразующий газ, подаваемый в канал сопла, осуществляет тепловую и электрическую изоляцию столба дуги от стенок сопла, обеспечивая его термическую и эрозионную стойкость.Compared to a conventional freely burning arc generated by a torch with a non-consumable electrode in an argon protective atmosphere, the temperature of which reaches 5000 ... 6000 K, a plasma arc with a comparable electric power has an increased (15000 ... 20,000 K) temperature and a more concentrated heat flux. This is achieved by reducing the conductive cross section of the arc, compressed in the nozzle channel by a plasma-forming gas stream, whose molecules, in turn, are ionized in the column of the arc discharge, thereby increasing the fraction of the ion current. In addition, the compression of the cross section of the arc also allows you to stabilize the position of the anode spot on the part, increase the density of the heat flux and the heating rate of the surface. The plasma-forming gas supplied to the nozzle channel provides thermal and electrical isolation of the arc column from the nozzle walls, providing its thermal and erosion resistance.

К недостаткам рассматриваемого технического решения следует отнести ограниченную (0,8…1,2 мм) глубину закаленного слоя при обработке без оплавления поверхности. Закалка из жидкой фазы (с оплавлением поверхности обрабатываемого изделия) позволяет увеличить глубину упрочненного слоя, но, как правило, требует последующей механической обработки поверхности, что усложняет технологический процесс упрочнения и снижает его технико-экономические показатели.The disadvantages of the considered technical solution include the limited (0.8 ... 1.2 mm) depth of the hardened layer during processing without melting the surface. Quenching from the liquid phase (with melting the surface of the workpiece) allows you to increase the depth of the hardened layer, but, as a rule, requires subsequent mechanical surface treatment, which complicates the hardening process and reduces its technical and economic indicators.

В отличие от прототипа, заявляемое техническое решение с целью увеличения глубины закаленного слоя при обработке без оплавления поверхности изделия, расширения технологических возможностей и улучшения технико-экономических показателей процесса плазменной закалки предусматривает ее осуществление двухдуговым плазмотроном с одновременно горящими дугами прямого и косвенного действия, причем электрическая (и тепловая) мощность каждой дуги регулируется независимо. Блок-схема устройства представлена на фигуре, где:Unlike the prototype, the claimed technical solution with the aim of increasing the depth of the hardened layer during processing without melting the surface of the product, expanding technological capabilities and improving the technical and economic indicators of the plasma hardening process provides for its implementation by a two-arc plasmatron with simultaneously burning arcs of direct and indirect action, moreover, electric ( and thermal) power of each arc is independently regulated. The block diagram of the device is presented in the figure, where:

1 - дуга косвенного действия; 2 - дуга прямого действия; Ar - плазмообразующий рабочий газ (аргон); И - обрабатываемое изделие; ИП1 - источник питания дуги косвенного действия; ИП2 - источник питания дуги прямого действия; ОСЦ - импульсный возбудитель дуги; П - двухдуговой плазмотрон.1 - an arc of indirect action; 2 - arc of direct action; Ar is a plasma forming working gas (argon); And - the processed product; IP1 - indirect arc power source; IP2 - direct-acting arc power source; OSTs - pulse arc pathogen; P - double-arc plasmatron.

Устройство функционирует следующим образом: высоковольтный высокочастотный разряд импульсного возбудителя дуги пробивает промежуток между вольфрамовым электродом и медным соплом плазмотрона П, находящимися под напряжением источника тока ИП1. При наличии плазмообразующего рабочего газа Ar в промежутке электрод - сопло возбуждается дуга косвенного действия 1. За счет ионизации в горящей дуге атомов плазмообразующего газа, подаваемого в плазмотрон под давлением, образуется плазменная струя, которая выдувается из сопла потоком газа и, при наличии напряжения источника тока ИП2, приложенного к электроду и обрабатываемому изделию И, между ними возникает дуга прямого действия 2. Сопло плазмотрона предназначено для обжатия и стабилизации столба дуги прямого действия, формирования плазменной струи от дуги косвенного действия, образующих совместно единый газодинамический плазменный поток. На торце сопла плазмотрона имеются ферромагнитные губки сканирующего устройства, которые при прохождении между ними электромагнитного потока, формируемого катушкой индуктивности сканирующего устройства, расположенной в хвостовой части плазмотрона, отклоняют плазменный поток попеременно влево и вправо, воздействуя на его собственное электромагнитное поле. За счет попеременного отклонения плазменного потока (и связанного с ним пятна нагрева на поверхности изделия) перпендикулярно вектору поступательного перемещения плазмотрона, ширина закаленной зоны на поверхности обрабатываемого изделия существенно увеличивается (с 5…6 мм до 10…20 мм), что повышает производительность процесса поверхностного упрочнения в диапазоне больших токов.The device operates as follows: a high-voltage high-frequency discharge of a pulsed arc exciter pierces the gap between the tungsten electrode and the copper nozzle of the plasma torch P, which are under the voltage of the current source IP1. In the presence of a plasma-forming working gas Ar in the gap between the electrode and the nozzle, an indirect arc 1 is excited. Due to ionization in the burning arc of the atoms of the plasma-forming gas supplied to the plasma torch under pressure, a plasma jet is formed, which is blown out of the nozzle by a gas stream and, in the presence of a voltage of the current source IP2, applied to the electrode and the workpiece And, between them there is a direct-acting arc 2. The plasma torch nozzle is designed to compress and stabilize the column of the direct-acting arc, forming a plate mennoy jet arc indirect action, together forming a single gas-dynamic plasma flow. At the end of the nozzle of the plasma torch there are ferromagnetic jaws of the scanning device, which, when an electromagnetic flux is generated between them, which is formed by the inductance coil of the scanning device located in the tail of the plasma torch, deflects the plasma flow alternately left and right, acting on its own electromagnetic field. Due to the alternate deviation of the plasma flow (and the associated heating spot on the surface of the product) perpendicular to the translational displacement vector of the plasma torch, the width of the hardened zone on the surface of the workpiece significantly increases (from 5 ... 6 mm to 10 ... 20 mm), which increases the productivity of the surface hardening in the range of high currents.

Для удобства настройки, доступа к закаливаемой поверхности сложной конфигурации, плазмотрон выполнен в малогабаритном исполнении, что позволяет использовать его и для закалки в ручном режиме эксплуатации.For ease of setup, access to the hardened surface of complex configuration, the plasma torch is made in a compact design, which allows it to be used for hardening in manual operation.

Осуществление процесса плазменной закалки плазмотроном с двумя одновременно горящими независимо регулируемыми дугами прямого и косвенного действия (плазменной дугой прямой полярности, горящей между электродом (катодом) плазмотрона и поверхностью обрабатываемого изделия (анодом), а также дугой, горящей между катодом и соплом (анодом) плазмотрона соответственно) позволяет:The plasma hardening process is carried out by a plasma torch with two simultaneously independently controlled and independently controlled arcs of direct and indirect action (a plasma arc of direct polarity burning between the plasma torch electrode (cathode) and the surface of the workpiece (anode), as well as an arc burning between the cathode and nozzle (anode) of the plasma torch accordingly) allows:

1. Существенно расширить пределы регулирования тепловложения в обрабатываемую поверхность. Минимальное тепловложение обеспечивается при минимальных токах устойчивого горения обеих дуг, причем оно меньше, чем при использовании каждой дуги в отдельности, поскольку при совместной работе удается обеспечить меньшие минимальные токи устойчивого горения каждой из дуг вследствие термической ионизации дугового промежутка действием другой дуги. Максимальное тепловложение достигается при максимальных токах каждой из дуг, причем оно естественно больше, чем при раздельном горении дуг, при прочих равных условиях. Внутри диапазона тепловложение плавно регулируется изменением мощности каждой дуги в отдельности или обеих вместе, причем, в зависимости от технологических задач обработки, закон изменения тепловложения может быть различным, поскольку термические КПД при нагреве дугой прямого действия и косвенного действия (плазменной струей), как отмечалось выше, существенно различаются. Технический эффект заключается в расширении технологических возможностей процесса и улучшении его технико-экономических показателей за счет увеличения диапазона толщин обрабатываемых деталей - уменьшается минимальная толщина (толщина стенки) деталей, упрочняемых без дополнительного принудительного охлаждения. При обработке массивных деталей в диапазоне максимальных токов удается увеличить производительность процесса за счет повышения скорости обработки при сохранении удельного тепловложения на единицу площади.1. Significantly expand the limits of regulation of heat input into the treated surface. The minimum heat input is ensured at the minimum currents of stable combustion of both arcs, and it is less than when using each arc separately, since when working together it is possible to provide lower minimum currents of stable combustion of each of the arcs due to thermal ionization of the arc gap by the action of the other arc. The maximum heat input is achieved at the maximum currents of each of the arcs, and it is naturally greater than with separate burning of the arcs, ceteris paribus. Within the range, the heat input is smoothly controlled by varying the power of each arc individually or both together, and, depending on the technological tasks of processing, the law of change in heat input can be different, since the thermal efficiency when heated by an arc of direct action and indirect action (by a plasma jet), as noted above vary significantly. The technical effect consists in expanding the technological capabilities of the process and improving its technical and economic indicators by increasing the thickness range of the workpieces - the minimum thickness (wall thickness) of the parts hardened without additional forced cooling is reduced. When processing massive parts in the range of maximum currents, it is possible to increase the productivity of the process by increasing the processing speed while maintaining the specific heat input per unit area.

2. Увеличить глубину зоны закалки без оплавления поверхности обрабатываемого изделия (до 2…2,5 мм в реализованном диапазоне режимов) при максимальном токе дуги косвенного действия. Глубина закаленной зоны возрастает вследствие уменьшения средней скорости нагрева до предзакалочной температуры за счет меньшей эффективности нагрева и плотности теплового потока дуги косвенного действия. Когда ее вклад в суммарный тепловой поток, вводимый в изделие, возрастает, удается снизить скорость основного поступательного перемещения пятна нагрева, при которой начинается оплавление поверхности. Совокупность этих факторов расширяет интервал режимов термообработки, обеспечивающий изменение структуры и свойств в зоне термического влияния, вследствие более полной гомогенизации аустенита при увеличенной продолжительности нагрева. Использование одной дуги косвенного действия для достижения аналогичной глубины зоны закалки при прочих равных условиях требует существенного увеличения ее тока, что сопровождается перегревом и разрушением плазмотрона сопоставимых габаритов и массы, так как более 50% тепловой мощности такой дуги расходуется на нагрев плазмотрона, при этом соответственно ухудшаются технико-экономические показатели процесса.2. To increase the depth of the hardening zone without melting the surface of the workpiece (up to 2 ... 2.5 mm in the implemented range of modes) at the maximum arc current of indirect action. The depth of the hardened zone increases due to a decrease in the average heating rate to pre-quenching temperature due to lower heating efficiency and the heat flux density of the indirect arc. When its contribution to the total heat flux introduced into the product increases, it is possible to reduce the speed of the main translational movement of the heating spot, at which surface melting begins. The combination of these factors extends the range of heat treatment modes, providing a change in the structure and properties in the heat-affected zone, due to more complete homogenization of austenite with an extended heating time. The use of one indirect arc to achieve a similar depth of the hardening zone, ceteris paribus, requires a significant increase in its current, which is accompanied by overheating and destruction of the plasma torch of comparable dimensions and mass, since more than 50% of the thermal power of such an arc is spent on heating the plasma torch, and therefore worsen technical and economic indicators of the process.

Учитывая изложенное, использование для плазменной закалки плазмотрона с двумя одновременно горящими независимо регулируемыми дугами прямого и косвенного действия обеспечивает синергетический эффект увеличения глубины закаленного слоя при обработке без оплавления поверхности изделия, расширения технологических возможностей и улучшения технико-экономических показателей процесса.Given the above, the use of a plasma torch for plasma hardening with two simultaneously burning independently adjustable arcs of direct and indirect action provides a synergistic effect of increasing the depth of the hardened layer during processing without melting the surface of the product, expanding technological capabilities and improving technical and economic parameters of the process.

Таким образом, предлагается техническое решение для поверхностной закалки изделий путем перемещения над поверхностью изделия плазмотрона с двумя одновременно горящими независимо регулируемыми дугами прямого и косвенного действия. При этом сопло плазмотрона и ферромагнитные губки сканирующего устройства принудительно охлаждают водой, с помощью сканирующего устройства управляют формой плазменного потока, обеспечивая целенаправленное отклонение пятна нагрева для обработки труднодоступных участков поверхности закаливаемых изделий сложной конфигурации, при относительном перемещении плазмотрона и изделия получают на его поверхности закаленную зону, ширину которой регулируют. Возможно регулирование ширины зоны за счет изменения расстояния от торца плазмотрона до изделия и/или напряжения на электромагнитной катушке сканирующего устройства, а также изменения расхода плазмообразующего газа. Предусмотрен режим отклонения плазменного потока от оси плазмотрона, что позволяет обеспечить регулирование ширины и угла отклонения плазменного потока от центра сопла при неизменном положении оси плазматрона.Thus, a technical solution is proposed for surface hardening of products by moving a plasma torch above the product surface with two independently controlled arcs of direct and indirect action simultaneously burning. At the same time, the nozzle of the plasma torch and the ferromagnetic jaws of the scanning device are forcedly cooled with water, using the scanning device they control the shape of the plasma flow, providing a targeted deflection of the heating spot for processing hard-to-reach surface areas of hardened products of complex configuration, with relative movement of the plasma torch and the product, a hardened zone is obtained on its surface, whose width is regulated. It is possible to control the width of the zone by changing the distance from the end of the plasma torch to the product and / or the voltage on the electromagnetic coil of the scanning device, as well as changing the flow rate of the plasma-forming gas. The mode of deviation of the plasma flow from the axis of the plasma torch is provided, which allows for the regulation of the width and angle of deviation of the plasma flow from the center of the nozzle with the plasma axis unchanged.

Пример осуществления заявляемого технического решения.An example implementation of the proposed technical solution.

Устройство содержит систему подачи рабочего газа, изолятор, катодный узел, сопло с ферромагнитными губками сканирующего устройства конструктивно объединенные в малогабаритный двухдуговой плазмотрон; устройства для крепления, поворота и настройки плазмотрона в процессе работы; систему охлаждения сопла плазматрона; сканирующее устройство, включающее генератор, электромагнитную катушку и ферромагнитные губки; два выпрямителя с падающей внешней характеристикой и напряжением холостого хода 80…90 В; пульт управления со встроенным импульсным возбудителем дуги, указателем положения переменного напряжения на катушке, регулятором постоянного напряжения на катушке и измерительными приборами - амперметрами и вольтметрами.The device comprises a working gas supply system, an insulator, a cathode assembly, a nozzle with ferromagnetic jaws of a scanning device structurally integrated into a small twin-arc plasmatron; devices for mounting, turning and adjusting the plasma torch during operation; plasmatron nozzle cooling system; a scanning device including a generator, an electromagnetic coil and ferromagnetic jaws; two rectifiers with a falling external characteristic and an open circuit voltage of 80 ... 90 V; control panel with a built-in pulse exciter of the arc, an indicator of the position of the alternating voltage on the coil, a constant voltage regulator on the coil and measuring instruments - ammeters and voltmeters.

В таблице приведены параметры режима и результаты плазменной закалки поверхности прокатного валка из стали типа 60ХН, произведенной с помощью заявляемого устройства. Процесс обработки обеспечивает получение закаленного из твердого состояния (без оплавления) поверхностного слоя с мелкозернистой мартенситно-аустенитной структурой, высокими микротвердостью (8000…10000 МПа), износо- и трещиностойкостью. За счет увеличения глубины закаленного слоя повышаются износостойкость рабочей поверхности и срок службы валков, сокращаются расходы на их приобретение.The table shows the parameters of the regime and the results of plasma hardening of the surface of the rolling roll of steel type 60XH produced using the inventive device. The processing process provides for obtaining a surface hardened from a solid state (without fusion) with a fine-grained martensitic-austenitic structure, high microhardness (8000 ... 10000 MPa), wear and crack resistance. By increasing the depth of the hardened layer, the wear resistance of the working surface and the service life of the rolls increase, and the cost of their acquisition is reduced.

ТаблицаTable ПоказательIndicator Однодуговой плазмотрон с дугой прямого действияSingle arc plasmatron with direct arc Однодуговой плазмотрон с дугой косвенного действияSingle arc plasmatron with indirect arc Заявляемое устройство - плазмотрон в двухдуговом режиме, в том числеThe inventive device is a plasma torch in dual-arc mode, including Дуга прямого действияDirect arc Дуга косвенного действияIndirect Arc Минимальный ток устойчивого горения дуги, АThe minimum current of steady burning of an arch, And 100…120100 ... 120 110…120110 ... 120 5…105 ... 10 50fifty Максимальный ток дуги, АMaximum arc current, A 350350 250250 150150 200200 Среднее значение тока дуги, АThe average value of the arc current, A 170170 150150 7070 150150 Скорость перемещения плазмотрона, см/сThe speed of the plasma torch, cm / s 3…43 ... 4 0,3…0,50.3 ... 0.5 1…31 ... 3 Глубина закаленного слоя, ммDepth of hardened layer, mm 0,8…1,20.8 ... 1.2 1,5…1,81.5 ... 1.8 1,6…2,51.6 ... 2.5 Твердость поверхности закаленного слоя, HRCHardness of the surface of the hardened layer, HRC 55…6055 ... 60 45…5045 ... 50 50…5550 ... 55

Claims (1)

Устройство плазменной закалки изделий, содержащее систему подачи рабочего газа, изолятор, катодный узел, сопло с ферромагнитными губками сканирующего устройства, конструктивно объединенные в малогабаритный плазмотрон, устройства для крепления, поворота и настройки плазмотрона в процессе работы, систему охлаждения сопла и ферромагнитных губок, сканирующее устройство дуги, включающее генератор, электромагнитную катушку и ферромагнитные губки, пульт управления со встроенным осциллятором и измерительными приборами, указатель положения переменного напряжения на катушке, регулятор постоянного напряжения на катушке, отличающееся тем, что закалку осуществляют перемещением над поверхностью изделия малогабаритного двухдугового плазмотрона с одновременно горящими дугами прямого и косвенного действия, причем электрическая мощность каждой дуги регулируется независимо за счет питания от отдельного выпрямителя.
Figure 00000001
A plasma hardening device containing a working gas supply system, an insulator, a cathode assembly, a nozzle with ferromagnetic jaws of a scanning device, structurally integrated into a small plasmatron, devices for fastening, turning and adjusting the plasma torch during operation, a cooling system for the nozzle and ferromagnetic jaws, a scanning device arcs, including a generator, an electromagnetic coil and ferromagnetic jaws, a control panel with a built-in oscillator and measuring instruments, a position indicator AC voltage on the coil, the regulator DC voltage on the coil, characterized in that the quenching is carried out by moving over the surface of articles with a small-sized twin-arc plasma torch simultaneously burning arcs of direct and indirect action, the electric power is controlled independently of each arc due to supply from a separate rectifier.
Figure 00000001
RU2009149293/22U 2009-12-29 2009-12-29 DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON RU95665U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009149293/22U RU95665U1 (en) 2009-12-29 2009-12-29 DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009149293/22U RU95665U1 (en) 2009-12-29 2009-12-29 DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU95665U1 true RU95665U1 (en) 2010-07-10

Family

ID=42685027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009149293/22U RU95665U1 (en) 2009-12-29 2009-12-29 DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU95665U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU172044U1 (en) * 2016-01-26 2017-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Транс-Атом" Installation for plasma surface hardening of steel and cast iron parts

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU172044U1 (en) * 2016-01-26 2017-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Транс-Атом" Installation for plasma surface hardening of steel and cast iron parts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2542158C2 (en) Method of plasma cutting at plasma cutting unit by pulsating electric current
NO115114B (en)
PL115498B1 (en) Method for producing plasma in a plasma arc generator and device therefor
CN106670630A (en) Special welding gun with double flux-cored wires for underwater wet welding
Ye et al. Research on arc interference and welding operating point change of twin wire MIG welding
US3944778A (en) Electrode assembly of plasmatron
RU95665U1 (en) DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON
RU2686505C1 (en) Method of plasma processing of metal products
CN102554424B (en) High energy density cluster pulse arc welding gun
NO135402B (en)
Gu et al. Effect of laser on droplet transfer and welding process stability in hybrid laser+ double arc welding
Kuznetsov et al. Application field and ways to control alternating-current plasma torch with rail electrodes
RU2595185C2 (en) Method of plasma treatment of metals
Niu et al. Plasma application in thermal processing of materials
Khoshnaw et al. Arc welding methods
RU2163424C1 (en) Device for dynamic plasma treatment of articles
JP2018067391A (en) Apparatus and method for generating plasma and apparatus and method of manufacturing microparticle using them
RU172044U1 (en) Installation for plasma surface hardening of steel and cast iron parts
RU2536854C2 (en) Steel articles surface hardening
US4414672A (en) Plasma-arc furnace
RU95215U1 (en) PLASMOTRON FOR PLASMA HARDENING
RU2524173C1 (en) Melting plasmatron
RU78193U1 (en) DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PARTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES
Isakaev et al. Effect of the opening angle of the gas-discharge path on the power efficiency of a plasmatron
RU2735698C1 (en) Method of electroarc hardening of steel products