SU818793A1

SU818793A1 - Method of determining serviceability of non-consumable electrode for plasma working

Info

Publication number: SU818793A1
Application number: SU772539948A
Authority: SU
Inventors: Михаил Гершенович Фридлянд; Анатолий Анатольевич Кудрявцев
Original assignee: Государственный Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Гипро-Никель"
Priority date: 1977-11-01
Filing date: 1977-11-01
Publication date: 1981-04-07

Description

Цель изобретени - сокращение времени на определение работоспособности электрода . Это достигаетс тем, что в способе определени работоспособности неплав щихс электродов дл плазменной обработки, при котором в плазмообразующей среде между элект|Тодами, в качестве одного из которых используют испытуемый электрод, зажигают дугу, а о работоспособнсти электрода суд т по состо нию рабочей поверхности испытуемого электрода, в качестве плазмообразующей среды используют газовые смеси с диссоциирующими углеродсодержащими соединени ми, врем горени дуги выбирают в пределах 2-3 мин, а работоспособным признают электрод, рабоча поверхность которого полностью покрыта слоем углерода. Способ основан на известном факте формировани и посто нного возобновлени электродов, в частности катода сжатой дуги , непосредственно при горении дуги из плазмообразующей среды, содержащей диссоциирующие углеродсодержащие соединени . Проведенные исследовани показали, что степень покрыти рабочей поверхности электрода углеродом плазмообразующей среды зависит не только от содержани в этой среде свободного уг;лерода, но и от материала электрода, качества его заделки (обычно запрессовки) в медную водоохлаждаемую обойму-электрододерлсатель, длины и диаметра стержн электрода, рассто ни от рабочей поверхности электрода до поверхности контакта с охлаждающей средой, толщины сло меди обоймы-электрододержател между электродом и охлаждаемой поверхностью, природы охлаждащей среды (вода, воздух и т. д.), ее расхода , т. е. в конечном счете от факторов, определ ющих работоспособность электрода . Если электрод работоспособен, т. е. выполнен достаточно качественно, и интенсивно охлаждаетс , то при горении дуги и при наличии в плазмообразующей среде диссоциирующих углеродсодержащих соединений (углеводороды, моноокись углерода ), вл ющихс источником свободного углерода, вс рабоча поверхность электрода покрываетс углеродом. Происходит это за врем , не превышающее (с учетом выхода дуги на режим) 2-3 мин в течение одного включени дуги. Если же электрод неработоспособен в св зи с недостаточностью одного или нескольких из перечисленных выше факторов, то в результате превышени скорости испарени углерода над скоростью его высаживани из плазмообразующей среды углерод покрывает либо часть рабочей поверхности электрода, либо не покрывает ее вовсе. Причем это вы вл етс также при одном включении дуги за врем , не превышающее 2-3 мин. 4 Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом. Предназначенный дл определени работоспособности электрод, вл ющийс представителем партии изготовленных электродов, собирают, устанавливают в плазматроне и пускают через него охлаледающую среду с требуемым расходом . В плазмообразующую среду, в которой должен работать исследуемый электрод , и контактирующую с ним ввод т диссоциирующее углеродсодержащее соединение (углеводороды, моноокись углерода) в количестве, необходимом дл посто нного возобновлени электрода. В указанной смеси зажигают дугу, устанавливают рабочий ток дл исследуемого катода и поддерживают дугу на этом токе в течение 2-3 мин, после чего дугу выключают . После выключени дуги определ ют , кака часть рабочей поверхности электрода покрыта углеродом. Электрод считают работоспособным, если его рабоча поверхность полностью покрыТа углеродом. Электрод считают неработоспособным , если углерод на его рабочей поверхности полностью или частично отсутствует. В этом случае определ ют, какой из факторов вызывает эту неработоспособность и его измен ют. Например, в случае термохимического катода цирконий замен ют гафнием, или воздущное охлал дение замен ют на вод ное, или снижают рабочий ток электрода, или увеличивают скорость охлаждени , или измен ют конфигурацию электрода, или улучщают заделку электрода в охлаждаемую медную обойму-электрододержатель и т. д. Правомочность использовани предлагаемого критери дл оценки работоспособности электродов подтверл даетс тем, что во всех случа х, когда их рабоча поверхность не покрываетс при проверочном эксперименте углеродом, дальнейша эксплуатаци электродов в рабочих услови х, т. е. при отсутствии углеродсодержащих соединений в плазмообразующей среде, сопровождаетс быстрым их разрушением. Пример 1. Определ ли работоспособность стержневых катодов одинаковой конфигурации из гафни и циркони , запрессованных в медные водоохлаждаемые обоймы , в плазмообразующей среде, образованной углекислым газом, на токе 600А. С этой целью зажигали дугу на токе 600А на каждом из катодов при прочих равных услови х в плазмообразующей среде, содержащей нар ду с углекислым газом также метан, расход которого поддерживают равным 4000 л/ч. Через 2-3 мин дугу выключали , после чего визуально исследовали рабочую поверхность каждого катода. При осмотре вы снилось, что при диаметре гафни и циркони 2,5 мм, длине их (глубине запрессовки) 5 мм, рассто нии по меди от стержней до охлаждаемой поверхности обоймы-катододержател 1,0 мм,-расходе охлаладающей воды 150 г/с рабоча поверхность гафниевого катода полностью покрыта углеродом (графитом), а на рабочей поверхности катода из циркони углерода нет совершенно.The purpose of the invention is to reduce the time to determine the efficiency of the electrode. This is achieved by the fact that in the method for determining the operability of non-consumable electrodes for plasma treatment, in which plasma between electrodes | Todi, as one of which the test electrode is used, the arc is ignited, and the efficiency of the electrode is judged an electrode, gas mixtures with dissociating carbon-containing compounds are used as the plasma-forming medium, the arc burning time is chosen within 2-3 minutes, and the electrode is recognized as operational, Static preparation surface is completely covered with a carbon layer. The method is based on the well-known fact of the formation and constant resumption of electrodes, in particular the cathode of a compressed arc, directly during the combustion of an arc from a plasma-forming medium containing dissociating carbon-containing compounds. Studies have shown that the degree of coating of the working surface of an electrode with carbon plasma-forming medium depends not only on the content of free corner carbon in this medium, but also on the electrode material, the quality of its incorporation (usually pressing) into a water-cooled copper holder-electrode, rod length and diameter electrode, the distance from the working surface of the electrode to the surface of contact with the cooling medium, the thickness of the copper layer of the holder-electrode holder between the electrode and the cooled surface, the nature of oh azhdaschey medium (water, air and the like. d.), its flow rate, m. e. ultimately on factors defining the performance of the electrode. If the electrode is working, i.e., it is performed sufficiently qualitatively and is intensively cooled, then when the arc is burning and if there are dissociating carbon-containing compounds (hydrocarbons, carbon monoxide) in the plasma-forming medium, the source of free carbon is covered with carbon. This takes place in a time not exceeding (taking into account the output of the arc to the mode) for 2-3 minutes during one arc turn on. If the electrode is inoperable due to the insufficiency of one or several of the factors listed above, as a result of the carbon evaporating rate above the rate of precipitating it from the plasma-forming medium, carbon either covers part of the working electrode surface or does not cover it at all. Moreover, this is also manifested when the arc is turned on once for a time not exceeding 2-3 minutes. 4 The proposed method is carried out as follows. The electrode intended for determining the operability, being a representative of the batch of manufactured electrodes, is assembled, installed in the plasmatron and allowed to cool through it with the required flow rate. In the plasma-forming environment in which the electrode under study should work, and a dissociating carbon-containing compound (hydrocarbons, carbon monoxide) in the amount necessary for the permanent resumption of the electrode is introduced in contact with it. In this mixture, the arc is ignited, the operating current for the cathode under study is set and the arc is maintained on this current for 2-3 minutes, after which the arc is turned off. After the arc is turned off, it is determined which part of the electrode working surface is covered with carbon. An electrode is considered operable if its working surface is completely covered with carbon. The electrode is considered inoperable if carbon on its working surface is completely or partially absent. In this case, it is determined which of the factors causes this inoperability and is changed. For example, in the case of a thermochemical cathode, zirconium is replaced by hafnium, or air cooling is replaced with water, or the electrode current is reduced, or the cooling rate is increased, or the electrode configuration is changed, or the electrode is embedded into a cooled copper holder-holder and The eligibility of using the proposed criterion for assessing the performance of electrodes is confirmed by the fact that in all cases when their working surface is not covered with carbon in a verification experiment, ysha span of the electrodes in the working conditions, ie. e. in the absence of carbon-containing compounds in the plasma-forming medium, accompanied by their rapid destruction. Example 1. Whether the performance of core cathodes of the same configuration made of hafnium and zirconium, pressed into water-cooled copper holders, in a plasma-forming medium, formed by carbon dioxide, on a current of 600A, was determined. For this purpose, an arc was fired on the current 600A at each of the cathodes, all other conditions being equal, in a plasma-forming medium containing methane, along with carbon dioxide, which is maintained at a flow rate of 4000 l / h. After 2-3 minutes, the arc was turned off, after which the working surface of each cathode was visually examined. When viewed, it was observed that with hafnium and zirconium diameter 2.5 mm, their length (pressing depth) 5 mm, the distance in copper from the rods to the cooled surface of the holder-cathode holder was 1.0 mm, the cooling water consumption was 150 g / s The working surface of the hafnium cathode is completely covered with carbon (graphite), and on the working surface of the zirconium carbon cathode there is absolutely no.

На основании этого сделан вывод, что гафниевый катод из проверенной партии в указанных услови х работоспособен, а циркониевый - неработоспособен, что подтвердилось их эксплуатацией в рабочих режимах .Based on this, it was concluded that the hafnium cathode from the tested batch is efficient in the specified conditions, and the zirconium cathode is inoperable, which was confirmed by their operation in operating conditions.

Пример 2. Определ ли работоспособность гафниевых катодов тех же параметров , что и приведенные в примере 1 с вод ным и воздушным охлаждением, при горении дуги на токе 400А в плазмообразующей среде, образованной воздухом. Дл этого зажигали дугу в плазмообразующей смеси воздуха с 1000 л/ч пропана сначала на катоде с вод ным охлаждением, а затем на катоде с воздушным охлаждением. Через 2-3 мин дугу выключали и визуально исследовали рабочую поверхность каждого катода.Example 2. The operability of hafnium cathodes of the same parameters as those given in example 1 with water and air cooling was determined when the arc was burning at a current of 400 A in a plasma-forming medium formed by air. For this, an arc was ignited in a plasma-forming air mixture with 1000 l / h of propane, first at the cathode with water cooling and then at the cathode with air cooling. After 2-3 minutes, the arc was turned off and the working surface of each cathode was visually examined.

Прн осмотре вы снилось, что рабоча поверхность катода с вод ным охлаждением полностью покрыта углеродом, т. е. он работоспособен , а на рабочей поверхности катода с воздушным охлаждением углерод отсутствует, т. е. в указанных услови х он неработоспособен. Сделанный вывод подтвердилс дальнейшей эксплуатацией катодов в рабочих услови х, т. е. без углеводородов .It was found that the working surface of the cathode with water cooling is completely covered with carbon, i.e. it is efficient, and there is no carbon on the working surface of the air cooled cathode, i.e. it is inoperable under the specified conditions. This conclusion was confirmed by the further operation of the cathodes under operating conditions, i.e., without hydrocarbons.

Пример 3. Определ ли работоспособность стержневых вольфрамовых анодов дуги на токе 1000А в плазмообразующей среде, образованной аргоном, которые были запрессованы в виде стержней диаметром 55 мм и длиной 3 мм в медные водоохлаждаемые обоймы-анододержатели, в зависимости от рассто ни по меди от вольфрама до водоохлаждаемой поверхности медной обоймы при двух значени х этого рассто ни : 0,5 и 5,0 мм.Example 3. The efficiency of rod tungsten anodes of an arc at a current of 1000A in a plasma-forming medium formed by argon, which were pressed in the form of rods 55 mm in diameter and 3 mm long into copper water-cooled anode-holders, was determined depending on the distance from copper from tungsten to the water-cooled surface of the copper casing at two values of this distance: 0.5 and 5.0 mm.

С этой целью каждый из исследованных анодов устанавливали в качестве катода плазматрона и зажигали на нем дугу наTo this end, each of the investigated anodes was installed as the cathode of the plasmatron and ignited an arc on it

токе 1000А в плазмообразующей среде, в которую нар ду с аргоном ввод т моноокись углерода с расходом 700 л/ч, при прочих равных услови х.current 1000A in a plasma-forming medium, in which, along with argon, carbon monoxide is introduced at a flow rate of 700 l / h, ceteris paribus.

Прн рассто нии 0,5 мм вс рабоча поверхность вольфрамового электрода покрыта углеродом в виде коронки, т. е. электрод работоспособен. При рассто нии 5 мм углерод покрывает лишь небольщую частьAt a distance of 0.5 mm, the working surface of the tungsten electrode is coated with carbon in the form of a crown, i.e., the electrode is operational. At a distance of 5 mm, carbon covers only a small part.

рабочей поверхности электрода, вл ющегос неработоспособным.working surface of the electrode, which is inoperable.

Технико-экономическа эффективность предлагаемого способа состоит в резком сокращении, не менее чем в 30-40 раз,Technical and economic efficiency of the proposed method consists in a sharp reduction of at least 30-40 times,

времени определени работоспособности электродов и обусловленна этим экономи времени, труда и материалов. time determination of the performance of the electrodes and the resulting saving of time, labor and materials.

Claims

1. Zhukov MF, Smolkov V. Ya., Uryukov B. A. Electric arc gas heaters. M., Science, 1973, p. 167.

2. Bykhovsky DG Plasma cutting. M., Mashchinostroenie, 1972, p. 88, 91.

3. Bykhovsky DG and Medvedev A. Ya. Elements of the IVA group as thermochemical cathodes of the plasmatron - “Electrical industry, series“ Electric welding, 1972, vol. 2, s. 8-10 (prototype).