SU860357A1 - Plasma generator - Google Patents

Plasma generator Download PDF

Info

Publication number
SU860357A1
SU860357A1 SU782611730A SU2611730A SU860357A1 SU 860357 A1 SU860357 A1 SU 860357A1 SU 782611730 A SU782611730 A SU 782611730A SU 2611730 A SU2611730 A SU 2611730A SU 860357 A1 SU860357 A1 SU 860357A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrodes
arc
plasma
electrode
plasma torch
Prior art date
Application number
SU782611730A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Семенович Решетько
Анатолий Григорьевич Бондаренко
Вячеслав Владимирович Засецкий
Евгений Григорьевич Воропаев
Петр Викторович Ченцов
Сергей Викторович Волков
Original Assignee
Тульский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
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 Тульский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт filed Critical Тульский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
Priority to SU782611730A priority Critical patent/SU860357A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU860357A1 publication Critical patent/SU860357A1/en

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Description

(54) ПЛАЗМОТЮН(54) PLASMOTUN

1one

Изобретение относитс  к машиностроению, более конкретно - к устройствам, генерир5Ш)щим плазму дл  нагрева и обработки поверхностей различных изделий, дл  обработки непровод щих материалов, и может найти применение в машиностроении дл  закалки, отжига, поверхностной обработки и упрочнени  металлических . изделий, а также в металлургии дл  плазменного переплава металлов.The invention relates to mechanical engineering, more specifically to devices generating plasma for heating and surface treatment of various products, for the treatment of non-conductive materials, and may find application in mechanical engineering for quenching, annealing, surface treatment and hardening of metal. products, as well as in metallurgy for plasma remelting of metals.

Известные электродуговые плазмотроны предназначены дл  обработки металлических поверхностей плазменной струей. Они содержат охлаждаемый катодный узел, корпус, одновременно  вл ющийс  изол тором и сопловой узел со сменной вставкой, в которой происходит формирова1ше плазменной струи 1.Known electric arc plasma torches are designed to treat metal surfaces with a plasma jet. They contain a cooled cathode assembly, a housing, which is at the same time an insulator and a nozzle assembly with a replaceable insert, in which the plasma jet 1 is formed.

Недостатком таких плазмотронов  вл етс  получение струи плазмы небольших геометри ческих размеров, что не позвол ет обработать большие поверхности и получить высокую производительность при обработке прот женных металлических и неметаллических поверхностей. KpOFvie того, истечеште плазменной струи прюисход .т с высокой скоростью, котора  вместе сThe disadvantage of such plasmatrons is the obtaining of a plasma jet of small geometrical dimensions, which does not allow to treat large surfaces and to obtain high performance when processing extended metallic and nonmetallic surfaces. KpOFvie addition, expire the plasma jet at high speed, which together with

п тном, по вл ющимс  на изделии, вызывает разрушение поверхности, возникает эффект резки, что требует специальных мер дл  снижени  скорости истечени  струи юш температуры , а это уменьшает тепловой КПД плазмотрона . Неметаллические издели  такие плазмотроны вообще не могут обрабатывать. the spot appearing on the product causes the destruction of the surface, a cutting effect occurs, which requires special measures to reduce the rate of outflow of the stream of yush, and this reduces the thermal efficiency of the plasma torch. Non-metal products such plasma torches can not handle.

Известен плазмотрон, который состоит из двух кольцевых электродов, расположенных параллельно друг другу, соленоида посто нного тока, охватывающего оба электрода, и корпуса. Нлазмообразующий газ подают в промежуток между электродами и нагревают вращающейс  дугой. Дуга вращаетс  под воздействием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействи  тока дуги и магнитного пол , создаваемого соленоидом. За счет врашеШ1Я дуга охватьшает значительную поверхность 2j.A plasma torch is known, which consists of two annular electrodes arranged parallel to each other, a DC solenoid encompassing both electrodes, and a housing. Nlama-forming gas is fed into the gap between the electrodes and heated by a rotating arc. The arc rotates under the influence of electrodynamic forces resulting from the interaction of the arc current and the magnetic field created by the solenoid. Due to the above arc, a large surface 2j is covered.

Недостатком такого плазмотрона  вл етс  трудность обработки плоских и профилированных прот женных поверхностей из-за громоздкости его конструкции, что снижает проиэводательность . Кроме того, дуга в плазмотроне располагаетс  на значительном рассто нии от обрабатываемой поверхности и, как следствие этого , тегоговой КПД такого плазмотрона низок. Известен также плазмотрон, содержащий электрод, выполненный в виде спирали с токоподвод щим концом и шагом, изме1шн)1димс  по закону у-кх Д, где у - шаг незамкнутой спирали, к - коэффивдент пропорциональности, X - рассто ние от токоподвод щего конца вдоль спирали электрода 3. Недостатком данного плазмотрона  вл етс  невозможность обработки им нетокопровод щих материалов. Цель изобретени  - повышение производительности труда при обработке нетокопровод щих материалов. Данна  цепь достигаетс  тем, что в плазмотрон , содержащий электрод, выполненный в виде спирали с токоподвод щим. концом и ща гом, измен ющимс  по закону , где у - шаг незамкнутой спирали, к - коэффициент пропордаональности, х - рассто ние от ток подаод щего конца вдоль спирали, введен дополнительный электрод, установленный внутри основного и выполненный в виде незамкнутого тора с токоподвод щим концом, причем нетокоподвод щие концы основного и дополнительного электродов расположены на рассто нии большем, чем токоподвод щие. Выполнение электродов по предлагаемой конструкции позвол ет наиболее полно использовать пондеромоторные силы, которые действуют на дугу. плотность сил равна , где j - плотность тока; В - напр женность магнитного пол . Сила F направлена перпендикул рно к век торам плотности тока и напр женности магнитного пол . Дуга стремитс  зан ть такое положение , чтобы индуктивность цени была максимальна , дл  этого и делаетс  разрез в электроде в виде тора.1 Предварительный расчет напр женности магнитного пол  показал, что если рассто ние между электродами будет измен тьс  ПО закону у-кх , то пондеромоторна  сила, действующа  на дугу от собственного магнитного пол , будет максимальна. Дуга под действием этой силы перемещаетс  с макси мальной скоростью от токоподвода вдоль электродов. Экспериментальна  проверка подтвердила указаю1ЫЙ выше закон. Быстрое перемеще1ше дуги между электрода ми позвол ет нагревать прот женные поверхнос ти изделий с высокой скоростью, не разруша  их поверхность. Така  дуга эквивалентна распределенному источнику тепла. На фиг. 1 изображен плазмотрон, общий ви разрез; на фиг. 2 - то же, вид снизу. Плазмотрон состоит из спиралевидного электрода 1, который охлаждаетс , электрода 2 7-4 выполненного в виде разомкнутого тора с разрывом в месте токоподвода, охлаждаемого водой . Причем рассто ние между электродами мен етс , так как один из электродов вьшолйен с шагом, измен ющимс  по закону ai л у-к X . Электроды 1 и 2 закреплены в корпусе 3, выполненном из термостойкого материала с помощью штуцеров 4 и 5. Каналы 6 служат Дл  подачи плазмообразующего газа через штуцер 7. Подвод воды дл  охлаждени  электродов осуществл етс  через штуцеры 8 и 9. Они же  вл ютс  и токоподвод щими концами электродов (на чертеже условно показан подвод и вывод охлаждающей воды в электроды и подача плазмообразующего газа). Плазмотрон работает следующим образом. В электроды I и 2 подают охлаждающую воду, через штуцер 7 по каналам 6 поступает плазмообразующий газ (азот, углекислый газ и т. д.). Электрода 1 и 2 через штуцеры 8 и 9 подключают к источнику питани , одновременно к этим же полюсам подключают и осцилл тор. Происходит пробой промежутка между электродами 1 и 2, в результате чего возникает электрическа  дугд, котора  по действием пондеромоторных сил перемещаетс  между электродами 1 и 2, начина  с места токоподвода. Таким образом , чтобы индуктивность цепи была максимальна , изменение рассто ни  между электродами должно соответствовать закону у-к к , что позвол ет наиболее полно использовать пондеромоторные силы. Возникаюша  электрическа  дуга, перемеща сь между электродами 1 и 2, нагревают плазмомообразуюшлй газ, который нагревает.изделие. . Дуга перемещаетс  до конца спиралевидного электрода 1, где гаснет с подачей сгустка плазмы в наименьший промежуток между электродами 1 и 2 дл  облегчени  повторного зажигани  душ. Скорость перемещени  дуги при переменном токе 200-600 А достигает 100- 600 м/с (определ лось с помощью скоростной киносъемки). Поскольку осцилл тор посто нно включен между электродами 1 и 2, после погасани  на конце электрода 1 дуга снова возникает в точке наименьщего рассто ни  между электродами и цикл повтор етс . Так как длина электрода довольно велика, то дуга проходит по относительно больщой площади и нагревает значительный объем газа, который нагревает обрабатываемую поверхность за относительно короткое врем . Это позвол ет осуществл ть нагрев больших прот же1шых поверхностей , что повышает производительности труда, приводит к более равномерному нагреву, что повышает качество термообработки.The disadvantage of such a plasma torch is the difficulty of processing flat and profiled extended surfaces due to the bulkiness of its design, which reduces productivity. In addition, the arc in the plasma torch is located at a considerable distance from the surface to be treated and, as a consequence, the tag efficiency of such a plasma torch is low. Also known is a plasma torch containing an electrode made in the form of a helix with current-carrying end and pitch, measuring 1) Dims according to the law ykx D, where y is the step of the open helix, k is the coefficient of proportionality, X is the distance from the current-carrying end along the helix electrode 3. The disadvantage of this plasmatron is the impossibility of treating it with nonconductive materials. The purpose of the invention is to increase labor productivity in the processing of non-conducting materials. This circuit is achieved by the fact that a plasma torch containing an electrode made in the form of a spiral with a current lead. by the end and the root, varying according to the law, where y is the step of an unclosed spiral, k is the coefficient of proportionality, x is the distance from the current of the feed end along the spiral, an additional electrode is inserted, installed inside the main one and made in the form of an open torus the end, and the non-feed ends of the main and auxiliary electrodes are located at a distance greater than the current lead. The construction of electrodes according to the proposed design allows the fullest use of the ponderomotive forces that act on the arc. the density of forces is equal to, where j is the current density; B - magnetic field intensity. The force F is directed perpendicularly to the current density and magnetic field strength vector. The arc tends to occupy such a position that the value inductance is maximum, for this purpose a cut is made in the electrode as a torus.1 A preliminary calculation of the magnetic field strength showed that if the distance between the electrodes changes according to the law y-x, then the ponderomotive the force acting on the arc from its own magnetic field will be maximum. The arc under the action of this force moves with a maximum speed from the current lead along the electrodes. Experimental verification confirmed the above specified law. The rapid movement of the arc between the electrodes allows one to heat the extended surfaces of the products at high speed without destroying their surface. This arc is equivalent to a distributed heat source. FIG. 1 shows a plasma torch, a common vi cut; in fig. 2 - the same, bottom view. The plasma torch consists of a spiral electrode 1, which is cooled, an electrode 2 7-4 made in the form of an open torus with a break in the place of the current lead, cooled by water. Moreover, the distance between the electrodes varies, since one of the electrodes is molar with a step varying according to the law ai l yk X. Electrodes 1 and 2 are fixed in a housing 3 made of heat-resistant material using fittings 4 and 5. Channels 6 serve to supply plasma-forming gas through fitting 7. Water is supplied to cool the electrodes through fittings 8 and 9. They are also a current lead the ends of the electrodes (the drawing conventionally shows the supply and output of cooling water to the electrodes and the supply of plasma-forming gas). The plasma torch works as follows. Cooling water is supplied to electrodes I and 2, plasma-forming gas (nitrogen, carbon dioxide, etc.) flows through nozzle 7 through channels 6. Electrodes 1 and 2 are connected to the power source through unions 8 and 9, and an oscillator is also connected to the same poles. The gap between the electrodes 1 and 2 is broken, as a result of which an electrical arc arises, which, by the action of ponderomotive forces, moves between the electrodes 1 and 2, starting from the point of the current supply. Thus, in order to maximize the inductance of the circuit, the change in the distance between the electrodes must comply with the law yk, which allows the most complete use of the ponderomotive forces. The resulting electric arc, moving between electrodes 1 and 2, heats the plasma-forming gas, which heats the product. . The arc travels to the end of the helix electrode 1, where it is extinguished with the flow of the plasma clot into the smallest gap between the electrodes 1 and 2 to facilitate re-ignition of the shower. The speed of the arc movement with an alternating current of 200-600 A reaches 100-600 m / s (determined with the help of high-speed filming). Since the oscillator is permanently connected between the electrodes 1 and 2, after the extinction at the end of the electrode 1, the arc reappears at the point of shortest distance between the electrodes and the cycle repeats. Since the length of the electrode is quite long, the arc passes through a relatively large area and heats a significant amount of gas, which heats the surface to be treated in a relatively short time. This allows heating of large, flat surfaces, which increases labor productivity, leads to more uniform heating, which improves the quality of heat treatment.

Плазмотрон предлагаемой конструкции позвол ет повысить производительность труда при плазменной термообработке прот женных неэлектропроводных поверхностей в 5-8 раз. Кроме того, упрощаетс  сама конструкци  плазмотрона , уменьшаютс  его габариты, достигаетс  равномерный нагрев обрабатьгоаемой поверхности , увеличиваетс  тепловой КПД. Экономический эффект от внедрени  данного плазмотрона составит 35. тыс. pyi6. в год.The plasma torch of the proposed design makes it possible to increase labor productivity in plasma heat treatment of extended non-conductive surfaces by 5–8 times. In addition, the design of the plasmatron is simplified, its dimensions are reduced, uniform heating of the surface to be treated is achieved, and the thermal efficiency is increased. The economic effect from the introduction of this plasma torch will be 35. thousand pyi6. in year.

Claims (3)

1.Патент Великобритании N 1268843, кл. Н 05 Н 4/10, 1970.1. The UK patent N 1268843, cl. H 05 H 4/10, 1970. 2.Жуков М. Ф. и др. Электродуговые нагреватели газа. М., Наука, 1973, с. 25.2. Zhukov MF, etc. Electric arc gas heaters. M., Science, 1973, p. 25 3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2581266/25-27, 20.02.78.3. USSR author's certificate on application no. 2581266 / 25-27, 20.02.78. водаwater фиг.Чfig.Ch Вид АType A QJuz. 2QJuz. 2
SU782611730A 1978-05-04 1978-05-04 Plasma generator SU860357A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782611730A SU860357A1 (en) 1978-05-04 1978-05-04 Plasma generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782611730A SU860357A1 (en) 1978-05-04 1978-05-04 Plasma generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU860357A1 true SU860357A1 (en) 1981-08-30

Family

ID=20762927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU782611730A SU860357A1 (en) 1978-05-04 1978-05-04 Plasma generator

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU860357A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3324334A (en) Induction plasma torch with means for recirculating the plasma
US3194941A (en) High voltage arc plasma generator
US3153133A (en) Apparatus and method for heating and cutting an electrically-conductive workpiece
US3484575A (en) Pulsed welding and cutting by variation of composition of shielding gas
US4355262A (en) Electric arc apparatus
US3102946A (en) Electric arc torch
US6998574B2 (en) Welding torch with plasma assist
US3660630A (en) High temperature heating
US3663792A (en) Apparatus and method of increasing arc voltage and gas enthalpy in a self-stabilizing arc heater
US3205338A (en) Equipment for forming high temperature plasmas
Tazmeev et al. Formation of powerful plasma flow from substance of liquid electrolyte cathode
US2964679A (en) Arc plasma generator
JP4250422B2 (en) Plasma welding method
US4278868A (en) Methods and apparatus for heating metal parts with magnetically driven travelling electric arc
SU860357A1 (en) Plasma generator
NO135402B (en)
US4219722A (en) Methods and apparatus for heating metal parts with magnetically driven travelling electric arc
SU847533A1 (en) Blasmotron for treatment of electroconducting materils
US3173981A (en) Arch torch furnacing means and process
US3615924A (en) Process and apparatus for surface hardening hardenable steels
RU2682553C1 (en) Electrode for arc melting of metals
US3576422A (en) Preionizing welding apparatus
Tanaka et al. Effect of anode heat transfer on melted penetration in welding process by free-burning argon arc
RU2163424C1 (en) Device for dynamic plasma treatment of articles
Tazmeev et al. Application of gas discharge with liquid electrolytic cathode to create flow of steam-water plasma