SU919839A2 - Неплав щийс электрод дл дуговых процессов - Google Patents

Description

(54) НЕПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ

. Изобретение относитс  к электро«дуговой обработке и может быть применено при плазменной резк.е, сварке наплавке металлов, их выплавке в металлургии . , : . По основному авт. св. № 841871 известен неплав пдайс  электрод дл  дуговых процессов, содержащий обойму с расположенной в ней трубкой дл  подачи охлаждающей среды и закреплен кую на торце обоймы активную вставку, выполненную в виде усеченного конуса, сужакнцегос  к рабочему торцу элейтрода и имеющего со сторона охлаждени  углубление. Электрод снабжен корпусом и размещенной внутри него трубкой , установленными коаксиапьна обойме и образующими кольцевые полости дл  дополнительного охлаждени  встйвки , а углубление выполнено в виде шарового сегмента р. В, описании основного изобретени  не указаны параметры заглублени  шаро вого сегмента. Между тем, проведенные дополнительные расчеты температурных полей в неплав щемс  электроде при использовании его в качестве катода дуги посто нного тока, гор щей на токе 1000 А в смеси природного н углекислого газов, и коэффициенте теплоотдачи к охлаждающей воде град показали, что размеры шарового сегмента, а именно его высота Hj и дааметр основани  d,  вл ютс  важными параметрами, в,пи мщиг ми на характер распределени  и максимальные значени  температур как в активной вставке, так и в обойме, что в свою очередь определ ет величину предельных тепловых нагрузок, выше которых происходит разрушение коиструкции :катода вследствие перегрева материала выставки или обойь ||, а также ресурс работы катода. Целью изобретени   вл етс  повышение ресурса работы электрода путем увеличени  его термостойкости

при эксплуатации на повьппенных тепловых нагрузках.

Цель достигаетс  тем, что высота шарового сегмента равна 0,3-0,7 высоты активной вставки, а диаметр основани  шарового сегмента 0,8-1,05 диаметра рабочего торца активной вставки.

На фиг, 1 изображена конструкгщ  неплав щегос  электрода , на фиг, 2сечение активной вставки электрода.

Неплав щийс  электрод состоит из водоохлаждаемого корпуса 1 и. закрепленной в нем обоймы 2 (на резьбе, на конусной насадке и т.п.), выполненной из тепло- и электропроводного материала, как правило меди высокой чистоты. Коаксиальные полости 3 и 4 служат дл  подачи охпаждак цей катод жидкости к его рабочему участку , В обойме 2 плотно укреплена запрессовкой или пайкой активна  вставка 5, выполненна  в виде усеченного конуса, сужающегос  к участку прив зки на ней приэлектродной области дуги . Поверхность 6 активной вставки 5, обращенна  к полости охлаждени , ш шолнена с заглублением в форме шарового сегмента 7. Н и D - соответственно высота активной вставкн и диаметр ее поверхности на участке прив зки при электродной области ду ги, т.е. со стороны рабочего торца электрода; Н и d - параметры щарового сегмента, соответственно его высота и диаметр основани . Полости 8 и 9 предназначены дл  отвода охлаждаи цей жидкости после сьема тепла с рабочего участка электрода.

Изобретение основано на результатах дополнительных расчетов на ЭВМ W-222 температурных полей в катоде и экспериментальных данных, полученных на jj KpynHeHHo-лабораторной установке ;института Гипроникель.

Испытываютс  активные вставки из графика марки С-1, запрессованные в медные водоохлаждаемые обоймы. Расход охлаждающей воды составл ет 500 г/с. Дл  Охлаждени  используетс  проточ-на  водопроводна  вода, содержаща  как различные примеси (ржавчину, раст воренные ссши), так и растворенный кислород. Исследуемые электроды служат катодами плазмотрона, анодом которого  вл етс  медное водоохлажда- емое сопло с внутренним каналом диаметром 9,0 мм. Дл  испытаний примен - етс  общеприн та  методика повторнократковременных (по 10-15 мин) Зажиганий дуги на токе 500-600 А. Б качестве плазмообразующей среды используетс  смесь природного газа с расходом 3,0 нм /ч и углекислого газа с расходом 5,0 нм /ч, что обеспечивает работу катодов в режиме посто нного возобновлени  из углерода - продукта диссоциации углеводородов этой

смеси. Активные вставки из спектрального чистого графита С-1 катодов в виде усеченных конусов с диаметрами оснований 2,0 и А,5 мм, высотой 3,0мм запрессованы в обоймы из меди марки

5 Ml. Высота шарового сегмента в активной вставке измен етс  от 0,5 до 2,4 мм, а диаметр основани  сегмента - от 1 до 4,5 мм. Охлаждение этих электродов осуществл етс  двум  потоками воды, подаваемыми через центральную полость (со скоростью 12. м/с) и через основную полость (со скоростью 3 м/с). О поведении катодов различных типов суд т по величине тепло-

вого потока в них, величине выгорани  активной вставки, определ емой по ее заглублению в тело медной обоймы и по внешнему виду поверхности прослойки меди, контактирующей с охлаждающей водой .

Активна  вставка катодов, выполненных с заглублением по известной схеме , при высоте шарового сегмента более 2,1 мм (т.е. больше 0,7 высоты активной вставки) или менее 0,9- мм (т.е. менее 0,3 высоты активной вставки ) , а также при диаметре основани  заглублени  менее 1,6 мм (т.е. менее 0,8 диаметра рабочей поверхности вставки) при первых же включени х в выгорает. При этом глубина выгорани  составл ет 0,6-1,5 мм. При высоте заглублени  2,4 мм вставка выгорает полностью и катод разрушаетс . В остальных случа х после выгорани  устанавливаетс  режим посто нного возобновлени  катода. Однако тепловой поток в катод при этом высок и достигает уровн  3,0-4,0 кВт, На поверхности прослойки меди, контактирунщей с охлаждающей водой, по вл етс  пленка телесного цвета диаметром 7-9 мм. Химическим анализом установлено, что в пленке имеютс  окислы железа и меди с низкой теплопроводностью. В р -

Claims (1)

1. де случаев на поверхности медной прослойки , обращенной к активной вставке , имеютс  следы оплавлени . Резуль ,таты испытаний показывают, что проис ходит внезапное разрушение катода после 80-120 включений дуги. Катод, выполненный по предлагаемой схеме, при первом же включении без выгорани активной вставки переходит в режим посто нного возобновлени . Величина теплового потока в катод не превышает 2,5 кВт. На rfoBepxHOCTH меди, кон тактирующей с охлаждающей водой, диаметр темной пленки не превышает 3 мм В таблице представлены данные расчетов температурных полей в электроде в наиболее теплонагруженных точках - в точке А, наход щейс  в центре рабочей поверхности вставки, и в точке С, расположенной в вершине заглублени . Приведенные данные получены дл  катода с диаметрами активной вставки 2- и 4,5 и высотой 3-1 Из данных таблицы следует, что при невыполнении условий 0,3 Н( или d 0,80 (варианты 5 и 7) температура в точке А вьш1е температуры плавлени  графита (3700°С), что прив Эйит к ее выгоранию. Это исключает возможность работы электрода в наиболее благопри тном режиме посто нного возобновлени . При невыполнении услови  Н2 0,7 Н (вариант б) температура в точке С вьшхе температуры плавлени  меди (1083 С), что приводит к механическому разрушению кон струкции. При соблюдении указанных размеров заглублени  (варианты 1-4) температуры в точке Айв точке С не превышают предельно допустимых дл  ма:териалов вставки и обоймь. Аналоги ные зависимости сохран ютс  и дл  ка тодов, имеющих иные геометрические размеры. Результаты экспериментальной проверки подтверждают правильность определени  граничных значений параметров заглублени . Физически вли ние указанных параметров шарового сегмента на характер распределени  температур в активной вставке и водоохпаждаемой обойме объ  сн етс  следующим образом. За счет конической формы активной вставки тепловой поток от дуги, первоначально направленный вдоль оси катода, как бы отражаетс  от боковых поверхностей конуса и значительна  его часть направл етс  радиально , что позвол ет эффективно использовать дополнительное боковое охлаждение катода, осуществл емое нар ду с центральным, в св зи с наличием двух полостей охлаждени . Однако увеличение линейных размеров активной вставки , обусловленное расширением конической поверхности по мере удалени  от рабочей поверхности, помимо положительного эффекта экранировани  центральной части водоохлаждаемой поверхности обоймы приводит к перегреву центральной части активной вставки вследствие значительно более низкой теплопроводности ее материала по сравнению с материалом обоймы. Наличие заглублени  на поверхности активной вставки, обращенной к полости охлажде1ш , позвол ет с одной стороны улучшить услови  охлаждени  центральной части активной вставки за счет уменьшени  рассто ни  от рабочей поверхности вставки до водоохлаждаемой обоймы, с другой стороны приводит к более равномерному распределению температуры на центральной водоохлаждаемой поверхности обойиы за счет увеличени  поверхности ее контакта с активной вставкой. Таким образом, параметры шарового сегмента оказывают вли ние как на характер распределени  температур в активной вставке и водоохпаждаемой обойме, так и на значени  максимальных температур в этих наиболее теплонагруженных элементах конструкции электрода. Выбира  параметры шарового сегмента соответствующим образом, можно обеспечить работу электрода без превьш1ени  предельных температур . как дд  материала активной вставки, так и дл  материала обоймы. ; Использование изобретени  позвол ет увеличить термостойкость конструкии неплав щегос  электрода и ресурс его работы на повышенных тепловых нагрузках . Число включений без разрушени  катода увеличиваетс  до 280-320. Температура в хардктерных точках,С Формула изобретени  Неплав щийс  электрод дл  дуговых, прЬцессов по авт. св. № 841871, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  ресурса работы эле:ктрода путем увеличени  его термостойкости при эксплуатации на повьшенных тепловых нагрузках, высота шароHj ,-0,3 Н, ; 4,-0,7 Н,,5 R,; Hj-0,5 ,25 ,75 Н,; .З Н, d-1,050; d-l,050;d-0,8D; d-l,dO; d-1,050; ,050; d-0,750 вого сегмента равна 0,3-0,7 высоты активной вставки, а диаметр основани  шарового сегмента 0,8-1,05 диаметра рабочего торца активной вставки. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по за вке V 2630651/25-27, 1978.