RU2369050C1 - Arc plasmatron nozzle - Google Patents
Arc plasmatron nozzle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369050C1 RU2369050C1 RU2008103490/06A RU2008103490A RU2369050C1 RU 2369050 C1 RU2369050 C1 RU 2369050C1 RU 2008103490/06 A RU2008103490/06 A RU 2008103490/06A RU 2008103490 A RU2008103490 A RU 2008103490A RU 2369050 C1 RU2369050 C1 RU 2369050C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- conic
- sleeve
- arc
- bush
- Prior art date
Links
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 title abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области косвенного нагрева объектов электродуговым разрядом, а именно к устройствам для генерирования плазмы, к дуговым плазмотронам, в частности используемым в металлургии для получения сферических порошков и гранул.The invention relates to the field of indirect heating of objects by electric arc discharge, and in particular to devices for generating plasma, to arc plasma torches, in particular used in metallurgy to obtain spherical powders and granules.
Известны сопла дуговых плазмотронов, представляющие собой металлический корпус с кольцевой полостью для охлаждения сопла и сопловой канал для выхода дуговой плазмы, выполненный в корпусе сопла соосно с кольцевой полостью (см., например, книгу Фарнасова Г.А. и др. «Плазменная плавка». М., «Металлургия», 1968, стр.71). Сопловой канал является наиболее нагруженным элементом дугового плазмотрона и подвержен термической эрозии. Обычно корпус сопла изготавливают из меди, металла с наилучшей теплопроводностью, но медь представляет из себя вредную примесь для большинства сплавов.Known arc plasma torch nozzles, which are a metal body with an annular cavity for cooling the nozzle and a nozzle channel for the exit of the arc plasma, made in the nozzle body coaxially with the annular cavity (see, for example, the book by G. Farnasov and others. "Plasma melting" . M., "Metallurgy", 1968, p. 71). The nozzle channel is the most loaded element of the arc plasmatron and is subject to thermal erosion. Typically, the nozzle body is made of copper, metal with the best thermal conductivity, but copper is a harmful impurity for most alloys.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по сущности и совокупности признаков является сопло дугового плазмотрона, содержащее металлический корпус с кольцевой полостью для охлаждения сопла и термостойкую коническую втулку с каналом для выхода плазмы, которая закреплена в коническом гнезде, выполненном в корпусе сопла соосно с кольцевой полостью (см. патент США №2951143, кл. 219-75, 1960). Втулку с рабочим сопловым каналом изготавливают из материала, продукты эрозии которого безвредны для обрабатываемой продукции, например данный материал является одним из компонентов сплава получаемого порошка.The closest to the proposed technical solution in essence and combination of features is an arc plasmatron nozzle containing a metal casing with an annular cavity for cooling the nozzle and a heat-resistant conical sleeve with a plasma outlet channel, which is fixed in a conical socket made in the nozzle body coaxially with the annular cavity ( see US patent No. 2951143, CL 219-75, 1960). A sleeve with a working nozzle channel is made of a material whose erosion products are harmless to the processed product, for example, this material is one of the components of the alloy of the resulting powder.
Однако в устройстве-прототипе значительно хуже условия отвода тепла от соплового канала из-за большого теплового сопротивления в зоне контакта втулки с корпусом, что приводит к перегреву и ускоренному износу соплового канала. Это вынуждает прибегать к соединению двух разнородных материалов методом высокотемпературного спекания в среде инертного газа. Однако указанный метод требует уникального и сложного оборудования - газостата, что делает производство подобных сопел малодоступным и дорогостоящим.However, in the prototype device, the conditions for heat removal from the nozzle channel are much worse due to the large thermal resistance in the contact zone of the sleeve with the housing, which leads to overheating and accelerated wear of the nozzle channel. This compels us to resort to the joining of two dissimilar materials by high-temperature sintering in an inert gas medium. However, this method requires unique and sophisticated equipment - a gas thermostat, which makes the production of such nozzles inaccessible and expensive.
Заявляемое изобретение направлено на достижение технического результата и на решение задачи снижения трудоемкости изготовления и стоимости сопла дугового плазмотрона, а также повышения чистоты продукции, получаемой посредством плазменного нагрева данным соплом.The invention is aimed at achieving a technical result and solving the problem of reducing the complexity of manufacturing and the cost of an arc plasmatron nozzle, as well as increasing the purity of products obtained by plasma heating of this nozzle.
Эта задача решается тем, что сопло дугового плазмотрона, содержащее металлический корпус с кольцевой полостью для охлаждения сопла и термостойкую коническую втулку с каналом для выхода плазмы, которая закреплена в коническом гнезде, выполненном в корпусе сопла соосно с кольцевой полостью, отличается от известных решений тем, что коническая втулка выполнена из материала, имеющего коэффициент теплового расширения по величине меньше, чем коэффициент теплового расширения металла, из которого выполнен корпус сопла, при этом коническая втулка выступает из конического гнезда в корпусе с возможностью последующего углубления ее в гнездо при нагревании в процессе диффузионной сварки втулки с корпусом.This problem is solved in that the arc plasma torch nozzle containing a metal casing with an annular cavity for cooling the nozzle and a heat-resistant conical sleeve with a plasma outlet channel, which is fixed in a conical socket made in the nozzle casing coaxially with the annular cavity, differs from the known solutions in that that the conical sleeve is made of a material having a coefficient of thermal expansion smaller than the coefficient of thermal expansion of the metal of which the nozzle body is made, while the conical sleeve it protrudes from a conical socket in the housing with the possibility of its subsequent deepening into the socket when heating the sleeve with the housing during diffusion welding.
Целесообразно сопло дугового плазмотрона выполнить с конусностью посадки втулки в гнездо корпуса в пределах от 1:50 до 1:200. Кроме того, целесообразно корпус сопла плазмотрона выполнить из меди, а коническую втулку - из молибдена.It is advisable to perform the nozzle of the arc plasma torch with the taper of the sleeve landing into the housing socket in the range from 1:50 to 1: 200. In addition, it is advisable to make the nozzle of the plasma torch nozzle made of copper, and the conical sleeve from molybdenum.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено сопло дугового плазмотрона в разрезе по его оси.The invention is illustrated by the drawing, which shows the nozzle of the arc plasmatron in section along its axis.
Сопло 1 дугового плазмотрона содержит металлический корпус 2 с кольцевой полостью 3 для охлаждения сопла и термостойкую коническую втулку 4 с каналом 5 для выхода плазмы. Втулка 4 закреплена в коническом гнезде 6, выполненном в корпусе 2 соосно с кольцевой полостью 5. Корпус 2 также снабжен бортиком 7 для прикрепления сопла 1 к плазмотрону (не показан) и стыковочными поверхностями 8 и 9 для герметизации кольцевой водоохлаждаемой полости 5.The nozzle 1 of the arc plasma torch contains a metal casing 2 with an annular cavity 3 for cooling the nozzle and a heat-resistant conical sleeve 4 with a channel 5 for plasma output. The sleeve 4 is fixed in a conical socket 6, made in the housing 2 coaxially with the annular cavity 5. The housing 2 is also provided with a collar 7 for attaching the nozzle 1 to the plasma torch (not shown) and connecting surfaces 8 and 9 for sealing the annular water-cooled cavity 5.
Новым у предлагаемого сопла является то, что коническая втулка 4 выполнена из материала, имеющего коэффициент теплового расширения по величине меньше, чем коэффициент теплового расширения металла, из которого выполнен корпус 2 сопла. При этом втулка 4 выступает из конического гнезда 6 на величину h с возможностью последующего углубления ее в гнездо 6 при нагревании в процессе диффузионной сварки втулки 4 с корпусом 2.New to the proposed nozzle is that the conical sleeve 4 is made of a material having a coefficient of thermal expansion in magnitude smaller than the coefficient of thermal expansion of the metal from which the nozzle body 2 is made. In this case, the sleeve 4 protrudes from the conical socket 6 by a value of h with the possibility of its subsequent deepening into the socket 6 when heating the sleeve 4 with the housing 2 during diffusion welding.
Сопло дугового плазмотрона согласно данному техническому решению изготавливают в следующей последовательности.The nozzle of the arc plasma torch according to this technical solution is made in the following sequence.
Элементы сопла 1 - корпус 2 и втулку 4 - вытачивают на токарном станке. Корпус изготавливают из меди, имеющей наилучшие показатели электро- и теплопроводности в сравнении с другими конструкционными материалами. Коэффициент теплового расширения меди составляет α=165·10-6К-1. Втулку изготавливают из термостойкого материала например, из графита или тугоплавкого металла. При использовании данного сопла в процессе получения порошков из жаропрочных сплавов на никелевой основе целесообразно изготовить втулку из молибдена, который является компонентом упомянутых жаропрочных сплавов. В этом случае продукты эрозии соплового канала 5 в виде частиц молибдена не загрязняют получаемый порошок. Коэффициент теплового расширения молибдена составляет α=5,2·10-6К-1, то есть почти в три раза меньше, чем у меди.The elements of the nozzle 1 - the housing 2 and the sleeve 4 - grind on a lathe. The case is made of copper, which has the best indicators of electrical and thermal conductivity in comparison with other structural materials. The coefficient of thermal expansion of copper is α = 165 · 10 -6 K -1 . The sleeve is made of heat-resistant material such as graphite or refractory metal. When using this nozzle in the process of producing powders from heat-resistant nickel-based alloys, it is advisable to make a sleeve of molybdenum, which is a component of the mentioned heat-resistant alloys. In this case, the erosion products of the nozzle channel 5 in the form of molybdenum particles do not pollute the resulting powder. The coefficient of thermal expansion of molybdenum is α = 5.2 · 10 -6 K -1 , that is, almost three times less than that of copper.
Сопло 1 в собранном виде, как показано на фиг.1, помещают в вакуумную нагревательную печь и нагревают в вакууме до 800-1000°С. Вследствие разницы в коэффициентах теплового расширения металлов, из которых выполнены корпус 2 и втулка 4, образуется кольцевой зазор между указанными деталями. Втулка 4 опускается вглубь конического гнезда 6 под действием собственного веса или с использованием внешней силы, например груза. Поскольку данная операция происходит в вакууме, где отсутствуют окисление сопрягаемых поверхностей, и при высоких температурах, то происходит диффузионная сварка деталей 4 и 2, то есть их сращивание с взаимным проникновением частиц разных металлов в зоне контакта.The nozzle 1 in the assembled form, as shown in figure 1, is placed in a vacuum heating furnace and heated in vacuum to 800-1000 ° C. Due to the difference in the thermal expansion coefficients of the metals of which the housing 2 and the sleeve 4 are made, an annular gap is formed between these parts. The sleeve 4 is lowered deep into the conical socket 6 under the action of its own weight or using external force, such as cargo. Since this operation takes place in a vacuum, where there is no oxidation of the mating surfaces, and at high temperatures, diffusion welding of parts 4 and 2 occurs, that is, they merge with the mutual penetration of particles of different metals in the contact zone.
После охлаждения сопла коническая поверхность гнезда 6 обжимает втулку 4. Образуется соединение этих двух деталей с натягом, подобное горячепрессованной посадке. При конусности соединения более 1:50 осевая составляющая силы обжатия, выталкивающая втулку из гнезда, приводит к сдвигу втулки и к значительному снижению прочности соединения. При конусности менее 1:200 величина выступа h излишне увеличивается и даже оказывается соизмеримой с длиной втулки 4, что затрудняет сборку изделия в холодном состоянии.After cooling the nozzle, the conical surface of the socket 6 compresses the sleeve 4. Formed connection of these two parts with an interference fit, similar to a hot-pressed fit. When the connection taper is more than 1:50, the axial component of the compression force pushing the sleeve out of the socket leads to a shift of the sleeve and to a significant decrease in the strength of the connection. With a taper of less than 1: 200, the protrusion value h unnecessarily increases and even turns out to be commensurate with the length of the sleeve 4, which complicates the assembly of the product in a cold state.
Предлагаемое сопло может быть изготовлено другим способом. На токарном станке вытачивают заготовки корпуса 2 и втулки 4 без элементов 3; 5; 7; 8; 9, но с окончательной обработкой конусных поверхностей гнезда 6 и втулки 4. Обе заготовки собирают и подвергают нагреву в вакууме, как это изложено в первом примере изготовления. После охлаждения сваренные заготовки обрабатывают до окончательных размеров сопла. В этом случае обеспечивается более точное изготовление сопла, чем в первом примере, поскольку устраняются возможные термические деформации.The proposed nozzle can be made in another way. On a lathe, workpieces of the housing 2 and bushings 4 without elements 3 are machined; 5; 7; 8; 9, but with the final processing of the conical surfaces of the socket 6 and the sleeve 4. Both blanks are collected and subjected to heating in vacuum, as described in the first manufacturing example. After cooling, the welded workpieces are processed to the final nozzle dimensions. In this case, a more accurate manufacture of the nozzle is ensured than in the first example, since possible thermal deformations are eliminated.
Преимуществом данного технического решения перед прототипом является снижение трудоемкости изготовления и стоимости изделия за счет использования более доступного и дешевого оборудования для изготовления сопел. Так, небольшие вакуумные нагревательные печи есть почти в любой испытательной лаборатории металлургического производства. Для достижения того же технического результата методом высокотемпературного спекания в среде инертного газа необходимо уникальное, громоздкое, дорогое оборудование - газостат и средства для его функционирования.The advantage of this technical solution over the prototype is to reduce the complexity of manufacturing and cost of the product through the use of more affordable and cheaper equipment for the manufacture of nozzles. So, small vacuum heating furnaces are in almost any testing laboratory of metallurgical production. To achieve the same technical result by the method of high-temperature sintering in an inert gas environment, unique, cumbersome, expensive equipment is needed - a gas thermostat and means for its functioning.
Существуют и испытаны опытные образцы сопел дугового плазмотрона, изготовленных в соответствии с предлагаемым изобретением. Как следует из описания конкретных примеров реализации, данное техническое решение осуществимо в производственных условиях и позволяет достигнуть намеченный технический результат.Prototypes of arc plasma torch nozzles made in accordance with the invention exist and are tested. As follows from the description of specific examples of implementation, this technical solution is feasible in a production environment and allows you to achieve the intended technical result.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103490/06A RU2369050C1 (en) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | Arc plasmatron nozzle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103490/06A RU2369050C1 (en) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | Arc plasmatron nozzle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008103490A RU2008103490A (en) | 2009-08-10 |
| RU2369050C1 true RU2369050C1 (en) | 2009-09-27 |
Family
ID=41049034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008103490/06A RU2369050C1 (en) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | Arc plasmatron nozzle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2369050C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746800C1 (en) * | 2020-09-10 | 2021-04-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Bimetallic plasma torch nozzle and the method of its manufacture |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2587331A (en) * | 1947-08-08 | 1952-02-26 | Gen Electric | High-frequency electrical heating method and apparatus |
| US2858412A (en) * | 1956-07-06 | 1958-10-28 | Union Carbide Corp | Arc torch |
| US2951143A (en) * | 1958-09-25 | 1960-08-30 | Union Carbide Corp | Arc torch |
| FR2450659A1 (en) * | 1979-03-06 | 1980-10-03 | Mansfeld Kombinat W Pieck Veb | PLASMA TORCH HAVING A PROTECTIVE DEVICE |
| GB2166029A (en) * | 1984-10-19 | 1986-04-23 | Skf Steel Eng Ab | The installation of plasma generators in shaft furnaces |
| SU1098512A1 (en) * | 1983-01-28 | 1996-03-27 | В.Н. Каринский | Electronic-arc plasma generator |
| RU2266424C2 (en) * | 2003-06-06 | 2005-12-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Rocket engine nozzle |
-
2008
- 2008-02-05 RU RU2008103490/06A patent/RU2369050C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2587331A (en) * | 1947-08-08 | 1952-02-26 | Gen Electric | High-frequency electrical heating method and apparatus |
| US2858412A (en) * | 1956-07-06 | 1958-10-28 | Union Carbide Corp | Arc torch |
| US2951143A (en) * | 1958-09-25 | 1960-08-30 | Union Carbide Corp | Arc torch |
| FR2450659A1 (en) * | 1979-03-06 | 1980-10-03 | Mansfeld Kombinat W Pieck Veb | PLASMA TORCH HAVING A PROTECTIVE DEVICE |
| SU1098512A1 (en) * | 1983-01-28 | 1996-03-27 | В.Н. Каринский | Electronic-arc plasma generator |
| GB2166029A (en) * | 1984-10-19 | 1986-04-23 | Skf Steel Eng Ab | The installation of plasma generators in shaft furnaces |
| RU2266424C2 (en) * | 2003-06-06 | 2005-12-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Rocket engine nozzle |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746800C1 (en) * | 2020-09-10 | 2021-04-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Bimetallic plasma torch nozzle and the method of its manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008103490A (en) | 2009-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105665908B (en) | Resistance spot welding of steel and aluminum workpieces with electrode inserts | |
| Pal et al. | Optimization of elemental weight% in microwave-processed joints of SS304/SS316 using Taguchi philosophy | |
| RU2610138C2 (en) | Composite consumable components of torch for welding with plasma arc consumable components torch for welding plasma arc | |
| CN113001108A (en) | High-silicon aluminum alloy electronic packaging shell and manufacturing method thereof | |
| Martins et al. | Spark plasma sintering of a commercial TiAl 48-2-2 powder: Densification and creep analysis | |
| RU2369050C1 (en) | Arc plasmatron nozzle | |
| CN105821274A (en) | Method for preparing NbCr2 intermetallic compound | |
| EP3482869A1 (en) | Plasma arc torch electrode and manufacturing method thereof | |
| RU2746800C1 (en) | Bimetallic plasma torch nozzle and the method of its manufacture | |
| CN103624239B (en) | A kind of preparation method of iron copper bond material | |
| Khanra et al. | Electrical discharge machining studies on reactive sintered FeAl | |
| CN104380412B (en) | Contact assembly and its production method | |
| CN202164346U (en) | Powder electrical explosion spraying device | |
| Milašinović et al. | Effects of friction-welding parameters on the morphological properties of an Al/Cu bimetallic joint | |
| Leyens et al. | Laser additive manufacturing of titanium alloys and titanium aluminides | |
| Lutfi et al. | Interfacial reaction analysis of Cu-Sn-Ni-P/Cu joint using microwave hybrid heating | |
| RU204342U1 (en) | ELECTRODE FOR PLASMA ARC BURNER | |
| US20180214992A1 (en) | High temperature devices and applications employing pure aluminum braze for joining components of said devices | |
| ES2936118T3 (en) | Procedure for sinter brazing | |
| RU2433026C1 (en) | Method to join heat-resistant cobalt-based alloy and ceramics based on silicon nitride | |
| KR101459196B1 (en) | Manufacturing Methods of MAX Phases TiAlN Bulk Materials and Micro Electrical Discharge Drilling Method threeof | |
| WU et al. | PREPARATION OF POWDER METALLURGY Ti-22Al-24Nb-0.5 Mo ALLOYS ANDELECTRON BEAM WELDING | |
| US20240331960A1 (en) | Production process for a contact element for vacuum switches, contact element and vacuum switch | |
| JP7743046B2 (en) | Method for joining a pair of metal wires including platinum wires | |
| RU2759827C1 (en) | Method for producing high-temperature ceramic thermoelectric converters for high-temperature thermometry from nitrides of elements of titanium and vanadium subgroups using method for oxidative engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |