RU2621673C2 - Электрод для горелок, предназначенных для плазменной резки, и его применение - Google Patents
Электрод для горелок, предназначенных для плазменной резки, и его применение Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621673C2 RU2621673C2 RU2013120729A RU2013120729A RU2621673C2 RU 2621673 C2 RU2621673 C2 RU 2621673C2 RU 2013120729 A RU2013120729 A RU 2013120729A RU 2013120729 A RU2013120729 A RU 2013120729A RU 2621673 C2 RU2621673 C2 RU 2621673C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- outer diameter
- electrode
- reduced
- emission insert
- Prior art date
Links
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001029 Hf alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3442—Cathodes with inserted tip
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3478—Geometrical details
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geometry (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электроду для плазменных горелок для плазменной резки и применению электрода для указанной плазменной горелки. Электрод для плазменных резаков, выполненный в соответствии с изобретением, содержит держатель электрода и эмиссионную вставку, которые соединены друг с другом запрессовкой и/или подгонкой по форме. Эмиссионная вставка вдоль своей продольной оси имеет по меньшей мере одну секцию, которая расположена между двумя другими секциями или рядом с другой секцией и имеет уменьшенный наружный диаметр при вращательно-симметричной конструкции эмиссионной вставки, или имеет уменьшенную поверхность поперечного сечения при вращательно несимметричной эмиссионной вставке по отношению к другой(им) секции(ям). Секция (7.22), имеющая постоянный наружный диаметр или постоянную поверхность поперечного сечения, расположена между указанной секцией (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения и конически сужающейся секцией. Технический результат - повышение срока службы и качества резки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 22 ил.
Description
Изобретение относится к электроду для плазменных горелок, предназначенных для плазменной резки, и к применению электрода для плазменной горелки.
Плазма представляет собой термически сильно нагретый электропроводящий газ, состоящий из положительных и отрицательных ионов, электронов и возбужденных и нейтральных атомов и молекул.
В качестве плазмообразующего газа используются различные газы, например одноатомный аргон и/или двухатомные газы, такие как водород, азот, кислород или воздух. Эти газы ионизируются и диссоциируются за счет энергии плазменной дуги.
Параметры плазменной струи могут сильно зависеть от конструкции сопла и электрода. Эти параметры представляют собой, например, диаметр струи, температуру, плотность энергии и скорость потока газа.
При плазменной резке плазма, как правило, ограничивается соплом, которое может быть выполнено с газовым охлаждением или с водяным охлаждением. Тем самым может быть достигнута плотность энергии до 2×106 Вт/см2. Температуры, возникающие в плазменной струе, доходят до 30000°C, что обеспечивает возможность очень высоких скоростей резки на всех электропроводящих материалах, в сочетании с высокой скоростью потока газа.
Плазменная горелка, по существу, содержит головку 1, электрод 7 и сопло 4; дополнительными элементами могут быть держатель 6 электрода для крепления электрода 7, держатель 5 сопла и крышка 2 сопла для крепления сопла 4. Плазмообразующий газ (PG) подается в пространство между электродом 7 и соплом 4 по направляющей 3 для плазмообразующего газа и в конечном счете проходит по проходу 4.1 сопла через сопло 4.
Современные плазменные горелки дополнительно содержат защитный колпачок 9 сопла и направляющую 9.1 вторичного газа, по которой вторичный газ (SG) подается в плазменную струю. Сопло 4 и электрод 7 часто охлаждаются с помощью охлаждающей жидкости, например воды.
Плазменная резка на сегодняшний день представляет собой стандартную технологию для резки электропроводящих материалов, в которой используются различные газы и газовые смеси в зависимости от работы по резке.
Для этой цели используются различные электроды 7 и сопла 4. Они подвержены износу в процессе работы плазменной горелки и затем должны быть заменены. Чтобы иметь возможность использовать плазменную горелку для различных газов или газовых смесей, плазменные горелки, электроды 7 и сопла 4 выполнены так, что плазменная горелка может использоваться для различных газов путем замены электродов 7 и сопел 4.
Электроды 7, как правило, содержат держатель 7.1 и эмиссионную вставку 7.2. Как правило, можно выделить две формы конструкций. При резке с помощью плазмообразующих газов, содержащих кислород, как правило, используется так называемый плоский электрод, т.е. эмиссионная вставка 7.2, за исключением ее передней эмиссионной поверхности, расположена в держателе 7.1 электрода. Эмиссионная вставка 7.2 содержит гафний или цирконий. Для держателей 7.1 электродов используются материалы, которые имеют хорошую электропроводность и теплопроводность, такие как, например, медь или серебро. В электродах 7 для резки с помощью газов или газовых смесей, не содержащих кислород, например аргон, водород, азот, в качестве материала для эмиссионной вставки 7.2 используется вольфрам, часто с небольшими примесями (например, лантана). Затем эмиссионную вставку 7.2 закрепляют в держателе 7.1 электрода, но, в отличие от плоского электрода, она выступает из него и часто называется точечным электродом.
Такую конструкцию можно также видеть на Фиг.1, на примере электрода, выполненного в соответствии с изобретением, также уже показанного в настоящем документе.
Такой электрод описан в патентном документе Германии №10144516 A1. В настоящем документе электрод прикреплен в держателе, а кончик электрода выступает в форкамеру сопла. Электродный материал состоит из вольфрама и запрессован в держатель из электропроводящего материала, предпочтительно из меди или серебра. Держатели, как правило, представляют собой держатели с водяным охлаждением для реализации эффективного рассеяния тепла.
Плазменная горелка, имеющая линию подачи плазмообразующего газа и линию подачи вторичного сырьевого газа, а также сопло и точечный электрод, также описана в заявке на патент Германии №102008018430 B4. Электрод состоит из держателя электрода и электродной вставки; электродная вставка выступает из держателя электрода. В этом техническом решении основное внимание, однако, уделяется усовершенствованию охлаждения сопла.
Во всех этих конструкциях существует проблема, заключающаяся в том, что срок службы электрода и качество резки часто являются недостаточными.
С одной стороны, электроды должны, по общему мнению, хорошо охлаждаться; но для достижения безопасной эмиссии электронов для формирования дуги, тем не менее, должна быть достигнута высокая температура эмиссионной поверхности. Излучение должно происходить как можно более равномерно по всей поверхности, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на сроке службы. Важно также, чтобы температура излучения достигалась в кратчайшие сроки настолько, насколько это возможно после зажигания дуги.
Кроме того, электрод должен быть сконструирован таким образом, чтобы плазменная горелка могла быть переоборудована как можно проще для работы с разными отработанными плазмообразующими газами. Еще одним требованием является точная центровка между эмиссионной вставкой и соплом. Это приводит к лучшим результатам в резке и длительному сроку службы.
Поэтому задачей настоящего изобретения является получение электродов для плазменных горелок, которые могут предпочтительно использоваться для плазменной резки, которые имеют увеличенный срок службы и которые одновременно после зажигания дуги имеют улучшенный отклик в смысле достижения температуры, подходящий для эмиссии электродов.
Эта задача решается в соответствии с изобретением, с помощью электрода для плазменных горелок, который имеет характеристики, заявленные в пункте 1 формулы изобретения. Пункт 13 формулы изобретения относится к применению электрода, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительные варианты выполнения и дальнейшее развитие изобретения может быть достигнуто с использованием признаков, заявленных в зависимых пунктах формулы изобретения. Пункты формулы изобретения относятся к плазменной горелке.
Электрод, выполненный в соответствии с изобретением для плазменных горелок, предназначенных для резки, выполнен из держателя электрода и из эмиссионной вставки, которые соединены друг с другом запрессовкой и/или подгонкой по форме соответствующим образом. Эмиссионная вставка имеет по меньшей мере две секции, расположенные вдоль ее продольной оси. В этом отношении по меньшей мере одна секция, которая расположена рядом с одной секцией или между двумя секциями, имеет уменьшенный наружный диаметр с вращательно-симметричной конструкцией эмиссионной вставки или уменьшенной поверхностью поперечного сечения с невращательно-симметричной эмиссионной вставкой в отношении других секций.
Указанная по меньшей мере одна секция с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения может быть выполнена как углубление в виде канавки, предпочтительно проходящее в радиальном направлении по всей наружной поверхности.
Поверхность поперечного сечения также уменьшена в области указанной по меньшей мере одной секции с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения с помощью такой конструкции эмиссионной вставки. Электрический ток тем самым увеличивается в этой области, так что нагрев эмиссионной вставки происходит в более короткие сроки в отношении сопоставимой электрической мощности, которая может быть достигнута с электродом без такой секции.
Поскольку дополнительная секция непосредственно примыкает к секции с уменьшенным наружным диаметром или с уменьшенной поверхностью поперечного сечения в направлении обрабатываемой заготовки, указанная дополнительная секция имеет больший диаметр или большее поперечное сечение на по меньшей мере одном краю секции с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения, соответственно большая поверхность доступна для эмиссии электронов, что дает дополнительный положительный эффект в процессе плазменной резки.
Секция, которая расположена после секции с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения в направлении разрезаемой заготовки, может быть конической в направлении заготовки. Это может представлять собой случай на всю длину. Однако конической может быть только часть секции или дополнительная секция, которая расположена в направлении заготовки.
Тем не менее, секция, которая имеет постоянный наружный диаметр или постоянное поперечное сечение, также может быть расположена между секцией с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения и конически сужающейся секции. По меньшей мере одна дополнительная секция, которая является конически сужающейся, может присутствовать в такой секции. Эта секция затем может формировать кончик электрода.
Кончик эмиссионной вставки, обращенный в направлении обрабатываемой заготовки, может быть коническим, пирамидальным или иметь форму усеченного конуса или усеченной пирамиды.
Эмиссионная вставка в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды в направлении обрабатываемой заготовки имеет торцевую поверхность, выполненную в виде круговой поверхности или многоугольника и расположенную в направлении инструмента. Торец должен быть меньше, чем все другие наружные диаметры или поверхности поперечного сечения всех секций, имеющихся в эмиссионной вставке.
Секция с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения может быть выполнена в виде углубления в форме прямоугольника, трапеции, части круга или клина.
По меньшей мере одна полость, в которой и/или через которую может быть проведена охлаждающая текучая среда, может быть сформирована в держателе электрода в соответствии с настоящим изобретением.
Держатель электрода должен быть изготовлен из материала, имеющего хорошую электропроводность и теплопроводность, предпочтительно из Ag или Cu, или из их сплавов. Вольфрам или вольфрамовый сплав, или гафний или сплав гафния, имеющие температуры плавления >2000°C, можно использовать в качестве материала для эмиссионной вставки (7.2).
Секция с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения, которая выполнена как углубление в форме канавки, с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения, должна быть по меньшей мере на 20% меньше, чем наружный диаметр или поверхность поперечного сечения секции, расположенной в непосредственной близости от секции с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения.
Эмиссионная вставка должна содержать твердый материал и не должна иметь внутреннего отверстия или сквозного прохода.
Эмиссионная вставка должна предпочтительно быть соединена с держателем электрода посредством прессовой посадки. Прессовая посадка могут быть объединена с соединением, обеспечивающим непрерывность материала, предпочтительно пайкой.
Электрод, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может применяться в плазменной горелке, причем плазменная горелка выполнена с по меньшей мере одной головкой, имеющей электрод, выполненный из держателя электрода и эмиссионной вставки, имеющей сопло и линию подачи газа для плазмообразующего газа, и в которой имеется секция с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения относительно по меньшей мере двух секций, расположенных рядом с указанной секцией.
Наружный диаметр эмиссионной вставки может иметь значение в диапазоне от 1,5 мм до 6 мм. Наружный диаметр держателя электрода должен быть соответственно больше.
В другом отношении плазменная горелка может быть выполнена в традиционной форме, имеющей различные модификации, которые могут относиться, например, к линии подачи вторичного сырьевого газа или соплового пространства. Электрод может быть расположен внутри соплового пространства.
Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на примеры. В этом отношении признаки, которые можно видеть из примеров, могут быть объединены друг с другом в самые разнообразные формы. Они не просто ограничены соответствующими примерами.
На чертежах:
Фиг.1 изображает разрез плазменной горелки, в которую вставлен иллюстративный электрод, выполненный в соответствии с изобретением.
Фиг.2 представляет собой иллюстративный электрод, выполненный в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3.1-3.3 представляет собой три иллюстративных электрода, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 представляет собой еще один иллюстративный электрод, выполненный в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4.1-4.8 представляет собой шесть дополнительных иллюстративных электродов, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5, 5.1-5.2 представляет собой три дополнительных иллюстративных электрода, выполненных в соответствии с изобретением.
Фиг.6-6.4 представляет собой пять дополнительных иллюстративных электрода, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.
Плазменная горелка, изображенная на Фиг.1, содержит по меньшей мере одну головку 1 с электродом 7, соплом 4 и линией 3 подачи газа для плазмообразующего газа PG.
Электрод 7 содержит держатель 7.1 и эмиссионную вставку 7.2, причем эмиссионная вставка 7.2 содержит, если смотреть со стороны держателя 7.1 электрода, по меньшей мере секцию 7.23 и секцию 7.21, сужающуюся в направлении концевой части горелки, причем наименьший диаметр секции 7.23 меньше, чем наибольший диаметр сужающейся секции 7.21. Примеры этого изображены на Фиг.4, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 5, 5.1, 5.2, 6, 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4.
Электрод 7 выполнен с возможностью ввинчивания в держатель 6 электрода посредством резьбы и охлаждения изнутри охлаждающей средой, которая подается в систему через внутреннюю охлаждающую трубу 22 в виде проходящей в прямом направлении магистрали WV для охлаждающей среды, и проводится обратно через пространство, образованное между наружной частью охлаждающей трубы 11 и держателем 6 электрода в виде обратной магистрали WR для охлаждающей среды.
Сопло 4 удерживается колпачком 2, при этом охлаждающая среда, которую подают через проходящую в прямом направлении охлаждающую магистраль WV и проводят обратно через проходящую в обратном направлении магистраль WR, протекает между соплом 4 и колпачком 2 сопла.
Защитный колпачок 9 сопла окружает сопло 4 и колпачок 2. Вторичный газ SG протекает между ними, и протекает через направляющую 9.1 для вторичного газа, которая одновременно изолирует защитный колпачок 9 сопла от колпачка 2 и удерживает их на расстоянии друг от друга. В этом отношении направляющая 9.1 для вторичного газа может быть выполнена таким образом, что она обеспечивает возможность вращения вторичного газа SG. Защитный колпачок 9 сопла закреплен держателем 8 для защитного колпачка сопла, который прикреплен к головке плазменной горелки с помощью резьбы.
Плазмообразующий газ PG может быть приведен во вращение с помощью плазмовода, который в настоящем документе не изображен, и который расположен между соплом 4 и электродом 5.
Электрод 7 содержит держатель 7.1 и эмиссионную вставку 7.2. Эмиссионная вставка 7.2 закреплена в держателе 7.1; это может быть выполнено запрессовкой и/или подгонкой по форме. Таким образом, между эмиссионной вставкой 7.2 и держателем 7.1 достигается хорошая теплопередача. Держатель 7.1 может охлаждаться водой, при этом он может иметь внутри полое пространство, через которое протекает охлаждающая вода. Держатель 7.1 содержит материал с хорошей теплопроводностью и электропроводностью (Cu, Ag). В качестве материала для вставки 7.2 используется вольфрам, который может быть легирован, например лантаном.
На эмиссионной вставке 7.2 имеется по меньшей мере одной секция 7.23, к которой примыкает секция 7.21, сужающаяся в направлении концевой части горелки, если смотреть со стороны держателя 7.1 электрода. Между ними расположена цилиндрическая секция 7.22. Наименьший наружный диаметр секции 7.23 в этом отношении меньше, чем наибольший диаметр секции 7.22 или сужающейся секции 7.21. Секция 7.21 может иметь форму усеченного конуса, усеченной пирамиды, конуса или пирамиды.
Секция 7.23 может образовывать углубление в форме канавки, которое предпочтительно проходит в радиальном направлении вокруг всей наружной поверхности электрода 7.
Эмиссионная вставка 7.2 также может иметь несколько вставок.
Приведенные ниже преимущества могут быть достигнуты путем выполнения эмиссионной вставки 7.2 определенной конфигурации, которая имеет сечение 7.23 с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения:
- увеличенное электрическое сопротивление и/или тепловое сопротивление в области секции 7.23;
- тем самым достижение достаточно высокой температуры эмиссии с одновременно достаточно большой эмиссионной поверхностью для дуги;
- дополнительно, достижение температуры эмиссии эмиссионной вставки в более короткие сроки, с одновременно достаточно большой эмиссионной поверхностью для дуги;
- дуга не зажигается с одной стороны на части эмиссионной поверхности, тем самым продлевается срок службы; улучшенная центровка дуги и лучше качество резки.
Процесс может быть осуществлен, как следует далее:
- зажигание происходит путем высоковольтного разряда или высокочастотного разряда между электродом и соплом и тем самым может быть зажжена вспомогательная дуга;
- плазменная струя, выходящая через сопловой проход, ионизирует проход между плазменной горелкой и заготовкой;
- затем между электродом и заготовкой может быть сформирована основная дуга, при этом заготовка может быть разрезана.
Высокая центровка является более достижимой по сравнению с конструкцией цангового патрона с вкручиванием электрода 7. Конструкция держателя 7.1 электрода и эмиссионной вставки 7.2 (например, путем запрессовки или аналогично) в этом отношении является преимущественной. Тем самым может иметь место удобство смены между различными конфигурациями электродов.
На Фиг.2 в схематической форме изображен иллюстративный электрод 7, выполненный в соответствии с изобретением, содержащий держатель 7.1 и эмиссионную вставку 7.2, при этом держатель 7.1 имеет наружную резьбу.
Из Фиг.3.1 видно, что держатель 7.1 электрода является твердотельным и может иметь наружную резьбу, посредством которой электрод 7 может быть подсоединен к плазменной горелке.
В примере, изображенном на Фиг.3.2, пространство 7.12 для охлаждающей текучей среды выполнено в виде простого глухого отверстия, выполненного на держателе 7.1 электрода. В примере, изображенном на Фиг.3.3, пространство 7.12 для охлаждающей текучей среды имеет преимущественную конструкцию, поскольку в области, в которой эмиссионная вставка 7.2 соединена с держателем 7.1 электрода, имеет место накопление материала, имеющего достаточно большую поверхность, которая может быть использована для рассеивания тепла.
Фиг.4 и 4.1 изображают электрод 7 такой, который также может быть использован в плазменной горелке в соответствии с Фиг.1. В этом отношении эмиссионная вставка 7.2 сформирована с секцией 7.24, которая выступает из держателя 7.1 электрода. Секция 7.23 с уменьшенным наружным диаметром D23 примыкает к этой секции 7.24 в направлении обрабатываемой заготовки (не изображена). За этой секцией 7.23 следует цилиндрическая секция 7.22, к которой примыкает секция 7.21, имеющая форму усеченного конуса, конически сужающуюся в направлении заготовки. Наружные диаметры D24 и D22 имеют одинаковый размер и больше, чем наружный диаметр D23 секции 7.23 в этом примере. Наружный диаметр D21 передней торцевой поверхности, которая образована в секции 7.21, меньше, чем наружный диаметр D23 и, естественно, также наружный диаметр D22 и D24.
Пример, изображенный на Фиг.4.2, отличается от примера, показанного на Фиг.4.1, тем, что наружный диаметр D24 секции 7.24 больше, чем наружный диаметр D22 секции 7.22, при этом оба наружных диаметра D22 и D24 больше, чем наружный диаметр D23 секции 7.23.
В примере, изображенном на Фиг.4.3, соотношения наружных диаметров секций 7.22 и 7.24 являются обратными. При этом D22>D24>D23.
Фиг.4.4 показывает пример, в котором размеры наружных диаметров выбраны так, что D24=D23<D22. Это означает, что в держателе 7.1 электрода закреплена эмиссионная вставка 7.2 с наружным диаметром D23 секции 7.23. В примере, изображенном на Фиг.4.5, наружные диаметры 7.24 секций 7.23 и 7.22 выбраны так, что D24<D23<D22. В области 7.24, следовательно, имеется наименьший наружный диаметр, который расположен непосредственно под держателем 7.1 электрода и с которым эмиссионная вставка 7.2 выступает из держателя 7.1 электрода.
В примере, изображенном на Фиг.4.6, наружные диаметры выбраны так, что D24=D22>D23.
Пример, изображенный на Фиг.4.7, снова имеет только одну секцию 7.23 с уменьшенным наружным диаметром, который расположен непосредственно за держателем 7.1 электрода на эмиссионной вставке 7.2. Указанный держатель электрода примыкает к секции 7.21, которая конически сужается в направлении заготовки 12 и чей наибольший наружный диаметр D22 больше, чем наружный диаметр D23 секции 7.23. Торцевая поверхность эмиссионной вставки 7.2, обращенная в направлении заготовки 12, которая должна быть обработана, имеет круглую форму и имеет наружный диаметр D21, который меньше, чем наружный диаметр D23.
В этом примере и в примере, изображенном на Фиг.4.6 и 4.8, между секциями 7.23 и 7.21 также может присутствовать дополнительная секция 7.22, которая, однако, может быть очень короткой в направлении продольной оси вставки 7.2. Ее наружный диаметр D22 может в этом отношении иметь тот же самый размер, что и максимальный наружный диаметр D21 секции 7.21.
В этом примере, в соответствии с Фиг.4.8 секция 7.1 является конической и имеет концевую часть в направлении заготовки 12.
На Фиг.5 и 5.1 еще раз показан электрод 7 с секцией 7.21, выполненной в форме усеченного конуса, такой, как в примере, показанном в соответствии с Фиг.4. В этом примере, в соответствии с Фиг.5.2 коническая секция 7.21 является конической с концевой частью на конце вставки 7.2, обращенной в направлении заготовки.
Фиг.6-6.4 изображают примеры с по-разному выполненной секцией 7.23 с уменьшенным наружным диаметром.
Пример, выполненный в соответствии с Фиг.6, снова соответствует примеру, выполненному в соответствии с Фиг.4, при этом секция 7.23 с уменьшенным наружным диаметром имеет прямоугольное поперечное сечение.
Фиг.6.1 показывает пример, в котором переход секций 7.22 и 7.24 в секцию 7.23 выполнен с радиусами R1 и R2. В этом примере, в соответствии с Фиг.6.2 переход секции 7.23 в секцию 7.22 выполнен с фаской F1, а наружный диаметр секции 7.23 выполнен с радиусом R2, так что наружный контур секции 7.23, имеющий форму части круга, отличается от ранее описанной прямоугольной формы.
В примере, изображенном на Фиг.6.3, переходы секции 7.23 в соседние секции 7.22 и 7.24 сформированы как фаски F1 и F2.
Фиг.6.4 показывает пример, в котором вся секция 7.23 имеет радиус R3, и, таким образом, соответственно достигаются закругленные переходы в секции 7.22 и 7.24.
Во всех примерах, все возможности которых не изображены, включают различные длины отдельных секций 7.21, 7.22, 7.23 и 7.24 в направлении продольной оси электрода 7 и, таким образом, обеспечивается дополнительная возможность их адаптации к соответствующим параметрам плазменной горелки, например ее мощности.
Список обозначений:
1 головка плазменной горелки
2 колпачок сопла
3 линия подачи плазмообразующего газа
4 сопло
4.1 проход сопла
5 держатель сопла
6 крепление электродов
7 электрод
7.1 держатель электрода
7.2 эмиссионная вставка
7.21 секция 1 эмиссионной вставки
7.22 секция 2 эмиссионной вставки
7.23 секция 3 эмиссионной вставки
7.24 секция 4 эмиссионной вставки
8 держатель защитного колпачка сопла
9 защитный колпачок сопла
9.1 направляющая вторичного газа
10 пространство для охлаждающей текучей среды
11 труба для охлаждающей текучей среды
12 заготовка
D21 диаметр секции 1 эмиссионной вставки 7.2
D22 диаметр секции 2 эмиссионной вставки 7.2
D23 диаметр секции 3 эмиссионной вставки 7.2
D24 диаметр секции 4 эмиссионной вставки 7.2
F фаска
M центральная ось головки 1 плазменной горелки и электрода 7
PG плазмообразующий газ
R радиус
SG вторичный газ
WV проходящая в прямом направлении линия охлаждающей среды
WR проходящая в обратном направлении линия охлаждающей среды.
Claims (13)
1. Электрод для горелок, предназначенных для плазменной резки, содержащий держатель (7.1) электрода и эмиссионную вставку (7.2), которые соединены друг с другом запрессовкой и/или подгонкой по форме, при этом эмиссионная вставка (7.2) вдоль своей продольной оси имеет по меньшей мере одну секцию (7.23), которая расположена между двумя другими секциями (7.24 и 7.22) или рядом с другой секцией (7.21 или 7.22 или 7.24) и имеет уменьшенный наружный диаметр при вращательно- симметричной конструкции эмиссионной вставки (7.2), или уменьшенную поверхность поперечного сечения при вращательно-несимметричной эмиссионной вставке (7) по отношению к другой(им) секции(ям) (7.21, 7.22, 7.24), причем секция (7.21), конически сужающаяся в направлении заготовки, примыкает к указанной секции (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения в направлении разрезаемой заготовки, и при этом секция (7.22), имеющая постоянный наружный диаметр или постоянную поверхность поперечного сечения, расположена между указанной секцией (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения и конически сужающейся секцией (7.21).
2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что указанная по меньшей мере одна секция (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения выполнена как углубление в виде канавки, предпочтительно проходящее в радиальном направлении вокруг всей наружной поверхности.
3. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что концевая часть эмиссионной вставки (7.2), обращенная в сторону обрабатываемой заготовки, имеет коническую форму, форму пирамиды или форму усеченного конуса или усеченной пирамиды.
4. Электрод по п. 3, отличающийся тем, что в направлении заготовки в форме эмиссионной вставки (7.21), имеющей форму усеченного конуса или усеченной пирамиды, торцевая поверхность, имеющая форму круговой поверхности или многоугольника и расположенная в направлении инструмента, имеет в качестве круговой поверхности или многоугольной поверхности поверхность поперечного сечения, которая меньше поверхностей поперечного
сечения всех секций (7.21, 7.22, 7.23 и 7.24), имеющихся в эмиссионной вставке (7.2).
5. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что указанная секция (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения выполнена в виде углубления прямоугольной, трапециевидной или клиновидной формы, или в форме части круга.
6. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что в держателе (7.1) электрода предусмотрено по меньшей мере одно пустое пространство, в котором и/или через которое может направляться охлаждающая текучая среда.
7. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что держатель (7.1) электрода выполнен из материала с хорошей электропроводностью и теплопроводностью, предпочтительно из Аg или Сu или их сплава, а эмиссионная вставка (7.2) выполнена из вольфрама или гафния, или из сплава вольфрама или из сплава гафния.
8. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что указанная секция (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения, выполненная как углубление в виде канавки с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения, имеет наружный диаметр или поверхность поперечного сечения, которые по меньшей мере на 20% меньше, чем наружный диаметр или поверхность поперечного сечения секции (7.22 или 7.24), расположенной в непосредственной близости от секции (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения.
9. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что эмиссионная вставка (7.2) содержит твердый материал и/или соединена с держателем (7.1) электрода посредством прессовой посадки.
10. Электрод по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что переход указанной секции (7.23) к расположенную рядом с ней секции (7.22, 7.24) образован радиусом (R1, R2, R3) и/или фаской (F1 или F2).
11. Применение электрода по одному из пп. 1-10 в плазменной горелке, которая содержит по меньшей мере одну головку (1) с электродом (7), содержащим держатель (7.1) электрода и эмиссионную вставку (7.2), с соплом (4), линией подачи газа для плазмообразующего газа (PG), при этом в эмиссионной вставке (7.2) предусмотрена секция (7.23) с уменьшенным
наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения относительно по меньшей мере одной секции (7.22 и/или 7.24), расположенной рядом с указанной секцией (7.23).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP12169342.8 | 2012-05-24 | ||
| EP12169342.8A EP2667689B1 (de) | 2012-05-24 | 2012-05-24 | Elektrode für Plasmaschneidbrenner sowie deren Verwendung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013120729A RU2013120729A (ru) | 2014-11-20 |
| RU2621673C2 true RU2621673C2 (ru) | 2017-06-07 |
Family
ID=46178438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013120729A RU2621673C2 (ru) | 2012-05-24 | 2013-05-07 | Электрод для горелок, предназначенных для плазменной резки, и его применение |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9073141B2 (ru) |
| EP (1) | EP2667689B1 (ru) |
| JP (1) | JP2014004629A (ru) |
| KR (1) | KR102036815B1 (ru) |
| CN (1) | CN103418897A (ru) |
| BR (1) | BR102013012164A2 (ru) |
| CA (1) | CA2815260C (ru) |
| ES (1) | ES2707292T3 (ru) |
| PL (1) | PL2667689T3 (ru) |
| RU (1) | RU2621673C2 (ru) |
| ZA (1) | ZA201302710B (ru) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101497052B1 (ko) * | 2014-07-18 | 2015-02-27 | 김상국 | 이물질 절단 파쇄 기능을 갖는 수중펌프 |
| USD775249S1 (en) * | 2015-04-01 | 2016-12-27 | Koike Sanso Kogyo Co., Ltd. | Inner nozzle for plasma torch |
| DE102017112821A1 (de) * | 2017-06-12 | 2018-12-13 | Kjellberg-Stiftung | Elektroden für gas- und flüssigkeitsgekühlte Plasmabrenner, Anordnung aus einer Elektrode und einem Kühlrohr, Gasführung, Plasmabrenner, Verfahren zur Gasführung in einem Plasmabrenner und Verfahren zum Betreiben eines Plasmabrenners |
| CN108561881B (zh) * | 2018-03-16 | 2023-11-24 | 徐慕庆 | 一种割嘴 |
| JP7478733B2 (ja) * | 2018-11-30 | 2024-05-07 | エリコン メテコ（ユーエス）インコーポレイテッド | プラズマ・ガン用電極 |
| WO2021047708A2 (de) * | 2019-09-12 | 2021-03-18 | Kjellberg Stiftung | VERSCHLEIßTEIL FÜR EINEN LICHTBOGENBRENNER UND PLASMABRENNER SOWIE LICHTBOGENBRENNER UND PLASMABRENNER MIT DEMSELBEN UND VERFAHREN ZUM PLASMASCHNEIDEN SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ELEKTRODE FÜR EINEN LICHTBOGENBRENNER UND PLASMABRENNER |
| DE102020125073A1 (de) | 2020-08-05 | 2022-02-10 | Kjellberg-Stiftung | Elektrode für einen Plasmaschneidbrenner, Anordnung mit derselben, Plasmaschneidbrenner mit derselben sowie Verfahren zum Plasmaschneiden |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4675493A (en) * | 1986-01-31 | 1987-06-23 | Eutectic Corporation | Gas-constricted arc nozzle |
| US5726414A (en) * | 1993-11-02 | 1998-03-10 | Komatsu Ltd. | Plasma torch with swirling gas flow in a shielding gas passage |
| DE29905658U1 (de) * | 1999-03-26 | 1999-07-22 | Trafimet S.p.A., Castegnero, Vicenza | Hochfrequenz-Plasmabrenner |
| US6099915A (en) * | 1997-12-23 | 2000-08-08 | Castolin S.A. | Method of coating materials |
| US20020144982A1 (en) * | 2001-04-05 | 2002-10-10 | Chancey John Edward | Cathode assembly for an electric arc spray apparatus |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3030490A (en) * | 1959-12-18 | 1962-04-17 | Union Carbide Corp | Multiple purpose arc torch apparatus |
| JPS58170174U (ja) * | 1982-05-10 | 1983-11-14 | 小池酸素工業株式会社 | プラズマト−チの電極 |
| US5624586A (en) * | 1995-01-04 | 1997-04-29 | Hypertherm, Inc. | Alignment device and method for a plasma arc torch system |
| DE10144516B4 (de) | 2001-09-10 | 2004-03-25 | Kjellberg Finsterwalde Elektroden Und Maschinen Gmbh | Plasmabrenner |
| US7132619B2 (en) * | 2003-04-07 | 2006-11-07 | Thermal Dynamics Corporation | Plasma arc torch electrode |
| US7375302B2 (en) * | 2004-11-16 | 2008-05-20 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc torch having an electrode with internal passages |
| US8101882B2 (en) * | 2005-09-07 | 2012-01-24 | Hypertherm, Inc. | Plasma torch electrode with improved insert configurations |
| DE102008018530B4 (de) | 2008-04-08 | 2010-04-29 | Kjellberg Finsterwalde Plasma Und Maschinen Gmbh | Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmabrenner, Anordnung aus derselben und einer Düsenkappe sowie flüssigkeitsgekühlter Plasmabrenner mit einer derartigen Anordnung |
| KR101002082B1 (ko) * | 2010-06-17 | 2010-12-17 | 김태홍 | 플라즈마 아크 토치용 전극 |
| DE102010053721B4 (de) * | 2010-11-30 | 2014-05-15 | Kjellberg Stiftung - Rechtsfähige Stiftung des bürgerlichen Rechts | Brenner für das Wolfram-Inertgas-Schweißen sowie Elektrode zur Verwendung bei einem solchen Brenner |
-
2012
- 2012-05-24 ES ES12169342T patent/ES2707292T3/es active Active
- 2012-05-24 EP EP12169342.8A patent/EP2667689B1/de active Active
- 2012-05-24 PL PL12169342T patent/PL2667689T3/pl unknown
-
2013
- 2013-04-16 ZA ZA2013/02710A patent/ZA201302710B/en unknown
- 2013-05-07 CA CA2815260A patent/CA2815260C/en active Active
- 2013-05-07 RU RU2013120729A patent/RU2621673C2/ru active
- 2013-05-16 BR BRBR102013012164-9A patent/BR102013012164A2/pt active Search and Examination
- 2013-05-21 CN CN201310190102XA patent/CN103418897A/zh active Pending
- 2013-05-22 US US13/899,635 patent/US9073141B2/en active Active
- 2013-05-23 KR KR1020130058077A patent/KR102036815B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 2013-05-24 JP JP2013110128A patent/JP2014004629A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4675493A (en) * | 1986-01-31 | 1987-06-23 | Eutectic Corporation | Gas-constricted arc nozzle |
| US5726414A (en) * | 1993-11-02 | 1998-03-10 | Komatsu Ltd. | Plasma torch with swirling gas flow in a shielding gas passage |
| US6099915A (en) * | 1997-12-23 | 2000-08-08 | Castolin S.A. | Method of coating materials |
| DE29905658U1 (de) * | 1999-03-26 | 1999-07-22 | Trafimet S.p.A., Castegnero, Vicenza | Hochfrequenz-Plasmabrenner |
| US20020144982A1 (en) * | 2001-04-05 | 2002-10-10 | Chancey John Edward | Cathode assembly for an electric arc spray apparatus |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DE 299 05 658U1; 22.07.1999. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2707292T3 (es) | 2019-04-03 |
| US20130313231A1 (en) | 2013-11-28 |
| BR102013012164A2 (pt) | 2015-06-02 |
| EP2667689B1 (de) | 2018-10-24 |
| RU2013120729A (ru) | 2014-11-20 |
| CA2815260C (en) | 2020-06-02 |
| EP2667689A1 (de) | 2013-11-27 |
| KR102036815B1 (ko) | 2019-11-26 |
| JP2014004629A (ja) | 2014-01-16 |
| PL2667689T3 (pl) | 2019-04-30 |
| ZA201302710B (en) | 2013-12-23 |
| CN103418897A (zh) | 2013-12-04 |
| US9073141B2 (en) | 2015-07-07 |
| CA2815260A1 (en) | 2013-11-24 |
| KR20130132302A (ko) | 2013-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2621673C2 (ru) | Электрод для горелок, предназначенных для плазменной резки, и его применение | |
| US9743504B2 (en) | Cooling pipes, electrode holders and electrode for an arc plasma torch | |
| US8941026B2 (en) | Nozzle for a liquid-cooled plasma torch, nozzle cap for a liquid-cooled plasma torch and plasma torch head comprising the same | |
| US8575510B2 (en) | Nozzle for a liquid-cooled plasma burner, arrangement thereof with a nozzle cap, and liquid-cooled plasma burner comprising such an arrangement | |
| RU118821U1 (ru) | Защитный колпачок мундштука и держатель защитного колпачка мундштука, а также электродуговая плазменная горелка с таким колпачком и/или с таким держателем колпачка | |
| KR101607358B1 (ko) | 플라즈마 토치용 전극 | |
| CA2303546C (en) | Tapered electrode for plasma arc cutting torches | |
| US9462671B2 (en) | Electrode structure for plasma cutting torches | |
| KR20120032491A (ko) | 액체 냉각식 플라즈마 토오치용 노즐 및 이러한 플라즈마 토오치를 구비한 플라즈마 토오치 헤드 | |
| CN107000103B (zh) | 用于钨极惰性气体保护焊用焊炬的电极以及具有这种电极的焊炬 | |
| JP2006341314A (ja) | プラズマ切断トーチ用の電極システム | |
| US11109475B2 (en) | Consumable assembly with internal heat removal elements | |
| CN116195370A (zh) | 用于等离子割炬的电极、包括其的布置结构、包括其的等离子割炬以及用于等离子切割的方法 | |
| JP2022073707A (ja) | Ｔｉｇ溶接方法 |