SU919839A2

SU919839A2 - Non-meltable electrode for arc processes

Info

Publication number: SU919839A2
Application number: SU792718551A
Authority: SU
Inventors: Михаил Гершенович Фридлянд; Михаил Залманович Живов; Нина Алексеевна Лебединская; Виктор Михайлович Мохов
Original assignee: Государственный Проектный И Научно-Исследовательский Институт Никелевой Промышленности "Гипроникель"
Priority date: 1979-02-14
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1982-04-15

Description

(54) НЕПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ(54) NON-MOLDING ELECTRODE FOR ARC PROCESSES

. 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 . The invention relates to electro arc processing and can be applied during plasma cutting, welding, welding of metals, and their smelting in metallurgy. ,: According to the main author. St. No. 841871 is known non-melting electrode Pdays for arc processes, containing a holder with a coolant supply pipe located in it and an active insert fixed at the end of the holder, made in the form of a truncated cone, narrowed to the working end of the eleutrode and having a cooling side on the cooling side. The electrode is provided with a housing and a tube placed inside it, mounted on a coaxial cage and forming annular cavities for additional cooling of the splicing, and the recess is made in the form of a spherical segment p. In the description of the main invention, the parameters for the deepening of the ball segment are not indicated. Meanwhile, additional calculations of temperature fields in a non-consumable electrode when it is used as a cathode of a direct current arc burning on a current of 1000 A in a mixture of natural and carbon dioxide gases, and the coefficient of heat transfer to cooling water hail showed that the size of the spherical segment, namely, its height Hj and base d-d are important parameters, in terms of the distribution pattern and maximum temperatures both in the active insert and in the cage, which in turn determines the value of thermal loads, above which the destruction of the co-structure occurs: the cathode due to overheating of the exhibition material or wallpaper ||, as well as the life of the cathode. The aim of the invention is to increase the life of the electrode by increasing its heat resistance.

при эксплуатации на повьппенных тепловых нагрузках.when operating on high thermal loads.

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.The goal is achieved by the fact that the height of the spherical segment is equal to 0.3-0.7 of the height of the active insert, and the diameter of the base of the spherical segment is 0.8-1.05 of the diameter of the working end of the active insert.

На фиг, 1 изображена конструкгщ неплав щегос электрода , на фиг, 2сечение активной вставки электрода.FIG. 1 shows the construction of a non-melting electrode; FIG. 2 is a section through the active insert of the electrode.

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.The non-consumable electrode consists of a water-cooled housing 1 and. the holder 2 fixed in it (on the thread, on the conical nozzle, etc.) made of heat and electrically conductive material, as a rule, of high purity copper. Coaxial cavities 3 and 4 serve to supply the cathode with liquid to its working section. In holder 2, an active insert 5 is tightly fixed by pressing or soldering, made in the form of a truncated cone tapering to the anchorage area on it near the arc. The surface 6 of the active insert 5, facing the cooling cavity, is wide with depth in the form of a spherical segment 7. H and D are respectively the height of the active insert and the diameter of its surface at the attachment area at the arc arc region, i.e. from the working end of the electrode; H and d are the parameters of the globular segment, respectively, its height and the diameter of the base. Cavities 8 and 9 are designed to cool the coolant after the heat has been removed from the working section of the electrode.

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.The invention is based on the results of additional calculations on the computer W-222 temperature fields in the cathode and experimental data obtained on the jj KpynHeHHo-laboratory setup of the Gipronickel Institute.

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 этойThe active inserts from the C-1 brand graph, pressed into the water-cooled copper holders, are tested. The cooling water flow rate is 500 g / s. For cooling, tap water is used, containing both various impurities (rust, diluted sss), and dissolved oxygen. The studied electrodes serve as cathodes of a plasmatron, the anode of which is a copper water-cooled nozzle with an internal channel with a diameter of 9.0 mm. For tests, the conventional technique of repetitive (for 10-15 minutes) Ignition of the arc at a current of 500-600 A is used. A mixture of natural gas with a flow rate of 3.0 nm / h and carbon dioxide with a flow rate of 5.0 nm is used as the plasma-forming medium. / h, which ensures the cathodes work in the mode of constant resumption of carbon - the product of the dissociation of hydrocarbons

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 маркиmixes. Active inserts from spectral pure graphite C-1 cathodes in the form of truncated cones with base diameters of 2.0 and A, 5 mm, and 3.0 mm high are pressed into holders of brand copper

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-5 Ml. The height of the ball segment in the active insert varies from 0.5 to 2.4 mm, and the diameter of the base of the segment varies from 1 to 4.5 mm. These electrodes are cooled by two streams of water supplied through the central cavity (at a speed of 12. m / s) and through the main cavity (at a speed of 3 m / s). The behavior of cathodes of various types is judged by the magnitude of the heat

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 .of the active insert, determined by its penetration into the copper casing body and by the appearance of the surface of the copper layer in contact with the cooling water.

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 -Active insertion of cathodes made with deepening according to a known scheme, with a spherical segment height of more than 2.1 mm (i.e. more than 0.7 of the height of the active insert) or less than 0.9 mm (i.e. less than 0.3 active insert), as well as with a basement depth of penetration less than 1.6 mm (i.e. less than 0.8 diameter of the working surface of the insert) at the very first inclusions in fade. The burnout depth is 0.6-1.5 mm. With a depth of 2.4 mm, the insert burns out completely and the cathode is destroyed. In the remaining cases, after the burnout, the mode of constant renewal of the cathode is established. However, the heat flux into the cathode is high and reaches a level of 3.0-4.0 kW. A skin-colored film with a diameter of 7-9 mm appears on the surface of the copper layer in contact with the cooling water. By chemical analysis, it was found that iron and copper oxides with low thermal conductivity are present in the film. In p -

Claims

On the surface of the copper interlayer facing the active insert, there are traces of flashing. The results of tests show that a cathode is suddenly destroyed after 80–120 arc inclusions. The cathode, made according to the proposed scheme, at the first switching on without the burnout of the active insert goes into the constant resumption mode. The heat flux into the cathode does not exceed 2.5 kW. On rfoBepxHOCTH copper contacting with cooling water, the dark film diameter does not exceed 3 mm. The table presents the data of calculations of temperature fields in the electrode at the most thermally loaded points - at point A, which is in the center of the working surface of the insert, and at point C, located at the top of the burial. The data obtained were obtained for a cathode with diameters of the active insert 2– and 4.5 and a height of 3–1. From the data in the table it follows that if the conditions of 0.3 N are not fulfilled (or d 0.80 (variants 5 and 7), the temperature at point A is graphite melting temperature (3700 ° С), which led to its burnout. This eliminates the possibility of the electrode operating in the most favorable mode of constant resumption. If the condition of H2 is not satisfied 0,7 N (option b) the temperature at the top point of the copper melting point (1083 C), which leads to the mechanical destruction of the structure. At observance These depths (options 1-4) of the temperature at point Iv at point C do not exceed the maximum allowable for insertion and clamp materials. Analog dependences are also maintained for cathodes that have different geometrical dimensions. The results of experimental verification confirm the correctness of the determination of the boundary values. values of the deepening parameters. The physically influence of the indicated parameters of the ball segment on the nature of the temperature distribution in the active insert and the water-caged holder is explained as follows. Due to the conical shape of the active insert, the heat flow from the arc, initially directed along the axis of the cathode, is reflected from the side surfaces of the cone and a significant part of it is directed radially, which makes it possible to effectively use the additional lateral cooling of the cathode, along with the central due to the presence of two cooling cavities. However, an increase in the linear dimensions of the active insert, due to the expansion of the conical surface as it moves away from the working surface, in addition to the positive effect of shielding the central part of the water-cooled surface of the holder, leads to overheating of the central part of the active insert due to the much lower thermal conductivity of its material compared to the material of the holder. The presence of deepening on the surface of the active insert facing the cooling cavity allows, on the one hand, to improve the cooling conditions of the central part of the active insert by reducing the distance from the working surface of the insert to the water-cooled holder, on the other hand leads to a more uniform temperature distribution on the central water-cooled surface clips by increasing the surface of its contact with the active insert. Thus, the parameters of the spherical segment affect both the nature of the temperature distribution in the active insert and the water-encased cage, and the values of the maximum temperatures in these most heat-loaded elements of the electrode design. Selecting the parameters of the ball segment appropriately, it is possible to ensure the operation of the electrode without exceeding the limiting temperatures. as dd material of the active insert, and for the material of the holder. ; The use of the invention allows to increase the heat resistance of the design of a non-melting electrode and the resource of its work at increased thermal loads. The number of inclusions without destroying the cathode increases to 280-320. Temperature in hard points, C Claims of Invention Non-consumable electrode for arc processes according to the ed. St. No. 841871, about tl and h and y and with the fact that, in order to increase the life of the elec- tric acid by increasing its heat resistance during operation at increased thermal loads, the height of the ball is -0.3 N,; 4, -0.7 N ,, 5 R ,; Hj-0.5, 25, 75 N; .3 N, d-1,050; d-l, 050; d-0.8 D; dl, dO; d-1,050; , 050; d-0.750 of the outer segment is equal to 0.3-0.7 of the height of the active insert, and the diameter of the base of the ball segment is 0.8-1.05 of the diameter of the working end of the active insert. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate of Application V 2630651 / 25-27, 1978.