[go: up one dir, main page]

RU2163424C1 - Device for dynamic plasma treatment of articles - Google Patents

Device for dynamic plasma treatment of articles Download PDF

Info

Publication number
RU2163424C1
RU2163424C1 RU99112381A RU99112381A RU2163424C1 RU 2163424 C1 RU2163424 C1 RU 2163424C1 RU 99112381 A RU99112381 A RU 99112381A RU 99112381 A RU99112381 A RU 99112381A RU 2163424 C1 RU2163424 C1 RU 2163424C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arc
electrodes
electrode
working area
insert
Prior art date
Application number
RU99112381A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.П. Лежепеков
И.В. Лежепеков
А.М. Смаглиев
Original Assignee
Кубанский государственный технологический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный технологический университет filed Critical Кубанский государственный технологический университет
Priority to RU99112381A priority Critical patent/RU2163424C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2163424C1 publication Critical patent/RU2163424C1/en

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: plasma engineering, in particular, devices with an indirect heating by arc discharge, applicable as a source of linear thermal radiation at a dynamic plasma treatment of surfaces of non-metallic materials, in particular, electronic integrated circuits. SUBSTANCE: the device uses a water-cooled anode and cathode pressed in whose end piece is an insert of refractory metal, body, nozzle, magnetic control winding, oscillator, regulated DC source, as well as water and gas lines; in the initial section the electrodes are diverging ones, and in the working area - parallel ones, an insert of refractory metal is pressed in the end piece of each electrode in its length, each electrode is enveloped by a clamp, and the plates of the magnetic core coupled to the magnetic control winding, and the holders with blanks are positioned in planes that are parallel to the plane of the electrodes. Besides, an arc chute with a grate of metal plates is positioned between the working area and the nozzle. Relative position of the electrodes and the magnetic control coil makes it possible to treat the surface of a non-metallic article by means of a source of linear thermal radiation, in the given case it is an arc moving in a transverse magnetic field, which provides for a uniform heating of the surface of the article being treated. To provide a uniform movement of the arc, use is made of the magnetic control winding, as well as the clamps of their magnetic material enveloping the electrodes in the working area in their section. Reduction of arc contraction is ensured due to the presence of an insert of refractory metal with an electron output potential lower than that of the electrode base material in the end piece of each electrode in its length, as well as due to the shape of the electrode end piece. Provision of the arc chute facilitates are extinction after it passes the working area, which reduces the thermal load on the device components. EFFECT: uniform heating of the surface of article being treated. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области плазменной техники, а более точно к устройствам с косвенным нагревом дуговым разрядом, и может быть использовано как источник линейного теплового излучения при динамической плазменной обработке поверхностей неметаллических материалов, в частности электронных микросхем. The invention relates to the field of plasma technology, and more specifically to devices with indirect heating by an arc discharge, and can be used as a source of linear thermal radiation during dynamic plasma processing of surfaces of non-metallic materials, in particular electronic circuits.

Известны плазмотроны постоянного тока с дугой косвенного действия (см. Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. - Киев: Техника, 1971. - 164 с.), которые нашли применение в различных технологиях плазменной обработки материалов. Плазмотрон, наиболее близкий к предлагаемому устройству и принятый в качестве прототипа, содержит водоохлаждаемый анод, выполненный в форме сопла, стержневой водоохлаждаемый катод, межэлектродную вставку, корпус, обмотку магнитного управления, а также водяные и газовые коммуникации. Источник питания плазмотрона включает в себя осциллятор и регулируемый источник тока. Стабилизация дуги в таком плазмотроне обеспечивается при помощи продольного магнитного поля, создаваемого обмоткой магнитного управления, а также за счет тангенциального ввода газа в рабочую камеру, а снижение контракции дуги достигается за счет применения циркониевой вставки, запрессованной в торцевой наконечник катода. Это связано с тем, что оксид циркония, образующийся на поверхности вставки при работе в кислородсодержащих средах, имеет значительно более низкий потенциал выхода электронов по сравнению с основным материалом катода (медь, латунь), в связи с чем катодное пятно перемещается преимущественно по поверхности циркониевой вставки. При работе в среде инертных и нейтральных газов вместо циркониевой может быть использована вольфрамовая вставка. Known direct current plasmatrons with an indirect arc (see Esibyan EM Plasma-arc equipment. - Kiev: Technique, 1971. - 164 pp.), Which have found application in various technologies for plasma processing of materials. The plasma torch closest to the proposed device and adopted as a prototype contains a water-cooled anode made in the form of a nozzle, a rod-shaped water-cooled cathode, an electrode insert, a housing, a magnetic control coil, as well as water and gas communications. The plasma torch power supply includes an oscillator and an adjustable current source. The stabilization of the arc in such a plasma torch is ensured by the longitudinal magnetic field generated by the magnetic control winding, as well as by tangential gas injection into the working chamber, and the reduction of arc contraction is achieved by using a zirconium insert pressed into the end tip of the cathode. This is due to the fact that zirconium oxide formed on the surface of the insert during operation in oxygen-containing media has a significantly lower electron yield potential compared to the cathode main material (copper, brass), and therefore the cathode spot moves mainly along the surface of the zirconium insert . When working in an environment of inert and neutral gases, a tungsten insert can be used instead of zirconium.

Достоинствами указанной конструкции плазмотрона являются простота, высокая эффективность преобразования электрической энергии в тепловую и сравнительно простая схема электропитания. The advantages of this plasma torch design are its simplicity, high efficiency of converting electrical energy into heat and a relatively simple power supply circuit.

При использовании таких плазмотронов для реализации технологии динамической плазменной обработки материалов (см. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для очистки и травления материалов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 264 с.) термическое действие плазменной дуги на обрабатываемую поверхность неоднородно ввиду изменения температурного профиля по сечению столба дуги. Этот недостаток может быть частично преодолен за счет перемещения обрабатываемого изделия или самого плазмотрона, однако и в этом случае достижение высокого качества обработки не вполне возможно. Кроме того, приспособления, необходимые для такого перемещения, снижают надежность и повышают стоимость технологической установки. When using such plasmatrons to implement the technology of dynamic plasma processing of materials (see Danilin BS, Kireev V.Yu. Application of low-temperature plasma for cleaning and etching of materials. - M.: Energoatomizdat, 1987. - 264 p.) The thermal action of the plasma the arcs on the surface to be treated are heterogeneous due to changes in the temperature profile along the cross section of the arc column. This drawback can be partially overcome by moving the workpiece or the plasma torch itself, however, in this case, achieving a high quality of processing is not entirely possible. In addition, the devices necessary for such a movement reduce reliability and increase the cost of the technological installation.

Предлагаемое устройство позволяет получить новый технический результат, заключающийся в равномерном нагреве поверхности обрабатываемого изделия. The proposed device allows to obtain a new technical result, which consists in uniform heating of the surface of the workpiece.

Это достигается тем, что в устройстве для динамической плазменной обработки изделий, содержащем водоохлаждаемые анод и катод, в наконечник которого запрессована вставка из тугоплавкого металла, корпус, сопло, обмотку магнитного управления, осциллятор, регулируемый источник постоянного тока, а также водяные и газовые коммуникации, электроды выполнены на начальном участке расходящимися, а в рабочей области - параллельными, в наконечник каждого электрода по его длине запрессована вставка из тугоплавкого металла, каждый электрод охвачен скобой, а пластины магнитопровода, связанного с обмоткой магнитного управления, и обоймы с заготовками расположены в плоскостях, параллельных плоскости электродов. Кроме того, между рабочей областью и соплом размещена дугогасительная камера с решеткой из металлических пластин. Взаимное расположение электродов и катушки магнитного управления позволяет производить обработку поверхности неметаллического изделия при помощи линейного источника теплового излучения, каким в данном случае является дуга, перемещающаяся в поперечном магнитном поле, что обеспечивает равномерный нагрев поверхности обрабатываемого изделия. При этом для обеспечения равномерного движения дуги служат магнитопровод, связанный с сердечником обмотки магнитного управления, а также скобы из магнитного материала, охватывающие электроды в рабочей области по их сечению. Уменьшение контракции дуги обеспечивается за счет наличия в наконечнике каждого электрода по его длине вставки из тугоплавкого металла с более низким, чем у основного материала электрода, потенциалом выхода электронов, а также формой наконечника электрода. Наличие разрядной камеры призвано облегчить гашение дуги после прохождения ею рабочей области, что уменьшает термическую нагрузку на элементы устройства. В своей совокупности признаки предлагаемого устройства являются существенными для достижения указанного технического результата. This is achieved by the fact that in a device for dynamic plasma processing of products containing a water-cooled anode and cathode, a refractory metal insert, a housing, a nozzle, a magnetic control winding, an oscillator, an adjustable direct current source, and also water and gas communications are pressed into the tip, the electrodes are made diverging in the initial section, and parallel in the working area, an insert of refractory metal is pressed along the length of each electrode along its length, each electrode is covered with the wallpaper, and the magnetic plate, the magnetic coil associated with the control and the holder with workpieces arranged in planes parallel to the plane of the electrodes. In addition, between the working area and the nozzle there is an arcing chamber with a grating of metal plates. The mutual arrangement of the electrodes and the magnetic control coil allows you to process the surface of a non-metallic product using a linear source of thermal radiation, which in this case is an arc moving in a transverse magnetic field, which ensures uniform heating of the surface of the workpiece. In this case, to ensure uniform arc movement, a magnetic circuit connected to the core of the magnetic control winding, as well as staples made of magnetic material, covering the electrodes in the working area along their cross section, are used. The reduction of arc contraction is ensured by the presence of a tip from each refractory metal in the tip of each electrode along its length with a lower electron exit potential than the main electrode material, as well as the shape of the electrode tip. The presence of a discharge chamber is designed to facilitate the extinction of the arc after it passes through the working area, which reduces the thermal load on the elements of the device. Together, the features of the proposed device are essential to achieve the specified technical result.

На чертеже представлено устройство для динамической плазменной обработки изделий. The drawing shows a device for dynamic plasma processing of products.

Устройство содержит анод 1 со вставкой 2 из тугоплавкого металла (например, циркония), водоохлаждающим каналом 3 и скобой 4, катод 5 со вставкой 6 из тугоплавкого материала (например, циркония), водоохлаждающим каналом 7 и скобой 8, корпус 9, обмотку 10 магнитного управления с сердечником 11 и магнитопроводом 12, который охватывает корпус 9 снаружи, осциллятор 13 и регулируемый источник тока (на чертеже показаны только его выходные зажимы с указанием полярности). Обоймы 14 с заготовками 15 обрабатываемого изделия размещены внутри корпуса 9. Конструктивно электроды 1, 4 полностью одинаковы и состоят из двух характерных участков. На первом участке поверхности электродов выполнены расходящимися. Это сделано с целью растяжения дуги до размеров, определяемых технологией обработки изделий. На втором участке поверхности электродов параллельны. Этот участок соответствует рабочей области, где производится обработка поверхности заготовок 15. Непосредственно за рабочей областью расположены дугогасительная камера 16 с решеткой 17 из металлических пластин и выхлопная камера 18 с соплом 19. The device contains an anode 1 with an insert 2 of refractory metal (for example, zirconium), a water-cooling channel 3 and a bracket 4, a cathode 5 with an insert 6 of refractory material (for example, zirconium), a water-cooling channel 7 and a bracket 8, case 9, a magnetic coil 10 control with the core 11 and the magnetic core 12, which covers the housing 9 from the outside, the oscillator 13 and an adjustable current source (the figure shows only its output terminals indicating the polarity). The clips 14 with blanks 15 of the workpiece are placed inside the housing 9. Structurally, the electrodes 1, 4 are completely identical and consist of two characteristic sections. In the first portion of the surface of the electrodes are made diverging. This is done in order to stretch the arc to the dimensions determined by the technology of product processing. In the second section, the surfaces of the electrodes are parallel. This section corresponds to the work area where the surface of the workpieces is processed 15. Directly behind the work area are an arcing chamber 16 with a grill 17 made of metal plates and an exhaust chamber 18 with a nozzle 19.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении осциллятора 13 происходит пробой межэлектродного промежутка и зажигание рабочей дуги, питаемой от регулируемого источника тока. В результате взаимодействия тока дуги с внешним поперечным магнитным полем, создаваемым обмоткой 10, дуга начинает перемещаться по расходящейся части электродов 1, 5. Стабилизация тока дуги обеспечивается при этом за счет соответствующей настройки регулируемого источника тока, а мощность дуги возрастает. Движение дуги на указанном участке не является равномерным, столб дуги имеет выпуклую форму и жестко фиксирован в плоскости электродов, что достигается благодаря наличию в каждом электроде по его длине вставки из тугоплавкого металла с более низким, чем у основного материала электрода (медь, латунь) потенциалом выхода электронов. When the oscillator 13 is turned on, a breakdown of the interelectrode gap and ignition of the working arc, powered by an adjustable current source, occurs. As a result of the interaction of the arc current with an external transverse magnetic field created by the winding 10, the arc begins to move along the diverging part of the electrodes 1, 5. Stabilization of the arc current is ensured by the corresponding adjustment of the adjustable current source, and the arc power increases. The arc movement in this section is not uniform, the arc column is convex and rigidly fixed in the plane of the electrodes, which is achieved due to the presence in each electrode along its length of an insert made of refractory metal with a lower potential than the main electrode material (copper, brass) electron exit.

При достижении дугой второго (параллельного) участка электродов 1, 5 скорость дуги и ее геометрические размеры стабилизируются. Это обусловлено тем, что при движении по параллельным электродам мощность дуги неизменна, возмущение, заключающееся в постоянном возрастании длины дуги, что характерно для первого участка, отсутствует, скорость перемещения столба дуги во всех его точках одинакова. Это достигается за счет использования скоб 4, 8 из магнитного материала, охватывающих соответствующие им электроды 1, 5 таким образом, что вблизи поверхности электродов магнитное поле усиливается, что компенсирует торможение дуги в месте ее опорных точек. Равномерность поперечного магнитного поля в межэлектродном зазоре обеспечивается при помощи магнитопровода 12, пластины которого параллельны плоскости электродов 1, 5. Стабилизация дуги в плоскости электродов, как и на первом участке, обеспечивается благодаря наличию в каждом электроде 1, 5 по его длине вставки из тугоплавкого металла соответственно 2, 6. Кроме того, указанной цели способствует форма наконечника электрода (полуокружность в сечении А-А). When the arc reaches the second (parallel) section of electrodes 1, 5, the speed of the arc and its geometric dimensions stabilize. This is due to the fact that when moving along parallel electrodes, the arc power is unchanged, the perturbation consisting in a constant increase in the length of the arc, which is characteristic of the first section, is absent, the speed of movement of the arc column at all its points is the same. This is achieved through the use of brackets 4, 8 made of magnetic material, covering the corresponding electrodes 1, 5 in such a way that the magnetic field is amplified near the surface of the electrodes, which compensates for the braking of the arc at its reference points. The uniformity of the transverse magnetic field in the interelectrode gap is ensured by the magnetic circuit 12, the plates of which are parallel to the plane of the electrodes 1, 5. The stabilization of the arc in the plane of the electrodes, as in the first section, is ensured by the presence of refractory metal inserts in each electrode 1, 5 along its length respectively 2, 6. In addition, the shape of the tip of the electrode (semicircle in section AA) contributes to this goal.

После прохождения рабочей области дуга втягивается в решетку 17 дугогасительной камеры 16, где она растягивается, охлаждается и гасится. Попадая затем в выхлопную камеру 18, поток отработанного газа тормозится и через сопло 19 выходит наружу. After passing through the working area, the arc is drawn into the lattice 17 of the arcing chamber 16, where it is stretched, cooled, and extinguished. When it then enters the exhaust chamber 18, the exhaust gas flow is inhibited and exits through the nozzle 19.

В результате применения указанных мероприятий плазменная дуга, являющаяся в данном случае линейным источником теплового излучения, в рабочей области имеет неизменные геометрические размеры, стабильные электрические характеристики и перемещается вдоль обрабатываемой поверхности с постоянной скоростью, за счет чего достигается равномерный нагрев поверхности изделия. As a result of the application of these measures, the plasma arc, which in this case is a linear source of thermal radiation, in the working area has constant geometric dimensions, stable electrical characteristics and moves along the surface to be processed at a constant speed, due to which uniform heating of the product surface is achieved.

Claims (2)

1. Устройство для динамической плазменной обработки изделий, содержащее водоохлаждаемые анод и катод, в наконечник которого запрессована вставка из тугоплавкого металла, корпус, сопло, обмотку магнитного управления, осциллятор, регулируемый источник постоянного тока, а также водяные и газовые коммуникации, отличающееся тем, что электроды выполнены на начальном участке расходящимися, а в рабочей области - параллельными, в наконечник каждого электрода по его длине запрессована вставка из тугоплавкого металла, каждый электрод охвачен скобой, а пластины магнитопровода, связанного с обмоткой магнитного управления, и обоймы с заготовками расположены в плоскостях, параллельных плоскости электродов. 1. A device for dynamic plasma processing of products containing a water-cooled anode and cathode, the tip of which is pressed into an insert made of refractory metal, a housing, a nozzle, a magnetic control coil, an oscillator, an adjustable constant current source, and also water and gas communications, characterized in that the electrodes are made diverging in the initial section, and parallel in the working area, an insert of refractory metal is pressed along the length of each electrode along its length, each electrode is covered by staples oh, and the plates of the magnetic circuit associated with the magnetic control winding, and clips with blanks are located in planes parallel to the plane of the electrodes. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между рабочей областью и соплом размещена дугогасительная камера. 2. The device according to p. 1, characterized in that between the working area and the nozzle there is an arcing chamber.
RU99112381A 1999-06-15 1999-06-15 Device for dynamic plasma treatment of articles RU2163424C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99112381A RU2163424C1 (en) 1999-06-15 1999-06-15 Device for dynamic plasma treatment of articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99112381A RU2163424C1 (en) 1999-06-15 1999-06-15 Device for dynamic plasma treatment of articles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2163424C1 true RU2163424C1 (en) 2001-02-20

Family

ID=20221092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99112381A RU2163424C1 (en) 1999-06-15 1999-06-15 Device for dynamic plasma treatment of articles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2163424C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104661349A (en) * 2014-12-11 2015-05-27 中国航天空气动力技术研究院 High-voltage low-erosion tube type electrode
RU2762196C2 (en) * 2019-07-25 2021-12-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) Electric arc plasmatron
RU2763161C1 (en) * 2021-04-15 2021-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) Electric-arc plasma generator for working of part surface

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104661349A (en) * 2014-12-11 2015-05-27 中国航天空气动力技术研究院 High-voltage low-erosion tube type electrode
CN104661349B (en) * 2014-12-11 2016-05-11 中国航天空气动力技术研究院 The low ablation tubular pole of high pressure
RU2762196C2 (en) * 2019-07-25 2021-12-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) Electric arc plasmatron
RU2763161C1 (en) * 2021-04-15 2021-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) Electric-arc plasma generator for working of part surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4174477A (en) Method of and device for arc welding
US6998574B2 (en) Welding torch with plasma assist
NO115114B (en)
US3944778A (en) Electrode assembly of plasmatron
RU2163424C1 (en) Device for dynamic plasma treatment of articles
RU2402098C2 (en) Installation for plasma treatment of infinite material
JPH0210700A (en) Plasma torch
Bolotov et al. Elimination of Electric Arc Stabilization in Precision Welding with High-Current DC Glow Discharge
KR101337047B1 (en) Atomspheric pressure plasma apparatus
US1911033A (en) Atomic gas torch
JP6150810B2 (en) System for converting electrical energy into thermal energy
RU95665U1 (en) DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON
RU2682553C1 (en) Electrode for arc melting of metals
EP0995531B1 (en) Burr processing apparatus
RU2490334C1 (en) Device for plasma treatment of flat products
SU847533A1 (en) Blasmotron for treatment of electroconducting materils
SU1199807A1 (en) Method of surface treatment of current-conducting materials
RU2374791C1 (en) Electric arc ac plasmotron
KR100493731B1 (en) A plasma generating apparatus
RU2118244C1 (en) Materials welding and cutting device
SU1184113A1 (en) Device for controlling electric conditions of electric-arc furnace
RU2126841C1 (en) Apparatus for treating surface of parts, its variants
SU1186422A1 (en) Torch for electric-arc machining
RU2379358C1 (en) Device for plasma tempering of detail made of steel and cast iron in automatic and manual modes
US2802093A (en) Arc torch interruption