SU694314A1

SU694314A1 - Apparatus for vacuum welding with non -consumable electrode

Info

Publication number: SU694314A1
Application number: SU772502453A
Authority: SU
Inventors: Николай Михайлович Будник; Евгений Александрович Малышкин; Юрий Григорьевич Ольховой; Валерий Николаевич Будник; Николай Григорьевич Нестеренко; Владимир Семенович Лубяной
Original assignee: Ростовский-На-Дону Институт Сельскохозяйственного Машиностроения
Priority date: 1977-07-04
Filing date: 1977-07-04
Publication date: 1979-10-30

Description

1one

Изобретение относитс к электродуговой сварке, а именно к конструкци м горелок с полым катодом дл нагрева изделий, преимущественно с целью сварки, пайки, наплавки .The invention relates to electric arc welding, namely to hollow cathode burner designs for heating products, mainly for the purpose of welding, soldering, and welding.

Известны горелки, содержащие корпус и полый катод, в которы.х разр д с полым катодом возбуждают коротким замыканием электрода на деталь 1.Known burners, comprising a housing and a hollow cathode, in which a discharge with a hollow cathode is excited by the short circuit of the electrode on the part 1.

В таких горелка.х при возбуждении дугового разр да с полым катодом возникают деформации электродов, происходит интенсивное разрушение катода в месте контакта , снижаетс ресурс работы катода.In such a burner.x, when an arc is excited with a hollow cathode, deformations of the electrodes occur, intense cathode destruction occurs at the point of contact, and the life of the cathode is reduced.

Известна горелка, в которой разр д с полым катодом возбуждают при помощи разогрева протекающим по нему током 2. В такой горелке дл разогрева катода до нужной температуры требуетс очень больщой ток, что сильно затрудн ет возбуждение разр да с катодом, имеющим больщую поверхность и толщину стенки.A burner is known in which a discharge with a hollow cathode is excited by heating a current flowing through it 2. In such a burner, a very large current is required to heat the cathode to the desired temperature, which makes it very difficult to excite the discharge with a cathode having a large surface and wall thickness .

Известна горелка, в которой возбуждение дугового разр да осуществл етс с помоН1 ,ыо высокочастотного разр да между полы .м катодом и деталью с дополнительной подачей плазмообразующего газа в момент возбуждени 3.A known burner in which the excitation of the arc discharge is carried out with the aid of H1, the high-frequency discharge between the floor of the cathode and the workpiece, with an additional supply of plasma-forming gas at the moment of excitation 3.

Это устройство не обесиечивает стабильного возбуждени разр да, велика веро тпость ооразовапп д гп в парах материала катода.Н горелки, дополнительна подача газа приводит к повьипенпю давленп в вакуумной камере.This device does not provide a stable excitation of the discharge, the probability of occurrence of orazovapp d gp in vapors of the cathode material is high. On the burner, an additional gas flow leads to a pressure in the vacuum chamber.

Известны устройства дл сваркп в среде защитного газа, содержащие дополнительный электрод, размещенный в изол ционной оболочке и установленный в сонле 4.There are known devices for welding in a protective gas medium, containing an additional electrode placed in an insulating sheath and installed in Sonle 4.

Известны устройства дл дуговой сварки плав щимс электродом, содержащпе доиолнительный электрод дл возбуждени дуги, расположеиный под углом к основному электроду 5.Arrangements for arc welding with a melting electrode, comprising a further electrode for driving an arc at an angle to the main electrode 5, are known.

Прн примепенпп подобных устройств дл сваркп нолым катодом не достигаетс стабильное возбуждение разр да, вследствие возппкиовени дуги в иарах материала катода и горелки.When such similar devices are used for welding a bare cathode, a stable discharge excitation is not achieved due to the return of the arc in the cathode and burner material vapors.

Известна горелка дл сваркн неплав щимс электродом в вакууме 6.A known torch for welding with a non-consumable electrode in vacuum 6.

В этой горелке дополнительный электрод установлен в полости катода, н разр д возбуждаетс при подаче высокочастотного напр жени между дополнительным электродом и катодом.In this burner, an additional electrode is installed in the cavity of the cathode, and the discharge is excited when a high-frequency voltage is applied between the additional electrode and the cathode.

Дополпительный электрод с изол тором ограничивает минимальный диаметр катода и в течений всего времени работы катода подвергаетс воздействию высоких температур и напылению парам) материала кашда , а так Же парами материалй издели из сварочной ванны, что снижает ресурс его раооты. В такой горелке возбуждение разр да недостаточно стабильно, так как в момент иробо газового промежутка между дополнительным электродом и стеикой катода на иоследней образуетс быстроперемещающеес катодное п тно, которое повреждает внутреннюю поверхность катода , t) результате такого перемещени катодное п тно может выйти на наружную поверхность катода и возникает дуга в парах материала катода и горелки.An additional electrode with an insulator limits the minimum diameter of the cathode and during the whole period of the cathode's operation it is exposed to high temperatures and spraying pairs of kashda material, as well as pairs of materials from the weld pool, which reduces its working life. In such a burner, the excitation of the discharge is not stable enough, since at the time of the gas gap between the additional electrode and the cathode steak a rapidly displacing cathode spot is formed on the latter, which damages the inner surface of the cathode, t) as a result of this movement, the cathode spot can reach the outer surface of the cathode and an arc arises in the vapor of the cathode material and the burner.

ij прппципе все устройства, использующие высокочастотный разр д дл возоуждепи разр да с полым катододм, обладают определеппои способностью вместо разр да с полым катодом возбуладать дуговой разр д в парах материала катода и горелки, вследствие образовани при пробое газа быстро перемещающегос катодного п тна. Кроме того, они требуют специальных мер дл устранени радиопомех и разв зывающих электрических цепеИ дл предотвращени паразитных св зей и пробоев изол ции в силовых низковольтных цеп х сварочных источников питани .ij, all devices using high-frequency discharge for ignition discharge with a hollow cathode, have a certain ability instead of discharge with a hollow cathode to excite the arc discharge in the vapor of the cathode material and the burner, due to the formation of a rapidly moving cathode spot during gas breakdown. In addition, they require special measures to eliminate radio interference and electrical circuits to prevent parasitic connections and isolation breakdowns in power low-voltage circuits of welding power sources.

Указанные недостатки устранены в горелке дл сварки неплав щимс электродом в вакууме, содержащей корпус и полый катод с укрепленным на нем спиральным накальпым элементом из тугоплавкой проволоки . В этом устройстве возбуждение дугового разр да происходит путем разогрева спирального элемента, причем 2-3 витка спирали выступают за торец катода и наход тс непосредственно в потоке газа, выход щего из полости катода 7J.These drawbacks are eliminated in a torch for welding with a non-consumable electrode in vacuum, comprising a housing and a hollow cathode with a spiral filament element made of refractory wire fixed on it. In this device, the initiation of an arc discharge takes place by heating the spiral element, with 2-3 turns of the spiral protruding beyond the end of the cathode and located directly in the gas flow exiting the cavity of the cathode 7J.

Этой конструкции присущи следующие недостатки: выступающие за торед катода витки сиирали и токоировод к ним ири прикосновении к изделию выход т из стро , что затрудн ет сварку в трудиодоступпых местах; спираль, паход сь в течепие всего времени сварки в потоке плазмы и близко к сварочной ванне, подвергаетс их разрушающему воздействию, что вл етс причиной быстрого выхода ее из стро ; дл обеспечепи падежного возбуждени требуетс пакал спирали до тел1ператур, близких к температуре ее плавлени , что снижает ресурс работы спирали и иредъ 1зл ет жесткие требовани к стабильности питающего источника.This design has the following drawbacks: the coils protruding beyond the cathode turn and the windings coming to them and touching the product fail, which makes welding difficult in places that are difficult to reach; the coil, flying over the entire welding time in the plasma stream and close to the weld pool, is subject to their destructive effect, which causes its rapid release from the system; In order to ensure case-by-case excitation, a helix is required up to the bodies having temperatures close to its melting point, which reduces the life of the helix and reduces the strict requirements on the stability of the supply source.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению вл етс устройство дл сварки иеплав щимс электродом в вакууме , содержащее водоохлаждаемый корпус, в котором установлен полый катод, а также накальный элемент, подсоединенный к источнику питани дуги. В корпусе устройства над полым катодом выполнена полость, в которой и размещен упом нутый накальпый элемент {8J.The closest in technical essence and the achieved effect to the described invention is a device for welding and a melting electrode in vacuum, containing a water-cooled case in which a hollow cathode is installed, as well as a filament element connected to an arc power source. A cavity is made in the device housing above the hollow cathode, in which the above-mentioned {8J.

Недостатком такого устройства вл етс мала стабильность возбуждени дугового разр да, а также перегрев пакальпого элемента при подключении его к источнику 5 питани дуги, что снижает ресурс работы накального элемента.The disadvantage of such a device is the low stability of the excitation of the arc discharge, as well as the overheating of the bundle element when it is connected to the power source 5 of the arc, which reduces the life of the filament element.

Целью изобретени вл етс повышение стабильности возбуждени дугового разр да и надежности раооты горелки путе.м уве10 личепи ресурса работы накальпого элемента .The aim of the invention is to increase the stability of the arc discharge and the reliability of the burner operation by increasing the life of the filament element.

Это достигаетс тем, что устройство дл сварки пеплав щимс электродом в вакууме , содержащее корпус с установленным вThis is achieved by the fact that a device for welding a peptic electrode in vacuum, comprising a housing with

5 нем нолым катодом, накальпый элемент, ХСтановленпый в полости, выполпеп110й в корпусе пад нолым катодом, а также источник пптани дуги, спабжено доиолиительным источником интанп дл возоуждени 5 it has a bare cathode, a hot element, HST installed in the cavity, a lap of a cathode, and also the source of the arc ptani, was filled with a decimate source of intanp

0 вспомогательного дугового разр да между пакальным элементой и 1.орпусом, при этом отрицательный полюс донолпительпого источника питани подсоединен к пакальному элементу, а положительный - к корпусу, а0 auxiliary arc discharge between the pacifier and the 1.orpus, while the negative pole of the donut power source is connected to the pacifier, and the positive pole is connected to the housing, and

.-J на входном торце иолого катода установлена диафрагма с отверстием..-J a diaphragm with a hole is installed at the input end of the hollow cathode.

Возбуждение разр да с нолым катодо.м осуществл етс с помощью дугового разр да малой мощности между пакальным эле0 ментом и кориусом горелки.Excitation of a discharge with a zero cathode. M is carried out with the help of an arc discharge of low power between the spike element and the burner corius.

На чертеже изображено предлагае.мое устройство дл сваркп.The drawing shows the proposed device for welding.

Устройство дл сварки пеплав щимс электродом в вакууме содерлсит водоохлаж5 даемый корпус 1, в котором установлен полый катод 2. В корпусе Ь выполнена иолость 3 над полым катодом 2. В полости 3 расположеп накальный элемент 4, закрепленный в корпусе 1 с помощью пзол торовA device for welding with a peptic electrode in vacuum contains a water-cooled housing 1, in which a hollow cathode 2 is installed. In the case b, the iolium 3 is made above the hollow cathode 2. In cavity 3, the filament element 4 is fixed in case 1 by means of psol tor

0 5. Накальпый элемент 4 отделен ог полости катода 2 диафрагмой 6 с отверстием, котора установлена на входном торце полого катода 2. В устройство входит источник {t/св) питани дуги, источник (Уц) ни5 тапп дл нагрева накального элемента 4, а также дополнительны источник (в) питапи дл возбуждени вспомогательного дугового разр да между накальным элементом 4 и корпусом 1 устройства.-Отри0 цательный полюс дополиптельного источника (Ов) нитани подключен к накальному элементу 4, а положительный полюс - к корпусу 1. Защитный газ подаетс по шлангу 7, надетому на штуцер 8, расположен- ный в верхней части устройства. Ноз1щией 9 обозначено сваривае.мое изделие.0 5. The incandescent element 4 is separated by the cavity of the cathode 2 by the diaphragm 6 with a hole that is installed at the inlet end of the hollow cathode 2. The device includes the source (t / c) of the arc supply, the source (Uz) of the lower 5 tapp for heating the filament element 4, and also an additional source (c) of a pitapi for energizing an auxiliary arc discharge between the filament 4 and the device body 1. The negative pole of the additional polypropylene source (OV) is connected to the filament 4, and the positive pole is fed to the body 1. hose 7 worn by fitting 8 raspolozhen- ny in the upper part of the device. Nos1 9 is indicated by welding. My product.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Через шланг 7 в полость 3 в корпусе иThrough the hose 7 into the cavity 3 in the housing and

Q через отверстие диафрагмы 6 в полый катод 2 поступает плазмообразующий газ. Носле включени источника f/св сварочного тока между нолым катодом 2 и изделием 9 устанавливаетс напр жение холостого хода источника. Затем подаетс посто пноеQ through the opening of the diaphragm 6 in the hollow cathode 2 enters the plasma-forming gas. When the source f / s of the welding current is switched on between the zero cathode 2 and the product 9, the no-load voltage of the source is established. Then a constant is served.

напр жение UB между накальным SvleMeaтом 4, корпусом 1 и накальнос напр жение Us. Образующа с при этом плазма под воздействием потока газа и сил электрического пол , проникающего в полость катода 2 через отверстие в диафрагме 6, заполн ет полость катода 2 и перекрывает промежуток между катодом 2 и изделием 9. Возникает дуговой разр д с полым катодом . После этого источники напр жени накала и возбуждени отключаютс .the voltage UB between the filament SvleMeat 4, body 1 and the voltage Us. The plasma produced by this, under the influence of the flow of gas and the forces of the electric field, penetrating the cavity of the cathode 2 through the hole in the diaphragm 6, fills the cavity of the cathode 2 and closes the gap between the cathode 2 and the product 9. An arc discharge occurs with a hollow cathode. Thereafter, the sources of voltage and excitation are turned off.

Устройство обеспечивает надежное возбуждение и устойчивую работу дугового разр да с полым катодом. Конструкци позвол ет вести сварку в вакууме с микроподачей газа в труднодоступных местах. В процессе работы катода накадьный элемент не подвергаетс разрушающему воздействию тепловых и плазменных потоков катода , так как защищен диафрагмой, установленной на входном торце катода, а также воздействию паров и капель сварочной ванны . Вследствие расположени накального элемента в корпусе горелки исчезает зависимость размеров катода и накального элемента в случае их замены. Одним и тем же накальным элементом можно возбуждать разр д с полым катодом конструкций разнообразных по форме и размерам. Вследствие того, что накальный элемент находитс иод отрицательным потенциалом относительно корпуса горелки, требуема дл возбуждени разр да температура его накала значительно снижаетс , что совместно с кратковременностью его разогрева (только на врем процеса возбуждени ), резко увеличивает ресурс его работы и снижает требовани к стабильности источника питани . В предлагаемой горелке врем ее непрерывной работы определ етс уже не ресурсом узла возбуждени , а ресурсом работы катода и составл ет дл специально разработанных конструкций катодов 150-200 ч. Поэтому конструкци устройства может быть применена в нромышленности на установках с использованием процесса дугового разр да с полым катодом в вакууме сThe device provides reliable excitation and stable operation of the arc discharge with a hollow cathode. The design allows vacuum welding with micro gas in hard-to-reach places. During operation of the cathode, the cadmium element is not subject to the damaging effects of thermal and plasma flows of the cathode, since it is protected by a diaphragm installed at the inlet end of the cathode, as well as by vapor and drops of the weld pool. Due to the location of the filament element in the burner housing, the dependence of the dimensions of the cathode and the filament element in the case of their replacement disappears. With the same filament element, it is possible to initiate a discharge with a hollow cathode of structures of various shapes and sizes. Due to the fact that the filament element is iodine negative potential relative to the burner body, its heating temperature required to excite the discharge decreases significantly, which, together with the short duration of its heating (only during the excitation process), dramatically increases its service life and reduces the source stability requirements. nutrition In the proposed burner, the time of its continuous operation is no longer determined by the resource of the excitation unit, but by the cathode life and is 150-200-200 hours for specially designed cathode structures. Therefore, the device design can be used in industry in installations using an arc-discharge process with a hollow cathode in vacuum with

непрерывным IB течение смены циклом работь , например н.1люзованием изделий.continuous IB during the shift cycle work, for example, n.1 lizirovaniem products.

Claims

1. Shiganov N. V. and others. Some features of the arc welding process by a hollow cathode in a vacuum. “Welding production, No. 9, 1973, p. 17-19.

2. Poiov Yu. V. et al. Excitation of an arc discharge with a hollow cathode and methods for controlling the “Lime of universities. Mechanical Engineering, No. 10, 1972, p. 188-190.

3. Bolotin, V.S., et al. Investigation of some technological properties of a vacuum arc with an icing-on welding electrode. “Welding production, 1974.

4. The patent of France L 2038063, cl. E 23K 9/00, oublik. 1970.

5. USSR author's certificate No. 455823, cl. In 23K 9/16, 1971.

6. USSR author's certificate in accordance with the application LJ 2195941, cl. In 23K 9/16, 1975.

7. Author's certificate of the USSR L ° 335057, cl. In 23K 9/16, 1970.

8. USSR author's certificate according to jYg 2475002, cl. In 231 9/16, 1977 irototy).