Конструкции основных узлов плазмотронов

Принимая во внимание, что для обработки металлов преимущественно применяются плазмотроны постоянного тока со стержневым не плавящимся (не расходуемыми) электродами, в данном разделе будут подробно освещены конструктивные особенности именно этого вида плазмотронов.

Основными узлами рассматриваемых плазмотронов являются катодный, сопловой узел завихрения рабочего газа. Последний обеспечивает наилучшие условия формирования столба дуги из всех прочих схем стабилизации дуги, представленных в предыдущем параграфе, поэтому он рассмотрен более подробно.

Рис. 1. Конструкция основных узлов плазмотронов:
а – стрежневых электродов-катодов; б – формирующих сопел; в – узлов завихрения плазмообразующего газа.
Стержневые не расходуемые электроды-катоды выполняются в виде медного охлаждаемого несущего корпуса с катодной вставкой из вольфрама, циркония или других тугоплавких металлов и сплавов на их основе.
Наиболее распространенный вариант выполнения катода — крепление вольфрамового прутка в разрезном цанговом зажиме (схема 1, рис. 1, а).
Цанга изготовляется из пружинящего электропроводного материала (из латуни, бронзы БрАЖ), так как она является токоведущей деталью и должна обеспечивать надежный контакт с катодом и теплоотвод от него. Существует два типа цанг: одни обжимают электрод, вдавливаемый в их отверстие, несколько меньшее, чем его диаметр, в других — электрод вставляется свободно, а цанга обжимается снаружи путем втягивания ее в головку корпуса плазмотрона с помощью резьбового соединения.
Второй тип цанги является более рациональным, так как при этом обеспечивается лучшая центровка электрода и более плотное его обжатие за счет усилия в резьбовом соединении. При этом лучше решается задача герметизации головки плазмотрона.
При цанговом зажиме обеспечивается возможность перемещения электрода по мере его эрозии, легкая замена его. Поэтому этот сравнительно простой вариант конструкции электродного узла широко применяется в ручных плазменных резаках, а также в плазменных горелках для ручной и механизированной сварки, работающий на малых и средних токах.
При увеличении токовой нагрузки на катод не обеспечивается достаточный теплоотвод через вольфрамовый пруток в месте контакта его
с цангой. При токе дуги выше 300 а конструкция цанговых катодов усложняется, а надежность их в процессе эксплуатации снижается. Кроме того, цанговый зажим совершенно не приемлем для циркониевых электродов, которые требуют более интенсивного отвода тепла непосредственно от места расположения катодного пятна.
Большую токовую нагрузку при существенно меньшей эрозии обеспечивают катоды, вставка которых механически прочно и неподвижно соединена с медной водоохлаждаемой обоймой. При этом вольфрамовая вставка впаивается на серебряном припое или сваривается методом диффузионной сварки в вакууме, а циркониевая, как более пластичная, запрессовывается в медную обойму. Во всех последующих вариантах медный несущий корпус выполняется в виде полого цилиндра со вставленной внутрь трубкой, через которую подается охлаждающая вода, омывающая внутреннюю полость корпуса.
По схеме 2 (рис. 1, а) катодная вставка укрепляется в цельном корпусе, по схемам 3 и 4 – в сменных медных наконечниках, соединяемых с корпусом соответственно конусной посадкой или резьбой. Наилучшей является схема 5 (рис. 1, а). Сменный наконечник в этом случае выполнен с наименьшим расходом материала, легко штампуется, крепится к корпусу с помощью накидной гайки. Все резьбовые соединения наконечников с корпусом электрода необходимо уплотнять резиновыми кольцами. Такие соединения надежнее, чем соединения на плотной конической посадке.
При выполнении сквозной катодной вставки (схема б, рис. 1, а) обеспечивается лучший теплоотвод от катода [32]. Такая схема применяется при изготовлении электродов с циркониевым катодом, а схема 2 (рис. 1, а) с некоторым вылетом вставки применяется при изготовлении электродов с вольфрамовым катодом.
Пути дальнейшего совершенствования конструкций стержневых катодов и поисков новых материалов катодов еще далеко не исчерпаны. В этом направлении продолжаются тщательные исследования.
Формирующие сопла являются наиболее теплонапряженными элементами плазмотронов и поэтому требуют тщательного конструктивного выполнения.

Вернуться на Плазменная резка