способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления
Классы МПК: | H05H1/50 и с использованием внешних магнитных полей, например для фокусирования или вращения дуги |
Автор(ы): | Синягин О.В., Токмулин И.М. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество - Научно-производственная фирма "Аз" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-09-29 публикация патента:
27.03.1995 |
Использование: в плазменной технике и плазменной обработке поверхностей изделий, в частности для напыления порошков и аэрозолей. Сущность изобретения: способ заключается в смешивании плазменных струй в количестве, кратном двум. Плазменные струи создают с помощью электродных узлов, которые располагают симметрично относительно оси устройства и направляют к оси под углом, меньшим 45°. На каждую плазменную струю налагают три внешних магнитных поля, вектора индукции которых связаны с направлениями векторов индукции собственных магнитных полей плазменных струй. Каждый электродный узел содержит магнитную систему в виде разомкнутых магнитопроводов и соленоидов, охватывающих полюса магнитопроводов. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. 1. Способ создания плазменного потока, при котором плазменные струи смешивают в количестве, кратном двум, располагают симметрично вокруг оси симметрии общего плазменного потока и направляют под углом к этой оси, при этом пропускают постоянный электрический ток вдоль каждой плазменной струи и направляют электрические токи в соседних плазменных струях в противоположных направлениях относительно оси симметрии общего плазменного потока, причем на каждую плазменную струю налагают три внешних магнитных поля, векторы индукции которых ориентируют перпендикулярно к оси этой плазменной струи, при этом вектор индукции первого внешнего магнитного поля ориентируют перпендикулярно к базовой плоскости, в которой расположены ось плазменной струи и ось общего плазменного потока, и второе и третье внешние магнитные поля налагают в полупространствах, образованных базовой плоскостью, и направляют их векторы индукции под углом к этой плоскости так, чтобы составляющие векторов индукции второго и третьего внешних магнитных полей, параллельные базовой плоскости, были ориентированы по направлениям составляющих векторов индукции собственного магнитного поля плазменной струи, параллельным базовой плоскости в соответствующих полупространствах, отличающийся тем, что каждую плазменную струю направляют к оси общего плазменного потока под углом, меньшим 45o, при этом первое внешнее магнитное поле налагают между осью плазменной струи и осью общего плазменного потока, а вектор индукции поля ориентируют в направлении, противоположном направлению вектора индукции собственного магнитного поля плазменной струи в области базовой плоскости между этими осями, причем составляющие векторов индукции второго и третьего внешних магнитных полей, перпендикулярные к базовой плоскости, ориентируют в направлении вектора индукции первого внешнего магнитного поля. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синхронно изменяют величины индукции вторых и третьих внешних магнитных полей для каждой плазменной струи. 3. Устройство для создания плазменного потока, содержащее электродные узлы в количестве, кратном двум, расположенные симметрично вокруг оси симметрии устройства, и магнитную систему, при этом каждый электродный узел направлен под углом к оси симметрии устройства, а магнитная система выполнена в виде разомкнутых магнитопроводов, причем на каждом полюсе разомкнутого магнитопровода установлен соленоид, участок каждого разомкнутого магнитопровода между соленоидами снабжен ферромагнитным отводом, концы полюсов каждого разомкнутого магнитопровода расположены симметрично относительно соответствующей базовой плоскости, в которой лежат оси симметрии устройства и электродного узла и центр конца ферромагнитного отвода разомкнутого магнитопровода, отличающееся тем, что каждый электродный узел установлен под углом к оси симметрии устройства, меньшим 45o, при этом полюса каждого разомкнутого магнитопровода в области пространства, ограниченной симметричными плоскостями, которые пересекают ось симметрии устройства и в которых лежат оси электродных узлов, причем концы ферромагнитных отводов расположены вне этой области, а центры концов ферромагнитного отвода и полюсов каждого разомкнутого магнитопровода размещены между двумя плоскостями, перпендикулярными к оси соответствующего электродного узла, одна из которых проходит через точку пересечения осей электродных узлов, а другая - через центр выходной торцевой части электродного узла.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано при термической и плазмохимической обработке поверхностей изделий. Известно устройство для плазменной обработки материалов, содержащее камеру с шихтопроводом по оси и три генератора плазмы, равномерно расположенных вокруг шихтопровода под углом к нему, в основу действий которого положен способ, включающий ввод материала в зону смешения трех плазменных струй по оси камеры и обработку в суммарном плазменном потоке. Недостатком данных способа и устройства является низкая эффективность использования обрабатываемого материала, т.к. при встрече плазменных струй, формируемых каждый генератором плазмы, в зоне смешения возникают поперечные потоки плазмы, выбрасывающие вводимый материал из зоны обработки. Более близким к заявляемому способу и устройству является устройство для плазменно-дуговой обработки материалов, содержащее камеру с шихтопроводом по оси и три электродуговых генератора плазмы переменного тока, в основу действия которого положен способ, включающий ввод материала в зону смешения трех плазменных струй с электрическими дугами трехфазного переменного тока и обработку в суммарном плазменном потоке [1]. Недостатком данных способа и устройства также является низкая эффективность использования обрабатываемого материала в результате выброса материала из зоны смешения плазменно-дуговых струй поперечными потоками плазмы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ создания плазменного потока, реализованный в устройстве для плазменной обработки материала [2]. В этом способе смешивают плазменные струи в количестве, кратном двум, располагают симметрично вокруг оси симметрии общего плазменного потока и направляют под углом к этой оси. Пропускают постоянный электрический ток вдоль каждой плазменной струи и направляют электрические токи в соседних плазменных струях в противоположных направлениях относительно оси общего плазменного потока, причем на каждую плазменную струю налагают три внешних магнитных поля, векторы индукции которых ориентируют перпендикулярно этой оси плазменной струи, при этом вектор индукции первого магнитного поля ориентируют перпендикулярно базовой плоскости, в которой расположены ось плазменной струи и ось общего плазменного потока, а второе и третье внешние магнитные поля налагают в полупространствах, образованных базовой плоскостью, и направляют их векторы индукции под углом к этой плоскости таким образом, чтобы составляющие векторов индукции второго и третьего внешних магнитных полей, параллельные базовой плоскости, были ориентированы по направлениям составляющих векторов индукций собственного магнитного поля плазменной струи, параллельным базовой плоскости в соответствующих полупространствах. Устройство содержит шихтопровод, электродуговые генераторы плазменных струй, расположенные симметрично вокруг оси шихтопровода, и магнитную систему, каждый электродуговой генератор плазменной струи выполнен из двух электродных узлов, оси которых расположены под острым углом к оси шихтопровода, к которой направлены выходные части электродных узлов, установленных симметрично относительно плоскости, в которой расположена ось шихтопровода, при этом магнитная система выполнена в виде разомкнутых магнитопроводов в количестве, равном числу электродных узлов, причем на каждом полюсе разомкнутого магнитопровода установлен соленоид, концы полюсов каждого разомкнутого магнитопровода расположены симметрично относительно плоскости, параллельной оси шихтопровода и в которой размещена ось соответствующего электродного узла, и, кроме того, размещены между двумя плоскостями, перпендикулярными оси шихтопровода, одна из которых проходит через точку пересечения осей электродных узлов, а другая - через центр торцовой плоскости выходной части электродного узла, причем участок каждого разомкнутого магнитопровода между соленоидами снабжен ферромагнитным отводом, конец которого расположен между осью шихтопровода и соответствующим электродным узлом, а центр конца отвода расположен в плоскости симметрии полюсов данного разомкнутого магнитопровода. Электродные узлы попарно подсоединены к индивидуальному источнику постоянного электрического тока с чередованием полярности. Недостатком указанного способа являются относительно узкие функциональные возможности. Это обусловлено тем, что плазменные струи в указанной конфигурации внешних магнитных полей сохраняют стабильное положение лишь при углах, больших чем 45о, между осями начальных участков плазменных струй и осью общего плазменного потока. Однако как для эффективного ввода обрабатываемого материала в общий плазменный поток, так и для эффективного сканирования общим плазменным потоком по поверхности изделий необходимо, чтобы углы схождения плазменных струй были как можно меньше. Но при углах, меньших чем 45о между осями плазменных струй и осью общего плазменного потока силы электромагнитного взаимоотталкивания плазменных струй в собственных магнитных полях настолько большие, что для удержания плазменных струй необходимо изменить ориентации векторов внешних магнитных полей на противоположные. В результате указанная система внешних магнитных полей теряет свойство стабилизации плазменных струй и способ становится неработоспособным. Недостатком указанного устройства является недостаточно высокий ресурс работы электродных узлов. Это обусловлено тем, что плазменно-дуговая струя, выходя из сопла электродного узла, изгибается в магнитном поле, создаваемом магнито- проводом. В результате тот край сопла, в сторону которого изгибается струя, испытывает большие тепловые нагрузки, чем остальные края, и быстрее эродирует, что искажает форму сопла и делает его непригодным для использования. Для уменьшения односторонней эрозии необходимо уменьшить угол изгиба струи, т.е. уменьшить угол между осями электродных узлов. Но при этом указанное устройство не обеспечивает cтабилизации плазменного потока, что является его вторым недостатком. Это обусловлено следующим. При острых углах между плазменно-дуговыми струями силы электромагнитного взаимоотталкивания струй значительно больше, чем при тупых углах. Поэтому для удержания плазменных струй в указанном устройстве необходимо сменить направление вектора магнитной индукции магнитопроводов на противоположное, что лишает систему магнитных полей стабилизирующего эффекта для плазменной струи. Для достижения технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей способа и улучшении устойчивости плазменного потока, а также повышении ресурса работы электродных узлов устройства, в способе создания плазменного потока, при котором плазменные струи смешивают в количестве, кратном двум, располагают симметрично вокруг оси симметрии общего плазменного потока и направляют под углом к этой оси, при этом пропускают постоянный электрический ток вдоль каждой плазменной струи и направляют электрические токи в соседних плазменных струях в противоположных направлениях относительно оси общего плазменного потока, причем на каждую плазменную струю налагают три внешних магнитных поля, векторы индукции которых ориентируют перпендикулярно оси этой плазменной струи, при этом вектор индукции первого внешнего магнитного поля ориентируют перпендикулярно базовой плоскости, в которой расположены ось плазменной струи и ось общего плазменного потока, а второе и третье внешние магнитные поля налагают в полупространствах, образованных этой базовой плоскостью, и направляют их векторы индукции под углом к этой плоскости таким образом, чтобы составляющие вектора в индукции второго и третьего внешних магнитных полей, параллельные базовой плоскости, были ориентированы по направлениям составляющих векторов индукции собственного магнитного поля плазменной струи, параллельным базовой плоскости в соответствующих полупространствах, при этом каждую плазменную струю направляют к оси общего плазменного потока под углом, меньшим 45о, при этом первое внешнее магнитное поле налагают между осью плазменной струи и осью общего плазменного потока, а вектор индукции поля ориентируют в направлении, противоположном направлению вектора индукции собственного магнитного поля плазменной струи в области базовой плоскости между этими осями, при этом составляющие векторов индукции каждых второго и третьего внешних магнитных полей, перпендикулярные базовой плоскости, ориентируют в направлении вектора индукции первого внешнего магнитного поля, изменяют величины индукции вторых и третьих магнитных полей для каждой плазменной струи. В устройстве для создания плазменного потока, содержащем электродные узлы в количестве, кратном двум, расположенные симметрично вокруг оси симметрии устройства, и магнитную систему, при этом каждый электродный узел направлен под углом к оси симметрии устройства, а магнитная система выполнена в виде разомкнутых магнитопроводов, причем на каждом полюсе разомкнутого магнитопровода установлен соленоид, участок каждого разомкнутого магнитопровода между соленоидами снабжен ферромагнитным отводом, концы полюсов каждого разомкнутого магнито- провода расположены симметрично относительно соответствующей базовой плоскости, в которой лежат оси симметрии устройства и электродного узла и центр конца ферромагнитного отвода разомкнутого магнитопровода, каждый электродный узел установлен под углом к оси симметрии устройства, меньшим 45о, при этом полюса каждого разомкнутого магнитопровода расположены в области пространства, ограниченной симметричными плоскостями, которые пересекают ось симметрии устройства и в которых лежат оси электродных узлов, причем концы ферромагнитных отводов расположены вне этой области, а центры концов ферромагнитного отвода и полюсов каждого разомкнутого магнитопровода размещены между двумя плоскостями, перпендикулярными оси соответствующего электродного узла, одна из которых проходит через точку пересечения осей электродных узлов, а другая - через центр выходной торцовой части электродного узла. Направление каждой плазменной струи под углом, меньшим 45о, к оси общего плазменного потока позволяет расширить функциональные возможности метода, т.к. повышает эффективность и облегчает ввод дисперсных материалов и аэрозолей в общий плазменный поток, а также позволяет отклонить общий плазменный поток на больший угол от среднего положения при сканировании поверхности изделий. Наложение первого внешнего магнитного поля между осью плазменной струи и осью общего плазменного потока и заявляемые ориентации векторов индукции внешних магнитных полей позволяют управлять каждой плазменной струей в условиях сильного электромагнитного взаимоотталкивания плазменных струй, а также обеспечивают стабильность каждой плазменной струи и общего плазменного потока в этих условиях. Установление угла между осью каждого электродного узла и осью симметрии устройства, меньшим 45о, соответственно уменьшает угол, на который изгибают плазменно-дуговые струи электродных узлов, формирующий общий плазменный поток, направленный вдоль оси симметрии устройства. В результате уменьшается односторонняя тепловая нагрузка на стенки сопел, снижается односторонняя эрозия этих стенок и, соответственно, увеличивается ресурс работы электродных узлов. Расположение полюсов каждого разомкнутого магнитопровода в области пространства, ограниченной симметричными плоскостями, которые пересекают ось симметрии устройства и в которых лежат оси электродных узлов, а концы ферромагнитных отводов - вне этой области, а центров концов ферромагнитного отвода и полюсов каждого разомкнутого магнитопровода между двумя плоскостями, перпендикулярными оси соответствующего электродного узла, одна из которых проходит через точку пересечения осей электродных узлов, а другая через центр выходной торцовой части электродного узла. В результате такого расположения струя внутри электродного узла не смещается от оси и не происходит односторонняя эрозия внутри электродного узла, т.е. повышается ресурс работы узла, обеспечивается работоспособность устройства и достижение эффекта стабилизации плазменных струй и, соответственно, общего плазменного потока в условиях сильного электромагнитного взаимоотталкивания плазменных струй. На фиг. 1 схематично изображено создание общего плазменного потока из плазменных струй; на фиг.2 - схема взаимодействия плазменной струи с внешними магнитными полями в сечении А-А на фиг.1; на фиг.3 - устройство создания плазменного потока с двумя электродными узлами; на фиг.4 - устройство с четырьмя электродными узлами. Способ создания плазменного потока осуществляют следующим образом. Создают плазменные струи 1 (фиг.1, 2) любым из известных методов, например, продувая газ через электродуговой разряд в сопло. Количество плазменных струй 1 кратно двум. Начальные участки плазменных струй 1 направляют к оси 2 общего плазменного потока 3 под углом![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032016/945.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-2t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-3t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-4t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-5t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-6t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-7t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-8t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-9t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-10t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-11t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-12t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-13t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-14t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-15t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-16t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-17t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-18t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-19t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-20t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-21t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-22t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-23t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-24t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-25t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-26t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-27t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-28t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-29t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-30t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-31t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-32t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-33t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-34t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-35t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-36t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-37t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-38t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-39t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-40t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-41t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-42t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-43t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-44t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-45t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032016/945.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-46t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-47t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-48t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-49t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-50t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-51t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032281/2032281-52t.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032016/945.gif)
В1
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032007/8776.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032007/8776.gif)
![способ создания плазменного потока и устройство для его осуществления, патент № 2032281](/images/patents/441/2032007/8776.gif)
Класс H05H1/50 и с использованием внешних магнитных полей, например для фокусирования или вращения дуги