плазмотрон

Формула изобретения

ПЛАЗМОТРОН, содержащий бункер для подачи шихты и имеющий не менее двух плазмообразующих горелок косвенной дуги, размещенных вокруг бункера, отличающийся тем, что плазмотрон снабжен катодными узлами, выполненными в виде плазмообразующих горелок комбинированной дуги, вертикальным трубчатым корпусом с раструбом на конце, противоположном бункеру, причем катодные узлы размещены в раструбе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к плазменной обработке металлов и может быть использовано в машиностроении и в других отраслях хозяйства.

Известен плазмотрон [1] который содержит две плазменные горелки в одной установке. Однако последняя не обеспечивает регулирование нагрева присадочного материала и скорость его подачи.

Прототип [2] содержит две плазмообразующие горелки (названные электродными узлами), включающие каждый электроды и сопла. Электродные узлы служат для образования плазменных потоков. Известный плазмотрон не обеспечивает регулирование температуры нагрева материала и скорости полета частиц. Нанесение покрытия на подложку обуславливает очень низкую прочность соединения, поскольку частицы присадочного материала имеют окисные и адсорбированные пленки.

Цель изобретения повышение прочности соединения напыленного слоя с подложкой, ликвидация или уменьшение образования холодных и горячих трещин, повышение производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что плазмотрон, содержащий бункер для подачи шихты и имеющий не менее двух плазмообразующих горелок косвенной дуги, размещенных вокруг бункера, снабжен катодными узлами, выполненными в виде плазмообразующих горелок комбинированной дуги, вертикальным трубчатым корпусом с раструбом на конце, противоположном бункеру. В раструбе размещены катодные узлы.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема плазмотрона; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Плазмотрон выполнен в виде вертикального трубчатого корпуса 1, снабженного на нижнем конце раструбом 2, в котором смонтированы катодные узлы 3, выполненные в виде плазмообразующих горелок комбинированной дуги. В верхней части корпуса размещен бункер 4 для присадочного (наплавляемого) материала, который имеет загрузочную воронку 5, выводное сопло 6 и пару приводных роликов 7. На корпусе закреплены водоохлаждаемые токоподводящие шины 8 и 9 для нагрева его до 2000-2500^оС током сопротивления. Вокруг бункера 4 размещены плазмообразующие горелки 10 косвенной дуги. Дуга 11 возникает с помощью катодного узла 3 замыкается на поверхность 12 изделия.

Плазмотрон работает следующим образом. Присадочный материал, попадающий в бункер 4 через загрузочную воронку 5, продувается инертным газом и попадает на ролики 7, скорость вращения которых регулируется. Этим обеспечивается придание частицам порошка необходимой кинетической энергии и регулирование времени пребывания частиц в активной зоне для раскисления, т.е. удаления с поверхности окисных и адсорбированных пленок. Последнее осуществляется плазмой, образованной плазмообразующей горелки косвенной дуги 10. Две или более таких грелок размещены в верхней части корпуса 1 вокруг бункера 4. Ионы, образуемые в плазме, при ударении о поверхность частицы порошка, выбивают с нее окисные и адсорбированные пленки. Для усиления этого процесса в плазму добавляют газовые раскислители водород или фтористый бор. Этим нейтрализуется действие кислорода и азота, которые в ничтожных количествах присутствуют в инертных газах. Таким образом, в вертикальном трубчатом корпусе, заполненном плазмой, осуществляется очистка присадочного материала, что способствует получению так называемых ювенильных поверхностей, которые при сближении стремятся к самопроизвольному соединению.

Очистка поверхности основного металла, т.е. приближение ее к ювенильной, за счет освобождения от окисных и адсорбированных пленок, осуществляется вибрирующей плазменной струей (частота колебаний 5-8 Гц). Плазменные горелки 3 работают попеременно, например с помощью шатунно-кривошипного механизма, одна дуга возбуждается между вольфрамовым электродом горелки и основным металлом, когда заполнение разделки осуществляется в сторону работающей горелки. Вторая дуга 11 является дежурной и горит между вольфрамовым электродом и соплом горелки. На поверхность 12 изделия дуга переключается, когда направление напыления изменяется на обратное. При этом минус устанавливается на изделии, чтобы положительные ионы, имеющие большую энергию, могли выбивать с его поверхности 12 окисные и адсорбированные пленки. Таким образом, перед нанесением покрытия происходит очистка как поверхностей частиц присадочного материала, так и поверхности изделия.

Образуются ювенильные поверхности. Из теории известно, что соприкосновение ювенильных поверхностей приводит к образованию неразъемного соединения. Плазмотрон как раз и выполняет эти функции. При этом не требуется плавления основного и присадочного материала. Однако для получения плотного покрытия частицы порошка должны быть доведены до пластичного состояния и область определенной кинетической энергией, чтобы при соударении с основным металлом скопировать его неровности и осуществить плотное прилегание частиц друг к другу.

Соединение двух металлов между собой можно охарактеризовать как прием нанесения покрытия и как прием получения сварного соединения это зависит от толщины нанесенного слоя и конструктивных особенностей деталей. Поскольку при работе плазмотрона не происходит плавления основного металла, то не возникает и трещин. Это позволяет соединять разнородные металлы (никель с титаном) или сплавы (сталь с чугуном) без образования интерметаллидов и твердых структур, т.к. нет перемешивания, а также соединять закаленные и высокопрочные стали, полученные холодной прокаткой, без серьезного снижения их прочности.