1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28619
(51) H05B 7/22 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1240.1
(22) 18.09.2013
(45) 16.06.2014, бюл. №6
(72) Киселев Леонид Александрович; Киселев
Александр Леонидович; Конкин Вячеслав
Александрович
(73) Киселев Леонид Александрович
(56) Под ред. Жукова М.Ф. Электродуговые
плазмотроны, Новосибирск АН СССР, Сиб.отд.,
1975, с.5
(54) ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН
(57) Изобретение относится к электротехнике, а
именно к электродуговым устройствам для
газотермического напыления и может быть
использовано в машиностроении и в других
областях промышленности.
Электродуговой плазмотрон предназначен для
напыления тугоплавких защитных покрытий.
Новизной конструкции предложенного
плазмотрона является то, что с возможностью
использования при работе плазмотрона
турбулентного и ламинарного потока в рабочую
камеру плазмотрона дополнительно установлен
ламинатор.
Конструкция плазмотрона прошла лабораторные
испытания и показала надежность в работе.
(19)KZ(13)A4(11)28619

2. 28619
2
Изобретение относится к электротехнике, а
именно к электродуговым устройствам для
газотермического напыления и может быть
использовано в машиностроении и в других
областях промышленности.
Известен электродуговой плазмотрон, который
включает корпус, внутри которого расположены
сопло-анод, изолятор, завихритель и сопряженный с
ним катодный узел. ( Голыш В.И. и др. Установки
для плазменной обработки материалов: аналит.
обзор КазНИИНТИ. - Алматы, 1991, с.63, рис. 7).
Недостатком известной конструкции является то,
что в процессе эксплуатации, вследствие
интенсивного эрозионного износа рабочей
поверхности дугового канала, приходится часто
заменять весь корпус сопла-анода, т.к. он выполнен
как одно целое. Это ведет к значительным
материально-трудовым затратам. Кроме того, низкая
стабильность горения плазменной дуги влияет на
качество напыленных слоев и на
производительность труда.
Известен также плазмотрон, конструкция
которого описана в предварительном патенте РК
№4271 С07С 14/00,Н01137/21 (Опубл. 1997,
№1).Недостатком известного плазмотрона является
то, что, несмотря на наличие магнитного
стабилизатора при горении плазменной дуги не
исключается флуктуация турбулентности рабочего
газа, снижается плотность рабочего плазменного
потока и соответственно неоднородность энтропии в
центральной части плазменной струи.
Прототипом настоящего изобретения является
конструкция плазмотрона с
самоустанавливающейся длиной
дуги.(Электродуговые плазмотроны/ Под ред. М.Ф.
Жукова.- Новосибирск, АН СССР, Сиб. отд. -1975.
с.5).
Недостатком этого плазмотрона является также
то, что осевую часть плазменного потока
сопровождают флуктуации турбулентности.
Наличие 2-го газового потока предназначено для
защиты от окисления катода. В конкретном случае в
качестве катода применяется вольфрам.
Наличие вставки не обеспечивает изоляцию
защитного газа от турбулентного рабочего газового
потока. При обеспечении турбулентности рабочего
газа по оси рабочего канала анода-сопла создается
разряженность. В связи с этим показатель энтропии
снижается, тем самым теплоотдача от плазменной
струи передается в большей степени на
пристеночные места сопла-анода, а в центре
снижается, т.е. теплоотдача на напыляемый
порошок будет занижена.
КПД плазмотрона соответственно будет
занижен, что ограничит его возможности при
напылении тугоплавких материалов, как, например,
двуокиси циркония.
Задачей настоящего изобретения является
повышение надежности работы плазмотрона, а
также повышение плотности и эффективности
плазменной струи и обеспечение при этом,
возможности напыления тугоплавких керамических
материалов.
Технический результат предлагаемой
конструкции плазмотрона достигается тем, что в
газовой камере с завихрителем со стороны
катодного узла установлен дополнительно
ламинатор, при этом число заходных каналов
ламинатора и завихрителя кратно между собой и
расположены они симметрично по отношению друг
к другу, причем суммарная площадь сечения
заходных каналов завихрителя и ламинатора равны
или меньше площади сечения рабочего канала
сопла-анода.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На
фиг.1 представлен общий вид плазмотрона в
разрезе.
Плазмотрон состоит из корпуса 1, сопла-анода 2
катодного узла 3. Между соплом-анодом 2 и
катодным узлом расположена камера 4. Внутри
камеры 4 расположены завихритель 5 и ламинатор
6. Ламинатор 6 установлен со стороны катодного
узла 3. Завихритель 5 и ламинатор 6 содержит
соответственно заходные каналы 7 и 8.
Число заходных каналов ламинатора 6 кратно по
числу заходных каналов завихрителя 5, при этом
они расположены симметрично по отношению друг
к другу, причем суммарная площадь сечения
заходных каналов завихрителя и ламинатора равна
или меньше площади сечения S рабочего канала 9
сопла-анода 2. Опытно установлено для мощности
плазмотрона N≈25 кв, оптимальная площадь
рабочего канала составляет S≈7mm.
Таким образом, суммарная площадь заходных
каналов 7,8 не должна превышать этой величины,
т.к. превышение площади сечения заходных каналов
не обеспечивает стабильность работы плазмотрона.
Это определяется длиной дуги, т.е. расстоянием от
катодного пятна 10 до анодного пятна (пятна
привязки дуги 11) должно составлять 24,5 мм.
Диаметр рабочего канала для обеспечения
стабильности горения дуги должен составлять 0,2-
0,3 мм длины дуги, т.е. длина дуги задана из расчета
3,5-3,7 диаметра рабочего канала. Плотность тока
5 Ам/мм.
Дополнительно для обеспечения стабильности
горения дуги и поддержания ее длины установлен
магнит 12. Наличие его удлиняет также длину
факела 13 и обеспечивает концентрацию его
мощности.
Введение ламинатора 14 позволяет заполнить
осевую разряженность плазменного потока, а также
снизить плазменные флуктуации, что обеспечивает
изотропную турбулентность. Флуктуации
температуры определяют флуктуацию плотности
потока. Создается движение двух потоков рабочего
газа: ламинарного 14 и турбулентного 15. Наличие
двух потоков сопровождается большим
сопротивлением движения газов и соответственно
обеспечивается теплоотдачей от движущихся
потоков.
Предложенная конструкция опробована при
напылении стабилизированного кремния двуокиси
циркония на стальную лопату в режиме Ug =180 В,
Iр = 120мм А.

3. 28619
3
Дистанция напыления 120 мм. Качество
покрытия обеспечено в соответствии нормативной
документации на изделие.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электродуговой плазмотрон, содержащий корпус
с расположенным в нем соплом-анодом, магнитным
стабилизатором, камерой с завихрителем и
состыкованным с ним катодным узлом,
отличающийся тем, что в камере с завихрителем со
стороны катодного узла установлен ламинатор, при
этом число заходных каналов ламинатора и
завихрителя кратно между собой и расположены
они симметрично по отношению друг к другу,
причем суммарная площадь сечения заходных
каналов завихрителя и ламинатора равны или
меньше площади сечения рабочего канала сопла-
анода.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч