Сопло плазмотрона
Полезная модель относится к устройствам для плазменной металлургии и может быть использовано при разработке нового поколения плазмотронов. Сопло плазмотрона для нанесения и формообразования металлических и керамических деталей содержит металлический корпус с запрессованной графитовой вставкой со сквозным рабочим отверстием. Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении качества напыления и формообразования металлических и керамических деталей за счет стабилизации геометрии рабочего отверстия сопла и исключения вероятности нерегламентированного попадания в струю плазмы металлов корпуса и вставок. 1 п. ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к области плазменной металлургии напыления покрытий и, в частности, к устройствам для плазменного нанесения и формообразования металлических и керамических деталей.
Известен плазмотрон для нанесения покрытий, содержащий угольный анод-сопло со сквозным рабочим отверстием (Коротеев А.С. и др. «Плазмотроны», Москва, «Машиностроение», 1993, С. 30).
В результате анализа известного устройства установлено, что выполнение анода-сопла без охватывающего металлического корпуса не обеспечивает его требуемой прочности при турбулентных скачках давления рабочей струи плазмотрона, обуславливающих нарушение сплошности материала сопла.
Известен плазмотрон, оснащенный соплом, выполненным в виде водоохлаждаемого металлического корпуса, в котором размещена вставка с рабочим отверстием переменного сечения (то же, С. 29) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что выполнение сопла в виде водоохлаждаемого металлического корпуса с вставкой с рабочим отверстием переменного сечения не обеспечивает длительное сохранение заданной геометрии рабочего отверстия сопла, что обуславливает попадание в струю плазмы металлов корпуса сопла и вставки.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении качества напыления и формообразования металлических и керамических деталей за счет стабилизации геометрии рабочего отверстия сопла и исключения вероятности нерегламентированного попадания в струю плазмы металлов корпуса и вставок.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в сопле плазмотрона, выполненном в виде металлического корпуса, в котором размещена вставка с рабочим отверстием переменного сечения, новым является то, что вставка выполнена цельной из графита с толщиной стенки, определяемой соотношением:
H=(1,0 
1,5) h,
где: H - минимальная толщина стенки цельной графитовой вставки, мм;
h - минимальная толщина стенки металлического корпуса, мм.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлено сопло в разрезе.
Сопло плазмотрона состоит из металлического корпуса 1 со сквозным отверстием и переменной толщиной стенки и запрессованной в него по всей длине цельной графитовой вставкой 2 с рабочим отверстием переменного сечения.
Заявленное сопло работает следующим образом: в плазмотроне мелкодисперсные порошки вводятся в плазменную струю, где они оплавляются и ускоряются за счет применения низкотемпературной плазмы генерируемой плазмотроном, который состоит из анодного водоохлаждаемого сопла и катодного узла (на чертеже не показан). Между анодом и катодом осциллятором возбуждается электрическая дуга, которая в анодном сопле обжимается газовым потоком, что увеличивает плотность ее энергии и повышает температуру столба дуги. Повышение температуры столба дуги создает вероятность эрозии материала анодного сопла, однако снабжение сопла тугоплавкой графитовой вставкой исключает перенос материала анодного сопла (меди) в покрытие, что приводит к повреждению наносимого покрытия в процессе работы получаемого изделия.
Выполнение цельной графитовой вставки 2 с минимальной толщиной стенки, меньшей минимальной толщины стенки металлического корпуса 1 не обеспечивает требуемого уровня механической прочности материала вставки 2 при длительной эксплуатации с обеспечением сохранения расчетной геометрии рабочего отверстия вставки и надежного удержания ее в металлическом корпусе 1.
Выполнение цельной графитовой вставки 2 с минимальной толщиной стенки, большей 1,5 от минимальной толщины стенки металлического корпуса в зоне охлаждения вставки не обеспечивает необходимого отвода тепла от зоны рабочего отверстия, что резко снижает температурную стойкость вставки к возникающим термическим напряжениям при динамических турбулентных «скачках» плазменной струи при эксплуатации сопла.
Таким образом, снабжение сопла плазмотрона графитовой вставкой, указанных формы и соотношения размеров, позволит повысить качество нанесения теплозащитного покрытия на деталь за счет исключения попадания в него недопустимых медных включений.
Сопло плазмотрона, выполненное в виде металлического корпуса, в котором размещена вставка с рабочим отверстием переменного сечения, отличающееся тем, что вставка выполнена цельной из графита с толщиной стенки, определяемой соотношением:
Н=(1,0...1,5) h,
где H - минимальная толщина стенки цельной графитовой вставки, мм;
h - минимальная толщина стенки металлического корпуса, мм.
