RU2280110C2 - Method for electric arc treatment of metallic article surface and apparatus for performing the same - Google Patents
Method for electric arc treatment of metallic article surface and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280110C2 RU2280110C2 RU2004127195/02A RU2004127195A RU2280110C2 RU 2280110 C2 RU2280110 C2 RU 2280110C2 RU 2004127195/02 A RU2004127195/02 A RU 2004127195/02A RU 2004127195 A RU2004127195 A RU 2004127195A RU 2280110 C2 RU2280110 C2 RU 2280110C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- product
- article
- electric arc
- article surface
- Prior art date
Links
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Cleaning In General (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемые способ и устройство относятся к области металлургии, а именно к обработке поверхности металлических изделий металлургической промышленности: очистке их от окалины и загрязнений, термообработке или модификации поверхности изделий, и могут быть использованы на предприятиях черной и цветной металлургии, а также в машиностроительных отраслях производства. Данные технические решения относятся также к плазменной технике, к способам получения плазмы и управления ею.The proposed method and device relate to the field of metallurgy, namely, surface treatment of metal products of the metallurgical industry: cleaning them from scale and contaminants, heat treatment or surface modification of products, and can be used in enterprises of ferrous and non-ferrous metallurgy, as well as in machine-building industries. These technical solutions also apply to plasma technology, to methods for producing plasma and controlling it.
Известны способы и устройства электродуговой обработки поверхности металлических изделий. (авт. свид. СССР №122603, 224716, 367980, 1113196, 1189618; патенты РФ №№ 2012694, 2021391, 2064524, 2068029, 2074903, 2135316, 2144096, 2165474, 2170283, 2195517; патенты США № 4950377, 4971667, 5246741; патенты Великобритании № 2055939, 2164359; патент Франции № 2403860; патент ЕР № 0175538; патенты WO № 92/6965, 93/13238, 97/00106, 99/28520; Физика плазмы 1978, 4(4), с.425-428; Ивановский Г.Ф. и др. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986, с.156-158 и др.) Общим недостатком вышеперечисленных способов и устройств для элетродуговой обработки металлических изделий является то, что обработка сопряжена с большими энергопотерями, нагревом обрабатываемых изделий и низким качеством обработки. Все это связано с тем, что очистка металлических изделий осуществляется катодными пятнами электродугового разряда, которые движутся по очищаемой поверхности хаотически, т.к. в указанных устройствах и способах отсутствует надежный механизм управления перемещением катодных пятен по поверхности очищаемого металлического изделия.Known methods and devices for electric arc surface treatment of metal products. (ed. certificate of the USSR No. 122603, 224716, 367980, 1113196, 1189618; RF patents No. 2012694, 2021391, 2064524, 2068029, 2074903, 2135316, 2144096, 2165474, 2170283, 2195517; US patents No. 4950377, 496741; 4974167; UK patents No. 2055939, 2164359; French patent No. 2403860; patent EP No. 0175538; patents WO No. 92/6965, 93/13238, 97/00106, 99/28520; Plasma Physics 1978, 4 (4), p. 425-428 ; Ivanovsky GF and others. Ion-plasma processing of materials. M: Radio and communication, 1986, p.156-158 and others.) A common disadvantage of the above methods and devices for electric arc processing of metal products is that the processing is associated with large energy losses, heating about processed products and low quality processing. All this is due to the fact that the cleaning of metal products is carried out by cathode spots of an electric arc discharge, which move randomly on the surface being cleaned, because in these devices and methods there is no reliable mechanism for controlling the movement of cathode spots on the surface of the metal product being cleaned.
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ получения дугового разряда и устройство для его осуществления» (патент РФ № 2195517, С 23 F 4/00, 2000), которые и выбраны в качестве базовых объектов.Of the known methods and devices closest to the proposed are the "Method of producing an arc discharge and a device for its implementation" (RF patent No. 2195517, C 23 F 4/00, 2000), which are selected as the base objects.
Согласно известному способу электрод располагают около изделия с образованием между ними замкнутого разрядного промежутка, т.е. электрод находится внутри либо охватывает изделие либо представляет из себя замкнутую рамочную конструкцию, которую располагают параллельно поверхности изделия. Разрядный промежуток при этом образован пространством между поверхностью такого электрода и поверхностью обрабатываемого металлического изделия. Между электродом и изделием поджигают электрический разряд, например, который под действием наложенного на него магнитного поля перемещается между изделием и замкнутой поверхностью обрабатываемого металлического изделия в межэлектродном (вторым электродом является изделие) пространстве. На всем протяжении межэлектродного пространства на электрод наложено переменное бегущее магнитное поле, перпендикулярное обрабатываемой поверхности изделия и непрерывно движущееся над поверхностью обрабатываемого изделия. При этом движущееся магнитное поле за счет эффекта вмороженности плазмы или под воздействием градиента бегущего магнитного поля приводит в движение в том же направлении электрическую дугу или дуги, перемещая в нужном для технологического процесса направлении приэлектродную (катодную в случае дуги постоянного тока) область разряда по поверхности обрабатываемого изделия. Ток дуги повышают до равномерного рассредоточения элементарных разрядов, ячеек катодного пятна (В.И.Раховский. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме, М.: Наука, 1970, с.203) по всей длине охватываемой электродом поверхности обрабатываемого изделия, которое, в свою очередь, является электродом дугового разряда.According to the known method, the electrode is placed near the product with the formation of a closed discharge gap between them, i.e. the electrode is either inside the product or is a closed frame structure, which is parallel to the surface of the product. In this case, the discharge gap is formed by the space between the surface of such an electrode and the surface of the metal product being processed. An electric discharge is ignited between the electrode and the product, for example, which moves under the influence of a magnetic field imposed on it between the product and the closed surface of the processed metal product in the interelectrode space (the second electrode is the product). Throughout the interelectrode space, an alternating traveling magnetic field is applied to the electrode, perpendicular to the surface of the workpiece and continuously moving above the surface of the workpiece. In this case, a moving magnetic field, due to the effect of freezing plasma or under the influence of a traveling magnetic field gradient, moves an electric arc or arcs in the same direction, moving the near-electrode region (cathodic in the case of a direct current arc) of the discharge over the surface of the processed products. The arc current is increased to evenly disperse elementary discharges, cathode spot cells (V. I. Rakhovsky. Physical fundamentals of switching electric current in vacuum, M .: Nauka, 1970, p. 203) along the entire length of the surface of the workpiece covered by the electrode, which, in in turn, it is an arc discharge electrode.
Переменное бегущее магнитное поле создано электромагнитами, магнитные поля которых ориентированы так, что имеют перпендикулярную составляющую к поверхности изделия и равномерно распределены вдоль электрода и обрабатываемой поверхности изделия. Электромагниты запитаны переменным трехфазным током, а магнитные сердечники соединены с общим внешним магнитопроводом, как это выполнено, например, в статорах асинхронных электродвигателей. Однако наложение магнитного поля на плазму электродугового разряда постоянного или переменного тока приводит к увеличению сопротивления плазмы как проводника при прохождении по нему электрического тока (С.А.Крапивина. Плазмохимические технологические процессы Л.: Химия, 1981 г.), что приводит к росту падения напряжения на электрической дуге и, как следствие, к увеличению на 50-100% расхода энергии на поддержание устойчивого дугового разряда постоянного или переменного тока. Это, в свою очередь, приводит к существенному удорожанию процесса электродуговой обработки (очистки) поверхности изделия. Кроме того, наложение внешнего бегущего магнитного поля на весь объем электрической дуги не позволяет с высокой точностью управлять перемещением катодных областей разряда по поверхности обрабатываемого изделия. Например, в процессе электродуговой очистки поверхности изделия катодными пятнами, в которых и реализуется эта очистка (в дугах переменного тока в период, когда изделие является катодом), за счет катодного распыления (В.П.Деменцевич, С.И.Думов. Технология электрической дуговой сварки, М.: Машгиз, 1959 г., с.209; Е.С.Сенокосов, А.Е.Сенокосов. Плазменная электродуговая очистка поверхности металлических изделий, «Металлург» № 4, 2005 г.). Управлять перемещением катодных пятен по поверхности изделия необходимо с точностью, соизмеримой с размерами катодных пятен (от миллиметров до десятых долей миллиметра), иначе катодные пятна хаотически многократно повторно движутся по уже обработанной (очищенной) поверхности изделия. Это приводит к неэффективному расходу электроэнергии для обработки изделия и, как следствие, к удорожанию обработки изделия, а излишняя энергия приводит к перегреву изделия, что в случае высокоуглеродистых и легированных сталей приводит к закалке поверхности изделия, которая не всегда желательна, например, если изделие дальше подвергается обработке давлением (волочению или холодной прокатке).An alternating traveling magnetic field is created by electromagnets, the magnetic fields of which are oriented so that they have a perpendicular component to the surface of the product and are evenly distributed along the electrode and the processed surface of the product. The electromagnets are powered by an alternating three-phase current, and the magnetic cores are connected to a common external magnetic circuit, as is done, for example, in the stators of induction motors. However, the application of a magnetic field to a plasma of an electric arc direct or alternating current leads to an increase in the resistance of the plasma as a conductor when an electric current passes through it (S. A. Krapivina. Plasma-chemical technological processes L .: Chemistry, 1981), which leads to an increase in the drop voltage on the electric arc and, as a consequence, to increase by 50-100% energy consumption to maintain a stable arc discharge of direct or alternating current. This, in turn, leads to a significant increase in the cost of the process of electric arc treatment (cleaning) of the surface of the product. In addition, the application of an external traveling magnetic field over the entire volume of the electric arc does not allow one to control with high accuracy the movement of the cathode regions of the discharge over the surface of the workpiece. For example, in the process of electric arc cleaning of a product’s surface with cathode spots, in which this cleaning is realized (in arcs of alternating current during the period when the product is a cathode), due to cathodic sputtering (V. P. Dementsevich, S. I. Dumov. Electrical technology arc welding, M .: Mashgiz, 1959, p.209; E.S. Senokosov, A.E. Senokosov. Plasma electric arc surface cleaning of metal products, Metallurg No. 4, 2005). It is necessary to control the movement of the cathode spots on the surface of the product with an accuracy commensurate with the dimensions of the cathode spots (from millimeters to tenths of a millimeter), otherwise the cathode spots randomly repeatedly move over the already treated (cleaned) surface of the product. This leads to an inefficient energy consumption for processing the product and, as a result, to an increase in the cost of processing the product, and excessive energy leads to overheating of the product, which in the case of high carbon and alloy steels leads to hardening of the surface of the product, which is not always desirable, for example, if the product is further subjected to pressure treatment (drawing or cold rolling).
Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат, снижение себестоимости электродуговой обработки поверхности изделий, повышение качества обработки поверхности изделий и предотвращение нежелательного термического воздействия (перегрева) на изделие.The technical result of the invention is to reduce energy consumption, reduce the cost of electric arc surface treatment of products, improve the quality of surface treatment of products and prevent unwanted thermal effects (overheating) on the product.
Технический результат достигается при использовании способа электродуговой обработки поверхности металлического изделия, включающего расположение электрода около изделия с образованием между ними замкнутого разрядного промежутка, поджиг разряда между изделием и электродом и повышение тока дуги до равномерного рассредоточения элементарных разрядов по всей длине электрода и охватываемой электродом поверхности изделия, при этом на всем протяжении межэлектродного пространства с тыльной стороны обрабатываемого изделия возбуждают бегущие переменные магнитные поля.The technical result is achieved by using the method of electric arc surface treatment of a metal product, including the location of the electrode near the product with the formation of a closed discharge gap between them, igniting the discharge between the product and the electrode and increasing the arc current until the elementary discharges are uniformly dispersed along the entire length of the electrode and the product surface covered by the electrode, while throughout the interelectrode space from the back of the processed product excite b guschie alternating magnetic field.
Также технический результат достигается при использовании устройства для электродуговой обработки поверхности металлического изделия, содержащего электрод, магнитную систему для создания бегущего магнитного поля, блок питания электрической дуги, подключенный к электроду и изделию, при этом рабочая поверхность электрода равноудалена от поверхности обрабатываемого изделия, электромагниты запитаны переменным трехфазным током, а магнитные сердечники соединены с общим внешним магнитопроводом, катушки электромагнитов переменного магнитного поля размещены с тыльной стороны обрабатываемой поверхности изделия, магнитные поля которых ориентированы перпендикулярно к обрабатываемой поверхности изделия и равномерно распределены вдоль электрода и обрабатываемой поверхности изделия.The technical result is also achieved by using a device for electric arc surface treatment of a metal product containing an electrode, a magnetic system to create a traveling magnetic field, an electric arc power supply connected to the electrode and the product, while the working surface of the electrode is equidistant from the surface of the workpiece, the electromagnets are powered by a variable three-phase current, and the magnetic cores are connected to a common external magnetic circuit, the coil of the electromagnets AC itnogo field placed at the rear side of the treated surface of the article, the magnetic field which are oriented perpendicular to the machined surface of the article and are uniformly distributed along the electrode and workpiece surface.
Согласно изобретению таким наложением переменных бегущих магнитных полей, чтобы они распространялись только на приповерхностную приэлектродную (в случае дуги постоянного тока на катодную) область электродугового разряда, которая находится в тонком слое (В.И.Раховский. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме, М., 1970, с.270) над поверхностью обрабатываемого изделия, где происходит обработка (очистка) поверхности изделия, являющегося одним из электродов в дуговом разряде, и недопущению распространения внешнего бегущего магнитного поля на остальную часть дугового разряда. В результате наложения переменных бегущих магнитных полей только на катодную область разряда повысилась точность и гибкость управления перемещением катодных пятен по поверхности очищаемого изделия, что, в свою очередь, повысило качество очистки и уменьшило нагрев поверхности изделия за счет исключения хаотического движения катодных пятен по уже очищенной поверхности. Одновременно это не привело к увеличению падения напряжения в электрическом разряде, так как внешние магнитные поля не распространялись на весь разряд (анодную область и столб разряда), а только на короткую катодную область.According to the invention, by superimposing alternating traveling magnetic fields so that they extend only to the near-surface near-electrode (in the case of a direct current arc to the cathode) region of the electric arc discharge, which is in a thin layer (V. I. Rakhovsky. Physical basis for switching electric current in vacuum, M ., 1970, p.270) above the surface of the workpiece where processing (cleaning) of the surface of the product, which is one of the electrodes in the arc discharge, and to prevent the spread of external traveling m gnitnogo field for the remainder of the arc discharge. As a result of applying alternating traveling magnetic fields only to the cathode region of the discharge, the accuracy and flexibility of controlling the movement of cathode spots on the surface of the product being cleaned increased, which, in turn, increased the quality of cleaning and reduced heating of the product surface by eliminating the chaotic movement of the cathode spots on the already cleaned surface . At the same time, this did not lead to an increase in the voltage drop in the electric discharge, since external magnetic fields did not extend to the entire discharge (the anode region and the discharge column), but only to the short cathode region.
Индуцирование бегущего магнитного поля (А.С.Касаткин, М.В.Немцов. Электротехника, книга 2, М.: Энергоатомиздат, 1995 г., с.187) в тонком пристеночном слое над поверхностью изделия, где производится электродуговая (В.П.Деменцевич, С.И.Думов. Технология электрической дуговой сварки. М.: Машгиз, 1959 г. с.290; В.П.Деменцевич. Металлургические и технологические основы дуговой сварки. М.:Машгиз, 1962 г. с.281; Газоэлектрическая сварка алюминиевых сплавов. М.: Машиностроение, 1972 г. с.25) обработка поверхности изделия, осуществляется благодаря наложению с тыльной стороны обрабатываемой поверхности изделия бегущих переменных, имеющих перпендикулярную составляющую к обрабатываемой поверхности магнитных полей. Это может быть осуществлено с помощью магнитной системы в виде развернутой обмотки, создающей бегущее магнитное поле, используемой в линейных электродвигателях (Большой энциклопедический словарь, Политехнический, М.: Большая Российская энциклопедия, 1998 г., с.269). Бегущее магнитное поле можно создать и за счет механического перемещения (Вакуумная техника, справочник под ред. Е.С.Фролова, В.Е.Минайчева, М.: Машиностроение, 1992, с.178) системы постоянных магнитов или магнитных катушек.Induction of a traveling magnetic field (A.S.Kasatkin, M.V. Nemtsov. Electrical Engineering,
Под воздействием переменных бегущих, перпендикулярных к обрабатываемой поверхности изделия магнитных полей, наложенных с тыльной стороны обрабатываемой поверхности, в слое металла, разделяющего обрабатываемую поверхность изделия и наложенные переменные бегущие магнитные поля с тыльной стороны, в теле изделия возникают вихревые токи (С.Г.Калашников, Электричество. М.: Физматлит, 2003 г. с.299), магнитные поля которых также перпендикулярны к обрабатываемой поверхности изделия, но направлены в противоположную сторону относительно наложенных с тыльной стороны бегущих переменных магнитных полей. Последнее для обработки поверхности изделия не имеет значения.Under the influence of alternating traveling magnetic fields perpendicular to the surface of the product, superimposed on the rear side of the surface to be treated, eddy currents appear in the body of the product in the body of the product and the alternating traveling magnetic fields on the back side (S.G. Kalashnikov , Electricity, Moscow: Fizmatlit, 2003, p. 299), the magnetic fields of which are also perpendicular to the workpiece surface, but directed in the opposite direction relative to the superimposed from the back of traveling alternating magnetic fields. The latter does not matter for surface treatment of the product.
Основной результат наложения внешнего переменного бегущего магнитного поля, с тыльной стороны обрабатываемой поверхности изделия заключается в том, что через индуцированные в результате этого вихревые токи в толще металлического обрабатываемого изделия в тонком пристеночном приэлектродном слое над обрабатываемой поверхностью изделия индуцируется бегущее магнитное поле, по конфигурации совпадающее с наложенным с тыльной стороны. Таким образом, наложенное с тыльной стороны обрабатываемой поверхности изделия переменное бегущее магнитное поле через индуцированные вихревые токи «проявляется» в тонком пристеночном слое над обрабатываемой поверхностью изделия и распространяется в основном на приэлектродную (катодную для дуг постоянного тока) область. Таким образом, переменное бегущее магнитное поле, наложенное с одной стороны электропроводящего тела, посредством индуцированных им токов в материале изделия как бы «просвечивает» его насквозь и «проявляется» на другой стороне. Это явление наблюдалось автором в экспериментах.The main result of applying an external alternating traveling magnetic field from the back of the workpiece surface of the product is that through the eddy currents induced in the thickness of the metal workpiece in the thin near-electrode electrode layer, a traveling magnetic field is induced over the workpiece surface, which coincides with the configuration superimposed on the back. Thus, an alternating traveling magnetic field superimposed on the back side of the workpiece surface to be treated through the eddy currents “appears” in a thin near-wall layer above the workpiece surface and extends mainly to the near-electrode (cathodic for DC arcs) region. Thus, an alternating traveling magnetic field, superimposed on one side of the electrically conductive body, by means of the currents induced by it in the product material, as it were, “shines through” it and “appears” on the other side. This phenomenon was observed by the author in experiments.
Протяженность индуцированного над обрабатываемой поверхностью изделия бегущего магнитного поля регулируется величиной наложенного с тыльной стороны переменного бегущего магнитного поля таким образом, чтобы оно перекрывало только приэлектродную часть дуги, расположенную над обрабатываемым изделием, и не распространялось на остальную часть дугового разряда (столб и анодную область).The length of the traveling magnetic field induced above the workpiece surface is controlled by the value of the alternating traveling magnetic field superimposed on the back side so that it covers only the near-electrode part of the arc located above the workpiece and does not extend to the rest of the arc discharge (column and anode region).
В результате этого наложенными с тыльной стороны обрабатываемой поверхности изделия переменными бегущими магнитными полями можно управлять перемещением катодных пятен электродугового разряда по обрабатываемой поверхности изделия, при этом не оказывать отрицательного влияния на увеличение сопротивления дугового разряда вследствие наложения на него внешнего магнитного поля.As a result of this, alternating traveling magnetic fields superimposed on the back of the workpiece surface of the product can control the movement of the cathode spots of the electric arc discharge along the workpiece surface, without negatively affecting the increase in the resistance of the arc discharge due to the application of an external magnetic field.
Структурная схема устройств, реализующих предлагаемый способ получения дугового разряда для обработки изделий дуговым разрядом, представлена на Фиг.1, 2 и 3, где введены следующие обозначения:The structural diagram of devices that implement the proposed method for producing an arc discharge for processing products by an arc discharge is presented in Figs. 1, 2 and 3, where the following notation is introduced:
1. Электрод над обрабатываемой поверхностью изделия (в случае дуги постоянного тока анод),1. The electrode above the workpiece surface (in the case of a DC arc anode),
2. Обрабатываемое изделие.2. The processed product.
3. Магнитопровод.3. The magnetic circuit.
4. Магнитные сердечники.4. Magnetic cores.
5. Электромагнитные катушки.5. Electromagnetic coils.
6. Источник питания дуги.6. Arc power source.
7. Источник питания магнитных катушек.7. Power supply for magnetic coils.
8. Рольганги:8. Rollers:
А - межэлектродный зазор,A is the interelectrode gap,
Б - элементарный разряд.B - elementary discharge.
Устройства работают следующим образом.Devices work as follows.
На Фиг.1 изображена схема устройства для получения дугового разряда для обработки (очистки) внутренней поверхности трубы (изделия) 2. Для этого внутри трубы размещают кольцевой электрод 1, поверхность которого равноудалена от внутренней поверхности трубы 2 и образует межэлектродный зазор А. Между электродом 1 и изделием 2 в межэлектродном зазоре А возбуждают электрический разряд, который получает энергию от источника 6, обычно это сварочный выпрямитель или трансформатор. Внешнее бегущее магнитное поле образовано с помощью магнитопровода 3, магнитных сердечников 4 и электромагнитных катушек 5, запитанных от 3-фазного источника переменного тока 7 с регулятором частоты. Величину бегущего магнитного поля и его скорость, а также силу тока в дуговом разряде изменяют до такой величины, чтобы элементарные разряды Б равномерно распределялись по всей обрабатываемой поверхности изделия 2 и электродом 1.Figure 1 shows a diagram of a device for producing an arc discharge for processing (cleaning) the inner surface of the pipe (product) 2. For this, an
На Фиг.2 изображена схема устройства для получения дугового разряда для очистки трубы (изделия) с внешней стороны. Обозначения и принцип получения дугового разряда для очистки трубы с внешней поверхности аналогичен.Figure 2 shows a diagram of a device for producing an arc discharge for cleaning a pipe (product) from the outside. Designations and the principle of obtaining an arc discharge for cleaning the pipe from the outer surface is similar.
Заявленный способ получения дугового разряда и устройства для его осуществления может быть применим для обработки длинномерных изделий, например для обработки (очистки) металлических полос.The claimed method of producing an arc discharge and a device for its implementation may be applicable for the processing of long products, for example for the processing (cleaning) of metal strips.
Схема одного из вариантов такого устройства для получения дугового разряда для этой цели приведена на Фиг.3, где электрод (анод в дуговом разряде постоянного тока) 1 в виде кольца расположен с равномерным межэлектродным зазором с одной стороны изделия (металлической ленты) 2, магнитопровод 3, магнитные сердечники 4 с электромагнитными катушками 5 размещены с тыльной стороны ленты 2. Лента перемещается (показано стрелкой) с помощью рольгангов 8. Питание бегущего магнитного поля и регулирование частоты осуществляется от источника 7, а питание дугового разряда, состоящего из элементарных дуг Б, осуществляется от источника 6. Металлическая лента (изделие) 2 перемещается относительно электрода 1, магнитопровода 3, магнитных сердечников 4 и электромагнитных катушек 5. Возможно также перемещение электрода 1 - вместе с магнитопроводом 3, магнитными сердечниками 4 и катушками 5 относительно обрабатываемого изделия (ленты) 2.A diagram of one embodiment of such an apparatus for producing an arc discharge for this purpose is shown in FIG. 3, where the electrode (anode in an arc discharge of direct current) 1 in the form of a ring is located with a uniform interelectrode gap on one side of the product (metal strip) 2, the
На экспериментальных установках АОЗТ «Кластер» (г.Санкт-Петербург) подтверждена возможность и экономическая эффективность предлагаемого способа получения дугового разряда и устройства для его осуществления.At the experimental facilities of AOZT "Cluster" (St. Petersburg), the possibility and economic efficiency of the proposed method for producing an arc discharge and a device for its implementation are confirmed.
Для создания бегущего магнитного поля согласно Фиг.1 (3, 4, 5) использовался статор асинхронного двигателя с внутренним диаметром 203 мм. В качестве изделия 2 использовалась стальная труба с толщиной стенки 2,5 мм, диаметром 200 мм. В качестве электрода 1 использовался кусок медной трубы диаметром 150 мм. Питание дугового разряда 6 осуществлялось от сварочного выпрямителя типа ВДУ-306, а питание бегущего магнитного поля осуществлялось от 3-фазного трансформатора типа ТС3-301 с частотой 50 Гц, напряжением 36 В при токе в фазах 5 А.To create a traveling magnetic field according to Fig. 1 (3, 4, 5), a stator of an induction motor with an inner diameter of 203 mm was used. As
Все описанное устройство помещалось в вакуумной камере и дуговой разряд получали при давлении остаточного газа 5,0 Па. В эксперименте достигнуто высокое качество электродуговой очистки наружной поверхности стальной трубы при сокращении энергозатрат на 30%-50% по сравнению со способом получения дугового разряда, когда бегущее магнитное поле накладывалось на дуговой разряд не с тыльной стороны обрабатываемого изделия, а на весь разряд. При этом нагрев изделия снизился на 150-200 градусов и не выходил за пределы 150°С.All the described device was placed in a vacuum chamber and an arc discharge was obtained at a residual gas pressure of 5.0 Pa. In the experiment, high quality electric arc cleaning of the outer surface of the steel pipe was achieved with a reduction in energy consumption of 30% -50% compared to the method of obtaining an arc discharge, when a traveling magnetic field was superimposed on the arc discharge not on the back side of the workpiece, but on the entire discharge. In this case, the heating of the product decreased by 150-200 degrees and did not go beyond 150 ° C.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают снижение энергозатрат, а следовательно, себестоимости электродуговой обработки поверхности изделия, повышение качества обработки поверхности изделий и предотвращение нежелательного перегрева. Это достигается таким наложением переменных бегущих магнитных полей, когда они распространяется только на катодную область электродугового разряда, т.е. с тыльной стороны обрабатываемой поверхности изделия.Thus, the proposed method and device in comparison with prototypes and other technical solutions for a similar purpose reduce energy costs and, consequently, the cost of electric arc surface treatment of the product, improving the quality of surface treatment of products and preventing unwanted overheating. This is achieved by superimposing alternating traveling magnetic fields when they extend only to the cathode region of the electric arc discharge, i.e. from the back of the processed surface of the product.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004127195/02A RU2280110C2 (en) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Method for electric arc treatment of metallic article surface and apparatus for performing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004127195/02A RU2280110C2 (en) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Method for electric arc treatment of metallic article surface and apparatus for performing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004127195A RU2004127195A (en) | 2006-02-20 |
| RU2280110C2 true RU2280110C2 (en) | 2006-07-20 |
Family
ID=36050643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004127195/02A RU2280110C2 (en) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Method for electric arc treatment of metallic article surface and apparatus for performing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2280110C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348742C2 (en) * | 2007-02-19 | 2009-03-10 | Елена Евгеньевна Никитина | Method of surface treatment of metal strip and facility for its realisation |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4950377A (en) * | 1988-09-23 | 1990-08-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus and method for reactive ion etching |
| RU2170283C2 (en) * | 1998-12-29 | 2001-07-10 | Сенокосов Евгений Степанович | Process of cleaning of surfaces of metal articles |
| RU2195517C2 (en) * | 2000-07-28 | 2002-12-27 | Сенокосов Евгений Степанович | Method for creating electric arc discharge and apparatus for performing the same |
-
2004
- 2004-09-06 RU RU2004127195/02A patent/RU2280110C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4950377A (en) * | 1988-09-23 | 1990-08-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus and method for reactive ion etching |
| RU2170283C2 (en) * | 1998-12-29 | 2001-07-10 | Сенокосов Евгений Степанович | Process of cleaning of surfaces of metal articles |
| RU2195517C2 (en) * | 2000-07-28 | 2002-12-27 | Сенокосов Евгений Степанович | Method for creating electric arc discharge and apparatus for performing the same |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348742C2 (en) * | 2007-02-19 | 2009-03-10 | Елена Евгеньевна Никитина | Method of surface treatment of metal strip and facility for its realisation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004127195A (en) | 2006-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5354963A (en) | Process and a device for continuous surface treatment of rod-shaped, longitudinally extended materials with metal surfaces using a magnetically displaced plasma arc | |
| EP0583473B1 (en) | Method and device for treatment of articles in gas-discharge plasma | |
| SE519931C2 (en) | Device and method for pulsed, highly ionized magnetron sputtering | |
| JPH04254580A (en) | Method and device for coating substrate using magnetron cathode | |
| Georges et al. | Active screen plasma nitriding | |
| RU2280110C2 (en) | Method for electric arc treatment of metallic article surface and apparatus for performing the same | |
| CN101884086B (en) | Method and apparatus for plasma treatment of metal substrates | |
| Levchenko et al. | Ion deposition in a crossed E× B field system with vacuum arc plasma sources | |
| RU2195517C2 (en) | Method for creating electric arc discharge and apparatus for performing the same | |
| US4701584A (en) | Method and apparatus for the induction heat treatment of irregularly shaped workpieces | |
| CN101490793B (en) | Plasma processing equipment for continuous materials | |
| RU2145643C1 (en) | Method and device for treatment of surfaces by arc discharge in vacuum | |
| RU2135316C1 (en) | Plant for electric arc cleaning of wire in vacuum | |
| RU95665U1 (en) | DEVICE FOR PLASMA HARDENING OF PRODUCTS FROM STEEL AND CAST IRON IN AUTOMATIC AND MANUAL MODES BY TWO-ARROW PLASMOTRON | |
| SU1479526A1 (en) | Method of heat treatment of metal articles | |
| RU2170283C2 (en) | Process of cleaning of surfaces of metal articles | |
| RU2348742C2 (en) | Method of surface treatment of metal strip and facility for its realisation | |
| US2407120A (en) | Strip processing | |
| JP2005206906A (en) | Induction heating method for steel sheet | |
| RU2686194C1 (en) | METHOD OF PRODUCING INTERMETALLIC COMPOSITE MATERIALS BASED ON Fe POWDER SYSTEMS Fe-Al | |
| RU2000120008A (en) | METHOD FOR ORGANIZING A TECHNOLOGICAL ARC DISCHARGE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| RU2664106C2 (en) | Method of low-temperature ionic nitration of steel parts | |
| SU847533A1 (en) | Blasmotron for treatment of electroconducting materils | |
| RU2711067C1 (en) | Method of ion nitriding in crossed electric and magnetic fields | |
| RU2355520C1 (en) | Method of electroarc surface treatment of metal works |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20111003 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170907 |