Виды и особенности плазменных дуг
Плазменной дугой принято называть сжатый дуговой разряд с интенсивным плазмообразованием. В зависимости от вида положительного электрода (анода) плазменная дуга может быть прямого и косвенного действия. В первом случае анодом служит изделие (рис. 2.59, а). Сварку плазменной дугой прямого действия принято называть плазменно-дуговой. Если анодом служит сопло, которое конструктивно может совпадать с каналом плазменной горелки, то источник теплоты становится независимым от изделия со струей плазмы, выделенной из столба дуги в виде факела (рис. 2.59, б).
|
Рис. 2.59. Принципиальные схемы дуговых плазменных горелок прямого {а) и косвенного (б) действия: 1 - вольфрамовый электрод-катод; 2 - канал сопла; 3 - охлаждение; 4 - сжатая дуговая плазма; 5 - столб дуги (струя); U - источник тока |
Такую дугу называют дугой косвенного действия или просто плазменной струей. В этом случае передача теплоты к изделию осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением плазмы. При плазменно-дуговом нагреве (сжатой дугой) к перечисленным механизмам теплопередачи добавляется передача энергии заряженными частицами, движущимися в электрическом поле.
Плазменная дута благодаря обжатию ее в канале сопла газовым потоком на длине / в отличие от обычной дуги характеризуется высокими температурами столба в диапазоне 15 ООО...25 ООО К (рис. 2.60). Увеличение при нагреве объема газа в 50-100 раз в
канале сопла приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями.
|
АГ |
|
18 000 К |
|
14 000 К I |
|
24 000 К II 18 000 К 14 000 К 10 000 К |
|
Рис. 2.60. Распределение температур в обычной (I) и плазменной (II) дугах |
Это значительно расширяет ее технологические возможности при резке, сварке и напылении материалов.
Для получения плазменной дуги используют специальные плазменные горелки или так называемые плазмотроны, в которых обычно имеется неплавящийся вольфрамовый или медный катод, изолированный от канала и сопла горелки, а анодом может служить сопло или изделие. В начале процесса для образования достаточного количества заряженных частиц дежурная слаботочная дуга возбуждается непосредственно между катодом и медным охлаждаемым соплом, например с помощью осциллятора. Плазменная дуга образуется в канале горелки и стабилизируется стенками канала и холодным газом, отделяющим столб дуги от этих стенок. Сравнительно малый диаметр и достаточная длина канала обеспечивают необходимую для стабилизации столба плазменной дуги скорость газового потока. Стабилизирующий канал и является основной отличительной особенностью плазмотрона по сравнению с обычной горелкой для сварки в защитных газах. В качестве плазмообразующего газа обычно применяют аргон, азот, гелий, водород, воздух и их смеси и др., а также воду (в плазмотронах с водяной стабилизацией), что обеспечивает температуру плазмы до 50000 К (дуга Гердиена).
