ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Плазменные горелки

Схемы плазменных горелок приведены на рис. 2.30. В корпусе 6 горелки, размещены два основных элемента: электрод 8 и газовая ка­мера 7. Через формирующее сопло 9 газовой камеры пропускается плазмообразующий газ.

Возбуждаемая плазменная дуга является сочетанием электриче­ской дуги и обжатия дуги струей газа, что приводит к уменьшению площади поперечного сечения дуги и резкому повышению температу­ры дуги. В установившейся плазменной дуге можно различить на­сколько однородных участков разряда. На поверхности электрода располагается катодная область (рис. 2.29). Между катодной областью верхним срезом цилиндрической части сопла (рис. 2.30, а) находится закрытий столб (участок) дуги 5. Это участок относительно спокойно­го и относительно холодного потока газа. Между входным и выход­ным срезами цилиндрической части сопла 9 находится участок дуги, подвергаемый сжатию холодными стенками канала - сжатый участок 4. Далее располагается открытый участок 3 стабилизированный соос­ными потоками плазмы и оболочкой более холодного газа. В зоне сварки располагается факел 1 дуги. Сжатие дуги и уменьшение ее по­перечного сечения происходит конусной части сопла 9. В результате сжатия температура центральной части дуги поднимается до 10000. 50000оК. Внутренний слой дуги превращается в плазму, а на­ружный слой, омывающий стенки сопла остается относительно хо­лодным. Этот слой играет роль электрического и теплового изолятора. Он препятствует отклонению столба дуги от заданного направления и замыканию столба дуги на стенки сопла.

Различают плазменную дугу прямого и косвенного действия. В дуге прямого действия (рис. 2.30, а), в качестве анода используются свариваемые заготовки. При этом тепловая энергия вводится в зону сварки столбом дуги по всей его длине (КПД дуги равен 60. 70%).

Однако такая дуга неприменима при обработке заготовок из диэлек­трических материалов. Дуга косвенного действия (рис. 2.30, б) горит между электродом и корпусом горелки (свариваемые заготовки не включены в электрическую цепь). Так как анодом является корпус го­релки, то анодное пятно располагается внутри цилиндрического от­верстия сопла. Поэтому, температура и скорость истечения плазмы по выходу из сопла резко уменьшаются, что приводит к уменьшению КПД дуги до 30.40% и уменьшению стойкости сопла. Однако такая дуга позволяет обрабатывать не электропроводные и тонколистовые материалы.

Стабилизации дуги осуществляется двумя методами: осевым и вихревым. При осевой стабилизации (рис. 2.30, в) плазмообразующий газ подается вдоль оси электрода 8 (траектория 14). Газ охлаждает электрод. Проходя через конусный канал сопла, газ обжимает столб дуги и стабилизирует его. Этот способ стабилизации предъявляет вы­сокие требования к соосности электрода и каналов сопла. При вихре­вой стабилизации (рис. 2.30, г) газ поступает в газовую камеру 7 по касательной к окружности поперечного сечения сопла (траектория 15). Газ в камере движется по спирали, охватывая столб дуги вихре­вым потоком, что обеспечивает автоматическую и точную фокуси­ровку дуги по оси канала. За счет равномерной толщины газовой обо­лочки возрастает стойкость сопла.