Плазма и ее получение в сварочно-наплавочной аппаратуре

37

Плазмой следует считать такое состояние газообразного вещества, при котором в 1 см3 содержится не менее 109-1016 заряженных частиц. Плазма имеет температуру не менее 10 000 К.

Заимствованную в процессе диссоциации и ионизации энергию плазма во  время рекомбинации атомов и молекул отдает обрабатываемой детали и нагревают ее.

В сварочно-наплавочной аппаратуре можно встретить три схемы получения плазмы (рис. 3.24).

Закрытая плазменная струя образуется, когда дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом 4 (катодом) и водоохлаждаемым медным корпусом 5 (анодом) (рис. 3.24, а). Через дуговой разряд, который горит в узком канале сопла 3, пропускается плазмообразующий газ. Так как при сжатии дуги величина сварочного тока не уменьшается, не уменьшается и количество электронов, проходящее через единицу площади поперечного сечения дуги. Однако количество упругих и неупругих соударений частиц увеличивается, т.е. повышается степень ионизации, возрастает температура плазмы (в зоне горения дуги активно идет процесс ионизации). Поток плазмы 2 через сопло б вытекает из плазмотрона и нагревает поверхность детали 1.

Рис 324 Принципиальная схема работы плазма-тронов:

а'— закрытая; б -<угкрытая; в — комбинированная.

/ — поверхность детали (подложка); 2 ~ плазменная струя;3 — канал сопла; 4— неплавящийся электрод; 5 — корпус плазматрона (медный); б — сопло

Сжатие дуги способствует повышению температуры ее на 25--30%

Открытая плазменная струя образуется, когда одним из электродов (анодом) служит деталь (рис. 3.24, б). В этом случае дуга горит между вольфрамовым электродом и деталью, плазменный поток совпадает с дугой, поэтому деталь получает

большее количество тепла.

Комбинированная схема получения плазмы (рис. 3.24, в) пре-дусматривает подключение источника тока к корпусу плазмотрона и к детали. В этом случае горят две дуги:

- между вольфрамовым электродом и корпусом;

- между тем же электродом и деталью.

Третья схема применяется главным образом при сварке, на-

плавке и резке металлов.

Несмотря на высокую температуру плазменной струи, канали сопло плазмотрона не прогорают, т.е. работают устойчиво. Это объясняется тем, что корпус, изготовленный из красной меди материала с высокой теплопроводностью, - охлаждается про-

точной водой.

Охлаждение стенок сопла препятствует нагреву и ионизации наружного слоя газа, проходящего через дуговой разряд. Поэтому наружный слой плазмообразующего газа имеет низкую температуру, остается неионизированным, неэлектропроводным и выполняет роль теплоизолирующего покрытия рабочей поверхности сопла. Температура плазменного потока достигает 10 000-20 000 °Свыше. Наибольшая температура отмечается в зоне, близкой к оси столба плазмы (рис. 3.25). По мере удаления от оси столбатемпература снижается.

Рис. 3.25. Изменение температуры сжатой дуги в зависимости от расстояния от оси плазменной струи, при расходе аргона 5 л/мин

Температура плазмы зависит главным образом от величины тока, степени сжатия дугового разряда и расхода плазмообразующего газа.

Основными характеристиками плазменной струи являются:

- эффективная мощность, определяющая количество тепла, вводимого при наплавке в единицу времени;

- эффективный КПД, учитывающий потери тепла на нагрев электрода, сопла, на конвекцию и лучеиспускание.