Лабораторная работа. Принципиальные схемы плазмотронов
ГВУЗ
«Приазовский государственный технический университет»
Кафедра Автоматизация и механизация сварочного оборудования
Лабораторная работа
Выполнил:
Студент гр. ТиУз-17У
Малахов А.С.
Проверил:
Крючков
Ст.преп.,к.т.н.
Мариуполь 2019 г.
Это обусловлено высокой эффективностью источника нагрева - плазменной струи. Благодаря обжатию ее газовым потоком в отличие от свободно горящей дуги достигаются более высокие значения температуры столба (до 25000 °С) и скорости потока плазмы (близкие и даже превышающие скорость звука).
Для получения дуговой плазменной струи используются специальные плазменные горелки - так называемые плазмотроны. (В зависимости от способа подключения плазмотроны могут быть прямого действия - положительный заряд подводится к обрабатываемому изделию (рис.1, а) или косвенного действия, положительный заряд подводится к соплу плазмотрона (рис.1, б). Плазмотроны первого типа применяются в основном для резки, а второго типа - для сварки, упрочнении, напыления.
| Рисунок 1 - Принципиальные схемы плазмотронов |
|
а - прямого действия; б - косвенного действия. 1 - вольфрамовый электрод (катод); 2 - канал сопла; 3 - водяное охлаждение; 4 - сжатая дуговая плазма; 5 - столб дуги (струя); 6 - источник тока; И - изделие. |
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАЗМОТРОНОВ
Существующие плазмотроны можно разделить на группы. Это плазмотроны на достоянном или переменном токе, высокочастотные (ВЧ) или сверхвысокочастотные (СВЧ) плазмотрон, многодуговые, а также комбинированные.
Способы ввода плазмообразующей среды
Плазма - это четвертое агрегатное состояние вещества (другие состояния - твердое, жидкое, газообразное). Считается, что любое вещество, нагретое до Т = 6QQ0 °К переходит в плазменное состояние. Для плазменной Обработки используют одноатомные и многоатомные газы, которые при нормальном давлении и температуре энергетически нейтральны. Под действием энергии сжатой дуги генерируемой плазмотроном, нейтральный газ ионизируется и переходит в плазменное состояние ионизации газа заключается в отрыве от атомов газа одного или нескольких электронов и возникновении при этом двух или нескольких заряженных частиц: оторвавшихся электронов и остаточного иона.
- получение стабилизированной плазменной струи с необходимой температурой и скоростью;
- обеспечение наилучшей теплопередачи к изделию;
- защита от окисления электрода и сопла;
- охлаждение электрода.
Для защиты катода и сопла от разрушения , и перегрева наилучшим газом является аргон, так как он химически инертен и имеет малую теплопроводность.
В соответствии с выше изложенным, в настоящее время наиболее распространены следующие плазмообразующие газы:
- Для резки - азот, сжатый воздух;
- для сварки, упрочнения, напыления - аргон, реже - азот или
Существуют несколько способов ввода плазмообразующей среды в дуговой разряд (рис. 2). При этом достигаются различные цели: повышение эффективности преобразования электрической энергии в тепловую, улучшение пространственной стабилизации разряда, стабилизация длины дуги и ее приэлектродных участков.
Аксиальный (осевой) ввод плазмообразующей среды в разрядный канал (рис.2, а) используется в плазмотронах для сварки, упрочнения, обработки дисперсных материалов, переплава. 4 ^Он позволяет обеспечить хорошую стабилизацию разряда, снижение турбулентных пульсаций в плазме, легкость получения ламинарных потоков, повышение однородности прогрева газа по сечению канала. Недостатком данного способа является слабое воздействие газа на приэлектродные участки дуги.
Тангенциальный (вихревой) ввод среды (рис.2, б) используется в основном для повышения термоизоляции плазмы от стабилизирующих стенок канала. Плазмотроны с тангенциальным вводом газа, в отличие от аксиального, имеют несколько больший термический КПД, более высокую эффективность преобразования электрической энергии в тепловую и хорошую пространственную стабилизацию разряда. Такие плазмотроны используются в основном для резки, а также в плазмохимических процессах для нагрева газов. Недостатками данного способа газового ввода являются: образование вихревой плазменной струи с повышенным рассеянием мощности, невозможность получения ламинарных потоков, высокий уровень шума.
Распределенный ввод среды (рис.2, в) во многом аналогичен аксиальному вводу. Он используется в плазмотронах для обработки дисперсных материалов, в плазмохимических процессах. При таком вводе повышается термоизоляция разряда от стенок канала и термический КПД (более 80 %). Длина дуги может
| Рисунок 2 - Схемы ввода плазмообразующей среды в дуговой разряд а - аксиальный; б - тангенциальный; в - распределенный; * г — транспирационный
1,2 - электроды; 3 - секции межэлектродной вставки; 4 - пористая стенка; Gno - стабилизирующий газ; Gn, Gnl, Gng - плазмообразующие газы |
|
используется в плазмотронах с пористой стенкой канала. Он во многом сходен с распределенным вводом, но имеет ряд преимуществ: равномерность ввода газа в дугу, улучшение ее стабилизации, очень высокий термический КПД (более 90 %). Недостатки: сложность конструкции дугового канала, высокая. |
| неоднородность плазменного потока, высокая стоимость и дефицит пористых термостойких материалов. Широкого распространения данный способ не получил. |
4. Способы обдува электрической дуги в разрядном канале, стабилизации длины дуги и приэлектродных участков
| По характеру обдува электрической дуги в разрядном канале различают плазмотроны с продольно-обдуваемой дугой и поперечно-обдуваемой дугой. Плазмотроны с продольно-обдуваемой дугой Их часто называют линейными, аксиальными или осевыми. Стабилизация положения дуги в данном случае осуществляется стенкой канала (когда размеры канала выбирают соизмеримыми с размерами дуги), газовым (жидкостным) потоком, магнитным полем или их комбинациями. Основные схемы таких плазмотронов представлены на рис' 2. Для данных схем плазмотронов существенное значение имеет стабилизация длины дуги. В связи с этим различает плазмотроны с самоустанавливающейся и фиксированной длиной дуги. |
Рисунок 3 - Схемы стабилизации приэлектродных участков дуги: а - соплом; б * струями газа; в - Аловым вихрем; г - пористым вдувом
входное сопло и тем самым уменьшить потери тепла. Газовихревая схема стабилизации катодного участка дуги применяется в основное совместно с входным стабилизирующим соплом.
1 - электрод; 2 - поток газа; 3 - канал (сопло); 4 - дуга; 5 - магнит.
4.2. Плазмотроны с поперечно-обдуваемой дугой.
Их подразделяют на коаксиальные, тороидальные, стержневые и плазмотроны с кольцевой дугой (рис. 4).
1У Коаксиальные плазмотроны (рис.4, а) имеют два электрода,
расположенные между собой коаксиально, и дугу, перемещаемую магнитным полем в зазоре между электродами.
Рисунок 5 - Способы ввода напыляемого материала в плазменный поток [2]
а - до анодного пятна дуги; б - в область анодного пятна дуги; в - после анодного пятна дуги
