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.