Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Топ:
Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает...
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Интересное:
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Дисциплины:
2022-12-30 | 28 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
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).
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 дуга благодаря обжатию ее в канале сопла газовым потоком на длине l в отличие от обычной дуги характеризуется высокими температурами столба в диапазоне 15 000...25 000 К (рис. 2.60). Увеличение при нагреве объема газа в 50-100 раз в канале сопла приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. 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).
|
Газовые среды
Газовая среда в горелке для плазменной обработки материалов должна обеспечивать:
-защиту от окисления и охлаждать вольфрамовый электрод и
сопло;
-получение стабилизированной плазменной струи с необходимыми температурой и скоростью;
- наилучшую теплопередачу к изделию;
- транспортировку материала при напылении.
Иногда газы разделяют на плазмообразующие и защитные (транспортирующие). При раздельной подаче плазмообразующий газ подается в зону катода, а защитные, или транспортирующие, газы - в зону столба дуги или факела плазмы.
Газ может поступать в горелку как вдоль оси катода, так и по касательной (вихревая стабилизация). Для защиты катода и сопла от разрушения и перегрева наилучшим газом считается аргон, так как он химически инертен и имеет малую теплопроводность (рис. 2.61). Однако аргон малоэффективен для преобразования электрической энергии в тепловую.
Во-первых, напряженность поля столба дуги в аргоне меньше, чем в водороде, азоте: E Аг ≈ 0,8 В/мм; E Н2 ≈ 10,0 В/мм; E N2 ≈ 2,0 В/мм (при I = 10 А). Следовательно, при одинаковом токе в аргоновой дуге выделяется на 1 мм ее длины меньше энергии IE, чем в дугах с другими защитными газами.
|
Во-вторых, энтальпия (объемное теплосодержание) аргоновой плазмы при температуре этой плазмы также значительно меньше (рис. 2.62), чем энтальпия плазмы азота или водорода (для Аг, N2, Н2 - соответственно 3, 16, 12 кВт/м3 при Т = 10 000 К). Однако температура плазмы существенно зависит от свойств плазмообразующего газа: для Аг и Не она составляет 15000...25000 К, что в 3-4 раза выше, чем для N2 и H2 (5000...7000 К). Подходящим газом для стабилизации дуги может быть азот (или воздух, содержащий до 78 % азота), так как его энтальпия при Т = 10000 К в 5 раз больше энтальпии аргона и, кроме того, азот значительно дешевле. Однако в воздухе и азоте вольфрамовый катод интенсивно разрушается. В этом случае применяют катоды на основе циркония или гафния (термохимические катоды).
Гелий и водород (см. рис. 2.61) при Т = 10 000 К обладают большой теплопроводностью (которая всего в 2 раза меньше, чем у меди) и лучше других газов преобразуют энергию дуги в теплоту.
В случае применения их в чистом виде происходит быстрый нагрев и разрушение сопла, поэтому указанные газы применяют в смеси с аргоном. Например, добавки к аргону водорода в пропорции по объему 2:1 позволяют повысить тепловую мощность струи почти в 2 раза по сравнению со смесью аргон - азот в той же пропорции. Напряжение плазменной водородной дуги составляет 100... 120 В, что в 2-3 раза выше, чем у дуги в аргоне (рис. 2.63).
Имеется различие в процессах образования плазмы двух- и одноатомного газов. Ионизация двухатомного газа происходит после диссоциации его молекул, например, водород диссоциирует на 90 % при 4700 К, а азот - при 9000 К (см. рис. 2.62). Их энтальпии при указанных температурах примерно соответствуют энтальпии аргона при 14 000 К и энтальпии гелия -при 20 000 К. Таким образом, крутой подъем кривой Δ H = f (T) в области диссоциации указывает на содержание большого количества теплоты в плазме при сравнительно низких температурах.
Следует отметить, что часто проводимое в литературе сравнение удельного массового теплосодержания (энтальпии) плазмы разного состава не позволяет делать количественных выводов. Сравнение нужно проводить по мольному или объемному теплосодержанию, так как расход плазмообразующих газов измеряется, как правило, в единицах объема. Следует также учитывать изменение молекулярной массы при диссоциации двухатомных газов и ионизации.
|
При охлаждении, когда газ вновь проходит через область температур диссоциации, большое количество теплоты может выделиться на изделии и повысить эффективность процесса теплообмена. Следовательно, теплообмен газа зависит от его температуры и энтальпии; с увеличением температуры достигается некоторое состояние «насыщения», при котором скорость возрастания теплообмена значительно уменьшается. Это объясняется тем, что с ростом температуры в энтальпии молекулярного газа наряду с энергией поступательного движения все большее значение приобретает энергия колебательного и вращательного движения молекул, которая легко расходуется на излучение.
Конвективный теплообмен, наиболее существенный при плазменной обработке материалов, определяется в основном энергией поступательного движения молекул и атомов газа, поэтому высокотемпературные формы энтальпии здесь менее эффективны. Из рис. 2.63 следует, что водородная плазма - наилучший преобразователь энергии дуги в теплоту.
Применение плазменной дуги
Плазменную дугу применяют для резки, сварки, наплавки и напыления. Плазменная резка занимает ведущее место среди других способов плазменной обработки материалов по объему применения в промышленности. В отличие от газокислородной резки при плазменной резке происходит в основном не выгорание (окисление) металла в кислороде, а его выплавление и «выдувание» струей плазмы.
Проникающей плазменной дугой можно резать без каких-либо дополнительных флюсов практически любые материалы, в том числе чугун и коррозионно-стойкую сталь, вольфрам и молибден, медь и алюминий. Плазменной струей можно резать неметаллы.
Большой интерес представляет применение так называемой микроплазмы, например для прецизионной резки и сварки высокотемпературной тонкой струей - «пучком» плазмы. При микроплазменной сварке применяют токи 0,2... 15 А. Устойчивое и стабильное горение микроплазменной дуги на малых токах достигается благодаря высокой степени сжатия столба дуги каналом сопла малого диаметра (0,8... 1,2 мм). При резке плазма вытекает из сопла со сверхзвуковой скоростью (3...4 М). Это достигается малым объемом камеры и высоким давлением в ней (до 5 МПа), а также расширяющейся формой сопла. Микроплазма отличается весьма высокой концентрацией энергии и малым пятном нагрева, что приближает ее к лучевым источникам энергии для сварки.
|
|
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!