Характеристика плазменной струи и ее применение.

В качестве источника теплоты при некоторых видах обработки материалов используют плазменную струю — поток ионизированных частиц, обладающих большим за­пасом энергии. Плазменная струя представляет собой высокоинтенсивный источник теплоты, максимальная тем­пература которого может достигать 20 000 К и более.

Плазменную струю используют для наплавки и нане­сения покрытий, в том числе и тугоплавких металлов на изделия путем расплавления присадочной проволоки или металлических порошков. С помощью плазменной струи производят резку и поверхностную обработку раз­личных материалов, нагрев под пайку и термообработку. Плазменная струя может найти применение и для сварки тонколистовых тугоплавких металлов. В струе плазмы можно расплавить различные материалы: сталь, асбо­цемент, кристаллокорунд 2050° С (2323 К), карбокорунд 2200° С (2473 К) и др.

Для создания ионизированного потока используют дуговой разряд значительной длины, возбуждаемый между двумя электродами. Дуга горит в замкнутом цилиндри­ческом канале, стенки которого интенсивно охлаждаются, через канал под давлением подается инертный газ. Охла­ждение наружной поверхности столба дуги вызывает его концентрацию, вследствие чего темпе­ратура столба дуги резко повышается, достигая 10 000 - 20 000 К, а газ, проходящий через межэлектродное про­странство, имеющий высокую степень ионизации и отно­сительно высокий запас энергии, используют для нагрева изделий в процессе сварки.

Состав плазмообразующего газа и материала электродов выбирают в зависи­мости от требований, предъявляемых к процессу. В качестве стабилизирующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси. Электроды изготовляют обычно из меди и вольфрама. Стенки камеры защищены от теплового воздействия дуги слоем сравнительно холодного газа.

Подводимая к дуговому разряду электрическая мощность не полностью пре­образуется в плазменной горелке в потенциальную и кинетическую энергию плазменной струи. Часть энергии дуги расходуется на нагрев электродов разряда, а также рассеивается в окружающее пространство вследствие лучистого и кон­вективного теплообмена.

Интенсивность теплообмена дуги с отдельными элементами плазменной го­релки в значительной мере определяют такие параметры плазменной струи, как мощность, температура, энтальпия и скорость, а также геометрические размеры канала и сопла горелки. Наиболее существенное влияние на мощность, расхо­дуемую на нагрев электродов, оказывают ток и длина дуги, а также расход газа. В стержневом электроде (катод) выделяется примерно до 10%, а коль­цевом (сопло — анод) — 15—50% мощности дуги.