ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Способы ведения электроплазменных процессов и их эффективность из "Электроплазменные процессы и установки в машиностроении " При разработке электроплазменных процессов выбор способа ввода электроэнергии в технологическую зону имеет первостепенное значение. В большинстве случаев от этого зависит эффективность ведения процесса, его простота и надежность. В связи с широким развитием электроплазменной техники появилось много разнообразных способов ввода энергии, часть из которых уже успешно реализована в промышленности, а другие находятся в стадии опытно-промышленных и лабораторных разработок. [c.19] Большинство из них можно разделить на три группы в соответствии со способом ввода энергии в разряд (табл. 1). [c.19] Возбуждение разряда между электродами. [c.19] Наиболее широкое распространение получил дуговой разряд, зажигаемый между электродом и обрабатываемым материалом, особенно в процессах сварки, резки (рис. 2), наплавки, напыления, строжки, плавки (рис. 4), плазменно-дугового переплава (рис. 3). Струйные плазмотроны нашли применение в процессах нанесения покрытий, обработки дисперсных материалов, в плазмохимии. В настоящее время существует большое количество способов возбуждения и стабилизации дугового разряда и особенно способов стабилизации положения столба дуги и ее электродных участков как на постоянном, так и на переменном токах. [c.21] Импульсный дуговой разряд позволяет интенсифицировать ряд технологических процессов, например такие, как распыление проволоки [62], плавка металлов. [c.21] Высокочастотный дуговой (ВЧД) разряд, имеющий много общего с дуговым разрядом на постоянном токе, но не нашедший пока применения в производстве, возникает между металлическими электродами. Напряженность электрического поля в канале высокочастотной дуги выше, чем в обычной электрической дуге. [c.21] Тлеющий разряд в отличие от дугового возбуждается при меньших токах и при давлениях ниже атмосферного (хотя могут быть созданы условия для возбуждения разряда и при атмосферном давлении) и характеризуется большим (в несколько сот вольт) катодным напряжением. Плазма тлеющего разряда, как правило, термически неравновесна, например, температура электронов в разряде достигает десятков тысяч градусов и на один-два порядка превышает температуру атом-ионного газа. Это дает большие преи.мущества при создании технологических аппаратов, так как высокая термическая неравномерность позволяет эффективно проводить плазмохимические процессы, и в то же время нет трудностей в гермозащите разрядного канала и в обеспечени высокого ресурса работы электродов. К недостаткам данного способа ввода энергии можно отнести необходимость работы при давлениях ниже атмосферного и при небольшой мощности в разряде. [c.21] Высокочастотный коронный (ВЧК) разряд возникает при расстоянии между электродами большем, чем при ВЧД-разряде, и при частоте поля меньше 6 МГц. С понижением давления ВЧК-разряд переходит в факельный разряд. Частота перехода соответствует такой длительности каждого полупериода напряжения, за которую лавина не успевает пробежать расстояние между электродами. ВЧК-разряд может найти широкое применение в плазмохимических процессах. [c.22] Высокочастотный факельный (ВЧФ) разряд возбуждается в неоднородном электромагнитном поле (рис. 9, а) и возникает, так же как и ВЧК-разряд, при расстоянии между электродами большем, чем для ВЧД-разряда, и на частотах больше 9 МГц. В области частот 6—9 МГц происходит переход коронного разряда в факельный. Частотные границы перехода ВЧК-разряда в ВЧФ-разряд зависят от давления газа и амплитуды напряжения на электроде. С уменьшением давления размеры факела увеличиваются и принимают форму, все более близкую к шарообразной. В отличие от дугового разряда на постоянном токе ВЧФ-разряд характеризуется при одинаковой удельной мощности большим объемом плазмы, длитель(1ым ресурсом непрерывной работы электродов и простотой получения термически неравновесной плазмы с температурой электронов (6н-20) 10 К и газовой температурой (1н-5) 10 К при помощи ВЧ-генератора 2—12 кВт [811. Широкое использование ВЧФ плазмоТ )онов сдерживается из-за невысокого к. п. д. нагрева газа, составляющего 40—65 о [81 [ при давлении 10-—10 Па и расходе газа 10 —10 л/мин. [c.22] СВЧ-разряд по своей физической природе мало отличается от ВЧЕ- и ВЧИ-разрядов, причем в СВЧ-диапазоне в зависимости от конструкции плазмотрона могут возбуждаться Е- и Н-разряды. Основным преимуществом СВЧ-разряда перед другими является то, что плазма в СВЧ-диапазоне поглощает более 95% подводимой мощности [49], при этод создаются благоприятные условия для получения термически неравновесной плазмы. К недостаткам относятся невысокие ресурс и к. п. д. установки, а также сложность оборудования. [c.23] Аксиальный (осевой) ввод. Данный способ ввода плазмообразующей среды в разрядный канал (рис. 10, а) используется в различных плазменных устройствах, как в дуговых, так и в высокочастотных, применяемых в основном для обработки дисперсных материалов, для сварки, плавки и рафинирования металлов, в плазмохимии и других процессах, требующих аксиального потока плазмы. Он позволяет обеспечить хорошую стабилизацию разряда, снижение турбулентных пульсаций в плазме, легкость получения ламинарных потоков, повышение однородности прогрева газа в разряде и распределение его по сечению канала. [c.24] Тангенциальный (вихревой) ввод. Этот способ (рис. 10, 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 к. п. д., более высокую эффективность преобразования электрической энергии в тепловую и хорошую пространственную стабилизацию разряда. Кроме того, создаются хорошие условия для перемещения ириэлектродных участков дуги по поверхности электродов, что повышает их ресурс работы. [c.25] К недостаткам данного способа относятся образование вихревой плазменной струи, интенсивно взаимодействующей с окружающей средой с повышенным рассеянием мощности, трудности ввода исходного материала в плазменный поток, невозможность получения ламинарных потоков, высокий уровень шума. [c.25] Распределенный ввод. Этот способ ввода (рис. 10, в) во многом аналогичен аксиальному вводу газа. В этом случае повышается термоизоляция разряда от стенок канала и могут быть созданы плазмотроны с высоким термическим к. п. д. (более 80%). Длина дуги может быть значительно увеличена, и в связи с этим достигнута необходимая мощность плазмотронов при высоких напряжениях и низких токах дуги. [c.25] Недостатками данного способа являются сложность конструкции плазмотрона, трудность распределения массового расхода газа по сечению разрядного канала, низкое теплосодержание потока плазмы в связи с большим расходом газа. [c.25] Транспирационный (пористый) ввод. Такой ввод плазмообразующей среды в разрядный канал (рис. 10, г) начал развиваться только в последнее время. Он во многом сходен с распределенным вводом, но имеет ряд преимуществ. Газ, жидкость или другая среда, подаваемые сквозь стенку в разряд, интенсивно с ней взаимодействуют. Поэтому разрядные каналы с пористыми стенками имеют высокий термический к. п. д. В этом случае к. п. д. плазмотрона может достигать более 90%. Кроме того, обеспечивается равномерность ввода газа в дугу и улучшается ее стабилизация. [c.25] Однако данный способ ввода еще не нашел широкого применения из-за сложности конструкции дугового канала и в связи с высокой неоднородностью плазменного потока. В некоторых случаях можно повысить однородность плазменного потока и его поперечные размеры путем разогрева внешней поверхности разрядной камеры и поддержания температуры внутренней поверхности, близкой к максимально допустимой. [c.25] Зти способы можно разделить на две группы первая включает способы ввода материала нeпo peд твe п o в плазменный поток, где он претерпевает ряд изменений (нагрев, испарение, разложение, диссоциацию, ионизацию и пр.), вторая — способы ввода материала непосредственно в зону обработки, минуя плазменный поток (табл. 2). [c.26] Ввод материала в плазменный поток. Дан1 ая группа способов наиболее широко используется в различных технологических процессах. Они обеспечивают плавное изменение технологического режима, например, за счет изменения скорости и места ввода материала, его количества и т. д. В эту группу входят способы ввода материала спутно или встречно с потоком, под углом к нему или ввод материала в зону смещения потоков. [c.26] Вернуться к основной статье