Температура и скорость плазменных струй

Однородность параметров технологической зоны. Это требование особенно касается процессов обработки дисперсных материалов, плазмохимических процессов, так как указанные процессы проводятся с использованием плазменных потоков, которые в силу специфики их получения имеют на периферии градиенты температуры и скорости газа. Попадание обрабатываемого материала в периферийную область приводит к изменению режима его обработки и снижению качества получаемого продукта. При плазменном напылении, где градиенты температуры и скорости плазменной струи особенно высоки, это приводит к снижению плотности и повышению пористости покрытий. [c.7]

ТЕМПЕРАТУРА И СКОРОСТЬ ПЛАЗМЕННЫХ СТРУЙ [c.147]

Важной задачей является нахождение связи осевой температуры и скорости плазменных струй на срезе сопла с исходными параметрами режима работы плазмотрона (током, расходом газа, диаметром сопла). Определив такую зависимость, можно было бы связать и распределение температуры и скорости в плазменной струе с энергетическими характеристиками плазмотрона. [c.159]

Энергетические параметры, характеризующие режим работы плазменного распылителя, - энтальпия, температура и скорость плазменной струи. Они являются определяющими в нагреве распыляемого материала. С увеличением мощности дуги в дуговых плазмотронах интенсивно возрастают температура и энтальпия плазменной струи. Расход плазмообразующего газа оказывает большое влияние на эффективность процесса напыления. С увеличением расхода повышаются распыляющая способность плазменной струи, ее скорость и, соответственно, скорость напыляемых частиц. При возрастании расхода плазмообразующего газа свыше оптимальных значений существенно падают плотность покрытий и коэффициент использования порошка. При плазменном напылении объемный расход плазмообразующего газа 2,0...4,0 м ч, соответственно, массовый 0,5...2,0 г/с. [c.226]

Благодаря высоким температурам при плазменном напылении можно наносить тугоплавкие материалы. Кроме того, регулирование температуры и скорости плазменной струи позволяет расширить класс наносимых материалов. [c.364]

Влияние электрической мощности и расхода плазмообразующего газа. Мощность дуги и расход плазмообразующего газа оказывают решающее влияние на теплосодержание плазменного потока и нагрев напыляемого материала. При подводимой электрической мощности 17—20 кет и расходе аргона 2,5 м /ч достигается максимальная плотность покрытия (рис. 1, а). При мощности ниже 13 кет основная масса частиц на подложку попадает в твердом состоянии. Это приводит к резкому увеличению пористости. С повышением расхода плазмообразующего газа до 3,5 м /ч плотность также падает, и ее рост при данном расходе газа возможен лишь при значительном увеличении подводимой электрической мощности (см. рис. 1, а). Это объясняется тем, что температура и теплосодержание плазменной струи с повышением расхода газа падает в результате охлаждающего влияния увеличенного количества плазмообразующего газа [12]. При этом скорость плазменной струи увеличивается не пропорционально (см. рис. 1, б). При значительном уменьшении расхода газа скорость плазменной струи и скорость полета напыляемых частиц порошка уменьшается, что, в свою очередь, также приводит к увеличению пористости покрытия, особенно при малой мощности дуги. Оптимальными параметрами для [c.182]

Высокие температура и скорость струи делают возможным напыление покрытий из любых материалов, не диссоциирующих при нагреве, без ограничений на температуру плавления. Плазменным напылением получают покрытия из металлов и сплавов, оксидов, карбидов, боридов, нитридов и композиционных материалов. [c.359]

Вдуваемый в камеру газ (рис. 3.55), сжимая столб дуги в канале сопла плазмотрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нафеве объема газа в 50. .. 100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл. [c.145]

Анализ результатов экспериментов, проведенных в широком интервале начальных подогревов и расстояний от среза сопла для плазменных струй различных сред воздуха [11, 73], азота [15, 52], аргона [15,78, 85], водяной плазмы [19], истекающих в среду аналогичного или отличающегося состава, показал (рис. 86), что радиальные распределения температуры и скорости в различных сечениях основного участка подобны и наилучшим образом аппроксимируются кривыми Гаусса [c.152]

Если профили температуры и скорости в поперечных сечениях плазменных и обычных струй тождественны, то этого нельзя сказать о законах изменения осевых параметров. В работе [17] показано, что затухание струй будет тем интенсивнее, чем больше отношение плотности газа в окружающей среде Рг к плотности газа в струе р. Струя газа малой плотности (большого начального подогрева) расширяется быстрее, чем струя с плотностью, равной плотности окружающей среды. Увеличение ширины зоны смешения приводит к уменьшению длины начального участка и к более быстрому убыванию скорости и температуры вдоль оси, чем в холодной струе (рис. 87, 88). [c.155]

В соответствии с представлениями теории струй [7] тепловая граница несколько шире динамической (Го,ът > "о.ъи)- Это отмечено и у плазменных струй [15, 52, 73] и при прочих равных условиях должно приводить к более быстрому по сравнению со скоростью падению температуры (энтальпии) вдоль оси. [c.155]

Плазменный поток на выходе из сопла плазмотрона, не может сразу приобрести структуру, типичную для развитого турбулентного пограничного слоя, особенно когда течение в начальном сечении было ламинарным. В этом случае область перехода от течения газа в канале к струйному течению особенно велика, ярко светящееся ядро струи остается ламинарным [85] (рис. 85) и сохраняется на больших расстояниях вниз по течению [28]. Поскольку в ламинарной струе смешение носит значительно менее интенсивный характер, чем в турбулентной, то зона смешения также значительно уже, что, как было показано выше, приводит к более плавному спаду температуры и скорости вдоль оси струи. Этот спад может быть даже меньше, чем в случае турбулентных слабо-подогреваемых струй (см. рис. 87 и 88). Наличие участка ламинарного течения и зависимость его длины от числа Рейнольдса приводит к тому, что параметры струи, относящиеся к отдаленным сечениям, в зоне развитой турбулентности тоже становятся зависящими от Ре. [c.157]

Тепловые характеристики плазменных струй различны и определяются энтальпией используемых газов, теплотой диссоциации молекул и скоростью плазменного потока. При напылении энтальпия плазменной струи находится в пределах (2,5—3,8) 10 Дж/л. Для азота среднемассовая температура струи составляет около 5800 К, если рассчитывать энтальпию как мощность дуги, отнесенную к расходу газа. [c.206]

Большими недостатками покрытий, получаемых методом припекания или осаждения из газовой фазы, являются их высокая пористость и недостаточно хорошее сцепление с основой. В связи с этим они хотя и увеличивают срок службы графитовых деталей, но не предотвращают в достаточной степени их окисления. Особенно это касается изделий сложной конфигурации [6]. Перед исследователями, занимающимися разработкой методик нанесения защитных покрытий, стоит задача получения покрытий с максимально возможной плотностью и хорошим сцеплением с основой. Одним из путей повышения защитных свойств покрытий является получение многослойных покрытий, наносимых методом металлизации [6]. Особенно перспективным методом является наплавка (напыление) с помощью плазменной горелки. Так, например, этим методом наносят вольфрамовое покрытие на графит или на предварительно нанесенное на графит покрытие из тантала [7]. Высокие скорости и температуры, сообщенные частицам вольфрама в плазменной струе, обеспечивают высокую плотность покрытия и прочное сцепление с графитом. Такое покрытие успешно защищает графитовые сопла от эрозионного воздействия продуктов сгорания, имеющих высокие температуру и скорость истечения. [c.146]

Для нанесения металлического слоя на графитовые изделия больших размеров можно применить любой метод металлизации поверхности, например с помощью плазменной струи, при котором хорошая плотность и прочность сцепления покрытия с основой обеспечиваются высокими температурой и скоростью истечения плазменной струи. Метод плазменного напыления металла нами был применен при нанесении на графит покрытий из нитрида алюминия. [c.147]

Эти изменения оказали положительное влияние на рабочие характеристики горелки. Масса и габариты ее изменились незначительно. Удлинение вихревой камеры на 15 мм привело к увеличению длины стабилизированной части столба дуги до 45 мм и общей длины дуги до 68 мм. Напряжение дуги при диаметре отверстия в центре вихря 7 мм для тока 500 а составляет 320 в, а потребляемая мощность равна 160 кет. Большая мощность может быть получена при использовании отверстия в центре вихря диаметром 6 мм при токе 500 а напряжение увеличивается до 350 в, что дает мощность 175 кет. Температура на оси выходящей плазменной струи у отверстия выходной диафрагмы остается равной 28 000° К, а скорость струи достигает одного числа Маха. Это приводит к увеличению уровня шума горелки до 130 дб. Как и в случае горелки мощностью 50 кет дуга и формирование плазменной струи стабилизируются водой, если напыляются окислы, и водным раствором или суспензией углеводородов, если напыляются карбиды. [c.122]

Резка металлов осуществляется сжатой плазменной дугой, которая горит между анодом — разрезаемым металлом и катодом — плазменной горелкой. Стабилизация и сжатие токового канала дуги, повышающее ее температуру, осуществляются соплом горелки и обдуванием дуги потоком плазмообразующих газов (Аг, N2, Hj, NHJ и их смесей. Для интенсификации резки металлов используется химически активная плазма. Например, при резке струей плазмы, кислород, окисляя металл, дает дополнительный энергетический вклад в процесс резки. Плазменная дуга режет коррозионно-стойкие и хромоникелевые стали, медь, алюминий и другие металлы и сплавы, не поддающиеся кислородной резке. Высокая производительность плазменной резки позволяет применять ее в поточных непрерывных производственных процессах. Нанесение покрытий (напыление) производятся для защиты деталей, работающих при высоких температурах, в агрессивных средах или подвергающихся интенсивному механическому воздействию. Материал покрытия (тугоплавкие металлы, окислы, карбиды, силициды, бориды и др.) вводят в виде порошка (или проволоки) в плазменную струю, в которой он плавится, распыляется со скоростью - 100—200 м/с в виде мелких частиц (20— 100 мкм) на поверхность изделия. Плазменные покрытия отличаются пониженной теплопроводностью и хорошо противостоят термическим ударам. [c.291]

Для условий работы электродов в ЭИ-устройствах S - 14-20 мкм, а глубина лунки при этом оценивается в 10-15 мкм. Результаты расчета и экспериментальные измерения говорят о том, что скорость съема металла с эрозионного следа под действием плазменной струи близка к скорости движения фронта нагрева до температуры фазового перехода за счет теплопроводности. Закаленный металл, застывший в виде кольцевых валиков или отдельных островков-наплывов на не подвергнутой электрической эрозии поверхности, имеет слабое сцепление с материалом электрода, в связи с чем при последующих импульсах он отслаивается. Причиной слабого сцепления может явиться недостаточное количество запасенной в расплавленном металле тепловой энергии для расплавления поверхности электрода и образования единой кристаллической решетки. Это подтверждается также формой зависимости эрозии электрода от количества подаваемых импульсов (рис.4.6). С увеличением количества импульсов эрозия возрастает не по прямой линии, а по ломаной с различными наклонами. Участки с наибольшей крутизной (большой эрозионный износ) соответствуют отслаиванию валиков или отдельных островков-наплывов металла от электрода. [c.170]

Дисперсность частиц материала, ток плазменной струи и расход плазмообразующего газа определяют температуру нагрева частиц и их скорость перемещения, а значит, - плотность и структуру покрытия. [c.364]

При выборе генератора низкотемпературной плазмы учитывают требуемую мощность, ресурс работы на плазмообразующем газе заданного химического состава, параметры плазменной струи (температуру, скорость, допустимость загрязнений продуктами эрозии электродов и др.). Так, если отсутствуют специальные требования к чистоте целевого продукта, то чаще всего выбирают установки на основе электродуговых плазмотронов. Их применяют также в тех случаях, когда требуемая мощность превышает 300...500 кВт, что реализуется намного проще. [c.446]

При наплавке обычно используют инертный газ — аргон. Аргон-ная плазменная струя имеет наиболее высокую температуру (до 15—20 тыс.°С) и сверхзвуковую скорость истечения (до 1000—1200 м/с). [c.157]

В качестве плазмообразующего газа применяют аргон, азот, гелий, водород и их смеси. Аргонная плазменная струя имеет наиболее высокую температуру (до 15.... ..20 тыс. °С) и сверхзвуковую скорость истечения (до 1000... 1200 м/с). [c.110]

При электродуговом разряде интенсивно разогревается и испаряется материал электродов. В этот момент между электродами продувают поток газа (аргона). Около электродов эти пары ионизируются и движутся от них с большой скоростью, образуя ярко светящуюся струю—плазму. Температура струи в 2—3 мм от торца электродов достигает 10 000°С. Поток плазмы номере удаления от торца электрода теряет тепло и на расстоянии 6—8 мм имеет температуру около 6000— 8000° С. Однако продувка газа (например, аргона) приводит к обжатию струи, энергия дуги концентрируется в ограниченном объеме, что ведет к повыщению температуры до 10000—18000°С. Плазменной струей можно производить резку, наплавку тугоплавкими металлами (молибденом, танталом и т. д.). В современных дуговых газовых горелках мощность плазменной струи и напряжение дуги можно регулировать в зависимости от требуемых условий работы. [c.351]

Наиболее важное применение плазменная струя нашла для создания защитных покрытий на изделиях, работающих в агрессивных средах, при высоких температурах и высоких скоростях газовых потоков, а также для изготовления различного рода деталей из тугоплавких материалов. С помощью плазменной струи могут быть получены покрытия из тугоплавких металлов, боридов, силицидов, окислов и карбидов, а также комбинированные покрытия. [c.463]

Совместное использование лазерного излучения и импульсного разряда позволяет получать сверхзвуковую плазменную струю с относительно высокими параметрами (скорость истечения Ю/сж/сек, концентрации заряженных частиц 10 см , температура свыше 10 000° К). [c.271]

Эксперименты показывают (Г. Н. Абрамович, В. И. Бакулев, В. А. Голубев, Г. Г. Смолин, 1964, 1966), что весьма высокотемпературная струя плазмы подчиняется примерно тем же закономерностям, что и обычные турбулентные струи (профили скорости и температуры в поперечных сечениях выражаются указанными выше универсальными зависимостями толщина плазменной струи может быть найдена из формул (2.4) — (2.6) изменение скорости по оси плазменной струи следует определять с помощью закона сохранения суммарного импульса и т. п.). Только при давлениях в несколько десятков атмосфер и при температурах порядка 10 000° и выше следует дополнительно учитывать отвод тепла от струи плазмы с лучеиспусканием, что нарушает обычное для струи условие сохранения суммарной величины теплосодержания. [c.821]

Небольшое сечение плазменной струи и ее высокая электропроводность значительно повышают плотность тока и, следовательно, температуру газа и скорость его истечения. Температура плазменной струи в зависимости от силы тока дуги и расхода плазмообразующего газа достигает 10 ООО-г-30 000° С, а скорость истечения — 1000—1500 м/с. [c.171]

Ниже приводится расчет траектории, скорости движения и температуры частиц в аргоновой плазменной струе дугового плазмотрона с диаметром сопла 0,6 см при различных токах дуги и расходах газа и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. [c.79]

В большинстве электроплазменных процессов плазменная струя является основной технологической зоной, поэтому зная ее параметры (температуру, скорость, турбулентность и т. п.) можно в ряде случаев достаточно быстро определить оптимальные условия нагрева исходного материала и обеспечить высокое качество получаемого продукта. Однако сложность процессов, происходящих в плазменной струе, особенно при взаимодействии с окружающей средой, затрудняет получение простых соотношений для определения ее параметров. [c.147]

Рис. 86. Профили температуры (а) и скорости (б) плазменной струи на ее основном участке

Рис. 89. Безразмерные профили избыточной температуры (а) и скорости (б) аргоновой плазменной струи на срезе сопла

Кроме того, как видно из (65) и (66), спад осевых параметров струи становится более резким при увеличении неравномерности. Различие между теоретическими и экспериментальными осевыми распределениями параметров струи авторы работ [23, 73] объясняют именно начальной неравномерностью их радиальных профилей. Очевидно, этим же объясняется тот факт, что длина начального участка турбулентных плазменных струй по экспериментальным данным разных авторов [11, 15, 52, 78] различна. Эта длина в основном меньше, чем следует из расчетов, предполагающих равномерность полей параметров на срезе сопла, а в некоторых случаях ядро струи с постоянными значениями скорости и температуры практически отсутствует. [c.159]

Еще одним фактором, влияющим на изменение скорости и температуры плазменных струй вдоль оси, является уровень турбулентности на срезе сопла заметное влияние которого начинает проявляться при Во > 5% [83] и который приводит к более интенсивному смешению струи с окружающей средой. В плазмотронах с аксиальной ламинарной подачей холодного газа в канал, т. е. при отсутствии искусственной турбулизации, наблюдается турбулентность потока у среза сопла. Степень ее обусловлена, в основном, неустойчивостью горения дуги [85]. Турбулентность плазменной струи у среза сопла максимальна при малых расходах газа и токах, когда малый расход газа не может стабилизировать дугу, так как при малом токе ее диаметр значительно меньше диаметра канала. С ростом расхода газа стабильность горения дуги повышается, а с ростом тока стабилизирующее воздействие оказывают стенки дугового канала. [c.159]

Качество покрытий, полученных с помощью плазменного напыления, определяется многими факторами, основными из которых являются состав, температура и скорость плазменной струи, гранулометрический и химический состав напыляемого порошка (тугоплавкие соединения для напыления могут подаваться в струю только в порошкообразрюй форме), расстояние покрываемой поверхности от струи, подготовка поверхности перед напылением и др. [c.40]

На рис. 2 показано распределение яркостной температуры на различных расстояниях от среза сопла, а также влияние дистанции на твердость и адгезионную прочность покрытий. Характер распределения температур свидетельствует о более высокой температуре и скорости протекания реакций восстановления, чем синтеза алюминидов при напылении порошка А1№80. Если реакции в алюминий-никелевом порошке протекают в основном на дистанциях 100—150 мм и более, то в алюминийоксцдных порошках заканчиваются на дистанциях 80—100 мм, начинаясь на 50 мм от среза сопла. Причем вследствие значительного тепловыделения первичных реакций восстановления в алюминийоксид-ном порошке вторичные интерметаллидные реакции протекают быстрее, чем при более медленном нагреве плазменной струей при напылении порошка АШ180. [c.98]

В технике нанесения различных высокожаростойких покрытий все более широкое применение находит плазменная струя. Тепловые и скоростные параметры этого источника нагревания позволяют обрабатывать практически любые материалы, в том числе тугоплавкие металлы и соединения. Так, температура в дуговой плазменной струе достигает 30 000°, энтальпия 76 600 ккал./кг, скорость частиц — скорости звука в воздухе, а коэффициент теплопередачи 28 400 вт/см- 11]. Это открывает возможность создания прочно связанных с основой покрытий из карбидов, боридов и других тугоплавких соединений с целым рядом спе- [c.161]

Другой важной характеристикой газового потока является его скорость. Помимо обычных газодинамических методов ее определения (с помощью трубки Пито) для измерения локальной скорости применяется метод фоторегистрации (фоторазвертки) неоднородностей плазменной струи [Л. 11-10]. Он основан на том, что газ на выходе из сопла электродугового подогревателя состоит из чередующихся горячих и относительно более холодных областей. Светимость газа резко меняется с изменением температуры. При измерении скорости этим методом движение потока осуществляется перпендикулярно перемещению кинопленки, в результате чего на ней получаются наклонные следы. В итоге определение скорости струи сводится к измерению угла наклона следов неоднородностей при известных линейной скорости перемещения пленки и масштабе изображения. [c.323]

С помощью плазменной струи, имеющей высокую температуру, практически можно наносить любые тугоплавкие материалы (вольфрам, диоксид циркония, оксид алюминия), а также карбиды, бориды, нитриды и другие тугоплавкие соединения с высокой скоростью и равномерностью. Покрытия можно наносить на большинство материалов, в том числе на стеклопластики. Применение для плазмообразования и защиты нейтральных газов — аргона, азота и их смесей способствует минимальному выгоранию легирующих элементов и окислению частиц. Поэтому покрытия, полученные плазменной металлизацией, характеризуются более высокими механическими свойствами по сравнению с покрытиями, полученными электрической металлизацией. [c.97]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...