Материал: 953

5

коаксиального катоду, состоит в создании (с помощью соленоида) перпендикулярного плоскости анода сильного магнитного поля, которое вынуждает токовый канал дуги непрерывно вращаться, обегая анод. Поэтому перемещаются по кругу анодные и катодные пятна дуги, что предотвращает расплавление электродов (или их интенсивную эрозию, если они выполнены из тугоплавких материалов).

К числу способов газовой стабилизации, теплоизоляции и сжатия дуги относится так называемая «закрутка» – газ подается в разрядную камеру по спиральным каналам, в результате чего образуется газовый вихрь, обдувающий столб дуги и генерируемую плазменную струю: слой более холодного газа под действием центробежных сил располагается у стенок камеры, предохраняя их от контакта с дугой. В случаях, когда не требуется сильного сжатия потока плазмы (например, в некоторых плазмотронах с плазменной дугой, используемых для плавки металла), стабилизирующий газовый поток не закручивают, направляя параллельно столбу дуги, и не обжимают соплом (катод располагают на самом срезе сопла). Очень часто стабилизирующий газ одновременно является и плазмообразующим веществом. Применяют также стабилизацию и сжатие дуги потоком воды (с «закруткой» или без нее).

Плазма дуговых плазмотронов неизбежно содержит частицы вещества электродов вследствие их эрозии. Когда этот процесс по технологическим соображениям полезен, его интенсифицируют (плазмотроны с расходуемыми электродами). В других случаях, напротив, минимизируют, изготовляя электроды из тугоплавких материалов (вольфрам, молибден, специальные сплавы) или охлаждая их водой, что, кроме того, увеличивает срок службы электродов. Более «чистую» плазму дают ВЧ-плазмотроны.

Плазмотроны с плазменной струей обычно используют при термической обработке металлов, для нанесения покрытий, получения порошков с частицами сферической формы, в плазмохимической технологии и пр. Плазмотроны с внешней дугой служат для обработки электропроводных материалов, плазмотроны с расходуемыми электродами применяют при работе на агрессивных плазмообразующих средах (воздухе, воде и др.) и при необходимости генерации металлической, углеродной и т.д. плазмы из материала электродов (например, при карботермическом восстановлении руд).

Мощность дуговых плазмотронов 102…107 Вт; температура струи на срезе сопла 3 000…25 000 К; скорость истечения струи 1…104 м/с; промышленное КПД 50…90 %; ресурс работы (определя-

6

ется эрозией электродов) достигает несколько сотен ч, в качестве плазмообразующих веществ используют воздух, N2, Ar, H2, NH4, О2, Н2О, жидкие и твердые углеводороды, металлы, пластмассы.

Высокочастотный плазмотрон включает: электромагнитную ка- тушку-индуктор или электроды, подключенные к источнику высокочастотной энергии, разрядную камеру, узел ввода плазмообразующего вещества. Различают индукционные, емкостные, факельные, плазмотроны на коронном разряде и с высокочастотной короной, а также сверхвысокочастотные (СВЧ) плазмотроны (рис. 2).

Рис. 2. Схемы высокочастотных плазмотронов: а – индукционный; б – емкостный; в – факельный; г – сверхвысокочастотный; 1 – источник электропитания; 2 – разряд; 3 – плазменная струя; 4 – индуктор; 5 – разрядная ка-

мера; 6 – электрод; 7 – волновод

Наибольшее распространение в технике получили индукционные ВЧ-плазмотроны, в которых плазмообразующий газ нагревается вихревыми токами. Так как индукционный высокочастотный разряд является безэлектродным, эти плазмотроны используют для нагрева активных газов (О2, Сl2, воздуха и др.), паров агрессивных веществ (хлоридов, фторидов и др.), а также инертных газов, если к плазменной струе предъявляются высокие требования по чистоте. С помощью индукционных плазмотронов получают тонкодисперсные и особо чистые порошковые материалы на основе нитридов, боридов, карби-

7

дов и других химических соединений. В плазмохимических процессах объем разрядной камеры таких плазмотронов может быть совмещен с реакционной зоной. Мощность плазмотронов достигает 1 МВт, температура в центре разрядной камеры и на начальном участке плазменной струи ≈104 К, скорость истечения плазмы 0…103 м/с, частоты

– от нескольких десятков тысяч Гц до десятков МГц; промышленное КПД 50…80 %, ресурс работы до 3 000 ч. В СВЧ-плазмотроне рабочие частоты составляют тысячи и десятки тысяч МГц; в качестве питающих их генераторов применяются магнетроны. ВЧ-плазмотроны всех типов, кроме индукционных, применяются (70-е гг. ХХ в.) главным образом в лабораторной практике. В ВЧ-плазмотроне, как и в дуговых, часто используют газовую «закрутку», изолирующую разряд от стенок камеры. Это позволяет изготовлять камеры ВЧ-плазмотрона из материалов с низкой термостойкостью (например, из обычного или органического стекла).

Для пуска плазмотрона, т. е. возбуждения в нем разряда, применяют: замыкание электродов, поджиг вспомогательного дугового разряда, высоковольтный пробой межэлектродного промежутка, инжекцию в разрядную камеру плазмы и другие способы. Основные тенденции развития плазмотронов: разработка специализированных плазмотронов и плазменных реакторов для металлургической, химической промышленности, повышение мощности в одном агрегате до 1…10 МВт, увеличение ресурса работы и т.д.

2. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТА «МУЛЬТИПЛАЗ-2 500»

Аппарат «Мультиплаз-2 500» предназначен для резки различных материалов, сварки, пайки черных и цветных металлов, в том числе для использования в качестве вспомогательного оборудования при выполнении технологических операций в литейном производстве

(рис. 3).

В условиях непрерывного производственного цикла, например при конвейерной сборке, данная модификация портативного плазмотрона крайне эффективна.

Технология проведения сварочных работ с использованием плазмотрона в режиме газовой сварки сходна с технологией использования обычных газовых сварочных аппаратов. Отличие состоит в том, что для получения высокотемпературного факела необходимы