Библиографическое описание:

Баяндина О. В., Новосельцев Ю. Влияние добавления газов с высокой теплопроводностью в плазмообразующую газовую смесь // Молодой ученый. — 2010. — №8. Т. 1. — С. 39-40.

Приведены сведения об использовании газов с высокой теплопроводностью при плазменной резке толстолистовых конструкций.

 

В период интенсивного развития промышленности электрическая дуга нашла широкое применение, в основном, как элемент электрической цепи, предназначенной для преобразования электрической энергии в тепловую.

Широкие возможности открылись в электродуговой технологии в результате появления устройств – плазматронов, генерирующих стабилизированные дуги. Стабилизация электрической дуги, осуществляемая внешним магнитным полем, газовым или водяным потоком, обеспечивает более интенсивный ввод тепла в обрабатываемые дугой объекты и позволяет в широких пределах регулировать плотность энергии в различных участках столба дуги и нагретого в столбе потока газа. В стабилизированной дуге резко ограничивается возможность ее пространственного перемещения, в том числе и при электродных зонах, что позволяет строго локализовать область максимального выделения ее энергии и обеспечить высокую стабильность параметров дуги в течение длительного времени.

Результатом появления стабилизированных электрических дуг явилось расширение области применения электродуговой технологии и появление новых технологических процессов. Это химический синтез, резка, сварка, получение чистых тугоплавких металлов, нанесение металлических и неметаллических покрытий, сфероидизация порошкообразных материалов, выращивание кристаллов, высокотемпературные исследования и т.д.

Переход на новые современные виды вооружений, которые по своим техническим характеристикам превосходят старый парк вооружения, приводит к необходимости утилизации большого количества техники, имеющей большие габариты и выполненной из толстолистовой стали и различных тугоплавких сплавов. Одним из наиболее экономичных способов утилизации крупногабаритных корпусов ракет, танков и т.д. является их резка при помощи современных плазматронов. Но основной проблемой применения плазматронов является невозможность разделки толстолистовых стальных (до 200 мм.), бронзовых (до 80 мм.) и медных (до 100 мм.) конструкций. Решение этой проблемы возможно при применении в плазматронах бинарной плазмообразующей смеси высокой теплопроводности (водород и аргон), используя принудительную закрутку анодной области (газово-вихревую, магнитную), что позволяет решить проблему сохранения стойкости электродов плазматрона катода и сопла при утилизации крупногабаритных толстолистовых корпусов (ракет, самолетов, бронированной техники, кораблей, подводных лодок и т. д.).

Широкая практика промышленного применения плазматронов показывает, что введение газов с высокой теплопроводностью, в первую очередь водорода, в состав плазмообразующей газовой смеси приводит к существенному изменению всего процесса плазменной обработки.

С одной стороны, обеспечивается максимальная эффективность использования плазматрона, как нагревателя, за счет повышения теплосодержания газа, прошедшего через дугу, и улучшения условий теплопередачи к нагреваемым дугой объектам. С другой стороны, ухудшаются условия функционирования плазматрона в результате снижения стойкости электродов плазматрона и нарушения устойчивости системы: «источник питания - дуга».

Следовательно, основной задачей, является определение факторов, обеспечивающих стойкость электродов плазматрона и устойчивость дуги при применении плазмообразующих газов с высокой теплопроводностью для промышленного использования плазматронов.

Указанная задача в настоящее время решена применительно к плазменной резке, одному из наиболее распространенных процессов плазменной обработки. В этом случае стойкость электродов обеспечивается в результате введения в состав плазмообразующей смеси, наряду с водородом,- аргона со строго определенным расходом. Устойчивость дуги обеспечивается в результате применения источников питания с крутопадающими внешними статическими характеристиками. Так была внедрена плазменная резка в водородосодержащих смесях, ставшая в результате этого универсальным методом раскроя металлов.

Другими перспективными областями применения плазменной обработки, получающими все более широкое распространение, являются нагрев порошкообразных материалов при нанесении покрытий и сфероидизации, а также сварка и переплав металлов. Условия функционирования плазматрона в этих процессах более тяжелое, чем при плазменной резке в связи с увеличением тепловых потоков в электроды. При плазменной сварке и переплаве это увеличение обусловлено снижением расхода плазмообразующего газа в соответствии с технологическими требованиями процесса. При плазменной же резке расход плазмообразующего газа практически не ограничивается.

При плазменном напылении и сфероидизации тепловые потоки в электроды возрастают в связи с тем, что анодная область дуги располагается внутри плазматрона, тогда как при плазменной резке анодная область находится вне плазматрона, на разрезаемом изделии.

Требования же к стойкости электродов плазматрона при плазменной сварке, переплаве и нагреве порошкообразных материалов более высокие, чем при плазменной резке, в связи с недопустимостью загрязнения обрабатываемых материалов продуктами эроззии электродов.

По этим причинам попытки ряда исследователей произвести простой перенос методов сохранения стойкости электродов плазматрона и устойчивости дуги, горящей в бинарной водородосодержащей газовой смеси, разработанных для плазменной резки, на процессы плазменной сварки, переплава, напыления и сфероидизации не дали результата. Поэтому требуется провести экспериментальное исследование причин снижения стойкости электродов плазматрона и устойчивости дуги, горящей в бинарной газовой смеси на основе газов с высокой теплопроводностью, и определить методы улучшения условий функционирования плазматрона. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке высокопроизводительной технологии демонтажа конструкций из толстолистовых тугоплавких сплавов

 

Вывод:

Плазменная резка и сварка металлов являются крайне перспективными методами  металлов, однако для повышения производительности и снижения стоимости обработки необходимо исследование причин снижения стойкости электродов плазмотрона и сопла плазмотрона при введении в бинарную плазмообразующую смесь газов с высокой теплопроводностью.

 

Список литературы

1.      Новосельцев, Ю.Г. Особенности исследования стабилизированных плазменных дуг /Ю.Г. Новосельцев, А.В. Мушенко, Е.А. Красовитова//Машиностроение: сб. науч. тр. / отв. ред. Е.Г. Синенко. – Красноярск: Сиб. Федер. Ун-т; Политехн. Ин-т, 2007. – С. 60-65.

2.      Коротеев, А.С. и др. Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет / А.С. Коротеев, В.М. Миронов, Ю.С. Свирчук. – М.: Машиностроение, 1993.– 296 с.

Основные термины (генерируются автоматически): стойкости электродов плазматрона, плазменной резке, высокой теплопроводностью, снижения стойкости электродов, плазменной обработки, сохранения стойкости электродов, плазменной резке толстолистовых, плазменной сварке, функционирования плазматрона, плазменной резке анодная, причин снижения стойкости, порошкообразных материалов, устойчивости дуги, стойкость электродов, стойкости электродов плазмотрона, газовой смеси, стойкость электродов плазматрона, электродов плазматрона катода, применения плазменной обработки, процесса плазменной обработки.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle