2.2. Технологія обробки плазменним струмом

У плазмених пальниках гази можуть розігріватися до 50000 К. При цих температурах атоми газу втрачають електрони і виникає іонізований електропровідний газ — плазма.

В плазменних пальниках електрична дуга виникає або між катодом і сопловим анодом, що охолоджуються водою (непрямий спосіб), або між катодом і заготовкою анодом. Після запалювання допоміжної електродуги, що іонізує струмінь газу (аргон, водень, азот, їхні суміші, повітря), виникає основна електродуга, де газ розігрівається за рахунок зростаючих сили струму і напруги. Внаслідок термічного розширення на початку сопла газ випливає з нього зі швидкістю звуку.

Потужність застосованих у промисловості пальників зараз досягає 120 кВт, а в майбутньому передбачаються установки потужністю до 10000 кВт.

Понад двадцять років тому в промисловості були використані для різання перші плазменні пальники. Сьогодні їх застосовують дуже широко. Висока щільність енергії, величина струму та гарні теплофізичні характеристики плазми роблять цей засіб особливо ефективним під час різання високолегованих сталей і сплавів міді з алюмінієм, тобто матеріалів, які майже не піддаються автогенному різанню.

Техніка напилення відкрила нові перспективи для плазменних пальників. Її застосовують як для матеріалів, що легко плавляться, так і для тугоплавких — вольфраму і молібдену, а також для твердих і крихких речовин (карбідів, оксидів, нітридів, боридів і силіцидів), які раніше вдавалося обробляти тільки за технологією металургії. За допомогою цього способу їх можна розпорошувати і наносити на фасонні заготовки. Нанесені в плазмі покриття служать в основному для захисту від корозії, підвищення зносо- та ерозостійкості.

Плазменні пальники можна застосовувати при зварюванні особливо тонких деталей і при наплавленні корозійно-, жаро- та зносостійких матеріалів. Оточуюча потік плазми захисна газова оболонка ускладнює доступ повітря, блокує окислення і забезпечує високу якість з'єднання матеріалів.

Зняття стружки, при якому прямий плазменний пальник замінює токарний верстат, ще тільки починає розвиватися. Висока температура плазми розплавляє заготовки на певну глибину, а рідкий матеріал видаляється обертанням заготовки та кінетичною енергією потоку плазми.

Перед плазменними пальниками, як джерелом теплової енергії, відкриті ще ширші перспективи. Плазменні плавильні печі для сталі вже застосовуються на виробництві. Високі температури і короткий термін плазменної плавки дають змогу підвищити якість виробів порівняно з вакуумною плавкою.

2.3. Електронно-променева технологія

Хоча про можливість використання електронних променів як джерела тепла дізналися ще на початку минулого сторіччя, передумови для їхнього застосування в техніці були створені лише в останні два десятиріччя.

Електрони, що випромінюються жареним катодом у вакуумі порядку 10—4 мм рт. ст., розганяються високими потенціалами (біля 120 кВ) і збираються в пучки, з високою щільністю енергії до (109 Вт/мм²). При дії такими електронними променями на матеріал електрони проникають в нього на глибину до 10 мкм, перетворюючи свою кінетичну енергію в теплоту і викликаючи миттєве плавлення і випаровування матеріалу. Таким чином, за допомогою електронних променів можна обробляти всі металеві і кристалічні матеріали, знімати поверхневі шари (стружку), різати, переплавляти, зварювати, досягаючи продуктивності, швидкості зварювання до 50 м/хв. Легке фокусування електронних променів до діаметра в кілька мікрометрів зумовлює переваги їх застосування при суперточній обробці, як того вимагають мікроелектроніка та техніка напівпровідників.

Електронно-променеві плавильні печі вже багато років застосовуються в промисловості для плавлення тугоплавких металів високоякісних сталей. В них легкоплавкі метали, подібні до алюмінію, легко випарюються і можуть використовуватись як матеріали, що напилюються, зокрема алюміній для антикорозійного захисту напилюється на сталь.