Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра металлургии и технологии сварочного производства

Составитель: Алистратов В.Н.

Лабораторная работа №1

по дисциплине «Поверхностная обработка сварочными источниками нагрева» «Изучение оборудования для плазменного

упрочнения и используемых расходных материалов»

/Методические указания для студентов специальности 6.092.303/

Утверждено: на заседании кафедры «Металлургия и технология сварочного производства»,

протокол № 5 от 15.01.2009

Одобрено: методической комиссией сварочного факультета, протокол № 5

от 4. 02. 2009г.

Мариуполь - 2009

УДК 621.791.042.

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 1 «Изучение оборудования для плазменного упрочнения и используемых расходных материалов» по курсу «Поверхностная обработка сварочными источниками нагрева» для студентов специальностей 6.092.303

Сост. В.Н. Алистратов. – Мариуполь: ПГТУ, 2009, - 8 с.

Приводятся основные сведения о видах плазменных установок и рассматриваются отдельные узлы плазмотронов.

Составитель: В.Н. Алистратов, доц.

Ответственный

за выпуск: В.В. Чигарев, проф.

Председатель

методической комиссии

сварочного факультета А. Д. Размышляев, проф.

Цель работы: изучить конструкции плазмотронов, а также материалы катодов и плазмообразующие газы.

1.Общие сведения

1.1 Конструкции плазмотронов

Плазмотрон является основным элементом энергетической части установки для плазменной обработки материалов и представляет собой устройство, генерирующее стабилизированный в пространстве поток дуговоё плазмы с температурой до нескольких десятков тысяч градусов. Можно выделить следующие основные требования, предъявляемы к плазмотронам: необходимая мощность, высокий энергетический КПД, стабильность параметров плазменного потока, большая длительность непрерывной работы; надёжность конструкции, простота обслуживания, возможность использования различных плазмообразующих газов и т.д.

Высокая технико-экономическая эффективность процесса плазменного поверхностного упрочнения во многом зависит от конструкции плазмотронов, соответствующих этим требованиям.

Основным методом получения плазмы для технологических целей является метод пропускания газовой струи через пламя сжатой элек­трической дуги, расположенной в узком медном канале.

В современной сварочной технике применяют три схемы получе­ния плазмы. Первая соответствует схеме сжатой дуги прямого дейст­вия, когда анодом служит обрабатываемый материал. Вторая: сжатая дуга косвенного действия возникает между вольфрамовым электродом и внутренним соплом плазмотрона, из которого вытекает в виде плаз­менной струи. Дуга косвенного действия /плазменная струя/ электри­чески не связана с обрабатываемым металлом. Вторая схема нашла применение при обработке неэлектропроводных материалов и закалке (Рис. 1.1). Третья схема: с комбинированным подключением плазмотрона к источ­нику питания.

В этом случае между вольфрамовым электродом и соп­лом анода зажигается вспомогательная сжатая дуга косвенного дейст­вия, обладающая электропроводимостью и образующая при соприкосно­вении с токоведущей обрабатываемой деталью сжатую дугу прямого действия. Третья схема применяется при сварке, наплавке,резкеме­таллов.

Рис. 1.1. Принципиальные схемы плазмотронов:

а — с дугой прямого действия и аксиальной стабилиза­цией плазменной струи; б - с дугой косвенного действия и вихревой стабилизацией плазменной струи; 1— элект­род; 2 - газовая камера; 3 - изоляционная прокладка; 4 — сопло; 5 — обрабатываемое изделие; 6 — источник питания.

Плазмотроны целесообразно различать по характеру обдува электрической дуги в разрядном канале, выделив плазмотроны с продольно и поперечно-обдуваемыми дугами.

Плазмотроны с поперечно-обдуваемой дугой можно разбить на коаксиальные, тороидальные, стержневые и плазмотроны с кольцевой дугой. В таких плазмотронах обеспечивается получение плазменных потоков с большими поперечными размерами. Ресурс работы электродов у таких плазмотронов выше, чем у плазмотронов с продольно-обдуваемой дугой.

Плазмотроны с продольно-обдуваемой дугой часто называют линейными аксиальными или осевыми. В них стабилизация положения ду­ги осуществляется стенкой, газовым потоком, магнитным полем или их комбинацией. Чаще всего стабилизацию дуги осуществляют газовым потоком.

В комплект оборудования для плазменного упрочнения входят следующие узлы: плазмотрон; пульт управления; источник питания ду­ги; источник и приемник охлаждающей воды; комплекс коммуникаций, соединяющий отдельные узлы установки.

2. Материалы катодов.

Деталью определяющей работоспособность плазмотрона является катод. Вследствие высокой температуры сжатой дуги и большой плот­ности тока катоды работают в очень тяжелых термических условиях. Температура поверхности катода в местах локального контакта с плазмой может достигать порядка 2000-4000 К и выше. Поэтому материалы катодов должны обладать свойствами: высокой эрозионной стой­костью, электропроводимостью, теплопроводностью и достаточной прочностью и главное: обеспечение низкой работы выхода электронов в электродный плазменный промежуток.

Чистый вольфрам в качестве катода применять нецелесообразно, так как он обладает сравнительно высоким значением работы выхода. Для снижения работы выхода и повышения стойкости катода в вольфрам добавляют активирующие присадки - оксид тория / ThO₂/, оксид лантана / La₂O₃/ и др., которые понижают работу выхода до 2,7- 3,3 эВ. Вследствие понижения работы выхода облегчается ионизация атомов этих присадок, снижается температура плазменного столба в прикатодной области, что в конечном счете, способствует улучшению зажигания и повышению стабильности горения сжатой дуги.

Составы некоторых марок вольфрамовых электродов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Марки и размеры вольфрамовых электродов

Марка	Присадка в вольфраме, %	Диаметр, мм	Длина, мм
ЭВЛ	1,1-1,4 оксида лантана	I; 1,6; 2; 2,5: 3; 4,5; б; 8; 10	75,150, 200, 300
ЭВИ-1	1,5-2,3 оксида тория	2; 3; 4: 5; б; 8; 10	75,150, 200, 300

Газы могут подаваться к плазменной установке из сетей пред­приятия или из баллонов. Вид баллонов для хранения различных газов представлен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Баллоны для сжатых и сжиженных газов

Газ	Цвет баллона	Цвет надписи	цвет полосы под надписью
Азот	черный	желтый	коричневый
Аргон	черный	синий	белый
Ацетилен	белый	красный
Кислород	голубой	черный

В случае использования воздуха в качестве плазмообразующего газа возможно применение циркониевых, гафниевых и медных кольцевых катодов.