1.1.4 Классификация плазменных установок

Плазменные установки (ПУ) являются самостоятельным классом технологических установок, широко применяемых в технологических процессах обработки в различных областях промышленности. Плазменные установки, учитывая специфи­ку их действия, имеют ряд преимуществ перед лазерными и электронно-лучевыми технологическими установками. К ним можно отнести высокие транспортабельность; коэффициент полезного действия преобразования электрической энергии в тепловую и использования тепловой энергии для обработки (85-90%); температуры (десятки и сотни тысяч градусов); уни­кальные технологические возможности (например, для резки и сварки под водой, обработка любого вида материалов, высокая производительность обработки); простоту конструкции и низ­кую себестоимость, соответственно быстрая окупаемость. В то же время они имеют недостатки: невозможность фокусировки плазменного пучка до микронных размеров, ограниченность минимальной толщины свариваемых деталей, необходимость использования плазмообразующих и защитных газов, более низкая точность обработки.

Плазменные установки по технологическому применению разделяются на следующие классы:

• установки для сварки;

• ус­тановки для наплавки;

• установки для термической обработки (закалка, отпуск);

• установки для напыления;

• установки для резки.

Все существующие конструкции дуговых плазмотронов можно классифицировать следующим образом:

а) По способу взаимодействия дугового разряда с изделием:

• прямого;

• косвенного действия.

б) По числу дуг:

• однодуговые;

• многодуговые.

в) По составу плазмообразующего газа:

• плазмотроны, работающие на инертных газах;

• нейтральных газах;

• кислородсодержащих газах.

г) По способу подачи плазмообразующего газа:

• с тангенциальной подачей;

• с аксиальной подачей.

д) По роду сварочного тока:

• плазмотроны переменного тока прямой и обратной полярности;

• плазматроны постоянного тока прямой и обратной полярности.

е) По способу применения:

• ручные;

• механизированные.

ж) По разновидности применения:

• для микроплазменной сварки (при токе 0,1-15 А);

• плазменной сварки (15-100 А);

• плазменной сварки с глубоким и сквозным проплавлением(больше 100 А).

з) По форме канала сопла:

• цилиндрическое;

• параболическое;

• щелевое и др.

и) По способу дополнительного сжатия (фокусировки) дуги:

• плазмотроны с системой дополнительных каналов, выходящих на торец сопловой части, внутрь канала сопла (многоканальные);

• плазмотроны с системой отверстий, выходящих и внутрь, и на срез сопловой части.

к) По способу сжатия дугового разряда:

• стенками канала сопла;

• газовым потоком.

л) По способу охлаждения катода и сопла плазмотрона:

• прямое охлаждение;

• косвенное охлаждение (водяное и воздушное).

В настоящее время имеется множество конструкций плазмотронов. Наибольшее распространение получили плазмотроны постоянного тока, как более простые по своим конструктивным схемам, обладающие высокой эффективностью преобразования электрической энергии в тепловую и имеющие простую схему электропитания. Широкое применение плазмотронов переменного тока сдерживается из-за значительной эрозии электродов и из-за невысокой стабильности горения дуги.

Несмотря на разнообразие конструкций, плазмотронам присущи следующие основные элементы: корпус, сопло, электрод, узел крепления электрода, изолятор, разделяющий находящиеся под разными электрическими потенциалами электрод и сопло, водяные и газовые коммуникации (см. рис.1.1).

Наиболее термически нагруженными элементами являются электроды и сопла. Они отличаются по конструкции, роду используемого материла, типу охлаждения.

Тип и конструкция электрода определяются составом плазмообразующей среды. В плазмотронах, работающих в среде инертных и нейтральных газов применяются катоды из вольфрама, а в кислородсодержащих средах - гафний и цирконий.

Охлаждение катодов бывает прямым и косвенным. Прямое охлаждение осуществляется путем циркуляции воды по поверхности или внутри электрода. Оно используется при работе на очень больших токах.

При охлаждении сопл, электродов, корпусов плазмотронов необходимо применять достаточно чистую воду, исключая образование накипи и ржавчины[1].