2.12.1. Виды и особенности плазменных дуг

Плазменной дугой принято называть сжатый дуговой разряд с интенсивным плазмообразованием. В зависимости от вида положи­тельного электрода (анода) плазменная дуга может быть прямого и косвенного действия. В первом случае анодом служит изделие (рис. 2.59, а). Сварку плазменной дугой прямого действия принято назы­вать плазменно-дуговой. Если анодом служит сопло, которое конст­руктивно может совпадать с каналом плазменной горелки, то ис­точник теплоты становится независимым от изделия со струей плазмы, выделенной из столба дуги в виде факела (рис. 2.59, б).

Такую дугу называют дугой косвенного действия или просто плазменной струей. В этом случае передача теплоты к изделию осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением плазмы. При плазменно-дуговом нагреве (сжатой дугой) к перечис­ленным механизмам теплопередачи добавляется передача энергии заряженными частицами, движущимися в электрическом поле.

Плазменная дуга благодаря обжатию ее в канале сопла газовым потоком на длине l в отличие от обычной дуги характеризуется высокими температурами столба в диапазоне 15 000...25 000 К (рис. 2.60). Увеличение при нагреве объема газа в 50-100 раз в канале сопла приводит к ис­течению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Это значительно расширяет ее технологические возмож­ности при резке, сварке и на­пылении материалов.

Для получения плазмен­ной дуги используют спе­циальные плазменные горел­ки или так называемые плаз­мотроны, в которых обычно имеется неплавящийся вольф­рамовый или медный катод, изолированный от канала и сопла горелки, а анодом может слу­жить сопло или изделие. В начале процесса для образования дос­таточного количества заряженных частиц дежурная слаботочная дуга возбуждается непосредственно между катодом и медным ох­лаждаемым соплом, например с помощью осциллятора. Плазмен­ная дуга образуется в канале горелки и стабилизируется стенками канала и холодным газом, отделяющим столб дуги от этих стенок. Сравнительно малый диаметр и достаточная длина канала обеспе­чивают необходимую для стабилизации столба плазменной дуги скорость газового потока. Стабилизирующий канал и является ос­новной отличительной особенностью плазмотрона по сравнению с обычной горелкой для сварки в защитных газах. В качестве плазмообразующего газа обычно применяют аргон, азот, гелий, водо­род, воздух и их смеси и др., а также воду (в плазмотронах с водя­ной стабилизацией), что обеспечивает температуру плазмы до 50000 К (дуга Гердиена).