Плазмообразующие газы (среды)

Плазмообразующая среда должна обеспечить наибольшую удельную тепловую мощность дуги при заданном расходе газа и затраченной электрической энергии. Среда должна обеспечить возможность концентрации полученной энергии в тонкий плазменный шнур. Выбор среды определяется технологическими особенностями способа сварки, надежностью использования плазменной горелки, характеристиками имеющегося сварочного оборудования и экономическими показателями.

В состав среды могут входить одно-, двух- или многокомпонентные газы (аргон, азот, воздух, смесь аргона и азота с водородом, аммиак, вода).

Аргон хорошо защищает вольфрамовый электрод и сопло от перегрева и разрушения. Аргон обладает низкой напряженностью электрического поля, поэтому не требуется высокого напряжения для возбуждения дуги и обеспечивается надежный устойчивый процесс горения дуги. Однако аргоно - плазменная сварка приводит к появлению литой структуры сварного шва и зоны термического влияния.

Гелий обеспечивает высокую напряженность электрического поля в столбе дуги (в четыре раз больше, чем аргон) и лучше преобразует электрическую энергию в тепловую. для ионизации гелия требуется больше энергии, поэтому чаще всего гелий применяется в смеси с аргоном. Гелий хорошо защищает вольфрамовый электрод от разрушения, но при рабочих температурах (≈ 10000^оК) теплопроводность гелия значительно меньше, чем меди, поэтому он не обеспечивает надежной защиты медного сопла.

Азот (в воздухе находится 78% азота, поэтому, вместо чистого азота можно применять воздух) – двухатомный газ, хорошо стабилизирующий плазменную дугу. При рабочих температурах теплосодержание азота в пять раз больше, чем у аргона. По сравнению с аргоном, азот активнее взаимодействует с вольфрамом с образованием нитридов вольфрама, что снижает стойкость вольфрамовых электродов. Наличие в техническом азоте примесей (до 1% кислорода) обуславливает образование оксидов вольфрама. поэтому желательно применять циркониевые или гафниевые электроды. Плазменная сварка в атмосфере азота сопровождается выделением окислов азота, что требует обязательного применения вытяжной вентиляции и индивидуальных средств защиты дыхательных путей сварщика.

Водород - двухатомный газ с напряженностью дугового столба значительно большей, чем у аргона, что предопределяет лучшее преобразование электрической энергии в тепловую. Диссоциация и ионизация водорода происходит при более низких температурах, чем у гелия и аргона. поэтому теплосодержание водородной плазмы примерно в четыре раза выше, чем у аргоновой. Водород обладает высокой теплопроводностью, поэтому происходит быстрый нагрев (перегрев) сопла и его разрушение. Водород редко применяется как самостоятельный плазмообразующий газ. Чаще всего его применяют в качестве добавки к аргону или к азоту, в пропорции 2: 1. Применение аргоно-водородной смеси (до 35% водорода) позволяет проводить резку алюминиевых сплавов с чистыми и ровными кромками.

Вода – может использоваться как самостоятельная плазмообразующая среда или как добавка к рабочему газу. Молекула воды обладает большой устойчивостью к нагреву. Только при 1000^оК водяной пар начинает диссоциировать на водород кислород: 2Н₂О ↔ 2Н₂ + О₂ + 136, 8 ккал. При повышении температуры до 5000^оК вода полностью распадется на водород и кислород. При этой температуре происходит диссоциация водородной молекулы: Н₂↔ 2Н + 105 ккал. Поглощение тепла приводит к интенсивному охлаждению периферийных слоев дуги и концентрации тепла по оси дуги. Возрастает температура ядра дуги, что увеличивает ее проплавляющую способность. Одновременно, контакт дуги с относительно холодной заготовкой приводит к рекомбинации водорода и кислорода с выделением дополнительного тепла.

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: