Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 112
Текст из файла (страница 112)
КПД установок составляет 0,1 — 0,2 в зависимости от оптической системы и типа лампы. Ввиду сравнительно низкой эффективной мощности оптический источник тепла целесообразно использовать для сварки материалов малых толщин. Исследования по сварке нержавеющей стали и титановых сплавов показали возможность получения качественных соединений на листовом материале толщиной О,! — 2 мм. При этом обеспечивается вакуумная плотность и прочность не ниже 90% от прочности основного материала, Скорость сварки листов толщиной 0,5 мм составляет 10 — 15 м(ч.
Широкие пределы регулирования энергетических параметров позволяют использовать оптический источник для пайки практически любыми из существующих припаса, начиная от оловянно-свинцовых и кончая тугоплавкими на основе никеля и титана. Оптический источник позволяет сваривать также и неметаллические материалы (стекло, керамику, пластмассу).
Успешно осуществлен процесс сварки шлакового стекла, применение которого имеет большое народнохозяйственное значение. Оптический источник тепла можно использовать также для локальной термической обработки сварных соединений. Плазмой принято считать частично или полностью ионизированный газ, состоящий нз нейтральных атомов и молекул, ионов и электронов. Типичное плазменное состояние вещества имеет место в электрическом газовом разряде. Газоразрядная плазма высокого давления () 1 кгс/смз) обладает свойством локального термического равновесия, т. е. в небольшой области вблизи рассматриваемой точки соблюдается равенство температур электронов, ионов и нейтральных частиц.
В отличие от «горячей» термоядерной плазмы, характеризующейся температурой в десятки миллионов градусов, плазма газового рязряда в зависимости от Рис. 93. Принципиальные схемы дуговых плазменных горелок для получения: а — плазменной дуги (соамещенное сопло и канал; плазменная струя совпадает со столбом дуги); б — плазменной струи (раздельные сопло и канал; плазменная струя выделена из столба дуги); в — то же, совме- щенные канал и сопло: 1 — электрод; 2 — канал; 3 — охлаждающая вода; 4 — столб дуги; з — сопло; 6 — плазменная струя; й — источник тока: И вЂ” изделие; 1 — углубление электрода в канал состава среды характеризуется темпезоатурами от 2000 — 3000' С (с добавками щелочных металлов) до 40 000 — 50 000 С (дуга, стабилизированная водяным вихрем). В дугах средней мощности (сила тока до 1000 — 1500 А), стабилизированных потоком газа (аргон, азот, кислород, водород), плазма обычно имеет температуру 5000 — 20 000' С.
Способы получения плазменных струй. Плазменные струи получают в специальных устройствах, которые в сварочной технике и примыкающих к ней процессах называют плазменными горелками. В промышленной практике находят применение главным образом дуговые плазменные горелки постоянного тока. Наиболее распространены способы получения плазменных струй путем интенсивного охлаждения газовым потоком столба дуги, горящей в сравнительно узком водоохлаждаемом канале плазменной горелки.
Плазменная сварка 448 Специальные виды сварки товляют обычно из меди и вольфрама. Стенки камеры защищены от теплового воздействия дуги слоем сравнительно холодного газа. 7,%;ид бп с, каагс 1000 ВОО О,кагЧс гбоо 77,%; ид с, калус 1,%;ид 700 бпп дп гоо 7500 го го юо 10 ОП 7Л ' гб 7000 75 д, касас бОО 750 ггб а) 500 ~,%;и,д с,касус ВО 500 а) 400 и, «ааус 70ОО 77,%;ид П,калус юо юоп 77,%;ив 100 Уоо 40 гпп ВОО 10О 750 б00 бп 1О 0 75 цм~ув У дб 4 4, г) 77,%;ид бп 15 В 45 б д) с, касус 500 40 гоп 0 0 г 4 б д 70 а'с>м"7 ' е) Рис. 95. Зависимость эффективной тепловой мощности д плазменной струи, эффективного КПД т), плазменного нагрева изделия, относительной мощности т)„выделяющейся в сопле, и напряжения дуги У при расстоянии Ь = 5 мм (совмещенные канал н сопло — см. рнс.
98, в): а — от силы тока 1; б — от углублення электрода й в — от расхода аргояа о; в — от диаметра сопла И; д — от длины с' канала 1„ 400 гоо 700 70 к г1гв 5 10 750 го д1 Подводимая к дуговому разряду электрическая мощность не полностью преобразуется в плазменной горелке в потенциальную и кинетическую энергию плазменной струи. Часть энергии дуги расходуется на нагрев электродов разряда, а также рассеивается в окружающее пространство вследствие лучистого и конвектнвного теплообмена.
В инженерной практике наметились две схемы дуговых плазменных горелок. 1. Горелки для сварки плазменной дугой (горелки прямого действия), в которых одним из электродов является обрабатываемый материал (рис. 93, а). В этом случае используют два энергетических источника: плазменную струю и электрически активное пятно дуги. Внутренний коэффициент полезного дей- 100 7гбп до ЮЮ бо 750 40 500 го гбо О О 0 50 1оо 75о гоо гд 5 70 75 гп гб д,мег дп ВОО бо боо 40 МЮ го гоо 0 о г 4 б . В %сглупа д) Рис. 94. Зависимость эффективной мощности д плазменной дуги, эффективного КПД Ч„плазменного нагрева изделия, относительной мощности, выделяющейся в сопле Ч, н электроде Ч„и напряжения дуги У (совмещенные каналы н соплов см.
рис. 93, а): а — от силы тока дуги 1; б — от расстояння а сопла до изделия; в — от расхода аргона о; а — от диаметра сопла д; 1к — длина канала сопла; ! — углубленне электрода в ка. нал; Ф вЂ” диаметр вольфрамового электрода ствия такой горелки, т. е. использование подведенной к ней электрической энергии, достигает 60 — 80%.
2. Горелки для сварки плазменной струей (горелки косвенного действия) (рнс. 93, б, в). Для снижения тепловой нагрузки на электроды применяют плазменные горелки с магнитным закручиванием дуги; максимальное значение внутреннего КПД таких горелок (при больших расходах газа) достигает 50 †70~4 . Состав плазмообразующего газа и материала электродов выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к процессу. В качестве стабилизирующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси. Электроды нзго.
77 % ' и В д каю/с бп 500 50 400 40 700 70 75 10 7г,б г,ин б) 77,%;и.д бп 453 Плазменная сварка 452 Специальные виды сварки (/г,7гаа,(с смг! (/г, лал40 смг/ аг, ага//с смг/ о,,лаа/с 2000 10000 1500 70ОО боОО 100чм А с,мм а! 5ОО 4гг, га77/(с.смг/ ог, каа/(с смг/ 200 ВОО /,Л вЂ” 10 О 10г,м б! 2О 50 1,мм 2 З Кмг1« В 70 аюмм о! с — теплоемкость газа, кал/г 'С; 0 — расход газа, г/с; 1/ак — сумма анодного и катодного падения напряжений дуги, В, Влияние основных параметров режима работы плазменной горелки на средне- массовую температуру Тг и мощность (/г плазменной струи на срезе сопла приведено на рис, 99. Основными параметрами регулирования тепловых характеристик плазменной струи являются сила тока и длина дуги и расход плазмообразующего газа. Увеличение силы тока и длины дуги приводит к возрастанию температуры и удель- О 100 2ОО ЯО 2 !( О 10О о 10 2о,УО 5, мм о 10 0 1 2 В цма/е О 1 Ф б В 70 а'~,мм 4 б а! Рис.
99. Влияние основных параметров режима плазменной горелки — силы тока дуги / (1 = 30 мм; р= 2,35 м'/ч; дк = 8 мм; дс = 6 мм), длины дуги 1 (! = 200 А; и= 2,35 мз/ч; 4, = 8 мм; Н, = 6 мм), расхода аргона о (/ = 200 А; 1= 30 мм; дк = И, = 5 мм), диаметра сопла канала Ык (/ = 100 А; != 30 мм; 0= 2,4 мз/ч; дк = дс) на: а — среднемассовую температуру Т плазменной струи аргона на срезе сопла; г б — тепловую мощность струи аргона на срезе сопла плазменной горелки ной энтальпни струи; повышение расхода плазмообразующего газа при больших его значениях снижает среднемассовые параметры — температуру и удельную энтальпию, Важными характеристиками плазменной струи как источника теплоты прн обработке материалов являются эффективная тепловая мощность, т. е.
мощность, вводимая плазменной струей в обрабатываемое тело, н распределение этой мощности по пятну нагрева. ЭффективнаЯ мощность а стРУи меньше мощности ()г плазменной стРУи на сРезе сопла вследствие конвектнвных и лучистых потерь. Увеличение силы тока дуги, длины ее в дуговой камере и уменьшение диаметра канала сопла приводят к повышению тепловой эффективной мощности струи. Увеличение расхода газа прн малых его значениях приводит к резкому увеличению мощности струи. При больших расходах газа эффективная мощность изменяется незначительно. Увеличение расстояния между соплом и нагреваемой поверхностью снижает эффективную мощность струи вследствие возрастания потерь энергии струи в основном в результате конвективного теплообмена струи с окружающей средой.
Конвективные потери возрастают при турбулентном истечении струи из сопла. Эгим объясняется более резкое снижение эффективной мощности струи при повышении расхода газа, чему способствует также снижение температуры струи, по мере удаления из сопла. При воздействии плазменной струи на перпендикулярную к ее оси плоскую поверхность тела плотность теплового потока распределяется по закону, близкому к закону нормального распределения (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
