Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Таким образом, личных газах крутой подъем кривой ЬН = 7"(Т) в области диссоциации указывает на содержание большого количества теплоты в плазме при сравнительно низких температурах. Следует отметить, что часто проводимое в литературе сравнение удельного массового теплосодержания (энтальпии) плазмы разного состава не позволяет делать количественных выводов. Сравнение нужно проводить по мольному или объемному тепло- содержанию, так как расход плазмообразующих газов измеряется, как правило, в единицах объема. Следует также учитывать изменение молекулярной массы при диссоциации двухатомных газов н ионизации.
При охлаждении, когда газ вновь проходит через область температур диссоциации, большое количество теплоты может выделиться на изделии и повысить эффективность процесса теплообмена. Следовательно, теплообмен газа зависит от его температуры и энтапьпии; с увеличением температуры достигается некоторое состояние «насыщения», при котором скорость возрастания теплообмена значительно уменьшается. Это объясняется тем, что с ростом температуры в энтальпии молекулярного газа наряду с энергией поступательного движения все большее значение приобретает энергия колебательного и вршцательного движения молекул, которая легко расходуется на излучение, Конвективный теплообмен, наиболее существенный при плазменной обработке материалов, определяется в основном энергией поступательного движении молекул и атомов газа, поэтому высокотемпературные формы энтапьпии здесь менее эффективны.
Из рис. 2.63 следует, что водородная плазма — наилучший преобразователь энергии дуги в теплоту. 2.12.3. Применение плазменной дуги Плазменную дугу применяют для резки, сварки, наплавки и напыления. Плазменная резка занимает ведущее место среди других способов плазменной обработки материалов по объему применения в промышленности. В отличие от газокислородной резки при плазменной резке происходит в основном не выгорание (окисление) металла в кислороде, а его выплавление и «выдувание» струей плазмы. Проникающей плазменной дугой можно резать без каких-либо дополнительных флюсов практически любые материалы, в том числе чугун и коррозионно-стойкую сталь, вольфрам и молибден, медь и алюминий.
Плазменной струей можно резать неметаллы. большой интерес представляет применение так называемой микроплазмы, например для прецизионной резки и сварки высокотемпературной тонкой струей — «пучком» плазмы. При микро- плазменной сварке применяют токи 0,2...15 А. Устойчивое и стабильное горение микроплазменной дуги на малых токах достигается благодаря высокой степени сжатия столба дуги каналом сопла малого диаметра (0,8...1,2 мм).
При резке плазма вытекает из сопла со сверхзвуковой скоростью (3...4 М). Это достигается малым объемом камеры и высоким давлением в ней (до 5 МПа), а также расширяющейся формой сопла. Микроплазма отличается весьма высокой концентрацией энергии и малым пятном нагрева, что приближает ее к лучевым источникам энергии для сварки. Контрольные вопросы 1. Что такое газовый разряд? 2.
Основная классификация газовых разрядов по внешнему виду. 3. Каковы основные различия тлеющего разряда и дуги? 4. Назовите зоны дуги и отметьте их основные особенности. 5. Назовите основные способы возбуждения дуги. б. Что такое аольт-амперная характеристика дуги? Опишите ее основные особенности. 7.
Сформулируйте определение плазмы. Каковы ее основные параметры? 8. В чем физический смысл максвелловского распределения частиц газа по скоростям? 9. В каких единицах выражается температура плазмы? 1О. В чем суть квазинейтральиости плазмы? 11. В чем заключается эффект Рамзауэра? 12, В чем сущность ионизацни газа? Чем оценивается степень ионизации? 13. Что такое потенциал ионизации? Чему равны потенциалы иоиизации аргона и гелияэ 14.
В каких единицах выражается удельная элсктропроаолноеть плазмы? 15. В чем физический смысл уравнения Саха? !6. Как определяется эффективный потенциал ионизации газовой смеси? 17. Назовите основные виды эмиссии электронов. 18. Опишите основные процессы в катодной области дуги. 19. От каких факторов зависит процесс термоэлектронной эмиссии (зависимость Ричардсона — Дэшмана)? 20. В чем заключается эффект Шоттки? 134 135 21. От каких факторов зависит плотность тока автоэлектронной эмиссии (формула Фаулера — Нордгейма)? 22. Опишите основные процессы в анодной области дуги. 23.
Какое влияние оказывают анодное (17,) и катодное ((/,) падения потенциала на производительность расплавления анода н катода? 24. На каком электроде сварочной дуги выделяется больше энергии? 25. В чем состоит физический смысл пинч-эффекта? 26. Какое влияние оказывает продольное внешнее магнитное поле на поведение сварочной дуги? 27. Какое влияние оказывает поперечное внешнее магнитное поле на поведение сварочной дуги? 28. Назовите основные виды переноса металла в сварочной дуге? 29. Каковы основные особенности сварочной дуги переменного тока? 30. В чем проявляется вентильный эффект при дуговой сварке на переменном токе? 31. Назовите основные виды сварочных дуг. 32.
Назовите основные особенности ручной дуговой сварки металлическими электродами с покрытием. 33. Назовите основные особенности дуговой сварки под флюсом. 34. Назовите основные особенности аргонодуговой сварки неплавящимся 1вольфрамовым) электродом. 35. В чем различно сварочных дуг с неплавящимся электродом, существующих в среде гелия и аргона? 36. Назовите основные особенности дугового разряда с полым неплавящимся катодом в вакууме, 37. Как влияет сжатие сварочной дуги на ее свойства? 38. Какие газетные среды в основном используются при дуговой и плазменной сварке? 11рнведите основные характеристики газовых сред. Глава 3. ТЕРМИЧЕСКИЕ НЕДУГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 3.1.
Электронно-лучевые источники Развитие электронной техники позволило получать мощные электронные пучки, энергии которых достаточно для осуществления различных технологических процессов. Это послужило основанием для создания целой технологической отрасли, получившей название электронно-лучевой технологии. В последнее время электронно-лучевая технология сформировалась как самостоятельное направление в области обработки материалов, обладающее широкими технологическими возможностями в самых различных областях науки и техники.
136 Электронный пучок как технологический инструмент позволяет осуществлять нагрев, плавку и испарение практически всех материалов, сварку и размерную обработку, нанесение покрытий и запись информации. Такая универсальность электронного пучка дает возможность использовать одно и то же оборудование для различных технологических целей и совмещать в одном цикле обработки различные технологические процессы, 3.1.1.
Формирование электронного пучка Формирование электронного пучка для технологических целей можно представить как процесс, состоящий из следующих основных стадий; 1) получение свободных электронов; 2) ускорение электронов электростатическим или электромагнитным полем и формирование направленного потока электронов; 3) изменение поперечного сечения направленного потока электронов для е формирования электронного пучка (чаше всего для его фокусировки на обрабатываемой поверхности); 4) отклонение электронного пучка 3 и обеспечение требуемой траектории перемещения его сечения, попадающего на обрабатываемую поверхность 4 (фекального пятна); 5) собственно взаимодействие электронного пучка с обрабатывае- НН- мой поверхностью для осуществления требуемого технологического 3И ' процесса.
Для формирования электронного пучка и управления им применяется 9 У ряд специальных устроиств, называемых электронными пушками. Функциональная схема такого устройства приведена на рис. 3.1. Источником электронов в элек- Рис. 3.1. Схема электронно- тронных пушках обычно служит тер- лучевой сварки в вакууме моэмиссионный катод ), который выполняется из вольфрама, тантала или гексаборида лантана 1.аВ6, обладающих высокими эмиссионными характеристиками.
В зависимости от материала катода его рабочая температура может достигать 137 2400...2800 К. Подогрев катода чаще всего осуществляется при помощи накаливаемого электрическим током элемента, причем в некоторых случаях сам этот элемент может выполнять функции катода (катод прямого накала). Катод размещается внутри прикатодного электрода 2. На некотором расстоянии от катода находится анод 3, выполненный в виде массивной детали с отверстием по оси. Между катодом и анодом от специального высоковольтного источника пи- тания прикладывается ускоряющее напряжение (/у, = 30...!50 кВ, причем анод обычно соединяется с корпусом установки, а катодный узел крепится на высоковольтном изоляторе.
Вследствие разности потенциалов между катодом и анодом электроны ускоряются до значительных скоростей, ббльшая часть их проходит через отверстие в аноде и затем продолжает в заанодном пространстве движение по инерции. Мощность потока электронов регулируется изменением его тока (при постоянном ускоряющем напряжении) путем подачи отрицательного (по отношению к катоду) напряжения (/ф на управляющий (прикатодный) электрод 2 в электронно-оптической системе сварочной электронной пушки. Этот поток электронов обладает еше сравнительно невысокими удельными энергетическими показателями, и для формирования из него электронного пучка 4 с необходимыми характеристиками обычно требуется дополнительная операция — фокусировка. Для полной реализации возможности фокусировки и формирования электронного пучка минимальных размеров (0,2...2,0 мм) при значительной мощности до 100 кВт нужно выполнить такие условия формирования, чтобы погрешность электронной оптики, расталкивание электронов в пучке, их тепловое движение и рассеяние в газах и парах металлов не препятствовали собиранию электронов пучка в малом объеме.
В рабочем пространстве электронной пушки необходим вакуум, так как при большом числе молекул остаточных газов они препятствуют свободному прохождению электронов взаимными столкновениями. Кроме того, условия работы термоэмиссионного катода также требуют защиты его от взаимодействия с атмосферными газами. Рабочий вакуум в электронной пушке должен быть — -4 не хуже 1О ...1О Па.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
