Тепловые характеристики плазменной дуги. В дуге, обжатой водоохлаждаемым соплом и потоком газа, так называемой плазменной дуге, температура выше, чем в свободно горящей при одинаковом токе. Скорость газового потока при наличии обжимающих дугу стенок и
одинаковом расходе газа также возрастает по сравнению со свободно горящей
дугой. Дуга в этих условиях стабилизируется, т. е. затрудняются случайные
колебания дуги.
Энергия плазменной дуги передается нагреваемому телу электронами и тяжелыми частицами, а также вынужденными конвективными потоками и излучением столба дуги. Эффективный КПД плазменно-дугового нагрева ηи может достигать высоких значений
(табл. 1).
Эффективный КПД плазменно-дугового нагрева
|
Нагреваемый материал |
ηи |
Режим |
|
Массивное тел |
0,30—0,75
|
Аргон; I = 200 А; расход газа 0,1—5 г/с
|
|
Проволока |
0,10
|
Аргон; I — 190 А; расход газа 1,5 г/с
|
|
Порошок
|
0,20
|
Аргон; I — 250 —350 А
|
|
Аргон
|
0,10-0,70
|
I = 250 А; расход газа 0,2 г/с |
|
Водород |
0,30-0,80
|
I= 220 А; расход газа 0,3 г/с |
Эффективный КПД плазменно-дугового нагрева ниже, чем КПД дуги, что объясняется большей теплоотдачей мощности стенкам сопла и окружающему пространству. Эффективная мощность q для плазменной дуги длиной 100 мм почти
линейно увеличивается с повышением тока и зависит от состава и расхода газа, а
также от длины дуги.
Изменение удельного теплового потока q2 (r) по радиусу пятна нагрева
для плазменной дуги приближенно описывается законом Гаусса (2).
Тепловые характеристики плазменной струи. При обработке плазменной струей материал подвергается действию высокотемпературного газового потока, оставаясь электрически нейтральным. Энергия плазменной струи передается нагреваемому телу в результате процессов теплообмена — вынужденной конвекции и излучения струи. Эффективный КПД нагрева плазменной струей несколько ниже, чем при нагреве плазменной дугой (табл. 2).
Эффективная мощность плазменной струи с повышением скорости плазмообразующего газа сначала увеличивается, а затем несколько снижается (рис. 8) из-за снижения температуры газа.
Увеличение расстояния от среза сопла до нагреваемого тела приводит к снижению эффективной мощности q, но характер снижения q зависит от расхода газа (рис. 9).
Как и в случае плазменной дуги, повышение тока приводит к почти линейному увеличению q.
2. Эффективный КПД нагрева плазменной струей
|
Нагреваемый материал |
|
Режим |
|
Массивное тело |
0,10-0,50 |
Аргон; I = 300 А; расход газа 0,1—5 г/с
|
|
Проволока
|
0,20—0,30
|
Аргон; I = 330 А; расход газа 0,1—5 г/с
|
|
Порошок.
во встречных струях |
0,07
|
Аргон; I = 300 А; расход газа 1,4 г/с
|
|
Порошок. в струе с магнитной круткой |
0,04 |
Аммиак; I = 225 А; расход газа 1,5 г/с |
Распределение удельного теплового потока q2 (r) по пятну нагрева плазменной струи описывается законом нормального распределения (2). На рис. 10 представлены данные по распределению q2(r) по пятну нагрева в зависимости от ряда параметров.
Схемы нагрева металлов плазменной струей аналогичны рассматриваемым ниже схемам нагрева газовым пламенем.
«Назад [Нагрев металла плазменной дугой] Далее »