Конструктивные особенности плазмотронов

Плазмотрон по своему смысловому значению определяется как генератор плазмы, т. е. ионизированного газа, обладающего высокой температурой. В современной технике термин «плазмотрон» употребляется применительно к большой группе устройств, называемых также электродуговыми нагревателями газа. В устройствах такого типа (рис. 27) рабочий газ подается в разрядную камеру, внутри которой горит мощная протяженная дуга; в результате теплообмена с дугой газ нагревается, ионизируется и истекает через выходное отверстие камеры (сопло) в виде плазменной струи, используемой в качестве источника нагрева.

Первые сварочные плазменные горелки были созданы на базе аргонно-дуговых и отличались от них тем, что вместо керамического защитного сопла к корпусу горелки крепилась водоохлаждаемая металлическая камера, полностью охватывающая вольфрамовый электрод и часть прилегающего к нему столба дуги; камера оканчивалась цилиндрическим отверстием (соплом), соосным с электродом и соизмеримым с диаметром столба дуги. Поступавший из камеры в сопло под давлением газ, образуя вокруг столба дуги аксиальный или вихревой поток, пространственно стабилизировал, охлаждал и сжимал столб, а также обеспечивал его тепловую и электрическую изоляцию от стенок сопла.

В дальнейшем по мере совершенствования плазменных горелок к ним прививается более объемный термин «плазмотрон». На рис.27б представлена принципиальная конструкция режущего плазмотрона, в котором применена схема последовательного интенсивного охлаждения электродного и соплового узлов.

Рис. 27. Принципиальные схемы плазмотронов: а) электродуговой нагреватель газа: 1 — электрод; 2 — дуга; 3 — закорачивающий дугу пробой; 4 — электромагнитные катушки; 5 — вихревая камера; 6 — зона перемещения пятна дуги по электроду; б) плазмотрон для резки металлов: 1 — электродный узел; 2 — катодная вставка; 3 — диэлектрический корпус; 4 — сопловой узел; 5 — обрабатываемое изделие; в) плазмотрон для сварки металлов: 1 — канал плазмообразующего газа; 2 — канал защитного или фокусирующего газа.

В отличие от плазмотронов — электродуговых нагревателей газа в сварочных плазмотронах истекающая из сопла плазменная струя совмещена со столбом дуги; опорным пятном (вторым электродом), дуги служит обрабатываемый металл. Таким образом, при плазменной сварке и резке теплопередача в обрабатываемый металл осуществляется как путем конвективного нагрева его плазменной струей, так и за счет тепловыделения в опорном пятне, что и обусловливает высокий энергетический КПД этих процессов.