Дипломная работа: Плазменное поверхностное упрочнение металлов

(2.10.)

Теплообмен между плазменной струей и упрочняемой поверхностью происходит в области пятна нагрева, условный диаметр которого равен:

На границе этого пятна нагрева удельный тепловой поток составляет 0.05 % от максимального g 2т [7].

Параметры режима работы плазмотрона оказывают сильное влияние на коэффициент сосредоточенности. С увеличением силы тока К возрастает. Уменьшение диаметра сопла ( d !_с ≤5) увеличивает К . С увеличением расхода плазмообразующего газа коэффициент сосредоточенности имеет максимум, рис.2.

На коэффициент сосредоточенности оказывает большое влияние способ подачи газа, геометрия сопла и электрода. В таблице 2.1. приведены экспериментальные и расчетные величины эффективного КПД нагрева, коэффициента сосредоточенности, тепловой плазменной дуги в зависимости от способа подачи плазмообразующего газа, геометрии сопла и катода. Видно, что переход от максиальной к тангенциальной подаче газа в сопло (при постоянном расходе) увеличивает коэффициент сосредоточенности на 15-40 % при одновременном увеличении эффективного КПД нагрева. Параболическая форма сопла формирует хорошо направленный плазменный поток, по сравнению с другими формами, однако степень сжатия дуги при этом снижается.

Использование кольцевого катода предпочтительнее при тангенциальной подаче газа, т.к. в случае аксиальной подачи нарушается однородность столба дуги

Диаметр сопла, мм	Длина канала сопла(мм)	U,B	I,A	Способ подачи газа всопло	Геометрия		Эффективный КПД нагрева, %	Коэффициент сосредоточенности дуги, см.
сопла	катода
1	2	3	4	5	6	7	8	9
2	4,4	35	100	тангенциальный	цилиндр	стержень	68	13,2
2	4,4	35	100	------/------	парабола	------/------	60	10,1
2	4,4	35	100	------/------	раструб	------/------	49	6,5
2	4,4	35	200	------/------	цилиндр	------/------	70	15,1
2	4,4	25	200	------/------	парабола	------/------	63	11,8
2	4,4	25	200	------/------	раструб	------/------	51	6,9
3 3 3 3	4,4 3,0 3,0 3,0	25	200	аксиальный	цилиндр	стержень	58	10,8
		25	200	------/------	цилиндр	------/------	50	7,2
		25	200	------/------	цилиндр	------/------	39	4,8
		25	200	Аксиально-тангенциальный	цилиндр	------/------	61	11,2
4	5,0	23,5	300	аксиальный	цилиндр	стержень	63	11,5
4	5,0	23,5	300	аксиальный	парабола	------/------	54	8,1
4	5,0	23,5	300	аксиальный	раструб	------/------	50	5,1
4	5,0	23,5	300	Аксиально-тангенциальный	цилиндр	------/------	70	15,2
5	6,2	23	150	тангенциальный	цилиндр	кольцо	50	5,9
56,8		24	200	------/------	------/------	------/------	55	6,2
5 6,9		26	300	------/------	------/------	------/------	60	6,8
2 4		35	150	тангенциальный	цилиндр	стержень	65	17,8
33,5		24	300	------/------	------/------	------/------	60	16,8
4 6,2		28	300	------/------	------/------	------/------	64	17,1

Табл. 2.1.

Влияние способа подачи газа (аргона) в сопло, геометрия сопла и катода на эффективный КПД нагрева и коэффициент сосредоточенности плазменной дуги

Геометрия сопла

по сечению сопла. При использовании сопла с фокусирующим газом коэффициент сосредоточенности увеличивается. От степени обжатия столба дуги зависят энергетические характеристики плаз­мотронов (напряжение дуги, эффективная тепловая мощность, концентрации тепло­вого потока и др.), [26,27]Так сжатие дуги, горящей в аргоне при силе тока 150-200Д-А (за счет изменения диаметра сопла и его положения по длине вольфрамового катод а), привело к увеличению напряжения дуги и напряженности электрического поля в столбе дуги, рис,2.2.

Рис.2.2. Распределение теплового потока дуги g( r) по радиусу пятна нагрева малоамперной дуги в зависимости от степени сжатия [ 26]. 1-свободно горящая электрическая дуга;

2- незначительно сжатая электрическая дуга; 3- сжатая электрическая дуга