Введение
Плазменный факел (также известный как плазменная дуга, плазменный пистолет, плазменный резак или плазматрон) — это устройство для создания направленного потока плазмы. Плазменная струя может использоваться в таких областях, как плазменная резка, плазменная дуговая сварка, плазменное напыление и плазменная газификация отходов.
A plasma torch (also known as a plasma arc, plasma gun, plasma cutter, or plasmatron) is a device for generating a directed flow of plasma. The plasma jet can be used for applications including plasma cutting, plasma arc welding, plasma spraying, and plasma gasification for waste disposal.
Типы
Термическая плазма генерируется в плазменных факелах постоянным током (DC), переменным током (AC), радиочастотой (RF) и другими типами разрядов. Факелы, работающие на постоянном токе, наиболее часто используются и исследованы, поскольку по сравнению с переменным током они обеспечивают "меньше мерцания и шума, более стабильную работу, лучший контроль, требуют минимум два электрода, характеризуются меньшим расходом электродов, незначительно меньшим износом огнеупорных материалов и более низким энергопотреблением".
Переданные и непереданные
Существует два типа сварочных горелок постоянного тока: с непередаваемой и передаваемой дугой. В горелках с непередаваемой дугой электроды расположены внутри корпуса самой горелки (где и формируется дуга). В то время как в горелках с передаваемой дугой один из электродов вынесен наружу (и обычно представляет собой обрабатываемый проводящий материал), что позволяет дуге формироваться вне горелки на большем расстоянии. Преимуществом горелок с передаваемой дугой является то, что плазменная дуга формируется вне водоохлаждаемого корпуса, предотвращая потерю тепла, – в отличие от горелок с непередаваемой дугой, где их электрический КПД может достигать всего 50%, однако саму горячую воду можно использовать повторно.
Плазменные тепловые факелы постоянного тока, с непередающейся дугой, горячий катод
В факеле постоянного тока электрическая дуга формируется между электродами (которые могут быть изготовлены из меди, вольфрама, графита, серебра и т.д.), а тепловая плазма образуется за счет непрерывной подачи несущего/рабочего газа, выходящего наружу в виде плазменной струи/пламени (как видно на соседнем изображении). В факелах постоянного тока в качестве несущего газа может использоваться, например, кислород, азот, аргон, гелий, воздух или водород; фактически, в ранних исследованиях стабилизации дуги применялся водяной вихрь. В целом, материалы электродов и рабочие среды необходимо подбирать таким образом, чтобы избежать чрезмерной коррозии или окисления электродов (и загрязнения обрабатываемых материалов), сохраняя при этом достаточную мощность и функциональность. Более того, увеличение расхода несущего газа может способствовать формированию более крупной и протяженной плазменной струи, при условии достаточного увеличения силы дугового тока; и наоборот. Плазменное пламя реального плазменного факела обычно имеет длину всего несколько дюймов; его следует отличать от вымышленного плазменного оружия дальнего действия.