Плазма. Плазменная обработка

Вещество может принимать три состояния – газообразное, жидкое и твердое. Плазма – это четвертое состояние, которое представляет собой ионизированный газ, который формируется из электронов, возбужденных и нейтральных атомов и молекул, заряженных ионов со знаком плюс. Вся внешняя поверхность нашей земной атмосферы полностью покрыта плазменной оболочкой – ионосферой. В природных условия, ярким выражением плазмы является молния – другой разряд в газах. В повседневной жизни плазму можно увидеть в неоновых рекламах, электродуговых устройствах, лампах дневного света, при электросварки и в плазменной обработке металлов .

Плазму – можно получить газообразным и изотермическим способом. Получение плазмы изотермическим способ связанно с нагревание газа до очень высоких температур, во время которых происходит его ионизация. Это связанно с увеличением упругих соприкосновений атомов и молекул с образованием электронов и положительных ионов. При температуре в 5000 К градусов прекращается диссоциация молекул в положительные ионы и газ начинает переходить в состояние плазмы, это связанно с разрушением внешних оболочек атомов на которых расположены электроны, которые постепенно формирcионы, а другие свободные электроны, сталкиваясь с некоторыми атомами, ионизируют их и производят дальнейшее увеличение ионов. Растет число упругих столкновений, из-за которых повышается температура газа, которая в свою очередь формирует степень ионизации газа. При температуре большей нескольких десяти тысяч градусов, весь газ переформируется в плазму, в которой в основном только и находятся положительные ионы и электроны.
В качестве источника теплоты, который сможет обеспечить указанную температуру в небольшие отрезки времени, используют электрические дуги.

Электрическая дуга – это разряд электронов в газах, представляющий собой между разнополярными электронами некоторый объем плазмы, на поверхностях которых образуются катодные пятна и анодные в местах контакта. Катодное пятно – это источник электронов, который производит ионизацию газа в разряде. Наоборот в анодной области формируется избыток положительных ионов, которые движутся к катоду.
В столбе электрической дуги температура газа при атмосферном давлении приблизительно равна 5500-6000 К, а сама температура дуги повышается при увеличении давления газа. Электрический дуговой разряд при высокой температуре, сконцентрированной на малой площади, становится источником тепловой энергии. Это происходит во время плазменной сварки, электросварки и при других технологических процессах.
Для плазменной обработки металлов таким как резка , сварка, наплавка, строжки предпочтение отдают дугам с прямым действием, а для обработки плазмой при нанесении покрытий используют косвенные дуги.

Плазматроны используемые для резки наиболее просты в сравнении с плазматронами для других процессов, все потому, что в этом случае не нужно обеспечивать подачу порошков и газов через дополнительные встроенные приспособления.
При плазменной обработке металлов с помощью сварки , напыления, наплавки используется как прямая, так и обратная полярность. Но все же предпочтительнее производить эти процессы с помощью прямой полярности, когда электрод является катодом, в связи с этим температура катода значительно ниже, чем анода, и это обеспечивает их большой срок работы.

Плазменный газ для использования выбирается в зависимости от технологических условий, стоимости, качества, температуры. Для наплавки и сварки используется аргон, азот для меди, углекислый газ для стали или используют смеси этих газов. Для плазменной резки – воздух, воду и кислород.
Работа плазменной дуги обеспечивается с помощью осциллятора, который создает высокочастотный разряд искры между соплом и электродом, который формирует начальную ионизацию потока газа в течении маленького отрезка времени.
Технологические процессы, которые кратко освещены в этой статье, помогут людям научившимся получать плазму, успешно использовать ее на практике.