Аноды

Все сказанное выше относится к дуговым плазмотронам, работающим на постоянном токе прямой полярности и применяющимся для резки, плазменно-механической обработки (ПМО), сварки и наплавки. Вместе с тем существует ряд технологических процессов, в основу которых положен способ сварки на постоянном токе обратной полярности, т. е. когда к электроду плазмотрона подключен положительный полюс источника питания, а к обрабатываемому изделию — отрицательный. Это вызывает существенные изменения как в функционировании отдельных узлов плазмотрона, так и в характере процессов, происходящих на обрабатываемом изделии. Последнее в этом случае играет роль катода, и на его поверхности происходят процессы катодного распыления, позволяющие разрушать стойкие окислы. Это явление широко используется, например, при сварке алюминия и его сплавов и при плазменной наплавке.

Существенно изменяется и характер процессов, происходящих на электроде плазмотрона — аноде: резко возрастает тепловой поток в электрод, что вызывает необходимость принятия специальных мер, предотвращающих его эрозию под действием тепловых нагрузок. Этим и определяется влияние процессов на аноде на его конструкцию.

Типовая схема анода плазмотрона приведена на рис. 4. Такая конструкция электрода позволяет поддерживать на поверхности анода распределенный разряд, т. е. снижать плотность теплового потока в анод, обеспечивая высокий ресурс его работы. Вольфрам, заделанный в медный держатель, выполняет две функции: обладая высокой температурой плавления, он препятствует быстрому разрушению электрода и, имея значительно более низкую теплопроводность, чем медь, играет роль теплового демпфера — предотвращает пленочное кипение на границе меди с охлаждающей водой.

Рис. 4. Принципиальная схема анода плазмотрона обратной полярности: 1 — медная державка; 2 — вольфрамовый вкладыш; 3 — кольцевая проточка.

Одновременно со стремлением получить рассредоточенный характер разряда на поверхности анода приходится решать задачу пространственной стабилизации анодного пятна, повышающей надежность и сварочные свойства плазмотрона. Для этого на боковой поверхности вольфрамовой вставки выполняют кольцевую проточку, с помощью которой удается добиться различных условий охлаждения рабочей поверхности и некоторой стабилизации анодного пятна в центре электрода.

Обеспечение надежного теплового и электрического контакта медной державки и вольфрамового вкладыша является важным критерием при выборе технологии изготовления составных анодов. В настоящее время существует два способа их получения: совместная холодная штамповка и диффузионная сварка вольфрама с медной заготовкой электрода.

Первый способ технологичен, обеспечивает стабильное качество электродов и достаточно прост. Второй в настоящее время не обладает высокой технологичностью и не обеспечивает стабильности качества электродов, требует сложного и дорогостоящего оборудования. Вместе с тем электроды, изготовленные диффузионной сваркой, имеют чрезвычайно высокий ресурс работы.

Применяются и аноды без вольфрамового вкладыша. Имеется ряд работ советских и зарубежных ученых, проводивших исследования с анодами такой конструкции. Как показали эти исследования, максимальный рабочий ток таких электродов не превышает 5.00 А. Теоретические расчеты подтверждают, что он является предельным. Составные же аноды уже сейчас позволяют работать на токах до 800 А.