пятен и пр. Однако опыт показывает, что в заданных условиях устанавливается один, вполне определенный стационарный режим дугового разряда. Весьма правдоподобным представляется часто принимаемое допущение (по аналогии со многими другими энергетическими процессами), что дуговой разряд подчиняется «принципу минимума», т. е. протекает при минимальной энергии. Поскольку мощность разряда № и величина тока заданы, то минимальная мощность достигается при наименьшем значении напряжения дуги £/Дш1п-Из всего возможного многообразия только этот вариант устойчив.

На протяжении более чем сотни лет дуговой разряд остается основным источником тепла, позволяющим получать и длительно поддерживать высокие температуры газа — от 5000 до 30 ООО °К. (Кратковременно в особых условиях можно получать температуры, измеряемые многими миллионами градусов). Возможность достижения таких температур составляет важнейшее преимущество дугового разряда, используемое в сварочной технике. Дуговой разряд отличается также высокой концентрацией энергии. В электродных пятнах можно наблюдать удельные мощности в несколько сотен киловатт на квадратный сантиметр или 100 ккал/(см*-сек) и более. Столь высокая концентрация энергии весьма желательна в сварочной технике.

В заключение отметим, что для питания сварочной дуги вполне применим и переменный ток частотой 50 гц. Успешное применение переменного тока свидетельствует о большой устойчивости сварочной дуги, благополучно переносящей падение тока до нуля, происходящее 100 раз в секунду, и не очень большой разнице в энергетических свойствах катодной и анодной областей дуги.

§ 14. ПЛАЗМЕННАЯ СТРУЯ

Столб сварочной дуги заполнен ионизированным газом — плазмой. В обычной сварочной дуге длина столба составляет всего несколько миллиметров, и поскольку для сварки основное значение имеют процессы в электродных пятнах и приэлектродных областях, роль столба часто второстепенна, а его мощность невелика. •При помощи сравнительно несложных приемов (используя воздействие магнитных полей, продувание струи газа и пропускание через обжимающее сопло) можно удлинить столб дуги до десятков и даже сотен миллиметров, одновременно уменьшить его диаметр и получить хорошо сформированную длинную струю плазмы. При этом напряжение дуги возрастает до 50—200 в и более, основную мощность несет струя плазмы, роль приэлектродных областей снижается. Плазменная струя превращается в очень концентрированный источник тепла, отвечающий многим требованиям сварочной техники. В последние годы успешно развиваются плазменные резка и сварка.

Схемы получения плазменной струи показаны на рис. 39: / -вольфрамовый электрод; 2 — корпус плазмотрона; 3 — плазменная струя; 4 — изделие. Усиленное охлаждение периферийных областей струи и механическое сжатие ее при пропускании через узкий канал концентрируют плазму в малых объемах, что обусловливает повышение температуры в центральной зоне струи и высокую степень ионизации находящихся в ней частиц. На рис. 40 показано влияние сжатия и внешнего охлаждения дуги на распределение температур в различных ее зонах. Видно, что длина области, ограниченной, например, изотермой 14 000 °К, увеличивается в три раза. / — зоны свободной дуги, горящей между вольфрамовым

Рис 39. Сварочные плазмотроны Рис. 40. Влияние сжатия и внешнего ох-прямого (а) и косвенного (б) лаждения на распределение температур действия.в дуге.

канале. В обоих случаях ток дуги и материал электродов одинаков. Вместе с тем температура зон сжатой дуги значительно выше, чем свободной. Центральная часть сжатой дуги представляет собой поток плазмы.

По своим характеристикам плазменная струя удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к источникам тепла при сварке. Тепловая мощность ее, получаемая при использовании пока еще несовершенного оборудования, достигает уже 8000—10 000 кал/сек (чего вполне достаточно для сварки и резки самых тугоплавких металлов) и принципиально может быть сделана сколь угодно большой. Эффективная тепловая мощность плазменной струи составляет ~40% общей тепловой мощности: ци для различных условий колеблется в пределах 0,3—0,4. Тепловая интенсивность и тепловая концентрация плазменной струи в несколько раз выше, чем в обычных свободно горящих сварочных дугах.

Для получения дуговой плазмы в сварочной технике исполь зуют Аг, Не, Ы2, Н2, диссоциированный аммиак, атмосферный воздух, врдяной пар, а также различные смеси этих газов.