Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Описание различных типов электродов и конструкций электродных блоков плазмотронов 9
1.1. Классификационные признаки конструкций плазмотронов 9
1.2. Плазмотроны с радиальным перемещением пятна дуги по поверхности электродов 10
1.2.1. Плазмотрон с вихревой стабилизацией дуги 11
1.2.2. Плазмотроны коаксиальной схемы 13
1.2.3. Плазмотроны постоянного тока с межэлектродными вставками (МЭВ) 15
1.2.4. Плазмотрон с жидкими металлическими контактами 16
1.2.5. Трехфазные электродуговые плазмотроны типа «Звезда» 17
1.2.5. Плазменные генераторы со стержневыми электродами 18
1.3. Описание различных типов электродов и конструкций электродных блоков плазмотронов переменного тока с линейным перемещением пятен дуги 20
1.3.1. Плазмотрон переменного тока с трубчатыми электродами 20
Выводы 22
Глава 2. Процессы, происходящие на электродах, природа электрической эрозии. Экспериментальные установки. Измерения 24
2.1. Природа электрической эрозии и основные физические явления на электродах 24
2.1.1. Основные процессы в плазме и на электродах 26
2.1.2. Эмиссия 26
2.2. Тепловые потоки в электроды 28
2.3. Приэлектродные явления 31
2.3.1. Падение напряжения 31
2.4. Роль кислорода в снижении ресурса электродов 33
2.5. Влияние полярности электродов на износ 35
2.6. Экспериментальные установки. Измерения 37
2.6.1. Системы обеспечивающие работоспособность экспериментальной установки и требования к ним 37
2.6.2. Алгоритм функционирования:систем 39
2.7. Принципиальная схема проведения измерений и выполнения экспериментов 40
2.7.1. Исследование химического состава фаз и оптические металлографические исследования 42
2.7.2. Определение механических и электрических характеристик материала электрода 42
2.8. Экспериментальная установка для исследования стерншевых электродов с радиальным перемещением пятна привязки электрической дуги 43
2.9. Экспериментальная установка для исследования трубчатых электродов с линейным перемещением точки привязки электрической дуги. 45
2.10. Экспериментальная установка для исследования стержневых электродов при частоте питающего напряжения до 5 кГц. 48
2..10.1. Источник питания плазмотрона 49
Выводы 52
Глава 3. Исследование материалов электродов и их конструкций для плазменных генераторов переменного тока (рабочий газ воздух) в диапазоне токов до 50 А 53
3.1. Однофазные плазмотроны со стержневыми электродами. Однослойные электроды 53
3.2. Трехфазные плазмотроны со стержневыми электродами. Многослойные электроды 62
3.3. Однофазные плазмотроны высокой частоты со стержневыми электродами. Двухслойный электрод. 65
3.3.1. Скоростная киносъемка 65
3.4. Исследование тонкой структуры и распределения химических элементов по сечению электродов после их ресурсных испытаний .
Глава 4. Исследование материалов электродов и их конструкций для плазменных генераторов переменного тока (рабочий газ воздух) в диапазоне токов до 1000 А 76
4.1. Оптимизация конструкции электродов 79
4.1.1. Трубчатые электроды 19
4.1.2. Массивные составные электроды 80
4.1.3. Монолитные электроды: 81
4.2. Электроды трехфазного плазмотрона переменного тока модернизированной конструкции 82
4.3. Анализ стругстуры материала трубчатых электродов после взаимодействия с электрической дугой мощностью до 500 кВт в атмосфере окислительного рабочего газа 88
Выводы: 91
Заключение 93
Литература 95
- Плазмотроны с радиальным перемещением пятна дуги по поверхности электродов
- Системы обеспечивающие работоспособность экспериментальной установки и требования к ним
- Экспериментальная установка для исследования стерншевых электродов с радиальным перемещением пятна привязки электрической дуги
- Исследование тонкой структуры и распределения химических элементов по сечению электродов после их ресурсных испытаний
Введение к работе
Область применения плазменной техники. Роль изучения электродных и приэлектродных процессов для улучшения конструкции и оптимизации параметров работы плазмотронов.
В начале 20 века низкотемпературная плазма уже использовалась для плавления металла, но тем не менее, интенсивное развитие плазмотроностроения можно связать лишь с процессом освоения космического пространства и создания ракетной техники. В это время возник интерес к мощным плазменным генераторам.
Начиная с 50-х годов применение плазмотронов в аэродинамических трубах длительного действия позволило моделировать тепловые условия полетов космических аппаратов, весьма близкие к натуральным [1,2]. При помощи гиперзвуковых труб решались задачи по испытанию теплозащиты космических аппаратов [3], воспроизводились тепловые нагрузки на элементы конструкции аппаратов на различных участках траектории полета в плотных слоях атмосферы [4, 5, 6].
Наиболее типичным применением плазмотронов в настоящий момент, может быть их использование в металлургии [7, 8, 9, 10, 11, 12], для сварки, плазменного напыления и резки металлов [13, 14, 15, 16], плазмохимии [17, 18, 19], в плазменных процессах вскрытия рудных минералов (разложение химически сложного минерала на более простые вещества, из которых легко выделить необходимые продукты) [20] и т.д.
Но существует еще одна, особенно актуальная в современном мире, область использования генераторов плазмы. Она связана, в первую очередь, с проблемой исчерпания природных запасов углеводородного сырья, темпами роста промышленного производства и сферы потребления. Это создание технологий высокотемпературного пиролиза различных, в том числе и опасных, отходов на базе плазмотронов с получением синтез-газа и возможностью использования его для нужд экологически чистой энергетики.
Преимущества использования плазменной техники в перерабатывающих отходы реакторах очевидны, сходны для генераторов переменного и постоянного тока и заключаются в следующем:
Электроплазменная система быстро включается и выключается, легко поддается автоматизации,, является "природосберегающей" так как не требует для своей работы дополнительного углеводородного сырья в качестве топлива.
Быстрота протекания физико-химических процессов позволяет точно рассчитывать на их завершенность.
Требуемый объем рабочего газа мал, что упрощает систему очистки и контроля.
Отсутствует необходимость предварительное переработки отходов.
Высокая плотность энергии позволяет работать при большом расходе перерабатываемого продукта и малом объеме реактора.
Высокая температура в сочетании с высокой скоростью закалки позволяет создать метастабильные неравновесные состояния (составы), что позволяет гибко управлять химической реакцией.
Наряду с этим, плазмотроны переменного тока обладают уникальными и присущими только им свойствами. Их отличительной особенностью является:
Простота і и надежность конструкции камеры плазмотрона (отсутствие магнитной системы, керамических изоляторов и др.).
Малые габариты- плазмотрона и реактора позволяют создать передвижные, компактные установки невысокой стоимости.
Источник питания таких плазмотронов предельно прост, надежен и легко управляем.
7 - Теплообмен с дугами (особенно трехфазными) переменного тока значительно эффективнее, чем с дугой постоянного тока, благодаря специальной организации режима горения электрической дуги.
Все это обуславливает интерес к применению в установках по уничтожению отходов именно плазмотронов переменного тока.
Сдерживающим фактором развития плазменных технологий переработки отходов является небольшое время непрерывной работы плазменного генератора в котором, для образования плазмы, используется воздух — газ с ярко выраженными окислительными свойствами.
В этом случае, наиболее уязвимым местом в устройствах для генерации плазмы являются электроды, стабильность и ресурс работы которых, в большинстве случаев, определяют стабильность и ресурс всего плазмотрона в целом. Они воспринимают огромные потоки тепла, которые выделяются электрической дугой, на их поверхности протекают сложные химические реакции. Особую опасность представляют собой контракция (образование электродных пятен) тока на электродах, приводящая к сильной концентрации теплового потока, резкому повышению эрозии и выходу электрода из строя.
Поэтому, для нормальной работы плазмотрона, параметры электродов и условия их охлаждения подбирают так, чтобы разряд занимал всю рабочую поверхность (диффузная привязка) [3]. Износ электрода в таком режиме минимален. Однаїсо, изменение, в процессе работы внепших условий, может перевести электрод в совершенно другое состояние - с резко очерченной небольшой зоной привязки - в режим с пятном. Эрозия при этом вырастает во много раз, значительно сокращая время работы электрода.
Приведенные примеры демонстрируют необходимость исследования электродов плазменных генераторов переменного тока (рабочий газ воздух), а разработка и создание новых конструкций — технологичных и имеющих длительный срок службы, может стать залогом создания
8 высокоэффективных плазмотронов и широкого применения плазменных технологий в промышленности.
Данная работа посвящена исследованию особенностей работы однокамерных плазмотронов переменного тока (рабочий газ воздух) применительно к требованиям достижения максимального времени непрерывной работы, выдвигаемым при создании технологических установок различного назначения.
В качестве основы для исследований были выбраны плазмотроны переменного тока со стержневыми и трубчатыми электродами работающие на воздухе в диапазоне мощности до 500 кВт и давлении « ОД МПа, которые хорошо зарекомендовали себя как при работе в электрофизических исследовательских установках, так и в опытно -промышленных установках предназначенных для плазмохимической деструкции различных отходов.
Успешное применение этих плазмотронов в установках по переработке отходов в промышленных условиях затруднительно без увеличения времени их непрерывной работы до технологически оправданного значения.
Для решения этой задачи необходимо исследовать возможность использования для изготовления электродов различных материалов, в том числе и "нетрадиционных", полученных методом порошковой металлургии, разработать ряд новых конструкций злеісгродов и электродных блоков и провести их исследования в различных режимах.
Плазмотроны с радиальным перемещением пятна дуги по поверхности электродов
Плазмотроны в которых реализован такой характер перемещения пятна привязки электрической дуги по поверхности электрода могут использовать систему электропитания как постоянного так и переменного тока. В отличие от других узлов плазмотрона, которые могут быть защищены от непосредственного воздействия дуговой плазмы с помощью газовых или жидкостных завес, электроды всегда должны контактировать с плазмой в дуговых пятнах. При этом только на «горячих» термоэмиссионных катодах удается отвести все выделяющееся в области неподвижного катодного пятна тепло без его заметного разрушения. Катод является наиболее теплонапряженным и наименее долговечным узлом плазмотрона. Что касается анода, то его ресурс обычно значительно превышает ресурс катода. В качестве термокатодов, плазмотронов обычно применяются тугоплавкие металлы (чаще всего вольфрам) с присадками, снижающими работу выхода электронов (это могут быть окиси тория, лантана, щелочные металлы). Так как вольфрам интенсивно окисляется, его можно использовать только при работе с инертным газом. В окислительных средах (при работе на постоянном токе) используются термокатоды из гафния или циркония, образующие прочные пленки окислов, обладающие хорошими эмиссионными свойствами. Стабилизация дуги может осуществляться газодинамической или с помощью электромагнитных сил. Плазмотроны данного типа подробно рассмотрены в [21]. Принципиальная схема плазмотрона с вихревой стабилизацией дуги приведена на рис Л. Эта конструкция характерна тем, что содержит цилиндрические электроды 1 и 4 и вихревую камеру 2. При этом, как видно из рисунка, дуга имеет самоустанавливающуюся длину, а пятна привязок совершают радиальные перемещения, благодаря тому, что рабочий газ 3 подается в эту камеру тангенциально, т.е. через ряд отверстий оси которых -практически касательны к внутренней поверхности вихревой камеры. Таким образом, внутри электродов образуется сильное вихревое течение, которое вызывает стабилизацию дуги 5 в приосевой зоне.
Стабилизирующее влияние вихря на дугу обусловлено тем, что из-за инерционных (центробежных) сил холодный и, следовательно, более плотный газ располагается у стенки, вытесняя нагретый более легкий газ (дугу) к оси. Вихревое движение газа выполняет еще одну стабилизирующую функцию, а именно, обеспечивает вращение радиальных участков (привязок) дуги. При этом опорные пятна дуги 6 перемещаются по поверхности электродов, что создает благоприятные условия для их охлаждения. Затекание газа в полость катода позволяет стабилизировать плоскость вращения привязки дуги. Однако положение этой плоскости внутри катода меняется в зависимости от режима работы плазмотрона (давления и расхода газа). В полости анода наблюдается явление шунтирования дуги. Этот процесс вызывает снижение вольт-амперных характеристик и значительные колебания параметров плазменного потока. Один из способов избавиться от шунтирования - это поместить между вихревой камерой и анодом канал, выполненный из изолятора.
Однако, организовать эффективное охлаждение этого канала весьма сложно, поэтому длительность непрерывной работы таких плазмотронов мала. На рис. 2 приведена конструкция плазмотрона, выпускаемого компанией "Plasma Energy Corporation" [22] и применяемого для металлообработки. Плазмотроны работают при прямой и обратной полярности. При прямой полярности мощность составляет 50-2000 кВт. Рабочий газ - аргон, азот. При обратной полярности мощность составляет 50-3000 кВт. Рабочий газ аргон, азот, гелий, водород, воздух, метан, пропан, кислород. Электроды являются расходным элементом и требуют регулярной замены, но данные о времени непрерывной работы для них не приводятся. По опыту эксплуатации подобных установок [83-84] время работы электрода, в основном, зависит от толщины обрабатываемого материала и величины рабочего тока и не превышает нескольких десятков минут при условии обеспечения качественного реза. Существует большое количество конструктивных решении плазмотронов подобного типа. Для перемещения дуги мелсду электродами используется магнитный поток, создаваемый катушками соленоидов. Это должно приводить к равномерному нагреву газа и уменьшать тепловую нагрузку на электрод в месте привязки дуги в связи с перемещением опорного пятна по электроду. На рис.3 представлена схема такого плазмотрона. Плазмотрон состоит из следующих основных узлов: центрального электрода 1, внешнего электрода 6, называемого камерой, электродного фланца 4, соленоида 7, смесителя 8, изолятора 3, с помощью которого центральный электрод изолируется от анодного фланца. Проволочка для зажигания дугового разряда крепится в держателе 9. Это приспособление позволяет вводить в межэлектродный зазор проволочку, не прибегая к снятию электродного фланца. Рабочая стенка камеры изготавливается из меди, имеющей высокую теплопроводность, силовой корпус и фланцы -из коррозионо-стойкой стали. Камера рассчитана на рабочее давление газа до 15 МПа и давление воды в трактах охлаждения до 20 МПа. Рабочий ток плазмотрона до 15000 А . В работе [23] описан коаксиальный плазмотрон, предназначенный для нагрева аргона, азота, водорода, гелия и их смесей, мощностью 2-4 МВт на давление 0,3-4,8 МПа. Ток дуги 4-4,7 кА, падение напряжения на дуге 300-600 В. Максимальный расход по водороду 6,5 г/с, по гелию 12 г/с, по аргону до 200 г/с. В [24] приводятся характеристшш плазмотрона мощностью до 10 МВт. Давление в камере до 15 МПа. Источник питания имеет напряжение 1650-3300 В, ток дуги до 5 кА. Однако параметры электрической дуги не являются постоянными во времени, т.е. невозможно вращение дуги с определенной скоростью, что не может не сказаться на долговечности электродов.
Системы обеспечивающие работоспособность экспериментальной установки и требования к ним
Электродный блок плазменного генератора является одной из важнейших составных частей плазмотрона, испытывающей значительные тепловые нагрузки даже в режиме нормальной эксплуатации. Для успешного проведения исследовательских работ по изучению свойств электродных материалов и исследованию параметров электродных блоков потребовалась модернизация экспериментального стенда ИЭЭ РАН, которая заключалась в установке и наладке дополнительной контрольно-измерительной аппаратуры, предотвращающей выход из строя плазмотрона и дорогостоящего оборудования стенда в случае нештатных ситуаций, а таюке установку дополнительного контура системы охлаждения обеспечивающего стационарную работу плазменного генератора мощностью до 300 кВт. Функционально рис Л 2, входящие в состав стенда системы, можно классифицировать следующим образом: - система энергообеспечения; - система газоснабжения; - система охлаждения; - система сбора и обработки информации; - система сбора и очистки отходящих газов.
Для проведения комплекса экспериментальных исследований необходимо чтобы: 1. Система газоснабжения обеспечивала следующие параметры: Входное давление Расход рабочего газа Требования к качеству воздуха: относительная влажность содержание масла до 6 атм до 200 г/сек 0% не более 3 мг/м 2. Система охлаждения обеспечивала следующие параметры: Входное давление Максимальная температура охлаждающей жидкости Общий расход охлаждающей жидкости Удельное сопротивление воды до 6 атм не более 50С не менее 600 л/мин 30103 Ом см Общий объем системы охлаждения 14,5 м . На рис.13 приведена фотография одного из контуров системы охлаждения, предназначенного для работы с плазменными генераторами мощностью до 300 кВт. 3. Система энергообеспечения должна соответствовать следующим требованиям: Номинальное напряжение силовой цепи 480 V Максимальная величина фазного тока силовой цепи (действующее значение) 1000 А Система питания состоит из токоограничивающих реакторов, однофазного высоковольтного трансформатора для питания инжектора, коммутационной аппаратуры и измерительных приборов. Высоковольтный трансформатор работает в режиме близком к короткому замыканию, поэтому величина ек 80 %. Токоограничивающие дроссели могут быть воздушными или на железном сердечнике с воздушным зазором. 2.6.2. Алгоритм функционирования систем Включение осуществляется в следующей последовательности: 1. Запускается система водоснабжения. 2. Запускается система газоснабжения. 3. Подается питание на высоковольтный трансформатор TV — включается инжектор. 4. Подается напряжение на электроды плазмотрона — запускается плазмотрон. 5. Выполняется программа экспериментов и измерений. При сбое в системе охлаждения или газообеспечения (падает ниже допустимого давление или расход) происходит автоматическое отключение питания плазмотрона и инжектора. При не включенных системах водо- и газоснабжения подача питания на плазмотрон невозможна.
Во время работы плазмотрона контролируются следующие параметры: - фазный ток в силовой и высоковольтной цепи, - падение напряжения на дуге плазмотрона и инжектора, - мощность, - расход рабочего газа, - температура воды в системе водоснабжения. Системы обеспечения опытной установки могут функционировать в достаточно широком диапазоне изменения рабочих параметров, что дает возмолшость максимально обеспечить все требования по проведению экспериментов. В ходе проведения экспериментов регистрировались электрические, оптические и газодинамические параметры плазменной струи и плазмотрона. Для этого использовались следующие схемы проведения экспериментов и выполнения измерений. Металлографические исследования проводились на шлифованных темпелетах в диапазоне увеличений 50х-120х. Химический состав фаз в образцах электродов определялся методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) на микроанализаторе «Camebax micro», оснащенном энергодисперсионным спектрометром «Link-860»f при энергии электронов зонда 15 кэВ. Расчет массовых долей элементов проведен по программе ZAF4. Используемое оборудование позволяет определять локальное содержание элементов тяжелее Na (атомный номер Z 11) превышающее несколько десятых долей процента. Состав фаз определялся на приготовленном шлифе при визуальном контроле с помощью оптического микроскопа (400 крат) сфокусированным электродным зондом. Диаметр зоны анализа при этом составлял около 2 мкм. Предел обнаружения метода составляет 0S2% Определение механических характеристик материалов электродов проводилось в соответствии с методикой ГОСТ 11701-84 «Металлы. Методы испытания на растяжение». Измерение удельного электрического сопротивления проводилось потенциометрическим методом на установке У355. Измерение твердости проводилось в соответствии с методикой ГОСТ 2999-75 «Металлы и сплавы».
Экспериментальная установка для исследования стерншевых электродов с радиальным перемещением пятна привязки электрической дуги
Основу составляет колебательный контур, образованный коммутирующим конденсатором С7, трансформатором TV, нагрузкой Rfl (эквивалентное активное сопротивление дуги) и двумя быстродействующими тиристорами VS2, VS4. Контур подзарядки представляет собой два накопительных подпитывающих конденсатора большой емкости С5 и С6, напряжение на которых неизменно и равно половине выпрямленного сетевого напряжения. Если напряжение сети 380 V то на конденсаторах С5, С6 напряжение равно по 270 V DC на холостом ходу источника и 250 V DC под нагрузкой. Подзаряд коммутирующего конденсатора С7 осуществляется от упомянутых конденсаторов С55 С6 через дроссели L3, L4 с помощью быстродействующих тиристоров VS1, VS3 . Узел сетевого питания представляет собой трехфазный мостовой выпрямитель VD1, подключаемый к сети через автоматический выключатель S1. Конденсаторы С1-С4 осуществляют ограничение коммутационных перенапряжений. Дроссели L1 и L2 значительной индуктивности ограничивают ток заряда конденсаторов С5, С6, а также аварийный ток, возникающий в результате возможного сбоя в работе инвертора. Работа происходит следующим образом. Когда конденсатор С7 заряжен включается тиристор VS2, и этот конденсатор разряжается на первичную обмотку трансформатора TV, возбуждая вторичное высокое напряжение, которое пробивает дуговой промежуток и обеспечивает дуговой разряд. Направления токов (первичного и вторичного) показаны на рис.26 круговыми спиралями.
Поскольку трансформатор является индуктивным накопителем, то конденсатор С7 перезаряжается и к концу разряда оказывается- с полярностью, показанной в скобках на рис.26 Уровень напряжения на конденсаторе после перезарядки оказывается ниже начального, т. к. часть энергии конденсатора «ушла» в дугу. Далее включается тиристор VS3, дозаряжая конденсатор С7 до начального уровня через дроссель L4 от конденсатора Сб. После дозаряда (окончания тока тиристора VS3) выдерживается пауза, равная времени выключения VS3, и включается тиристор VS4. Процесс разряда С7 повторяется, но уже с обратной полярностью. Таким образом происходит циклический разряд-перезаряд-дозаряд коммутирующего конденсатора С7. В первичной, а соответственно вторичной обмотках трансформатора TV возбуждаются знакопеременные напряжения, и протекают такие же знакопеременные токи., длительность которых зависит от емкости С7 и эквивалентной индуктивности трансформатора TV. 1. Рассмотрены физические процессы, протекающие на электродах плазмотрона и определяющие характер их износа. 2. Созданы алгоритмы работы и подготовлены все обеспечивающие системы экспериментального стенда для проведения длительных ресурсных испытаний с целью исследования свойств электродных материалов и конструкций электродных блоков плазменных генераторов переменного тока. 3. Разработана схема проведения измерений, методики их выполнения, подготовлена система сбора и хранения информации. 4. Создана экспериментальная установка для проведения экспериментов на стержневых электродах плазменных генераторов переменного тока с целью исследования и оптимизации их конструкции и свойств электродных материалов. 5. Подготовлена экспериментальная установка для проведения экспериментов на трубчатых электродах плазменных генераторов переменного тока с целью исследования и оптимизации их конструкции и свойств электродных материалов.
Исследование тонкой структуры и распределения химических элементов по сечению электродов после их ресурсных испытаний
Наружная часть двухслойных электродов изготовлена из медного порошка марки ПМС-1 ГОСТ 4960-75. Центральная часть - из композиционных материалов на основе меди с добавками железа марки ПЖРВ-2 ГОСТ 9840-86 в количестве 30%, никеля марки ПНЭ-1 ГОСТ 9722-79 в количестве 3, 10 и 30% массовых и сплава на основе никеля Н73Х16СЗРЗ в количестве 3- 30%. Состав сплава: 73% Ni; 16% Cr, 3% Si, 3% W. Испытания проводились в составе трехфазного высоковольтного плазмотрона в течении 30 часов по 3 электрода на точку. Исследования проводилось по следующим направлениям: - Теоретический анализ и получение расчетной зависимости степени износа от соотношения толщины теплопроводного и жаростойкого слоя; - Определение массы, геометрических размеров и конфигурации поверхности электродов после испытания; - Металлографические исследования границы раздела слоев (теплопроводного и жаростойкого); - Исследования тепло- и электрофизических характеристик сплавов и сопоставление с полученными результатами. Эксперименты проводились на лабораторной установке рис.18. Для данного этапа из каждой партии были выбраны по три образца, на которых и был проведены ресурсные испытания. Средние значения действующих параметров на протяжении всех испытаний: мощность плазмотрона 30 кВт, напряжение 900-1000 В, ток=20 А. Результаты экспериментов приведены на рис.39. Из результатов следует, что наилучшие результаты были достигнуты на электродах системы железо-медь. На рис.25 представлена схема установки по скоростной киносъемке торцевой поверхности электродов. Запись проводили на цифровую камеру типа HiSIS 2000, обеспечивающей максимальную скорость съемки 2250 кадров/сек. Для увеличения разрешающей способности при съемке, вместо поставляемого с камерой объектива TV 2000М, использовалась оптическая система пирометра ЭОП, снабженная оптическими фильтрами. С помощью переходника оптическая система пирометра стыковалась с камерой. Изображение проектировалось на CCD матрицу.
Используя эту систему можно добиться разрешения 50 мкм на один пиксель, что давало возможность оценить плотность тока 108 - 109 А/м2. Два однострунных плазмотрона устанавливались на 3-х координатную платформу, которая закреплялась на оптической скамье (рис.25). На оптической скамье также размещалась линза =250 либо 500 мм и полупрозрачный экран, на который проектировалось изображение рабочей поверхности электрода при съемке с экрана (на рис.25 не показано). На расстоянии 4 м от электрода устанавливалась оптическая система пирометра с камерой HiSIS 2000. Наличие 3-х координатной платформы обеспечивало удобство и быстроту настройки оптической системы. Как видно из рисунка, наблюдение за перемещением привязки проводили через плазму дуги, которая была достаточно прозрачна и позволяла различать дуговую привязку и шунтирование дуги на корпус. Длительность эксперимента составляла 90 мин. Потери веса электрода определялись простым взвешиванием на лабораторных весах типа ВЛР-200 обеспечивающих точность взвешивания ПО"7 кг. Так как в качестве рабочего газа использовался воздух, то при длительной работе рабочая поверхность покрывалась бугорчатой коркой, в химическом составе которой присутствует закись меди СиОг- Перед взвешиванием электрод промывался водой и высушивался без удаления окислов. Скоростная киносъемка показала, что на охлаждаемых электродах пятно привязки перемешается хаотично по рабочей поверхности. На электродах из чистой меди перемещение привязки чаще наблюдается вблизи оси электрода.
Стабилизация дугового разряда вихревой закруткой потока приводит к тому, что, по мере износа, в центре образуется лунка правильной формы диаметром 4-5 мм. Вся рабочая поверхность покрыта кратерами средним размером 60-70 мкм. Аналогичный вид эрозии наблюдается и на образцах с присутствием добавок Ni изготовленных по технологии получения сплава. Для образцов полученных по порошковой технологии лунка имеет большие размеры; она распространяется на весь диаметр электрода. Пятно перемещается скачками и шаг перескока в среднем больше, чем у электродов изготовленных по технологии получения сплава. Характерная картина перемещения привязки показана на рис.40. Перескок дуговой привязки с одного места на электроде в другое происходит за время 0.5 тс (два верхних снимка). Затем она остается неподвижной или смещается на расстояние 0.05-0.1 мм. Потом возможно перемещение за счет шунтирования (первое фото в нижнем Ряду). Необходимо отметить, что по мере износа поверхности электрода и появления бугорчатой структуры наблюдается одновременное существование нескольких ярких точек-пятен на поверхности. Однако, однозначно нельзя установить являются они привязками дугового разряда или результатом отражения света от наиболее высоких и близко расположенных неровностей. Газовихревая стабилизация разряда потоком заставляет пятно двигаться вблизи оси симметрии, где и образуется лунка. Качественно размер лунки зависит от состава материала электрода и способа его получения. Получается так, что на поверхности металла электрода при наличии добавок с использованием порошковой технологии возникает сила (силы) вызывающее увеличение длины перескока, что не наблюдается при эрозии чистой меди или сплава меди с добавками. Эта сила (силы), имеет случайный характер, как по величине, так и по направлению.
