ПАРОГАЗОВЫЙ РАЗРЯД МЕЖДУ СТРУЙНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ И МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРОДАМИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ

Гайсин А.Ф.

Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева

В настоящее время большой интерес представляют электрические разряды в газе с нетрадиционными электродами (электролиты) [1-4]. Это связано с использованием разрядов жидкими неметаллическими электродами в технологических процессах нанесения теплозащитных, антифрикционных, диэлектрических и противокоррозионных покрытий, а также для нагрева металлов и сплавов в электролитах. Область применения разряда между твердым и жидким электродами расширяется. Последние годы определились новые перспективные направления применения разряда с жидким электродами в плазмохимии, электронике и машиностроении.

Данная работа посвящена исследованию характеристик парогазового разряда между струйным электролитическим и металлическим электродами с целью использования в технологических процессах удаления заусенцев с кромок изделия, очистки и полировки внешних и внутренних поверхностей деталей (трубок). На основе анализа и обобщения большого количества экспериментальных данных по изучению разряда в газе между твердым анодом и струей электролита (катод) установлено, что горит многоканальный разряд. Разряд состоит из множества микроразрядов. Микроразряды на поверхности жидкого катода- струи опирается на подвижные точечные пятна. Рост тока приводит к увеличению числа микроканалов и устойчивость горения разряда существенно зависит от расхода электролита и диаметра струи жидкости. Из анализа ВАХ разряда со струей электролита следует, что при струе – катоде разряд зажигается и горит в интервале напряжения 510 – 515В. При этом ВАХ разряда являются слегка падающими. Установлено, что при атмосферном давлении разряд горит в диапазоне тока I=0,2 ? 6А, расход электролита G= 1 ? 5г/сек и длины струи l=0,005 ? 0,03м. Выявлены критические значения расхода электролита G_min и G_max, которые зависят от диаметра струи, её длины и напряжения. Возможность локального удаления металла с помощью разряда, горящего между струей электролита и твердым электродом - обрабатываемой деталью, можно использовать для удаления заусенцев с кромок изделия, очистки внутренних и внешних поверхностей деталей (трубок), прошивки отверстий в металле и резки металла, маркировки деталей. Струя электролита под давлением Р_э=3 ^. 10³- 2^.10⁴ Па подается через сопло, на обрабатываемый участок детали. Для исключения короткого замыкания сопло закрыто диэлектрическим наконечником. Используя плотности тока J=(10 ? 30)^.10⁴ A/м²) и увеличивая время обработки Т, можно прошивать отверстия в различных материалах. В таблице приведены некоторые результаты процесса прошивки отверстий в металлах разрядом с жидким катодом из 10%-го раствора NaCI.

Увеличение плотности тока при неизменном диаметре наконечника уменьшает длительность процесса прошивки отверстия. Однако этим путем можно сократить время только до некоторой величины. При дальнейшем росте тока разряда гаснет и процесс обработки переходит в режим электрохимической обработки (ЭХО). В режиме ЭХО электролит быстро нагревается, и время обработки увеличивается, а потребляемая от сети

мощность резко растет. В случае ЭХО необходимо обеспечить полное и частичное исключение побочных химических реакций. Нужно обеспечить анодное растворение металла только в зоне обработки. В нашем случае электротермическое воздействие на материал заготовки осуществляет плазма разряда, горящего между струей электролита и

Материал детали	Средний диаметр отверстий Мм	Толщина детали Мм	Ток Разряда А	Время Обработки мин.
Медь М1	1	1	1	2
Медь М1	2	5	2	9
Ст. 20	3	4	1	18
Титан48Т2	3	4	2	12,5
Титан48Т2	2	5	1	25

заготовкой. Роль электролита сводится в основном к подводу тока, удалению продуктов обработки и определению размера зоны воздействия инструмента - плазмы разряда. Можно увеличивать производительность процесса при прошивке отверстий, резки металла и очистке его от заусенцев в 2 раза. При снятии заусенцев высотой до 16 ^.10^-7м разрядом со струей электролита из 20%-го раствора NaCI можно обеспечить скорость снятия заусенцев до 0,01 м/мин. Качество очистки поверхности в значительной мере зависит от величины межэлектродного расстояния-длины струи. Оптимальная длина струи электролита l=0,005? 0,008м. Увеличение l снижает устойчивость разряда, уменьшение её вызывает короткое замыкание. При этом сопровождается локальное плавление поверхности металла. Использование плазмы электрического разряда, горящего между струей электролита и заготовкой, позволяет успешно очищать внутренние поверхности трубок. Нами были проведены очистки внутренних поверхностей трубок, изготовленных из нержавеющей стали. Диаметры обработанных таким образом трубок были от 0,002 м до 0,021 м. Эти трубки используются при изготовлении медицинской аппаратуры. Высота заусенцев до обработки была равна R_Z=32 ^. 10^-7 м, после обработки плазмой R_Z уменьшилась до 1,6 ^. 10^-6 м. Уменьшение скорости перемещения струи при обработке позволяет улучшать шероховатость поверхности еще на 1-2 класса по ГОСТУ 2789-73. Время обработки детали составляет Т= 60-100 сек.

Таким образом, впервые, при атмосферном давлении исследованы характеристики разряда постоянного тока горящего между струей электролита и твердым электродом. Вышеизложенное позволяет сделать заключение, что предлагаемый способ может найти свою нишу в технологической цепочке обработки металлических заготовок в современном производстве в операциях фигурной резки твердых и вязких материалов, прошивки отверстий, маркировки деталей, ручной и автоматизированной локальной чистки кромок деталей от заусенцев и т.д..

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гайсин Ф.М., Сон Э. Е. Электрофизические процессы в разрядах с твердыми и жидкими электродами. Свердловск: Изд. Уральского ун-та. 1989. –432с.

Гайсин Ф.М., Сон Э.Е. Возникновение и развитие объемного разряда между твердым и жидким электродами // Химия плазмы. Под ред. Смирнова Б.М. - М.: Энергоатомизад, 1990. В. 16. С. 120 - 156.

3. Son E.E., Gaisin F.M., Shakirov Yu.I., Glow Discharge with Liquid Electrodes. Massachusetts Institute of Technolgy. USA, 1993.

4. Гайсин Ф. М., Сон Э. Е., Шакиров Ю. И. Объемный разряд в парогазовой среде между твердым и жидким электродами. – М.: Eca-ai ACIE, 1990a. 92 n.