Техника безопасности при работе с окг

Опасность при работе с лазерной установкой возникает из-за высокого напряжения питания ламп-вспышек и мощного когерентного излучения в оптическом диапазоне.

Излучения должно выводиться из резонатора т.о., чтобы обслуживающий персонал не попадал в зону его прямого или отраженного действия. Для этого применяют ограждения, лучепроводы, специальные непрозрачные заслонки.

Наиболее подвержены поражению излучением глаза. Для их защиты персонал должен носить очки со стеклянными линзами, т.к.стекло хорошо поглощает излечение.

Элементы оборудования и оснастки должны иметь матовую поверхность. Для уменьшения отражения излучения от обрабатываемых объектов применяют покрытия с низким коэффициентом отражения.

Плазменная обработка

Плазма – это четвертое состояние вещества в природе. Оно представляет собой ионизированный газ, который содержит электроны, положительно заряженные ионы, нейтральный и возбужденный атомы и молекулы.

Такое состояние наиболее распространено в космосе. Гигантскими сгустками плазмы являются Солнце и звезды. Внешняя поверхность земной атмосферы покрыта плазменной оболочкой – ионосферой. В земных природных условиях плазма наблюдается при разрядах в газах (например, молния, полярные сияния).

Различают два вида плазмы:

1. изотермическая – возникает при нагреве газа до температуры, при которой протекает термическая ионизация газа;

2. газоразрядная – образуется при электрических разрядах в газах.

Существует высокотемпературная плазма. В недрах Солнца сжатая плазма имеет температуру свыше 10 000 000К. При этой температуре атомные ядра сталкиваются с такой силой, что соединяются между собой. Происходят термоядерные реакции, приводящие к превращению водорода в гелий и выделению громадного количества энергии. Именно эта энергия, излучаемая Солнцем, и была до сего времени источником жизни.

Низкотемпературная плазма (температура около 1000К) находит применение в газоразрядных источниках света и в газовых лазерах, в термоэлектронных преобразователях тепловой энергии в электрическую и в магнитогидродинамических генераторах.

Образование изотермической плазмы.

С повышением температуры возрастает кинетическая энергия, и увеличиваются амплитуды колебаний атомов и молекул твердого вещества, расположенных в узлах его кристаллических решеток. В результате дальнейшего повышения температуры кристаллическая решетка разрушается и вещество переходит в жидкое, а затем в газообразное состояние. освободившиеся атомы и молекулы быстро и беспорядочно движутся, испытывая случайные столкновения друг с другом.

С повышением температуры до 3000 – 5000К заканчивается диссоциация молекул на атомы, и начинается переход газа в состояние плазмы. При этой температуре кинетическая энергия атомов достигает значений, при которых в результате столкновений начинают разрушаться их внешние оболочки. Нейтральные атомы, лишенные электронов на внешних оболочках, превращаются в положительно заряженные ионы. Освободившиеся электроны, в свою очередь, также выбивают электроны с оболочек других атомов, и процесс протекает лавинообразно.

В результате в газе появляются положительно заряженные ионы и свободные отрицательно заряженные электроны, оторванные от атомов. С повышением температуры доля ионов и электронов в этой смеси увеличивается и при температуре 10000 – 30000К нейтральные атомы практически отсутствуют.

Для Н, атом которого состоит из ядра и одного электрона, при этой температуре плазма представляет собой смесь из положительно заряженных ядер атомов и не связанных с ним свободных электронов.

При давлении газа равном или выше атмосферного, а также при соответствующей разности потенциалов и силе тока возникает газовый разряд в виде электрической дуги. Электрическая дуга может возникнуть в любом газе при силе тока, достаточной для пробоя газового промежутка между электродами. Разрядные явления сосредоточены в узком и ярко светящемся канале (столб дуги), который идет от электрода к электроду. Основными элементами дуги, отличающей ее от других видов разрядов в газах, являются светящийся столб дуги, ярко светящиеся катодное и анодное пятна, при подходе к которым столб дуги суживается.

Температура газа в столбе дуги при атмосферном давлении 5000 – 6000К, причем она повышается с повышением давления и уменьшением в связи с этим площади поперечного сечения дуги. Газ в столбе дуги находится в состоянии плазмы.

Высокая температура, сконцентрированная на малой площади, делает электрический дуговой разряд незаменимым источником тепловой энергии во всех современных способах электросварки, плазменной резки и других процессах, требующих высокой концентрации энергии.

Различают:

открытые дуги – свободно горящие электрические дуги;

сжатые дуги – плазменные дуги, имеющие развитый столб дугового разряда с интенсивным плазмообразованием.

Открытые дуги используют для сварки. Это электрическая дуга в ее естественном состоянии, используемая без применения специальных мер для интенсификации ее воздействия на материал.

Плазменная дуга является сочетанием электрической дуги и специальных мер, направленных на ее интенсификацию. Такими мерами могут быть:

1. относительное обжатие столба струей газа с целью уменьшения площади его поперечного сечения;

2. превращение в плазму газа, подаваемого для обжатия дуги.

Молекулярные газы (N₂, H₂, О₂) позволяют увеличить эффективность нагрева за счет реакций диссоциации – ассоциации. В столбе дугового разряда молекулы диссоциируют по следующим схемам:

При этом происходит дополнительное поглощение теплоты в столбе дугового разряда. При попадании на обрабатываемую поверхность плазмообразующий газ ассоциирует (превращается из атомарного в молекулярный), при этом выделяется теплота, затраченная на его диссоциацию.

Для получения плазмы, используемой в технологических целях, разработан ряд специальных устройств, которые называются плазмотронами или плазменными горелками.

Под воздействием струи плазмообразующего газа столб дуги сжимается, его поперечное сечение уменьшается, а вследствие этого температура плазмы в центральной части столба дуги повышается до 10000 – 5000К. В результате внутренний слой газа, соприкасающийся с дугой, превращается в плазму, а наружный слой остается сравнительно холодным, образуя изоляцию между потоком плазмы и каналом сопла. Он препятствует отклонению столба дуги от заданного направления и замыканию его на стенку сопла.

U=60 – 200В (в 3 – 10 раз больше, чем в открытой дуге)

J = 100А/мм² (в 10 раз больше, чем у открытой дуги)

Р₀ = 2·10⁶ Вт/см² (этого вполне достаточно для расплавления любого твердого тела)

При создании плазмотрона первым шагом является составление схемы его устройства. Исходя из особенностей технологического процесса и условий работы плазмотрона выбираем систему его охлаждения, род тока, плазмообразующую среду, вид и материал электрода, способ стабилизации дуги, перемещения ее электродных пятен и т. д.

Основная задача при выборе системы охлаждения состоит в том, чтобы обеспечить максимальную интенсивность отвода тепла стенками сопла, так как чем выше величина теплового потока, отводимого соплом, тем круче температурный градиент газовой прослойки между столбом дуги и стенками канала сопла и, следовательно, тем выше плотность тока и мощность столба дуги.

Плазмообразующий газ, используемый в плазматроне, в значительной мере определяет технологические возможности плазменной струи. В состав плазмообразующей среды могут входить одно-, двух- и многокомпонентные газы, которые отличаются друг от друга своими физико-химическими свойствами, а также активностью по отношению к металлу.

Плазмообразующая среда должна обеспечивать наибольшую удельную тепловую мощность при заданном расходе газа, обеспечивать возможность получения тонкой струи, сосредоточенной на минимальном участке поверхности обрабатываемого материала.

В качестве плазмообразующих сред применяют аргон, азот, воздух, смеси аргона и азота с водородом, аммиак.

Все эти газы и их смеси могут по-разному проявлять себя в электро-дуговом разряде. Это связано со степенью их диссоциации и ионизации при тех или иных температурах, с теплосодержанием и теплопроводностью плазмы.

Каждый газ в отдельности имеет свои определенные свойства.

Аргон – химически инертный газ с низкой теплопроводностью, поэтому он хорошо защищает от перегрева и разрушения вольфрамовый электрод и сопло. однако аргон малоэффективен для преобразования электрической энергии в тепловую. Аргон вызывает падение напряжения на дуге.

Гелий – инертный газ, хорошо защищает вольфрамовый электрод от окисления, однако обладает большой теплопроводностью, поэтому возможно разрушение сопла из-за быстрого нагрева. Гелий обеспечивает высокую напряженность поля дуги и лучше аргона преобразовывает электрическую энергию в тепло.

Широко применяются смеси аргона и гелия.

! Ни один из газов не может обеспечить самостоятельно весь комплекс положительных свойств плазмообразующей среды. Поэтому наиболее широко используются смеси из различных газов.