Электроды [1963 Васильев К.В. - Газоэлектрическая резка металлов]

Наибольшая стабильность плазменной дуги и наиболее благоприятное распределение энергии в процессе резки достигаются при использовании электродных стержней из материалов, способных без разрушения выдерживать нагревание до высоких температур. К их числу относятся уголь (графит) и тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден и некоторые другие (табл. 16). Наиболее высокими температурами плавления обладают углерод и вольфрам, однако уголь при этой температуре не плавится, а сразу испаряется (возгоняется), и при перегреве свыше 4600°К интенсивно кипит; теплопроводность угля невысокая. Температура кипения и теплопроводность вольфрама значительно выше, чем угля, что делает этот материал наиболее пригодным для работы в условиях высоких температур. Электропроводность вольфрама также достаточно большая, в связи с чем даже при использовании сильных токов можно применять электроды небольшого диаметра. Последнее обстоятельство имеет большое значение, так как при этом обеспечивается надлежащая стабильность разряда, хорошо концентрируется энергия дуги и достигается наиболее высокая скорость резки.

Материал	Температура плавления в °К	Температура кипения в °К	Работа выхода в в	Удельное сопротивление в ом·мм²/м
Углерод	3815 (температура возгонки)	4173	4,4	30 - 50
Вольфрам	3650 ± 20	5973	4,54	0,060
Тантал	3300 ± 50	6273	4,12	0,156
Молибден	2900 ± 50	4873	4,37	0,048
Цирконий	2140 ± 40	4673	-	0,41
Торий	1973	4473	3,35	0,13

В связи с изложенным в настоящее время в качестве электродов для резки проникающей плазменной дугой пользуются, как правило, вольфрамовыми стержнями. Наилучшие результаты достигаются при использовании вольфрама, содержащего присадку тория. Торий (от 1 - 2 до 15%) можно вводить в виде окиси ТhO₂. Добавка тория в вольфрам существенно понижает значение работы выхода, а это значит, что получение необходимой величины термоэлектронной эмиссии не требует нагревания рабочего торца электрода до таких высоких температур, которые необходимы для чистого вольфрама.

Условия зажигания дуги вольфрамовым электродом на меди с помощью осциллятора (электрод диаметром 2,4 мм, величина дугового зазора 1,6 мм, расход аргона 0,42 м³/ч)

Материал электродов	Рабочий ток в а	Наименьшее напряжение холостого хода в в
Вольфрам чистый	300	Более 95
Вольфрам +1% ThO₂	350	40 - 65
Вольфрам + 15% ThO₂	310	35

С увеличением содержания тория в вольфраме температура плавления электродного материала несколько понижается. Высокое содержание тория в вольфраме нежелательно в связи с радиоактивностью тория. Вместе с тем, даже небольшие его добавки улучшают условия поддержания дуги и способствуют существенному облегчению ее зажигания (табл. 17). Дальнейшее увеличение содержания тория сказывается менее заметно. В связи с этим предпочтительнее пользоваться вольфрамовыми электродами с малой добавкой тория. В Советском Союзе для этой цели обычно применяют вольфрам, содержащий 1 - 1,5% окиси тория, а также стабилизированный другими добавками (итрий, лантан).

Предельные токовые нагрузки торированных вольфрамовых электродов в потоке аргона

Диаметр электрода в мм	Предельно-допустимый ток в а
Диаметр электрода в мм	постоянный ток, прямая полярность	постоянный ток, обратная полярность	переменный ток
0,5	20	-	15
1,0	80	-	60
1,6	150	20	120
2,5	300	30	160
3,2	400	40	210
4,0	500	55	275
4,8	800	80	350
6,5	1100	125	490

При определении наибольшего допустимого тока для вольфрамовых электродов можно использовать соотношения, принятые для аргоно-дуговой сварки (табл. 18). Предельные нагрузки зависят от рода и полярности рабочего тока. Интенсивность плавления вольфрамового стержня в дуге постоянного тока обратной полярности в 7 - 10 раз выше, чем в дуге прямой полярности. Дуга переменного тока занимает промежуточное положение.