Electrode erosion studies for plasma torches.

Plasmas térmicos vêm sendo utilizados em um crescente número de aplicações industriais. Na maioria dessas aplicações, as tochas de plasmas (o equipamento utilizado para gerar o plasma) necessitam ser utilizadas por várias centenas de horas antes de qualquer manutenção, a fim de permitir um contínuo processo industrial. Os eletrodos da tocha de plasma, particularmente o catodo, eventualmente irão apresentar sinais de desgaste (erosão), forçando uma substituição dos mesmos e, conseqüentemente, obrigando a uma parada na operação da tocha. Desse modo, a erosão dos eletrodos de uma tocha de plasma (em particular, a erosão do catodo) deve ser minimizada sempre que possível. Este trabalho visa estudar materiais para eletrodos e condições de operação de tochas de plasma a fim de se diminuir a erosão dos eletrodos, particularmente do catodo. Nesse sentido, uma câmara de testes foi construída para simular eletrodos concêntricos de uma tocha de plasma. Um campo magnético externo foi utilizado para movimentar um arco elétrico que foi estabelecido entre os eletrodos concêntricos. Nessa câmara foram estudados diferentes tipos de gases e materiais para o catodo, para tentar aumentar o tempo de vida dos catodos de tocha de plasma. Os resultados obtidos mostraram que: a) A presença de contaminantes nos gases utilizados como gases de plasma alteram as condições da superfície do catodo, diminuindo as taxas de erosão; b) Misturas de gases inertes com gases poliatômicos, quando utilizadas como gases de plasma, contaminam a superfície do catodo, alterando as condições das mesmas, diminuindo as taxas de erosão; c) A presença de contaminantes no material utilizado no catodo, como também a utilização de ligas de cobre como material para os eletrodos, também alteram as características da superfície, aumentando o tempo de vida dos catodos.Thermal plasmas have shown a growing number of industrial applications. In most of those applications, the plasma torch (the device used to generate the thermal plasma) would need several hundred hours of using before anykind of maintenance, in spite of permit a continuous industrial process. The electrodes of the plasma torch, particularly the cathode, eventually will present signs of erosion, forcing their replacement and, consequently, a stoppage of the torch operation. However, electrode erosion of a plasma torch (cathode erosion in particular) must be minimized as often as possible. The objective of this work is to study materials for plasma torch electrodes and the operation condition of the plasma torch, in order to diminish the erosion of the electrodes (cathode in particular). Therefore, an experimental chamber was built in order to simulate concentric electrodes of a plasma torch. An external magnetic field was used for moving the electric arc that was stablished between the concentric electrodes. Different types of gases and cathode materials have been studied using that chamber. The results obtained so far showed that: a) Contaminants present in the gases used as plasma gases, change the cathode surface conditions, decreasing the erosion rates; b) Mixtures of inert gases with potiatomic gases, when used as plasma gases, contaminate the cathode surface, changing their conditions, decreasing the erosion rates; c) Contaminants in the composition of the materials used in the cathode, and even the use of copper alloys as material for electrodes, changes the surface characteristics, increasing the cathode lifetime