ГлавнаяРазноеЭлектроннолучевая сварка

Электронно-лучевая сварка — обзор технологии. Электроннолучевая сварка


Электронно-лучевая сварка: технология, процесс и особенности

Существует достаточно большое количество различных тугоплавких металлов, которые соединить между собой можно только при применении специальной технологии электронно-лучевой сварки. Ее суть заключается в фокусировании пучка света, который при воздействии на поверхность проводит ее нагрев.

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка

Электронно лучевая сварка

Сегодня электроннолучевая сварка считается одной из быстро развивающихся технологий. Она применяется для работы с тугоплавкими и химическими активными, разновидными веществами и качественными сплавами. Среди ключевых моментов электронно лучевой сварки можно отнести следующие моменты:

  1. Сваривание проводится за счет использования кинетической энергии летящих электронов, которые при соприкосновении с поверхностью становятся причиной нагрева поверхности.
  2. Развитие подобного метода электронной сварки можно связать с появлением современной вакуумной техникой и электронной оптики. Только после того как стали производить подобное оборудование технология стала часто использоваться в металлургической области.
Установка для электронно-лучевой сварки

Установка для электронно-лучевой сварки

Электронно лучевая сварка может оказывать требуемое воздействие на твердые и тугоплавкие сплавы. За счет локального воздействия температуры можно получить качественное соединение.

Сущность процесса ЭЛС

Электронная пушка применяется в качестве генератора светового пучка. К ее особенностям отнесем следующие моменты:

  1. В качестве генератора пучка и его перенаправления устанавливаются электроды и катоды.
  2. Для того чтобы сфокусировать луч устанавливается оптический элемент. В зависимости от типа оборудования он может изготавливаться из различных материалов.
  3. В качестве питания применяется бытовая сеть. Увеличить напряжение и другие параметры можно за счет встроенного трансформатора.

Технология электронно лучевой сварки предусматривает фокусирование луча за счет магнитной линзы. При касании электроны соударяются на большой скорости с небольшой поверхностью, при возникновении трения вырабатывается тепловая энергия. На этом этапе пучок кинетическая энергия становится тепловой, повышается пластичность обрабатываемого материала, и он плавится.

Процесс электронно лучевой сварки связан с применением специального оборудования. Оно позволяет получить качественное соединение, которое будет выдерживать существенное механическое воздействие и окружающей среды.

Существенно снизить потери энергии можно при проведении рассматриваемого процесса в условиях вакуума. За счет этого исключается вероятность термической деформации. Вакуумная среда выполняет несколько основных функций, которые должны учитываться:

  1. Если сравнивать применение вакуумной среды с газовой или флюсом, то она защищает обрабатываемую поверхность более эффективно.
  2. Обеспечивается высокая химическая защита катода.
  3. Снижается потеря кинетической энергии. Это связано с тем, что частицы сфокусированного луча не соприкасаются с молекулами воздуха.
  4. Повышается эффективность дегазации сварочной ванной. Вакуумная среда исключает вероятность появления оксидной пленки.
Схема ЭЛС

Схема ЭЛС

Однако, применение вакуумной среды существенно повышается стоимость процедуры. Это связано с тем, что специальное оборудование обходится достаточно дорого.

Техника ЭЛС

Электронно лучевая сварка характеризуется определенными особенностями, которые нужно учитывать. Среди особенностей выделим следующие моменты:

  1. Плавка проходит по средней стенке углубления. Выполнять сварку нужно с учетом того, что расплавленный металл будет перемещаться к задней части сварочной ванной. После этого он начинает кристаллизоваться.
  2. Можно проводить плавку непрерывным лучом. Исключением можно назвать обработку сплавов из алюминия или магния. Слишком высокая температура становится причиной ионизации паров. Именно поэтому в подобном случае рекомендуется применять импульсный луч.

При применении технологии, которая связана с воздействием на поверхность импульсного луча можно провести обработку заготовок небольшой толщины.

Параметры режима лучевой сварки и типы сварных соединений

Для качественной обработки поверхности материала следует рассмотреть основные параметры проведения электронной лучевой сварки. Они следующие:

  1. Степень вакуумизации. Вышеприведенная информация определяет то, что при сварке в условиях вакуума существенно повышается эффективность процесса.
  2. Показатели подаваемого тока в луче могут варьировать в большом диапазоне. Это связано с тем, что для толстых заготовок повышается показатель силы тока.
  3. Скорость передвижения луча по поверхности определяет производительность технологии. Кроме этого, скорость передвижения увеличивается для исключения вероятности прожига металла.
  4. Точность фокусировки луча также определяет эффективность процедуры. Этот показатель зависит от того, какое применяется оборудование.
  5. Продолжительность пауз. Некоторые технологии предусматривают прерывистое воздействие светового импульса.
Образцы электронно-лучевой сварки

Образцы электронно-лучевой сварки

Основные параметры можно найти в специальных таблицах. Применяемое оборудование позволяет вводить основные параметры.

Особенности сварки лучевого типа

Технология применения сфокусированного луча встречается крайне редко. Рассматривая особенности сварки лучевого типа уделяется внимание следующим моментам:

  1. Получить чистую поверхность и обеспечить максимальную степень дегазации металла можно только в случае проведения работы в условии вакуума.
  2. Нагрев проводится до высокой температуры, за счет обеспечивается плавка металла в зоне контакта. За счет этого получается мелкозернистый шов с привлекательными характеристиками.

Подобный метод не приводит к образованию трещин. Именно поэтому он используется для работы с материалами, которые восприимчивы к сильному нагреванию и могут плавится.

Применение ЭЛС

Применение ЭЛС

Примером можно назвать процесс изготовления деталей из различных алюминиевых сплавов. Минимальная толщина обрабатываемых деталей составляет 0,02 мм, максимальный показатель около 100 мм.

Достоинства и недостатки электронно лучевой сварки

Как и у многих других технологий, у рассматриваемой также есть достоинства и недостатки. К положительным сторонам можно отнести:

  1. На поверхность воздействует меньшее количество тепла. Как правило, при дуговой сварке оказывается более высокое тепловое воздействие. За счет этого существенно повышается степень коробления металла. Слишком высокая температура приводит к изменению кристаллической структуры.
  2. Есть возможность провести обработку керамики и некоторых других трудноплавких металлов. При фокусировании луча можно проводить обработку поверхности диаметром менее одного миллиметра.
  3. Высокое качество получаемого шва определяет то, что технология может применяться для получения ответственных изделий и декоративных элементов. Сфокусированный луч приводит к дегазации металлического шва, за счет чего повышается степень пластичности и некоторые другие параметры. Провести электронную сварку можно также и коррозионностойких сплавов.
  4. Применяемое оборудование позволяет проводить регулировку мощности в достаточно большом диапазоне. Поэтому электронно лучевая сварка может использоваться для работы с различными заготовками.
  5. Можно получить узкий, но глубокий шов. За счет этого существенно повышается прочность соединения.
  6. При выборе импульсного режима можно исключить вероятность деформации поверхности из-за воздействия высокой температуры.
  7. Метод может использоваться для термической обработки и перфорации, а также резки металла.

Есть и определенные недостатки. Они следующие:

  1. Для создания вакуумной среды требуется определенное время. Именно поэтому существенно снижается показатель производительности подобной технологии.
  2. В корне шва может появится полое отверстие. Именно поэтому следует проводить контроль качества соединения при применении специального оборудования.

Электронно лучевая сварка оправдана в том случае, если нужно провести обработку труднодоступных мест. Экономичность связана с небольшим показателем потребления энергии.

Виды сварочных лучевых установок

Оборудование для электронно лучевой сварки характеризуется высокой эффективность применения. Однако, сложность конструкции определяет ее высокую стоимость. В продаже встречается:

  1. С элементом прямого накала катодов.
  2. С элементом косвенного накала.

Некоторые установки электронно лучевой сварки могут проводить обработку поверхности по криволинейным траекториям. Для этого проводится установка компьютера, который и контролирует положение исполнительного органа относительно обрабатываемой поверхности.

Электронно-лучевая сварочная установка

Электронно-лучевая сварочная установка

Модели, выпускаемые зарубежными производителями, характеризуются высокой степенью автоматизации. Наибольшей эффективностью пользуется метод полного проплавления соединительного стыка.

Область применения

Как ранее было отмечено, рассматриваемый метод применяется для соединения различных материалов и сплавов, которые характеризуются высокой устойчивостью к воздействию тепла. Область применения следующая:

  1. Обработка алюминия.
  2. Соединение изделий, представленных сплавов из титана.
  3. Обработка бериллиевых металлов.
  4. Работа с танталом, ниобием, цирконием.
  5. Обработка легированных сталей.

Качественные изделия могут получать в ракетостроении и атомной энергетике. Это связано с тем, что лучевая технология позволяет получить однородный шов.

Использование сварки в промышленности

Применение ЭЛС постоянно расширяется несмотря высокую себестоимость процесса и некоторые ее недостатки. Технология характеризуется показателем КПД почти 95%. Этот показатель больше чем у более распространенной дуговой сварки.

Промышленное применение выражено следующим образом:

  1. При работе с активными металлами.
  2. При обработке термоупрачненных металлов.
  3. Для соединения тугоплавких материалов.
  4. При работе с камнем и керамикой.
  5. Для создания ответственных деталей.

Сегодня ЭЛС получила широкое распространение в сфере производства электронных изделий. За счет вакуума можно обеспечить герметизацию микросхем. При этом на поверхность может оказывать воздействие самая различная температура. Производительные установки подходят для работы в сфере авиации. Объем камер может варьировать в большом диапазоне. В заключение отметим, что в последнее время технология активно развивается. Это связано с возможностью получения качественных изделий при небольших затратах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 

stankiexpert.ru

Электронно-лучевая сварка: технология и особенности

Электронно-лучевая сварка (она же электроннолучевая, электронно лучевая сварка, ЭЛС) — это довольно быстро развивающийся вид сварки. С его помощью можно сварить практически все: и сплавы высокой прочности, и химически активные металлы, и тугоплавкие материалы.  Словом, сфера применения очень большая.

лучевая сварка

В этой статье мы подробно расскажем, что такое ЭЛС сварка, какие есть достоинства и недостатки у такой технологии, и какие особенности нужно учитывать.

Содержание статьи

Общая информация

Электронно-лучевая сварка — метод сварки, в основе которого лежит применение луча. Луч выделяет тепло, которое формируется в результате столкновения пучка заряженных частиц. Технология непростая, но в ней все же лучше разобраться. Поскольку ЭЛС сварка получила широкое распространение во многих сферах, начиная от микроэлектроники заканчивая оптикой.

схема электронно-лучевой сварки

 

Данная технология просто не могла ни появиться. Существовала потребность сварки тугоплавких металлов, а добиться хорошего качества швов просто не получалось. Классические сварочные технологии просто не могли обеспечить должный уровень качества. Для решения этой проблемы была изобретена электронно-лучевая сварка, которая концентрирует тепло в одной точке, при этом сварочная зона остается защищенной.

Технология

Перейдем к описанию технологии ЭЛС сварки. Итак, ключевой элемент — это луч, который генерирует электронная пушка. Плотность энергии в таком луче высока, но ее недостаточно для качественной сварки.

Чтобы исправить эту проблему электроны нужно сконцентрировать в магнитной линзе. На рисунке ниже линза обозначена цифрой 6. Далее электроны, находясь в подвижном состоянии, фокусируются в плотный световой пучок и ударяются о деталь (на картинке обозначена цифрой 1). За счет столкновения электроны тормозятся, и их энергия превращается в тепло. Тепло, в свою очередь, настолько мощное, что быстро нагревает металл до высокой температуры.

схема лучевой сварки

В конструкции предусмотрена магнитная отклоняющая система (обозначена цифрой 7). С ее помощью удается контролировать перемещение электронного луча по детали. Таким образом удается добиться точного положения луча, а значит сформировать шов в том месте, где это необходимо.

Когда электроны сталкиваются с молекулами кислорода, теряется огромное количество кинетической энергии. К тому же катод нуждается в дополнительной тепловой защите. Чтобы решить эти задачи в пушке создают вакуум. В результате энергия луча концентрируется строго в одной точке, а площадь нагрева минимальная. Из-за этого металл не деформируется при сварке.  Это очень важно при сварке тонких металлов, особенно если деталь маленького размера.

Технология электронно лучевой сварки не простая, но важно понимать ее сущность. Чтобы четко осознавать, какой результат вы хотите получить. Ведь вам придется самому настраивать оборудование, фокусировку и мощность луча.

Особенности

Поскольку технология не самая простая, ее сопровождают некоторые нюансы, которые нужно учесть для полного понимания сути. Первый нюанс заключается в том, что вся сварка происходит в среде вакуума. От этого поверхность деталей идеально чистая. И второй нюанс — детали нагреваются до крайне высоких температур. В итоге мы получаем шов минимальной толщины, который при этом еще и быстро формируется. Это очень хорошо.

 

электронно-лучевая сварка

Благодаря этим особенностям ЭЛС сварку можно применять при сварке самых разнообразных металлов. У двух деталей может быть разная толщина, состав и даже температура плавления. Шов все равно получится качественным. Минимальная толщина для сварки составляет 0,02 миллиметра. А максимальная — 100 миллиметров. Диапазон очень большой, можно варить большинство деталей. Это все, что вам нужно учесть.

Достоинства и недостатки

Сварка электронная с применением луча имеет несколько весомых плюсов, благодаря которым она и получила свое широкое распространение. Прежде всего, детали при сварке не коробятся, поскольку на деталь воздействует малое количество тепла. В среднем оно в 5 раз меньше, чем при других технологиях сварки.

Второе достоинство — это большие возможности. Вы можете сварить любые металлы и даже не металлы. Сварка керамики с вольфрамом? Пожалуйста! К тому же, можно настроить фокусировку луча и нагреть зону диаметром менее 1 миллиметра. Это впечатляет. Можно сварить детали практически любого размера.

Еще один плюс — это высокое качество шва. И не важно, что вы варите: обычную сталь или химически активные металлы вроде титана. В любом случае, качество соединения вас приятно удивит. А порой благодаря ЭЛС сварке удается достичь и улучшения характеристик металла. Вы также можете сварить любые сплавы, в том числе стойкие к коррозии. Возможности безграничны!

ЭЛС очень экономичная, поскольку потребляется мало электроэнергии. К тому же, технология универсальна и позволяет варить любые металлы. Вы также можете не разделывать кромки, если у вас нет такой возможности.

Что ж, достоинства весомые. Но что насчет недостатков? И без них не обошлось. Например, при сварке металлов с высокими теплопроводными свойствами велика вероятность образования отверстий в корне шва. Это влияет на прочность сварного соединения. И влияет негативно.

Также применение электро-лучевой сварки не всегда оправдано. Она незаменима при работе в труднодоступных местах, но если говорить о сварке в заводских условиях, то достоиснтва не всегда оправдывают себя.

Оборудование

На сегодняшний день электронно-лучевое оборудование производится как у нас, так и за рубежом. Практически все модели оснащены пушками с косвенным или прямым каналом катодов. В целом, отечественная продукция мало в чем уступает зарубежной, при этом стоит дешевле. Да, у нее не такой футуристичный дизайн, но она справляется со всеми задачами. А это самое главное.

оборудование для элс

Существуют модели, у которых лучевые пушки располагаются в камере. С помощью таких установок можно выполнять сварку лучом со сложной траекторией движения. Во всех современных моделях используются компьютерные технологии, так что вероятность человеческого фактора крайне мала. Многие процессы вообще проходят в автоматическом режиме, оператор может не присутствовать на рабочем месте.

Несмотря на всю технологичность, сварочное оборудование для ЭЛС сварки довольно просто обслуживается и не требует долгого обучения сотрудников. Нужно один раз запрограммировать установку и проследить, чтобы луч фокусировался в нужном месте. Единственное, что затем придется делать каждый раз — это регулировать фокусировку или изменять мощность самого луча. Больше не нужно никаких настроек.

Вместо заключения

Установка электронно лучевой сварки хоть и стоит недешево, но с ее помощью можно сварить даже металл с керамикой, не говоря уже о простой сварке двух металлических деталей. Да и сама ЭЛС сварка очень технологична и шагает в ногу со временем. При этом сварочный процесс очень экономичный, не требует больших затрат.

Вы когда-нибудь сталкивались с электронно-лучевой сваркой? Может быть вы мастер высокого уровня и готовы поделиться своим опытом? Добро пожаловать в комментарии.

[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]

svarkaed.ru

Электронно-лучевая сварка | Сварка и сварщик

Электронно-лучевая сварка основывается на принципе нагрева и расплавления соединяемых элементов, который осуществляется с помощью электронного луча. В роли излучателя, в данной ситуации, выступает катод. Он излучает такие частицы, как электрон, способные набирать скорость вследствие действия электрического поля. Такое поле характеризуется высоким уровнем напряженности. Электроны разгоняются до очень больших скоростей, которые можно сравнить со световой скоростью. Вследствие этого, они соединяются в тонкий луч, сконцентрированный от излучателя к свариваемой детали, выступающей в роли анода.

Процесс электронно-лучевой сварки может быть выполнен только в вакууме, имеющие значение не ниже 4-10 мм рт. ст. Если это значение будет ниже, то большую часть энергии необходимо будет применить для ионизации и нагрева газов внешней среды. При встрече анода с электронами, последние свою кинетическую энергию отдают первым в виде тепла.

Оборудование для электронно-лучевой сварки

Основной составляющей установки сварки электронными лучами выступает пушка (сварочно-электронная). Она предназначена для того чтобы получать и ускорять электроны. Помимо этого, она служит для собирания электронного луча. Пушка располагается непосредственно в вакуум-камере, в которую помещается свариваемый элемент и механизм перемещения детали.

Выделяют следующие виды установок:

  • универсальные;
  • специализированные;
  • высоковакуумные;
  • промежуточного вакуума;
  • камерные.

Область применения электронно-лучевой сварки

Вышеописанный способ используется для сварки нескольких видов металлов, в частности, чистых, активных и тугоплавких. Также она применяется для чувствительных металлов к влиянию газов. В силу того, что возникают некоторые трудности при строительстве вакуумных камер внушительных размеров, вышеуказанным путем свариваются лишь небольшие детали.

Схожими свойствами обладает сварка когерентным световым лучом, которая осуществляется посредством лазера т.е. лазерная сварка. Световой луч, характеризующийся высоким содержанием энергии способен как сваривать, так и резать не только металлы, но и другие материалы. Этот процесс осуществляется без вакуума.

Как и любой другой вид сварки, электронно-лучевая имеет преимущества и недостатки.

К плюсам относятся:

  • таким способом за один раз можно сваривать металлы, толщина которых находится в пределах – 0,1 до 200 мм;
  • в отличие от дугового способа, электронно-лучевая использует более чем в 10 раз меньше энергии;
  • такой способ отличается отсутствием концентрации расплавленного металла газами.

Главным недостатком электронно-лучевой сварки выступает необходимость в создании вакуума.

weldering.com

Электронно-лучевая сварка

 

 

 

1. катод;

2. формирующий электрод;

3. анод;

4. электростатическая линза;

5. электронно-магнитная линза;

6. изделие.

Электронный луч – сжатый пучок электронов перемещается со скоростью близкой к скорости света от катода (1) к аноду (3) в сильном электрическом поле. При соударении электронного потока с телом (заготовкой) более 90% кинетической энергии переходит в тепловую, которая расходуется на нагрев этого тела. Температура соударения колеблется в пределах 5000 -6000 0С. Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого катода, формируется в пучок формирующим электродом (2), расположенным за катодом, далее пучок электронов ускоряется под действием разницы потенциалов (U = 50 – 150 кВ) между катодом и анодом. Затем, с помощью электростатической (4) и электронно-магнитной (5) линз направляется на обрабатываемое изделие (6). В современных установках электронный луч может фокусироваться на площади 0,001мм2, что позволяет получить большую удельную мощность луча. При дуговой сварке металл нагревается и плавится за счет распространения теплоты от поверхности в глубину, при этом форма шва получается полукруглой, а при сварке электронным пучком теплота выделяется непосредственно в самом металле и сама теплота более интенсивна на некоторой глубине. Отношение глубины к поверхности сварного шва доходит до 20/1 (“кинжальный шов”).

Высокая концентрация тепла в пятне нагрева позволяет сваривать такие твердые материалы как сапфир, рубин, алмаз, стекло. Малая ширина зоны проплавления даёт возможность резко уменьшить деформацию заготовок, за счёт вакуума обеспечивается зеркальная поверхность соединения и дегазация расплавленного металла.

Такой сваркой изготавливают детали из тугоплавких химически активных металлов и их сплавов, даёт возможность сваривать мелкие детали, применяющиеся в электронике и приборостроении, с толщиной до 0,02 мм, а также крупногабаритные изделия длиной и диаметром в несколько метров.

 

Плазменная сварка

 

Данный вид сварки применяется для больших металлических элементов с большой толщиной, где необходимо применять источники теплоты с температурой выше температуры столба сварочной дуги. Такие температуры получают с помощью плазмотронов. Плазменная струя представляет собой направленный поток газа имеющий температуру 10000 -20000 0С. Плазму получают пропуская газ через столб сжатой дуги. Плазменную дугу применяют для сварки высоколегированных сталей, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама, а также для резки металлов (плазменная резка).

По сравнению с аргонно-дуговой сваркой, плазменная сварка имеет несколько преимуществ: более концентрированный источник теплоты, обладающий большей проплавляющей способностью, что позволяет сваривать металл толщиной до 15 мм без предварительной разделки кромок и использования присадочного материала, при этом снижается тепловое воздействие на свариваемый металл, уменьшаются сварочные деформации.

Плазменная дуга обладает более высокой стабильностью горения, что обеспечивает высокое качество шва. Всё это позволяет выполнять микроплазменную сварку металлов толщиной 0,025 – 0,8 мм при токе 0,5 – 10 А. увеличивая силу тока и расход газа можно получить проникающую плазменную дугу, вследствие чего резко возрастают тепловые мощности дуги, скорость истечения и давления плазмы, то есть мы можем получить процесс резки.

Недостаток такого вида сварочных работ – это недолговечность горелок вследствие частого выхода из строя сопел и электродов.

 

Контактная сварка

 

Данная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения, с оплавлением или без оплавления, осадкой разогретых заготовок. Сварные соединения формируются в процессе пластической деформации. Место соединения разогревается протекающим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте соединения

 

Qmax = I2Rt (1)

по закону Джоуля – Ленца. Здесь

R = Rз + Rк + Rэ,

где Rз – сопротивление заготовок по длине L;

Rк – сопротивление в месте контакта;

Rэ – сопротивление электродов.

Rк имеет наибольшее значение из-за неровностей поверхности стыка даже после тщательной обработки заготовок, их поверхности соприкасаются только в отдельных точках, следовательно действительное значение сечения металла в месте стыка, через который протекает электрический ток, меньше сечения самих заготовок. Кроме того на поверхностях имеются плёнки оксида и участки локальных загрязнений с низкой электропроводимостью, всё это также способствует электросопротивлению контактов. В месте контакта металл нагревается до температуры, при которой металл становится пластичным, или до оплавления металла. Сдавливание происходит до сближения межатомных расстояний пока не произойдёт сварка поверхности.

По типу сварного соединения контактная сварка делится на стыковую, точечную и роликовую (шовную).

Стыковая сварка.При стыковой сварке происходит соединение по всей поверхности соприкосновения. Этим способом можно сваривать заготовки с сечением сложной формы, а также разнородные металлы, углеродистые стали, медь, алюминий. Наиболее распространёнными деталями для сварки в сык являются трубчатые конструкции, колёса, кольца, рельсы, швеллер, уголок, тавр, двутавр, железобетонная арматура.

Стыковая сварка может быть оплавлением или сопротивлением. Если разогрев происходит до термопластичности заготовок – это сварка сопротивлением, а если до оплавления кромок – то это сварка оплавлением.

 

Точечная сварка. Данный вид сварки имеет наибольшую производительность и распространение. С её помощью производят сварку листов в пакет (двух и более), прутков и т.д. Прочность соединения превосходит заклёпочное соединение. Заготовки собирают внахлёст и зажимают с усилием Р между двумя электродами. Соприкасающиеся с электродами поверхности заготовок разогреваются меньше, чем в точке соприкосновения внутренних поверхностей заготовок. Нагрев производится до термопластичного состояния наружных поверхностей и до оплавления внутренних, после чего отключают электрический ток, и снимают усилие Р, прикладываемое к заготовкам. В месте сварки образуется литая точка литого металла, имеющая форму чечевицы.

Электроды должны обладать высокой электро- и теплопроводностью, а также сохранять высокую твёрдость при температуре в 400 0С. Для обеспечения твёрдости электродов их изготавливают из красной меди, протянутой в холодном состоянии, а также используют сплавы меди с германием, цинком, кадмием. Данные добавки применяются для пластичности меди при протяжке. В середине электроды имеют водоохлаждаемые каналы. Многоточечные сварочные машины могут одновременно сваривать до 50 точек и мощность таких сварочных машин достигает до 60 кВа.

 

Роликовая (шовная) сварка. Для получения ровного плотного шва электроды выполняются в виде роликов, между которыми пропускаются заготовки. При передвижении роликов по заготовкам получают непрерывающиеся друг с другом сварные точки, образующие герметичный сварной шов.

Такой вид сварки применяют для сварки баков, труб, котлов. Толщина свариваемых изделий колеблется от 0,2 до 3 мм, сварочный ток – до 20000 А и усилия на ролики достигают до 600 кг. Скорость сварки V= 2 м/мин. Ролики могут быть как с охлаждением, так и без него.

На практике применяют три способа шовной сварки:

1. непрерывный способ – шовная сварка выполняется непрерывным швом при постоянном давлении роликов и постоянной подачи электрического тока в процессе сварки;

2. прерывистый способ – когда с непрерывным вращением роликов при постоянном давлении при сжатии, но сварочная цепь периодически размыкается и замыкается, шов получается высокого качества по сравнению с первым способом, где требуется тщательная зачистка поверхности, равномерная толщина листов и однородность химического состава металла. При небольших отклонениях от этих условий сварной шов получается низкого качества с прожогами и с не свариваемыми участками;

3. прерывистый способ с периодическим вращением роликов – когда электрическая цепь размыкается в момент остановки роликов (шаговая сварка).

Параметрами режимов роликовой (шовной) сварки являются: плотность тока, удельное усилие сжатия, время протекания электрического тока (время определяется косвенно), которое определяется из конструктивных особенностей установки, от теплофизических свойств материала, конфигурации стыков и размеров заготовки.

 

 

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Электронно-лучевая сварка. Сущность и область применения электронно­лучевой сварки

Сущность электронно-лучевой сварки (ЭЛС) состоит в исполь­зовании кинетической энергии направленного потока электро­нов, движущихся в вакууме (рабочий вакуум 10“2… 10-3 Па) без столкновений с остаточными молекулами воздуха. При достиже­нии потоком электронов, ускоренных электрическим полем с разностью потенциалов 10… 100 кВ и более, поверхности свари­ваемой детали подавляющая часть кинетической энергии элект­ронов превращается в тепловую. Вакуум применяют как для эф­фективной генерации электронного пучка и беспрепятственного прохождения его до свариваемой детали, так и для создания инертной среды без вредных примесей (кислорода, азота и водо­рода).

Это позволяет получать сварные соединения высокого каче­ства при сварке таких химически активных сплавов, как титано­вые, циркониевые, ниобиевые, молибденовые.

При выходе электронного луча в атмосферу рассеяние пучка электронов столь велико, что не удается увеличить рабочее рас­стояние от пушки до изделия больше чем на 30 мм, поэтому свар­ку с использованием электронного луча производят только в ва­куумных камерах.

Электронный луч в зоне сварки обладает высокой мощностью, превосходящей традиционные сварочные источники нагрева, ус­тупая только лучу лазера.

Впервые использовать сконцентрированные пучки электронов в вакууме для сварки предложил в Германии К. Г. Штайгервальд, а в СССР Н. А. Ольшанский (1959 г.).

В специальных электронно-лучевых установках Штайгервальда электронные пучки формировались магнитными линзами после излучения электронов из термокатодов и ускорения их в поле с разностью потенциалов до 100 кВ. Плотность мощности в них пре­восходила 108 Вт/см2, что на 2 — 3 порядка выше концентрации мощности в сварочной дуге. Изменяя плотность мощности и уп­равляя процессами теплоотвода, можно производить обработку различных металлов и сплавов в твердом, жидком и парообраз­ном состояниях. Электроны, обладающие достаточно высокой энер­гией, могут проникать в обрабатываемый металл на некоторую глубину. Максимальная глубина, пройдя которую электрон теряетсвою энергию, зависит от ускоряющего напряжения и плотности металла:

5 = 2,35 • 10-|2У2/р,

где 5 — глубина проникновения, см; U — ускоряющее напряже­ние, В; р — плотность обрабатываемого металла, г/см3. Для стали с плотностью 7,8 г/см3 при U — 60 кВ 8 = 12 мкм.

Энергия электронного луча может преобразоваться в тепловую внутри тонкого поверхностного слоя. Взаимодействие электрон­ного луча с обрабатываемым металлом вызывает ряд явлений, оказывающих влияние на технологию сварки и конструкцию сва­рочных установок. Тепловое и рентгеновское излучения, отражен­ные, вторичные и тепловые электроны снижают эффективно ис­пользуемую долю энергии электронного луча.

Значения эффективного КПД при ЭЛС составляют 0,85…0,95. Таким образом, электронный луч, по сравнению с другими сва­рочными источниками энергии, самый эффективный. Проплав­ление существенно ограничено по глубине и в поперечном сече­нии близко по форме к полусфере. Такой процесс применяют для сварки металлов малых толщин (до 3 мм). Переход от сварки ме­таллов малых толщин к однопроходной сварке металлов больших толщин осуществляют при условии достижения критической плот­ности мощности q2, для металлов q2 = 105… 106 Вт/см2.

В этом случае эффективная мощность электронного луча уже не может быть отведена в глубь металла за счет теплопроводности и тепловое равновесие поверхности нагрева наступает при испа­рении части металла. Давление паров на 3 — 5 порядков превышает давление электронного луча. При плотности мощности пучка элек­тронов 105…107 Вт/см2 в зоне его воздействия развивается уси­ленное испарение металла, поверхность ванны прогибается и в жидком металле формируется канал-кратер на всю глубину ванны также, как и при сварке лучом лазера.

1 2

Электронно-лучевая сварка. Сущность и область применения электронно­лучевой сварки

а

б

Чем выше плотность мощности луча, тем сильнее нагрев по­верхности сварочной ванны и эффективнее передача энергии элек­тронов по всей толщине свариваемого металла. Электронно-лучевое воздействие в диапазоне плотности мощности q2 = 105… 106 Вт/см2 характеризуется явлением узкого проплавления с соотношением глубины проплавления к его ширине до 10: 1 и более (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Типичная форма попереч­ного сечения сварного шва в ме­

талле:

а — выполненного аргонодуговой свар­кой; б — электронным лучом; 1,2 —

литой металл шва

Высокая концентрация энергии позволяет получать сварные швы с малой зоной термического влияния. Поперечное сечение шва имеет слабосходящиеся или параллельные боковые стенки, что обеспечивает минимальные угловые деформации. Формирование сварного шва при ЭЛС имеет ряд особенностей, обусловленных испарением свариваемого металла и силовым воздействием дав­ления паров на расплавленный металл.

При формировании сварного шва наблюдается два типа про­цессов: периодическое испарение (при частоте до 10 кГц) и коле­бания жидкого металла в сварочной ванне за счет подплавления передней стенки ванны (при частоте 1… 100 Гц). Образование кра­тера на всю глубину проплавления позволяет получить исключи­тельно малый объем сварочной ванны и, следовательно, мини­мальные деформации свариваемых деталей. Применение высоких скоростей сварки обеспечивает минимальное термическое воздей­ствие на свариваемый металл в околошовной зоне, а высоких ско­ростях кристаллизации при эффективном теплоотводе — получе­ние высоких механических свойств сварных соединений.

Области применения ЭЛС.

• сварка деталей из химически активных и тугоплавких метал­лов и сплавов;

• сварка деталей и узлов из термически упрочняемых материа­лов, когда нежелательна, затруднена или невозможна термичес­кая обработка;

• сварка деталей после завершающей механической обработки при необходимости обеспечения минимальных сварочных дефор­маций;

• сварка толстостенных и тонкостенных конструкций ответствен­ного назначения.

Наиболее широко в мире освоено промышленное применение ЭЛС в авиакосмической промышленности, ядерной энергетике, энергетическом машиностроении, турбиностроении, приборост­роении, автомобильной промышленности при массовом изготов­лении подшипников.

hssco.ru

Электронно-лучевая сварка — WiKi

Электронно-лучевая сварка — сварка, источником энергии при которой является кинетическая энергия электронов в электронном пучке, сформированном электронной пушкой.

Используется для сварки тугоплавких, высокоактивных металлов в космической, авиационной промышленности, приборостроении и др. Электронно-лучевая сварка используется и при необходимости получения высококачественных швов с глубоким проплавлением металла, для крупных металлоконструкций.

История

Первая установка для электронно-лучевой сварки была создана в МЭИ в 1958 году. В настоящее время выпускаются установки ЭЛУ-27, ЭЛСТУ-60, MEBW-60 и др.

Сущность

Электронно-лучевая сварка проводится электронным лучом в вакуумных камерах. Размеры камер зависят от размеров свариваемых деталей и составляют от 0.1 до нескольких сотен кубических метров.

Плавление металла при электронно-лучевой сварке и образование зоны проплавления обусловлено давлением потока электронов в электронно-лучевой пушке, выделением теплоты в объеме твердого металла, реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением.

Сварка производится непрерывным или импульсным электронным лучом. Импульсные лучи с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легкоиспаряющихся металлов, таких как алюминий, магний. При этом повышается глубина проплавления металла. Использование импульсных лучей позволяет сваривать тонкие металлические листы.

В камере, формирующей электронный луч, откачивается воздух вплоть до давлений 1—10 Па. Это приводит к высокой защите расплавленного металла от газов воздуха.

Приемы сварки электронными лучами

  Электронная пушка. 1 — катод, 2 — электрод, 3 — анод, 4 — электромагнитная линза, 5 — отклоняющая катушка, 6 — свариваемое изделие

В электронно-лучевой сварке применяют следующие технологические приемы для улучшения качества шва:

  • сварку наклонным лучом (отклонение на 5—7°) для уменьшения пор и несплошностей в металле;
  • сварку с присадкой для легирования металла шва;
  • сварку на дисперсной подкладке для улучшения выхода паров и газов из металла;
  • сварку в узкую разделку;
  • сварку двумя электронными пушками, при этом одна пушка производит проплавление металла, а вторая формирует корень канала;
  • предварительные проходы для очистки и обезгаживания кромок свариваемых металлов;
  • двустороннюю сварку одновременно или последовательно ;
  • развертку электронного луча: продольную, поперечную, Х-образную, круговую, по эллипсу, дуге и т. п.;
  • расщепление луча для одновременной сварки двух и более стыков;
  • модуляцию тока луча частотой 1—100 Гц. для управления теплоподачей в сварной шов.

Преимущества

Электронно-лучевая сварка имеет следующие преимущества:

  • Высокая концентрация теплоты позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от 0,1 до 200 мм;
  • Для сварки требуется в 10-15 раз меньше энергии чем для дуговой сварки;
  • Отсутствует насыщение расплавленного металла газами.

Недостатки

  • Образование непроваров и полостей в корне шва;
  • Необходимость создания вакуума в рабочей камере.

Оборудование

Электронно-лучевые установки подразделяются на универсальные и специализированные, высоковакуумные (давление менее <10-1 Па), промежуточного вакуума (давление 10—10-1 Па), сварка в защитном газе (103—105 Па), на камерные (изделие внутри рабочей камеры) и с локальным вакуумированием (герметизация изделия в зоне сварки).

В состав установок для электронно-лучевой сварки входит электронная пушка, блоки питания. Электронно-лучевая пушка формирует пучок электронов с высокой плотностью энергии.

См. также

Примечания

Литература

  • Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).
  • Электронно-лучевая сварка/О. К. Назаренко, А. А. Кайдалов, С. Н. Ковбасенко и др./Под ред. Б. Е. Патона.— Киев: Наукова думка, 1987.— 256 с.
  • З. Шиллер, У. Гайзиг, З. Панцер. Электронно-лучевая технология. — М.: Энергия, 1980. — 528 с.
  • Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988. — 255 с. — ISBN 5-06-001480-0.
  • Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно - и электронно-лучевой технологии. — М.: Машиностроение, 1989. — 56 с. — ISBN 5-217-00726-5.

Ссылки

ru-wiki.org

Электронно-лучевая сварка: оборудование, установка

Электронно-лучевая сваркаЭлектронно-лучевая сварка — это относительно новая высокоэффективная технология, ориентированная на создание неразъемных соединений металлических заготовок. И в этой статье мы разберем все нюансы данного способа сварки, коснувшись и технологического базиса, и аппаратного обеспечения этого процесса.

Технология ЭЛ сварки

В основе этого способа сварки лежит эффект перехода кинетической энергии потока электронов, бомбардирующего зону стыка, в тепловое излучение.

Причем разновидность металла, используемого для изготовления стыкуемых деталей, в данном случае совершенно не важна. Такая сварка с одинаковой эффективностью соединяет любые металл и металлические сплавы.

Источником «разогревающего» потока является электронная пушка.  Ускорение отрицательным частицам сообщает электрическое поле, генерируемое в зоне с разностью потенциалов от 10 до 100 кВ. Изменяя напряжение поля можно добиться изменения плотности (энергии) потока электронов, что сказывается  глубине проплавления и диаметре сварочного пятна.

Так, для малых толщин (до трех миллиметров) плотность потока должна равняться 100 кВт/см2, что сопоставимо с энергией электрической дуги. Сварка более толстых кромок металлических деталей возможна при плотности от 1000 до 10 000 кВт/см2.

Процесс электронно-лучевой сваркиПри пиковых значениях плотности возникает эффект «кинжального» шва, проплавляющего всю толщину металла. Соотношение ширины и глубины в данном случае равно 1/10. И для этой технологии доступна сварка 20-30 сантиметровой (по толщине) кромки буквально за один проход.

Причем непосредственно  на сварку расходуется более 90 процентов энергии потока. То есть, установка электронно лучевой сварки – это самый энергоэффективный сварочный аппарат из всех возможных. Ведь такой КПД (коэффициент полезного действия) не могут продемонстрировать ни электродуговые, ни газовые аппараты.

Однако, в отличие от дугового или газового варианта, электроннолучевые технологии могут работать только в вакууме, когда давление в сварочной ванне не превышает 0,01-0,001 Па. Ведь составляющие атмосферу элементарные частицы препятствуют целенаправленному движению пучка электронов и снижают эффективность процесса сварки.

Впрочем, поместив свариваемые детали в вакуум можно рассчитывать не только на снижение энергозатрат процесса. В разряженной среде генерируется необычайно качественный шов, оставляющий далеко позади даже результаты сваривания в среде инертных газов.

Сфера применения электронно-лучевой сварки

Использование электроннолучевой технологии позволяет соединять самые тугоплавкие и высокоактивные металлы. Поэтому этот способ сваривания практикуют в достаточно специфическом производстве (космическая промышленность, авиастроение, приборостроение и так далее).

Кроме того, электроннолучевую сварку задействуют и в том случае, когда необходимо получить высококачественный шов, проплавляющий материал на большую глубину. Поэтому данная методика используется при сборке габаритных металлоконструкций.

Ну а минимальные деформации в зоне электроннолучевого шва делают эту технологию практически незаменимой именно при сварке высокопрочных и тугоплавких материалов, неподдающихся ни термической, ни механической «правке».

Приемы электронно-лучевой сварки

Стандартное оборудование для электронно-лучевой сварки позволяет задействовать в процессе стыковки деталей следующие технологические приемы:

  • Сварка с полным проплавлением стыкуемых кромокСварку с полным проплавлением стыкуемых кромок. Этот прием практикуют при соединении стыков толщиной до 40 сантиметров. Риск возникновения возможных дефектов шва в данном случае минимален. Сварку ведут, как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Причем последний вариант намного эффективнее первого, но требует использования ограничителя, препятствующего вытеканию металла из шва.
  • Сварка с разверткой потока электронов. Этот прием предполагает смену формы и диаметра потока в процессе сварки. Частота изменений может достигать 2 кГц. Суть приема заключается в изменении плотности потока электронов при тех же энергозатратах. Метод используется при сварке толстолистовых или толстостенных деталей и гарантирует высокое качество шва по всей глубине. Сварка с разверткой избавляет шов от таких дефектов как вытекание металла из ванны, растрескивание шва, образование полости в теле шва. Кроме того, эта технология предохранят шов от корневых дефектов.
  • Сварка наклонным потоком. В данном случае поток электронов падает на деталь под углом 5-7 градусов к перпендикуляру. Причем угол наклона может (и должен) меняться в течение всего процесса сварки. Этот метод дает возможность улучшить кристаллическую структуру шва, уменьшить вероятность образования полостей и пор. Такой способ практикуют при сварке толстых заготовок.
  • Сварка с модуляцией потока. Этот способ используют при соединении тонких заготовок с толщиной кромок до одного миллиметра. Эффект модуляции заключается в импульсном транслировании пучка электронов (частота до 100 Гц), что приводи к образованию вдоль линии шва ряда наползающих друг на друга «пятен» (сварочных точек). В итоге уменьшается ненужный прогрев тела заготовок и сокращается испарение металла в зоне плавления.
  • Сварка с введением присадочного материала. Этот способ практикуют при формировании широкого шва. В сварочную ванну вводят присадочную проволоку (сечение до 1,6 миллиметра в диаметре), ленту, порошок или стружку. Материал плавится и в пучке электронов, и при контакте с разогретыми краями заготовки, после чего заполняет сварочный шов. То есть, суть метода похожа на процесс газовой сварки.
  • Сварка с расщеплением пучка электронов. Эта технология позволяет сформировать за один проход два параллельных шва, используя для этих целей всего одну электронную пушку. Поток элементарных частиц изменяет свое направление под воздействием управляющих электромагнитов и транслируется на две (или более)  рабочих области. Впрочем, данный процесс практикуется только при сварке кромок с малой толщиной.
  • Сварка с поперечным смещением. Этот метод применяется при стыковке детали из легкоплавкого металла с деталью из другого, более тугоплавкого материала. Энергия потока электронов просто смещается в сторону более «упорного» материала, что позволяет ускорить процесс сварки и улучшить качества шва.

Помимо вышеописанных приемов в процессе электроннолучевой сварки используют еще и другие технологии, но они не получили широкого распространения. Поэтому о них мы упоминать не будем.

steelguide.ru