Электронно-лучевая сварка — обзор технологии



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.





Комментарии запрещены.

Похожие статьи