8.2. Электронно-лучевая сварка (рис. 65с)

Электронно-лучевая сварка - сварка плавлением, при которой используют сфокусированный электронный луч.

3

4

5

6

1

9

б

2

h

а

Рис. 65С. Схема электронно-лучевой сварки (ЭЛС).

а – схема установки;

б – сопоставление размеров и формы швов, получаемых в результате дуговой и электронно-лучевой сварки;

1 – вакуумная камера; 2 – заготовка; 3 – вольфрамовый катод; 4 – формирующий электрод; 5 – анод;

6 – фокусирующая магнитная линза;

7 – отклоняющая магнитная система; 8 – обычный шов после дуговой сварки;

9 – кинжальный шов после электронно-лучевой сварки;

h – высота шва; b – ширина шва

Электронный луч представляет собой плотный поток электронов, перемещающийся с большой скоростью (до 165000 км/сек) от катода к аноду в мощном электрическом поле. В месте соударения электронов со свариваемыми заготовками почти 99% кинетической энергии переходит в тепловую, что сопровождается повышением температуры до 5000…6000С. Кромки заготовок расплавляются и после кристаллизации образуется сварной шов.

Для уменьшения потери кинетической энергии электронов в результате соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создается вакуум порядка 10^-4—10^-5 мм рт. ст.

Процесс сварки выполняется в вакуумной камере 1 (рис. 65С, а). Свариваемая заготовка 2 устанавливается на опору, способную перемещать её как в продольном, так и в поперечном направлениях. Процесс сварки автоматизирован, а наблюдение за ним ведётся с помощью телевизионных систем или через специальные иллюминаторы. В случае необходимости корректировки используется дистанционное управление. Над заготовкой располагается электронная пушка, состоящая из питаемого постоянным током источника электронов (катода) и устройств, служащих для изменения интенсивности и фокусировки электронного луча. В верхней части электронной пушки расположен вольфрамовый катод 3, который при нагреве до 2000С испускает электроны, формируемые в пучок расположенным на выходе катода электродом 4. Под действием высокой разности потенциалов между катодом 3 и анодом 5, составляющей порядка 100 кВ, происходит резкое увеличение скорости перемещения электронов. Разогнанные электроны фокусируются в электронный луч магнитной линзой 6. Фокусировкой достигается высокая удельная мощность луча порядка 0,510⁵ кВт/м².

Электронный луч направляется на заготовку 2 с помощью специальной отклоняющей магнитной системы 7. При перемещении заготовки под неподвижным лучом образуется сварной шов. Иногда с помощью отклоняющей магнитной системы перемещают сам луч вдоль неподвижных свариваемых кромок. Отклоняющую систему используют также для колебаний электронного луча поперёк и вдоль шва, что позволяет вести сварку с присадочным материалом и регулировать тепловое воздействие на металл.

Одной из отличительных особенностей электроннолучевой сварки является форма проплавления свариваемого металла. При дуговой сварке, создающей менее концентрированный источник нагрева, расплавление металла происходит за счёт распространения теплоты от поверхности в глубину, и в результате получается широкий шов трапецеидальной формы (рис. 62С, б) с обычным отношением h/b=0,5…1. В современных установках для электронно-лучевой сварки, сверления, резки или фрезерования электронный луч можно сфокусировать в диаметр 0,0002…1,2 мм. Кроме того, теплота при электроннолучевой сварке выделяется не только на поверхности, но и на некоторой глубине в свариваемом металле. В результате этого получается так называемое кинжальное проплавление, образующее шов, у которого отношение h/b может достигать 20.

При необходимости, высокая концентрация теплоты в пятне нагрева позволяет испарять такие материалы, как алмаз, рубин, сапфир, стекло, образуя в них отверстия.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными режимами электронно-лучевой сварки являются: сила тока в электронном луче, ускоряющее напряжение, скорость перемещения луча по поверхности изделия, размер фокусировки луча, глубина вакуума.