3.9. Электронно-лучевая сварка

При электронно-лучевой сварке (ЭЛС) металл плавится за счет превращения кинетической энергии электронов, бомбарди­рующих место сварки, в тепловую. Электроны излучаются на­каливаемым катодом и ускоряются электрическим полем. По ли­нии сварки луч устанавливается с помощью магнитной отклоняю­щей системы. Устройства для получения электронного свароч­ного луча называются электронными пушками. Среди пушек Пл-104 ... Пл-108 имеются модели, устанавливаемые внутри, вне вакуумной камеры и в специальном отсеке. Например, пушка У752, устанавливаемая снаружи, применяется для однопроход­ной сварки больших толщин. Имеется много других моделей.

Для свободного движения электронов, уменьшения числа их столкновений с молекулами газов, обеспечения чистоты наплав­ленного металла, устранения его окисления, азотирования, умень­шения количества растворенных в нем газов процесс ведется в камерах с вакуумом (0,13  10^-3) - (0,13  10^-9) Па. Плотность энер­гии в электронном луче на два порядка выше, чем в дуге, что поз­воляет получать узкую и глубокую зону проплавления с металлом околошовной зоны, не претерпевшим значительных изменений. Шов по ударной вязкости может соответствовать основному металлу, а после термической обработки превосходит его. Вяз­кость околошовной зоны равна вязкости основного металла. ЭЛС в вакууме обеспечивает лучшие физико-механические ха­рактеристики металла сварного соединения по сравнению с аргонодуговой сваркой. Благодаря малому количеству теплоты, введенному в зону сварки, деформации изделий по сравнению дуговой сваркой невелики. Луч позволяет производить сварку в узких щелях, недоступных другим методам.

Вакуумные камеры установок ЭЛС позволяют помещать в них изделия достаточно больших размеров. Так, у установки У350 длина изделия может достигать 4 м. Скорость сварки на установке У350 и других установка серий У и УЛ находится в пределах 10 - 100 м/ч. Имеются также установки серии ЭЛУ.

Для перемещения изделия вдоль луча в процессе сварки в ва- куумных камерах устанавливаются координатные столы, вращатели, манипуляторы, а для повышения производительности устанавливаются магазины, позволяющие переходить к сварке по следующего изделия без извлечения из камеры предыдущего, что сопряжено с необходимостью иногда длительной откачки воздух из камеры.

3.10. Сварка трением

При сварке трением (рис. 3.6, а) теплота для нагрева стыков получается за счет быстрого вращения одной из свариваемых деталей, прижимаемой к другой. В процессе трения пластичный металл стыка вместе с разрушенными оксидными пленками и инородными включениями выдавливается в радиальном направлении, образуя кольцевой грат. После нагрева до необходимой температуры (1100 - 1300°С - для черных металлов) производится прекращение вращения и сильное сжатие. Если свариваемые детали массивны, то они не вращаются, а прижимаются к вращающейся промежуточной, не массивной детали (рис. 3.6, б), которую можно быстро остановить. Для сварки трением применяются машины серий МСТ и СТ.

Рис. 3.6. Сварка трением

Преимущества сварки трением объясняются локализованным в поверхностных слоях тепловыделением. Этот способ отличается высокой производительностью, экономичностью (расход энергии в 5 - 10 раз меньше, чем при электрической стыковой сварке), хорошим качеством сварного соединения (металл стыка и приле­гающих зон свободен от дефектов, мелкозернист, обладает проч­ностью и пластичностью не меньшими, чем основной металл), стабильностью качества соединения, независимостью качества от чистоты поверхности, гигиеничностью процесса (отсутствие ультрафиолетового излучения, газовых выделений и брызг металла) Процесс позволяет сваривать разнородные металлы и легок для автоматизации и механизации.

К недостаткам способа относятся: его неуниверсальность (одна из деталей должна быть телом вращения, другая должна иметь плоскость, по которой и происходит сварка); громоздкость оборудования, делающая его немобильным; искривление волокон металла, делающее стык потенциальным очагом усталостного разрушения или коррозии в агрессивных средах.