Все о сварке

Электронным лучом сварка


Сущность процесса сварки электронным лучом.

Этот вид сварки представляет собой результат взаимодействия пучка электронов, ускоренных электрическим полем, с поверхностью металла, которой эти электроны отдают накопленную в электрическом поле энергию (энергия торможения), расплавляя и даже частично испаряя ее.

Прототипом оборудования для получения пучка электронов служит рентгеновский аппарат для просвечивания биологических объектов в медицинских целях или исследования строения кристаллов.

Схема установки для сварки электронным лучом показана на рис. 33. В камере с глубоким вакуумом (давление 10-4 мм рт. ст. и менее) между катодом, эмитирующим электроны, и анодом, имеющим в середине отверстие, создается поток электронов, или электронный луч.

Рис. 33. Принципиальная схема установки для сварки электронным лучом.

Для увеличения плотности энергии электронный луч фокусируют магнитой линзой и направляют на изделие, соединенное с землей. Управление электронным лучом осуществляется магнитным устройством, отклоняющим луч в нужном направлении.

Физическая сущность процесса сварки электронным лучом заключается в том, что электроны при прохождении электрического поля большой напряженности (50—100 кВ и более) ускоряются и приобретают большой запас энергии, которую они и передают в виде теплоты при встрече со свариваемым изделием. Электрон, обладающий высокой энергией, продолжает двигаться и в самом металле, но величина пути будет зависеть от энергии электрона и плотности самого металла. Так, например, электрон при разности потенциалов 50 ООО В пройдет путь:

в алюминии (плотность 2,7 г/см3) — 19,4 мм;

в стали (плотность 7,7 г/см3) — 6,8 мм;

в вольфраме (плотность 19,3 г/см3) — 2,7 мм.

Таким образом, взаимодействие электрона с металлом необходимо рассматривать не только как поверхностный, но и как объемный процесс.

Преобразованная в теплоту энергия электронного луча вызывает нагрев металла до температур, значительно превышающих температуру плавления, при этом происходит интенсивное испарение и даже выброс частиц металла.

Энергию электронного луча можно использовать и для прошивания отверстий и для фрезерования. Путем фокусировки электронного луча можно добиться очень высокой концентрации энергии на единицу площади — в 1000 раз выше, чем при любом виде электродуговой сварки. Отсюда следует, что при сварке электронным лучом получается очень узкое и глубокое проплавление («кинжальное»), позволяющее сваривать металлы значительной толщины за один проход (до 100 мм).

www.prosvarky.ru

СВАРКА ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВАЯ И ЛАЗЕРНАЯ

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

В промышленности все более широкое применение находят туго­плавкие и химически активные металлы и сплавы. Поэтому для их сварки необходимо применять источники с высокой концент­рацией теплоты, а для защиты расплавленного и нагретого ме тнлла использовать среды, содержащие минимальное количество водорода, кислорода и азота. Этим условиям отвечает сварка электронным лучом.

Сущность н техника сварки электронным лучом. Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов 38 счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для хими­ческой и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка 10 4—10“5 мм рт. ст.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества

1. Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002—5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от

і десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно полу­чить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20 : 1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т. д. Уменьше­ние протяженности зоны термического влияния снижает вероят­ность рекристаллизации основного металла в этой зоне.

2. Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-луче­вой сварке требуется вводить теплоты в 4—5 раз меньше, чем при дуговой. В результате резко снижаются коробления изделия.

3. Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого ме­талла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств В результате достигается высокое качество сварных соединений па химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, гитан, молибден и др. Хорошее качество электронно лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, кор - розионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алюми­ниевых сплавах.

‘ Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испа­ряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излу­чением. Возможна сварка непрерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие потери энергии на ионизацию паров металлов.

В этом случае целесообразно сварку вести импульсным элек­тронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импуль­сов 100—500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной установке соотношения времени паузы и им­пульса можно сваривать очень тонкие листы. Благодаря тепло­отводу во время пауз уменьшается протяженность зоны терми­ческого влияния. Однако при этом возможно образование под­резов, которые могут быть устранены сваркой колеблющимся или расфокусированным лучом.

Таблица 5 Режимы электронно-лучевой сварки

Металл

Толщина,

мм

Рея

Ускоряющее

напряжение,

кВ

лим сварки

Сила тока луча, мА

Скорость

сварки,

м/ч

Ширина шва, мм

Вольфрам

0,5

18—20

40—50

60

1.0

1,0

20—22

75—80

50

1.5

Тантал

1,0

20- 22

50

50

1,5

Сталь типа 18-8

1,5

18—20

50 -60

60 70

2,0

20,0

20—22

270

50

70

35,0

20—22

500

20

Молибден+вольфрам

0,5+0,5

18-20

45 -50

35—50

1,0

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки — сила тока в луче, ускоряющее напряжение, скорость перемещения луча но поверхности изделия, продолжительность импульсов и пауз, точность фокусировки луча, величина вакуума (табл. 5). Для перемещения луча по поверхности изделия используют пере­мещение изделия или самого луча с помощью отклоняющей сис­темы. Отклоняющая система позволяет осуществлять колебания луча вдоль и поперек шва или по более сложной траектории. Низковольтные установки используют при сварке металла тол­щиной свыше 0,5 мм для получения швов с отношением глубины к ширине до 8:1. Высоковольтные установки применяют при сварке более толстого металла с отношением глубины к ширине шва до 25 : 1.

Рис. 54. Типы сварных соединений при сварке электронным лучом:

а — стыковое (может быть е бортиком для получения усиления шва); б — замковое; а — стыковое деталей разной толщины; г — угловые; дав — стыковые при сварке ше­стерен; ж — стыковые с отбортовкий кромок

Основные тины сварных соединений, рекомендуемые для электронно-лучевой сварки, приведены на рис. 54. Перед сваркой требуется точная сборка деталей (при толщине металла до 5 мм зазор не более 0,07 мм, при толщине до 20 мм зазор до 0,1 мм) и точное направление луча по оси стыка (отклонение не больше 0,2—0,3 мм). При увеличенных зазорах (для предупреждения яодрезов) требуется дополнительный металл в виде технологичес­ких буртиков или присадочной проволоки. В последнем случае появляется возможность металлургического воздействия на металл шва. Изменяя величину зазора и количество дополни­тельного металла, можно довести долю присадочного металла в шве до 50%.

Недостатки электронно-лучевой сварки: возможность образо­вания несплавлений и полостей в корне шва на металлах с боль­шой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине; для создания вакуума в рабочей камере после загруз­ки изделий требуется длительное время.

Сущность и техника сварки лучом лазера. В настоящее время сварка лучом лазера имеет еще незначительное применение в про­мышленности. Излучение лазера с помощью оптических систем может быть сфокусировано в пятно диаметром в несколько мик­рометров или линию и т. д. Световой луч может быть непрерыв­ным или импульсным. При импульсном луче сварка происходит отдельными или перекрывающимися точками.

Основными параметрами луча лазера являются его мощность, длительность импульса и диаметр светового пятна на свариваемой по­верхности. Расфокусировка луча также влияет на глубину проплав­ления основного металла. При положительных расфокусировках глубина проплавлення изменяется более резко. Поглощение све­товой энергии основным металлом зависит от состояния его по­верхности, поглощательной способности (часть светового потока, отражаясь, теряется).

Высокая концентрация теплоты в световом пятне лазера позволяет практически все металлы довести но только до рас­плавления, но и до кипения. Поэтому его можно использовать для сварки тугоплавких металлов. Однако мощность квантовых генераторов до последнего времени была невелика и позволяла сваривать металл толщиной до 1 мм. Поэтому луч лазера в основ­ном использовали для сварки однородных и разнородных метал­лов в радиоэлектронике. Однако в последнее время появились лазеры с большой энергией луча. Они позволяют сваривать и резать различные металлы и неметаллы толщиной до десятков миллиметров. Большим преимуществом способа сварки лучом является возможность ведения процесса в вакууме, защитных газах или на воздухе. Однако следует помнить, что при сварке на воздухе расплавленный металл контактирует с окружающей его атмосферой, что может привести к развитию нежелательных металлургических взаимодействий, снижению свойств металла шва и образованию в нем дефектов.

При ручной дуговой сварке мелких изделий рабочее место свар­щика и сборщика: кабина 2x2 или 2 х 3 м с подвижной бре­зентовой занавеской. Кабина оборудуется (рис. 191, а) поворот­ным столом 1, …

В ГОСТ 12.0.002—74 даны следующие определения: «Техника безопасности — это система организационных и технических меро­приятий и средств, предотвращающих воздействие на работаю­щих опасных производственных факторов» и «Охрана труда — это система …

Кроме описанных выше основных способов наплавки, достаточно широко применяемых в промышленности, имеется ряд других, имеющих ограниченное применение. Это наплавка с разделен­ными процессами тепловой подготовки наплавляемого металла и наплавляемой детали, наплавка …

msd.com.ua

Электронно-лучевая сварка

При сварке электронным лучом проплавление имеет форму конуса (рисунок 1). Плавление металла происходит на передней стенке кратера, а расплавляемый металл перемещается по боковым стенкам к задней стенке, где он и кристаллизуется.

Рисунок 1. Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке: 1 - электронный луч; 2 - передняя стенка кратера; 3 - зона кристаллизации; 4 - путь движения жидкого металла

Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением. Возможна сварка непрерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие потери энергии на ионизацию паров металлов. В этом случае целесообразно сварку вести импульсным электронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100 ... 500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной установке соотношения времени паузы и импульса можно сваривать очень тонкие листы. Благодаря теплоотводу во время пауз уменьшается протяженность зоны термического влияния. Однако при этом возможно образование подрезов, которые могут быть устранены сваркой колеблющимся или расфокусированным лучом.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки:

Таблица 1. Режимы электронно-лучевой сварки

Металл Толщина, мм Режим сварки Ширина шва, мм ускоряющее напряжение, кВ сила тока луча, мА скорость сварки, м/ч
Вольфрам 0,5 18...20 40...50 60 1,0
1,0 20...22 75...80 50 1,5
Тантал 1,0 20...22 50 50 1,5
Сталь типа 18-8 1,5 18...20 50...60 60...70 2,0
20,0 20...22 270 50 7,0
35,0 20...22 500 20 -
Молибден + вольфрам 0,5 + 0,5 18...20 45...50 35...50 1,0

Для перемещения луча по поверхности изделия используют перемещение изделия или самого луча с помощью отклоняющей системы. Отклоняющая система позволяет осуществлять колебания луча вдоль и поперек шва или по более сложной траектории. Низковольтные установки используют при сварке металла толщиной свыше 0,5 мм для получения швов с отношением глубины к ширине до 8:1. Высоковольтные установки применяют при сварке более толстого металла с отношением глубины к ширине шва до 25:1.

Основные типы сварных соединений, рекомендуемые для электронно-лучевой сварки, приведены на рисунке 2. Перед сваркой требуется точная сборка деталей (при толщине металла до 5 мм зазор не более 0,07 мм, при толщине до 20 мм зазор до 0,1 мм) и точное направление луча по оси стыка (отклонение не больше 0,2 ... 0,3 мм).

Рисунок 2. Типы сварных соединений при сварке электронным лучем: а - стыковое (может быть с бортиком для получения выпуклости шва ); б - замковое; в - стыковое деталей разной толщины; г - угловые; д и е - стыковые при сварке шестерен; ж - стыковые с отбортовкой кромок

При увеличенных зазорах (для предупреждения подрезов) требуется дополнительный металл в виде технологических буртиков или присадочной проволоки. В последнем случае появляется возможность металлургического воздействия на металл шва. Изменяя зазор и количество дополнительного металла, можно довести долю присадочного металла в шве до 50%.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества:

Недостатки электронно-лучевой сварки:

rt.alex.ru.net

Электронно-лучевая сварка

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка 10-4... 10-6 мм рт. ст.

При сварке электронным лучом проплавление имеет форму конуса (рисунок 1). Плавление металла происходит на передней стенке кратера, а расплавляемый металл перемещается по боковым стенкам к задней стенке, где он и кристаллизуется.

Рисунок 1. Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке: 1 - электронный луч; 2 - передняя стенка кратера; 3 - зона кристаллизации; 4 - путь движения жидкого металла

Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением. Возможна сварка непрерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие потери энергии на ионизацию паров металлов. В этом случае целесообразно сварку вести импульсным электронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100 ... 500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной установке соотношения времени паузы и импульса можно сваривать очень тонкие листы. Благодаря теплоотводу во время пауз уменьшается протяженность зоны термического влияния. Однако при этом возможно образование подрезов, которые могут быть устранены сваркой колеблющимся или расфокусированным лучом.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки:

Таблица 1. Режимы электронно-лучевой сварки

Металл Толщина, мм Режим сварки Ширина шва, мм ускоряющее напряжение, кВ сила тока луча, мА скорость сварки, м/ч
Вольфрам 0,5 18...20 40...50 60 1,0
1,0 20...22 75...80 50 1,5
Тантал 1,0 20...22 50 50 1,5
Сталь типа 18-8 1,5 18...20 50...60 60...70 2,0
20,0 20...22 270 50 7,0
35,0 20...22 500 20 -
Молибден + вольфрам 0,5 + 0,5 18...20 45...50 35...50 1,0

Для перемещения луча по поверхности изделия используют перемещение изделия или самого луча с помощью отклоняющей системы. Отклоняющая система позволяет осуществлять колебания луча вдоль и поперек шва или по более сложной траектории. Низковольтные установки используют при сварке металла толщиной свыше 0,5 мм для получения швов с отношением глубины к ширине до 8:1. Высоковольтные установки применяют при сварке более толстого металла с отношением глубины к ширине шва до 25:1.

Основные типы сварных соединений, рекомендуемые для электронно-лучевой сварки, приведены на рисунке 2. Перед сваркой требуется точная сборка деталей (при толщине металла до 5 мм зазор не более 0,07 мм, при толщине до 20 мм зазор до 0,1 мм) и точное направление луча по оси стыка (отклонение не больше 0,2 ... 0,3 мм).

Рисунок 2. Типы сварных соединений при сварке электронным лучем: а - стыковое (может быть с бортиком для получения выпуклости шва ); б - замковое; в - стыковое деталей разной толщины; г - угловые; д и е - стыковые при сварке шестерен; ж - стыковые с отбортовкой кромок

При увеличенных зазорах (для предупреждения подрезов) требуется дополнительный металл в виде технологических буртиков или присадочной проволоки. В последнем случае появляется возможность металлургического воздействия на металл шва. Изменяя зазор и количество дополнительного металла, можно довести долю присадочного металла в шве до 50%.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества:

Недостатки электронно-лучевой сварки:

www.rudetrans.ru


Смотрите также