(0 Голосов)

 

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка – это технология термической стыковки металлических материалов за счёт энергии электронного луча (чаще всего в вакууме), применяемая при нормальных глубинах проплавления сварного шва.

Очень тонкая форма сварного шва с узкими зонами термического влияния резко сокращает затраты подводимой энергии и сводит к минимуму деформацию всей свариваемой заготовки. Эта технология обеспечивает возможность щадящего соединения подверженных деформации деталей или узлов, имеющих высокую степень механической обработки.

Принцип действия

Посредством эмиссии в электронно-лучевом генераторе создаётся поток электронов, которые ускоряются в вакууме под действием высокого напряжения (до 150 кВ и выше). Генератор установлен на вакуумируемой сварочной камере, внутрь которой помещается свариваемая заготовка. Для осуществления сварки поток электронов фокусируется на стыке частей заготовки.

Сварка деталей, как правило, осуществляется без присадочного металла.

В зависимости от базовой геометрической формы свариваемых деталей различают различные типы сварных шов – непрерывный, прерывистый или точечный.

При электронно-лучевой сварке необходимая энергия в зоне сварки создаётся электронами, ускоренными под действием высокого напряжения величиной 60-150 кВ.

Электронный луч генерируется в глубоком вакууме (давление ниже 10–4 мбар) посредством триодной системы, состоящей из катода, управляющего электрода и анода.

Процесс сварки чаще всего протекает в вакууме, однако может осуществляться и при нормальном атмосферном давлении (технология невакуумной электронно-лучевой сварки). При невакуумной электронно-лучевой сварке мощность электронного луча может достигать 30 кВт, при этом рабочее расстояние между точкой выхода луча и поверхностью заготовки должно составлять 6-30 мм. Переход от глубокого вакуума к атмосферному давлению происходит в несколько ступеней.

При ударе электронов о заготовку основная часть их кинетической энергии преобразуется в тепло. Кроме того, при этом возникает рентгеновское излучение, поэтому сварочная камера должны быть экранирована.

Электронно-лучевая сварка обеспечивает приблизительно такую же плотность потока мощности излучения, что и лазерная сварка, но характеризуется значительно более высоким коэффициентом полезного действия (КПД лазерной сварки: 3-14 %, КПД электронно-лучевой сварки: около 70 %). А это напрямую влияет на производственные издержки.

Области применения

Основными областями применения электронно-лучевой сварки являются:

– автомобилестроение;

– машиностроение;

– производство медицинской техники;

– производство авиационной и космической техники;

– производство энергетического оборудования;

– производство вакуумной техники.

Электронно-лучевая сварка обеспечивает высокие скорости сварки при экстремально большой глубине проплавления и крайне малой ширине сварных швов. Чрезвычайно малая ширина швов позволяет свести к минимуму деформацию. Поэтому эта технология часто применяется лишь в самом конце технологической цепочки.

Электронно-лучевая сварка применяется даже для выполнения коротких сварных швов, так как электронный луч может точно отклоняться под действием приложенных электрических полей. Это позволяет обойтись без перемещения заготовки, ведь движется сам электронный луч (например, при сварке осевого шва).

Диапазон возможных глубин проплавления сварного шва составляет от 0,1 мм до 300 мм (для алюминия), до 150 мм (для стали), до 100 мм (для меди) и до 100 мм (для титана).

Рабочее расстояние до заготовки, как правило, составляет от 200 мм до 700 мм, однако может достигать и 2 метров.

Высокая плотность энергии позволяет сваривать любые, в том числе и самые тугоплавкие, металлы, а также получать гибридные соединения путём сварки разнородных материалов, например, стали и бронзы.

Благодаря прогрессу в области вакуумной техники и использования сложных технологических систем, время ожидания, требующееся для создания необходимого давления (около 0,1 Па), практически утратило свою актуальность (в результате параллелизации процессов). Более того, отсутствие вредных технологических газов позволяет сваривать даже высокореактивные материалы. Например, электронно-лучевая сварка является единственным допустимым методом (глубокой) сварки титана в аэрокосмической промышленности.

Машины электронно-лучевой сварки часто применяются для массового производства деталей коробок переключения передач в автомобильной промышленности (особенно в Японии и Германии).