Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сварка на электронно-лучевых сварочных установках: плюсы и минусы

Сварка на электронно-лучевых сварочных установках: плюсы и минусы

Для прочного сплава металлов по такой методике требуется сложное и дорогостоящее оборудование, например, в частном производстве, электронная сварка применяться не может, потому что это нерентабельно и дорого. Технический процесс постоянно развивается, а аналогичная методика получает повсеместное распространение, так как имеет преимущество перед другими видами обработки сплавов и металлов.

Технологические нюансы

Электронно-лучевая сварка или сокращенно ЭЛС считается среди аналогичных методик быстро развивающейся технологией, применяющейся для соединения тугоплавких, химически активных веществ и сплавов высокого качества. Вот ключевые моменты этого прогрессивного метода:

  • Сварка неоднородных по химическому составу материалов производится на основе кинетической энергии электронов, которые при столкновении с поверхностью быстро её нагревают.
  • С появлением вакуумной техники и электронной оптики такой прогрессивный метод стал применяться в металлургической промышленности.

Сегодня с помощью ЭЛС успешно соединяют тугоплавкие и особо твердые сплавы между собой, а стальные — с деталями, выполненными из другого материала. Отличное качество соединения получается из-за локального воздействия высокой температуры.

Сущность процесса

Поток электронных лучей (10), создаваемый аналогичной пушкой — это основной компонент электронно-лучевой сварки, кроме этого, в схеме задействованы:

  • спираль (1), подключенная к высоковольтному источнику;
  • катод (2) помещен внутри электрода (3);
  • на специально рассчитанном расстоянии расположен анод с перфорацией для ускорения (4);
  • далее поток электронов проходит через фокусирующую систему (5);
  • в герметическом сосуде создается вакуум (6);
  • система магнитного отклонения (7) устанавливает луч по линии соединения;
  • в нижней части технологического резервуара (9) находится деталь (8), где происходит сварка.

Для снижения возможных энергетических потерь соединение металлов производится в безвоздушном пространстве, исключается термическая деформация, потому что поток лучей имеет узкую клиновидную форму и минимум контактирующей площади.

Применение вакуума снижает потери энергии, исключает появление искры между положительной и отрицательной пластинами, защищает место сварки от молекул воздуха и повышает качество шва, но повышает стоимость сварки, поэтому эксплуатация оборудования для предприятия обходится дорого.

В промышленности используют два основных типа: с прямым или косвенным накалом катодов, отдельные установки ЭЛС проводят обработку поверхностей по криволинейным траекториям. Сложность конструкции аналогичных установок влияет на конечную цену изделия, поэтому оборудование этой классификации относится к разряду дорогих.

Контроль исполнения задачи производится установленным компьютером, в памяти которого заложена необходимая программа сварки.

[stextbox на электронно-лучевых сварочных установках отличается повышенной опасностью для персонала из-за возможного облучения, что является основным минусом такого производства.[/stextbox]

Параметры режима

К основным режимам относятся:

  • Степень разряжения в камере. Чем выше вакуумизация, тем качественнее эффективность соединения.
  • Сила тока варьируется и зависит от толщины металла заготовок.
  • Скорость перемещения лучевого потока по поверхности деталей определяется производительностью оборудования, она настроена так, чтобы исключить прожигание металлов.
  • Эффективность сварки определяет точность фокусировки луча, что напрямую зависит от оборудования.
  • Существуют технологии прерывистого воздействия на металлы светового потока.
  • Передвижение сварочного луча осуществляется вдоль, поперек шва или по сложной траектории; существуют два метода: перемещение луча с помощью системы отклонения или движение заготовок.

При увеличении зазора между заготовками рекомендуется применять специального состава присадки.

Основные типы соединений

Важными параметрами в процессе ЭЛС считаются геометрические составляющие и формы стыковки заготовок и пространственное положение лучевого потока относительно места сварки.

б) — в виде замка;

в) — стык деталей, имеющих большую разницу по толщине металла;

д), е) — первый вариант при сваривании шестерни;

ж) — он же, но при отбортовке кромки.

Особенности

У ЭЛС существует две особенности:

  1. Сварка производится в вакууме, поэтому гарантируется максимум чистоты поверхности и отсутствие нежелательного окисления соединительного шва.
  2. Нагрев сплавляемых деталей происходит до максимально возможных температур, что способствует быстрому расплавлению металлов — шов при этом получается мелкозернистый с минимальной шириной.

Возможна эффективная работа со сплавами, которые довольно чувствительны к большим температурам. С помощью ЭЛС изготавливаются детали из титановых и алюминиевых сплавов, а также из высоколегированной стали, при этом максимум толщины достигает 100 мм, а минимум — 0,02 мм.

[stextbox установки ЭЛСТУ-60 Н. А. Богданов, стаж более 15 лет:«Уникальные сварочные работы можно сделать только с помощью установок ЭЛС».[/stextbox]

Преимущества и недостатки

Если сравнивать электронно-лучевую сварку с другими методами соединения металлов, то она обладает существенными преимуществами:

  • Высокий КПД позволяет в 15 раз тратить энергии меньше.
  • Концентрация лучевого потока обеспечивает надежность сварки за один проход деталей с толщиной металла до 20 см, а другие методы на аналогичное соединение делают несколько заходов, получая многослойный шов.
  • Такая методика исключает контакт газов от сварочных работ или молекул воздуха с поверхностью соединяемых металлов.
  • Возможно соединение керамических поверхностей с металлами, отличающимися тугоплавкостью.
  • Точный фокус лучевого потока в нужное место позволяет нагревать и прочно соединять поверхности с толщиной от 0,1 мм, при этом их пластичность не изменяется.
  • ЭЛС не имеет альтернативы при сваривании коррозиестойких, а также стальных заготовок, имеющих низкое содержание углерода и алюминиевых сплавов.

Кроме преимуществ существует и ряд недостатков:

  • Потеря времени на откачивание воздуха из камеры, после загрузки свариваемых деталей.
  • Внутри шва возможно появление каверн или непроваров, которые будут оказывать негативное воздействие на качество соединения.
  • Оборудование имеет высокую стоимость и для многих производственных предприятия недоступно.
  • Для каждого вида швов необходима индивидуальная настройка, которая отнимает много времени.
  • При длительной работе возможно незначительное облучение персонала.

Применение такой методики оправдано, когда сварку надо провести в труднодоступных местах.

Область применения

  • стали разного класса при толщине металла до 8 см;
  • титановых или легких сплавов, у которых толщина не более 10 см;
  • медные сплавы — до 2 см.
  • тонкостенных или толстостенных конструкций, предназначенных для отдельного назначения;
  • крупных конструкций из однородного металла, когда их обработка высокими температурами крайне затруднительна.

Ученые, проектировавшие такие промышленные установки, заверяют — для ЭЛС нет проблемных материалов, среди тех, что известны современной науке.

Использование в промышленности

Основными отраслями считаются:

  • авиационно-космическое производство;
  • мостовое строение;
  • вагоностроение;
  • медицинская промышленность;
  • судостроительные верфи;
  • тепловая и гидроэнергетика;
  • производство подшипников.

Аналогичные установки отличаются высокой точностью установки луча, поэтому применяются для соединения микроэлементов в электронике.

Выводы

Электронно-лучевая сварка изобретена 60 лет назад, за прошедшие годы метод остается самым эффективным в обработке разных металлов, то, что подвластно этой методике — невозможно сделать другими способами сварки.

У оригинальной методики существуют достоинства и небольшие недостатки, которые необходимо учитывать при использовании установок по прямому назначению.

Производят установки ЭЛС согласно установленным ГОСТам, они дорогостоящие и не подходят для частного использования, например, чтобы сваривать автомобильные детали в аналогичных кооперативах, потому что для нормальной эксплуатации требуются только дипломированные операторы.

Электронно-лучевая сварка – сфера применения и отличие от других сварочных технологий

Как известно, для соединения металлических деталей можно задействовать несколько технологий, которые отличаются между собой способом получения тепловой энергии, подготовкой свариваемой поверхности, типом обрабатываемого металла и финансовыми затратами. В основе большинства сварочных процессов лежит применение различных газов (защитных или рабочих) и лишь электронно-лучевая сварка реализуется без какой-либо газовой среды, то есть в абсолютном вакууме. Именно об ЭЛС и пойдет речь в этой статье.

В чем суть ЭЛС

Данная технология основана на преобразовании кинетической энергии, вырабатываемой при движении электронов в тепловую энергию, необходимую для плавления металлической кромки. Скорость электронного потока, а значит и величина кинетической энергии, напрямую зависит от приложенной разности потенциалов (напряжения), которая может достигать 100 кВ. Сфокусированный в небольшой пучок луч при касании поверхности материала обеспечивает сверхвысокую плотность мощности, в результате чего электроны могут проникать в металл на определенную глубину. Именно во время такого проникновения электрон отдает накопленную энергию, что приводит к нагреву и плавлению места контакта.

Чтобы в процессе электронно-лучевой сварки заряд источника не расходовался на преодоление молекул воздуха или другого газа, обработку материала выполняют в условиях вакуума с внутренним давлением от 10 -1 до 10 -3 Па. Такой подход позволяет создать практически идеальную инертную среду для сварки.
Однако следует обратить внимание, что применять вакуум не всегда целесообразно, т.к. это очень дорогостоящий процесс. Для решения задач, не имеющих подобных повышенных требований к точности и допускам, используют защитные сварочные смеси газов (подробную информацию о них можно найти здесь).

Советское видео о техпроцессе:

А здесь можно увидеть, как все происходит на современном оборудовании:

Где применяется электронно-лучевая сварка

Поскольку ЭЛС обладает высокой плотностью создаваемой мощности, которая достигает 10 8 Вт/см², и осуществляется в вакуумной среде, подобная технология дает возможность скреплять тугоплавкие и химически активные металлы и их сплавы, такие как:

  • вольфрам;
  • тантал;
  • молибден;
  • ниобий;
  • цирконий;
  • титан;
  • алюминий;
  • высоколегированная сталь.

Данные материалы можно сваривать как в однородных, так и разнородных сочетаниях при разных толщинах и температурах плавления. Естественно, выбор ускоряющего напряжения, силы тока луча и скорость обработки во многом зависят от физико-механических свойств детали. Например, при работе с вольфрамом толщиной 0,5 мм разность потенциалов составляет 18 кВ, ток равен 40 мА, а скорость перемещения луча достигает 60 м/ч. Тогда как для 35-миллиметровой стали эти показатели будут несколько иными: 22 кВ, 500 мА, 20 м/ч.

Электронно-лучевой сварочный процесс получил широкое применение в тех отраслях, где нежелательна или невозможна высокая термообработка изделия, при этом шов должен отличаться большой надежностью и эстетической привлекательностью. Поэтому ЭЛС часто используется в авиакосмической сфере, энергетике, машиностроительной промышленности, приборостроении и электровакуумном производстве.

Шов крепления нержавеющей стали

Преимущества и недостатки по сравнению с другими видами сварки

Как уже отмечалось, электронный луч отличается высокой плотностью мощности, уступая по этому показателю только лазерному лучу и значительно превосходя ацетилено-кислородное пламя и электрическую дугу. Кроме того, площадь пятна нагрева является минимальной и составляет около 10 -5 см² (для сравнения, при обработке металлических деталей ацетиленом создается пятно контакта минимум 0,2 см², а электрической дугой – 0,1 см²).

Еще одним существенным преимуществом ЭЛС является полная дегазация рабочей области, в результате чего достигается высококачественное соединение химически активных металлов. Отсутствие воздействия атмосферных кислорода и водорода на шов позволяет добиться его более однородной и плотной структуры, а также избежать последующей коррозии.

Основной недостаток описываемого способа – высокие затраты на создание условий вакуума. Этот метод сварки работает в узкоспециализированном диапазоне задач, для высокотехнологичных дорогостоящих деталей с серьезными требованиями по допускам.

Классификация по тонкости шовных соединений

К минусам электронно-лучевого воздействия также можно отнести высокие требования к качеству обрабатываемой поверхности, которая в обязательном порядке должна быть очищена от следов консервации, ржавчины и других дефектов. При этом очистку материала, как правило, выполняют в несколько этапов – начиная механической обработкой и заканчивая применением специальных химических реагентов. К тому же после загрузки подготовленных деталей в камеру требуется длительное время для достижения необходимого вакуума, что не всегда подходит для серийного и массового производства.

В этом плане ацетилено-кислородная и электро-дуговая технологии являются более простыми и производительными. И если в первом случае шов не всегда выглядит эстетично, то при использовании электрической дуги многое зависит от применяемой защитной среды. Правильно подобранная смесь не только делает соединение более аккуратным, но и существенно повышает его надежность. Подробнее про сварочные смеси для разных видов металлов вы можете узнать, перейдя по этой ссылке.

Описание электронно-лучевой сварочной технологии, особенности и сферы применения метода

ЭЛС считается трендовым методом работ 21 века. Он быстро развивается и набирает высокую популярность. В основном, по причине своей универсальности.

Электронно-лучевая сварка позволяет работать с любым материалом. Даже сверхпрочные соединения и химически активные металлы легко поддаются сварщику.

В нашей статье хотим остановиться на том, что же такое электронно-лучевая сварка со всеми характеристиками этой технологии.

  • Общая информация
  • Технологические качества
  • Особенности ЭЛС
  • Преимущества и недостатки
  • Рабочие установки
  • Подведем итоги

Общая информация

Электронно-лучевое сваривание считается методом, при котором работает световой луч. Из него выходит тепло, которое получают после столкновения узла и заряженных частиц.

Вопреки сложностям метода, следует тщательно разбираться в нем. Хотя бы потому, что он широко популярен в сварочном деле. В 21 веке таким типом сварки пользуются в микроэлектронике, оптике и других областях.

Появления этой технологии было продиктовано временем. Перед сварщиками стояла проблема соединения тугоплавких материалов. При этом было нереальным получение ровного шва.

Обычные виды сварки не справлялись с высоким качеством работы, для этого был придуман новый метод. ЭЛС направляет тепло в единую точку, а зона сварки при этом полностью ограждена.

Технологические качества

Необходимо описать технологию электронно-лучевой сварки. Главным моментом считают луч, который получается под действием электронной пушки. Он выдаёт при этом энергию высокой плотности, но ее не хватает для сварочных работ высокого качества.

Чтобы решить вопрос, необходимо поместить электроны в центре стекла. Предлагаем посмотреть на рисунок, что расположен внизу текста. Обозначили линзу под цифрой 6.

Затем электроны, которые двигаются, размещаются в плотный узел света и после этого бьются о конструкцию. На картинке этот момент обозначен цифрой 1.

Из-за ударов частицы замедляются, а их активность превращается в тепло. Она достаточно мощная, и за минуты прогревает вещество до высоких температурных показателей.

Под цифрой 7 находится магнитная система, которая отклоняется. Рассчитав ее работу, у вас получится управлять электронным лучом и его движением по механизму. Поток будет расположен достаточно четко, и сформирует соединение в нужном для нас месте.

Читать еще:  Сварочный аппарат инверторный Ресанта САИ-190T LUX

Когда электрон соединяется с газом, кинетическая энергия рассеивается. Катод при этом необходимо защитить в тепловом плане. Вакуум приходит на помощь для решения таких задач.

В итоге энергия луча размещается в едином месте. Площадь нагрева при этом сводится к минимуму. Поэтому металл не меняет свою форму во время сварочных работ. Это важно, если вы варите тонкий металл или деталь небольших размеров.

Несмотря на то, что технология электронно-лучевого сваривания достаточно сложная, сварщику нужно разбираться в тонкостях. Если хотите знать, как будет выглядеть результат, нужно понимать строение оборудования и мощность луча.

Особенности ЭЛС

Технология, о которой идёт речь в этой статье, считается сложной. Для того, чтобы понимать, как выглядит вся картина, нужно разобраться в деталях. Первый момент – это то, что электронно-лучевое сваривание происходит в вакуумной среде.

По этой причине детали и их поверхности остаются чистыми. Ещё один момент: механизм прогревается до высоких температур. У нас при этом получится сделать шов с небольшой толщиной, сформированный за минуты. Это можно считать преимуществом метода.

Электронно-лучевая сварка за счет таких характеристик используется во время металлообработки разных материалов. Две детали могут обладать не одинаковой толщиной, быть разными по составу, иметь не одинаковую температуру плавления.

Несмотря на эти моменты, шов будет высококачественным. Если говорить о толщине сварки, наименьшим значением будет 0.02 мм, а наибольшим – 100 мм. Благодаря широкому диапазону можно работать с любыми элементами.

Преимущества и недостатки

Электронно-лучевая сварка имеет много плюсов, которые послужили распространению этого метода:

  • Тепло, используемое при этом виде сварки, выделяется в 5 раз меньше, чем у иных технологий. Это помогает деталям сохранять форму, потому что на них распространяется небольшой объём тепла.
  • Благодаря технологии можно варить детали всех размеров. У вас получится работать как с керамикой, так и вольфрамом. Возможна настройка фокусировки луча и прогрев области, диаметр которой не превышает 1 мм.
  • Шов при этой технологии получается ровным. На это не влияет выбор вида металла. При работе с любым материалом качество шва будет высоким. ЭЛС помогает улучшить особенности вашего металла. Работая по этой технологии, получается варить разные сплавы, даже устойчивые к коррозии.
  • Сварка использует немного электрической энергии при работе. Можно не отделять кромки, если такая возможность не представилась. Это поможет работать со многими видами металла.

Если говорить о минусах технологии, то их немного. Могут появиться дыры в корне соединения, когда вы работаете с высокими теплопроводными характеристиками. Это может сказаться на качестве сварочных швов.

Эту технологию не всегда можно применять. Используйте электронно-лучевое сваривание, когда работаете в труднодоступных местах. Но если сварка происходит в рабочих условиях – применяйте другой метод сварки.

Рабочие установки

В 21 веке можно купить как местное, так и зарубежное оборудование. Оно будет разным по свойствам и качеству. Но стоит учитывать, что каждая вторая модель включает в себя пушки с косвенным или прямым катодным каналом.

Российские и украинские модели для сварки не яркие по дизайну, но при этом на отлично решают все задачи. Это куда важнее внешней картинки.

Есть модели, которые оснащены лучевыми пушками, находящимися в камере. Их работа направлена на металлообработку лучом, имеющим сложную траекторию движения.

Благодаря активному применению компьютерных технологий, человеческий фактор уходит на второй план. Сварочное оборудование тому подтверждение. Из-за режима работы на автопилоте сварщик может не переживать за качество работы.

Ещё одним преимуществом электронно-лучевой сварки считается простота работы. Сварщиков не нужно долго обучать технологии: достаточно раз запрограммировать механизм, и луч будет располагаться в определенном месте.

Оператору остается только следить за фокусировкой или корректировать мощность луча каждый раз, когда он приступает к работе. Помимо этого от мастера не требуется никаких действий.

Подведем итоги

Несмотря на то, что электронно-лучевая сварка – дорогое удовольствие, она позволяет работать с металлом любой сложности. Её нужно выбирать по причине технологичности и ответов на сварочные запросы.

Процесс сварки будет более экономным и доведенным до автоматизма.

Если вы однажды работали с электронно-лучевой сваркой – напишите в комментариях. Желаем успехов в работе!

Что такое электронно-лучевая сварка и где она применяется

Метод электронно-лучевой сварки разработан в середине прошлого века. Он используется для соединения тонкостенных и толстостенных деталей из различных сплавов, включая тугоплавкие, сложные, деформирующиеся при нагреве. Лучевая сварка применяется даже для обработки керамики. Метод ЭЛС основан на способности электронов переносить энергию. Для образования потока заряженных частиц необходим вакуум высокой степени разряжения. Из-за этой технологической особенности перспективный метод не получил широкого применения.

Сущность процесса и область его применения

Электроннолучевую сварку применяют при обработке тугоплавких металлов, легко окисляемых сплавов, которые невозможно варить другими методами. Под электронным лучом образуется расплав, который заполняет стык на всю глубину. Электроны одновременно воздействуют на металл по всей поверхности стыка. Функции сварочного устройства выполняет электронная пушка. Из разогретого тугоплавкого металла в глубоком вакууме до 10 -6 Па вырываются электроны, они ускоряются под силовым воздействием тока, устремляются в рабочую зону. ЭЛС действует аналогично лазерной, только в отличие от светового луча пучок электронов невидим. Энергия его значительно превосходит лазер, площадь воздействия меньше.

Достоинства и недостатки ЭЛС

Как и любой горячий метод соединения деталей, электронно-лучевая сварка имеет ряд преимуществ и недостатков. Сначала о достоинствах:

  • можно соединять детали толщиной от 0,2 мм;
  • во время плавки металла ванна расплава перемещается в нижнюю зону, стык заполняется полностью, затем начинается кристаллизация;
  • глубокое соединение образуется за один проход луча, высокая производительность процесса;
  • пучок электронов генерируется в постоянном или импульсном режиме, при обработке магниево-алюминиевых сплавов применяется импульсное воздействие;
  • вакуумизация улучшает качество шва, металл не реагирует с компонентами воздуха;
  • большой диапазон силы тока луча расширяет возможности установки.
  • сложность технологического оборудования, для работы на нем требуется длительная подготовка;
  • быстрый износ катода, тугоплавкая проволока под воздействием электрического поля разогревается до 2400°C;
  • при генерации электронов возникает рентгеновское излучение, необходимо обеспечить защиту сварщиков.

Технология электронно-лучевой сварки

Обязательным условием считается вакуумизация. Глубина разряжения в пушке обеспечивает беспрепятственное движение электронов. Из рабочей камеры также удаляется воздух с содержащимся в нем кислородом, окисляющим металл. Вакуум действует на шов аналогично флюсу – защищает от коррозии.

Метод сварки электронным лучом основан на способности электронов переносить энергию. Когда движению ничего не мешает, частицы прямолинейно следуют к свариваемой поверхности. Металл плавится под их воздействием. Прогрев идет по всей глубине зазора между деталями.

Область воздействия частиц – площадь в десятые доли микрона. Электроны проникают на глубину до 20 см. При методе электронно-лучевой сварки соотношение толщины зазора к ширине образуемого шва достигает 25. Возможности сварки за счет этого расширяются, электронным лучом соединяют детали из тугоплавких сплавов. Из-за высокой скорости воздействия в металле не создается остаточных напряжений. Хотя по мощности потребляемого тока ЭЛС сварка сопоставима с другими методами, энергозатраты в разы меньше за счет большой скорости варки.

Особенности и режимы сварки электронным лучом

Для сварочных работ соединяемые детали укладывают с минимальным зазором, пространство между двумя частями металла толщиной 20 мм не должен превышать 0,1 мм. Для сварки больших зазоров используется присадочный металл, допустимая доля присадки в шве – не более 50%. Направление луча, выходящего из электронной пушки, строго контролируется, допуск не более 0,3 мм.

В установках варят детали толщиной от 0,2 мм до 200 мм. Регулируемые мощностные параметры электронно-лучевого метода:

  • лучевая сила тока (для вольфрама толщиной 1 мм – до 80 мА, для сталей 35 мм – до 500 мА)
  • ускоряющее напряжение (для тонкостенных металлов используют низковольтные блоки питания, для толстостенного – высоковольтные);
  • скорость движения луча в зоне сварки (для вольфрама толщиной 1 мм – до 50 м/ч, для сталей 35 мм – 20 м/ч).

Степень вакуумизации влияет на плотность электронного луча, вакуум обеспечивает защиту шва от окисления. Из-за высокой скорости сварки, металл, склонный к пластической деформации, не успевает разогреться, на нем не появляются трещины. Сохраняется целостность деталей.

Оборудование ЭЛС

Устройство любой промышленной установки включает несколько обязательных элементов:

  • пушка – генератор плотного луча;
  • блок электропитания, обычно они подключаются к стандартной сети 220 В, дополнительно встраивается трансформатор;
  • электронный блок управления, визуально контролировать процесс варки нельзя, нужна точная контролирующая аппаратура;
  • вакуумная система, различается по мощности.

В зависимости от назначения, установки способны образовывать криволинейные стыки, проваривать металл на всю глубину. Различают:

По типу вакуумирования:

  • камерные установки электронно-лучевой сварки предусматривают размещение деталей в камере, из нее полностью откачивают воздух;
  • локальные – изолируют только зону сварки, вакуум создается в небольшом объеме.

По параметрам разряжения:

  • специализированные установки создают разряжение до 10 -2 Па;
  • универсальные установки ЭЛС рассчитаны на максимальное давление до 10Па;
  • с параметрами так называемого промежуточного вакуума, давление инертного газа – от 10 до 100 Па;
  • ЭЛС с защитной атмосферой, в зону стыка аргон нагнетается под давлением свыше 100 Па.

Электронная пушка во всех установках устроена по одному принципу. Поток электронов создается между:

  • катодом, он бывает двух видов: плазменный (косвенного накала) или прямого накаливания (по сути, катод – это спираль из вольфрама, тантала или другого тугоплавкого сплава);
  • анодом, его делают их меди или стальной.

Поток меняет направление, отклоняется в одну или другую сторону, когда на управляющем электроде меняется потенциал.

На установках ЭЛС проводят сварку тугоплавких сплавов, стык проваривается насквозь за один проход. Метод электронно-лучевой сварки применяется в наукоемких областях, бытового распространения не получил из-за сложности и высокой стоимости оборудования.

Электронно-лучевая сварка

Существует достаточно большое количество различных тугоплавких металлов, которые соединить между собой можно только при применении специальной технологии электронно-лучевой сварки. Ее суть заключается в фокусировании пучка света, который при воздействии на поверхность проводит ее нагрев.

Электронно лучевая сварка

Сегодня электроннолучевая сварка считается одной из быстро развивающихся технологий. Она применяется для работы с тугоплавкими и химическими активными, разновидными веществами и качественными сплавами. Среди ключевых моментов электронно лучевой сварки можно отнести следующие моменты:

  1. Сваривание проводится за счет использования кинетической энергии летящих электронов, которые при соприкосновении с поверхностью становятся причиной нагрева поверхности.
  2. Развитие подобного метода электронной сварки можно связать с появлением современной вакуумной техникой и электронной оптики. Только после того как стали производить подобное оборудование технология стала часто использоваться в металлургической области.

Установка для электронно-лучевой сварки

Электронно лучевая сварка может оказывать требуемое воздействие на твердые и тугоплавкие сплавы. За счет локального воздействия температуры можно получить качественное соединение.

Сущность процесса ЭЛС

Электронная пушка применяется в качестве генератора светового пучка. К ее особенностям отнесем следующие моменты:

  1. В качестве генератора пучка и его перенаправления устанавливаются электроды и катоды.
  2. Для того чтобы сфокусировать луч устанавливается оптический элемент. В зависимости от типа оборудования он может изготавливаться из различных материалов.
  3. В качестве питания применяется бытовая сеть. Увеличить напряжение и другие параметры можно за счет встроенного трансформатора.

Технология электронно лучевой сварки предусматривает фокусирование луча за счет магнитной линзы. При касании электроны соударяются на большой скорости с небольшой поверхностью, при возникновении трения вырабатывается тепловая энергия. На этом этапе пучок кинетическая энергия становится тепловой, повышается пластичность обрабатываемого материала, и он плавится.

Процесс электронно лучевой сварки связан с применением специального оборудования. Оно позволяет получить качественное соединение, которое будет выдерживать существенное механическое воздействие и окружающей среды.

Существенно снизить потери энергии можно при проведении рассматриваемого процесса в условиях вакуума. За счет этого исключается вероятность термической деформации. Вакуумная среда выполняет несколько основных функций, которые должны учитываться:

  1. Если сравнивать применение вакуумной среды с газовой или флюсом, то она защищает обрабатываемую поверхность более эффективно.
  2. Обеспечивается высокая химическая защита катода.
  3. Снижается потеря кинетической энергии. Это связано с тем, что частицы сфокусированного луча не соприкасаются с молекулами воздуха.
  4. Повышается эффективность дегазации сварочной ванной. Вакуумная среда исключает вероятность появления оксидной пленки.

Однако, применение вакуумной среды существенно повышается стоимость процедуры. Это связано с тем, что специальное оборудование обходится достаточно дорого.

Техника ЭЛС

Электронно лучевая сварка характеризуется определенными особенностями, которые нужно учитывать. Среди особенностей выделим следующие моменты:

  1. Плавка проходит по средней стенке углубления. Выполнять сварку нужно с учетом того, что расплавленный металл будет перемещаться к задней части сварочной ванной. После этого он начинает кристаллизоваться.
  2. Можно проводить плавку непрерывным лучом. Исключением можно назвать обработку сплавов из алюминия или магния. Слишком высокая температура становится причиной ионизации паров. Именно поэтому в подобном случае рекомендуется применять импульсный луч.

При применении технологии, которая связана с воздействием на поверхность импульсного луча можно провести обработку заготовок небольшой толщины.

Параметры режима лучевой сварки и типы сварных соединений

Для качественной обработки поверхности материала следует рассмотреть основные параметры проведения электронной лучевой сварки. Они следующие:

  1. Степень вакуумизации. Вышеприведенная информация определяет то, что при сварке в условиях вакуума существенно повышается эффективность процесса.
  2. Показатели подаваемого тока в луче могут варьировать в большом диапазоне. Это связано с тем, что для толстых заготовок повышается показатель силы тока.
  3. Скорость передвижения луча по поверхности определяет производительность технологии. Кроме этого, скорость передвижения увеличивается для исключения вероятности прожига металла.
  4. Точность фокусировки луча также определяет эффективность процедуры. Этот показатель зависит от того, какое применяется оборудование.
  5. Продолжительность пауз. Некоторые технологии предусматривают прерывистое воздействие светового импульса.
Читать еще:  Аргонная сварка цветного и черного металла

Образцы электронно-лучевой сварки

Основные параметры можно найти в специальных таблицах. Применяемое оборудование позволяет вводить основные параметры.

Особенности сварки лучевого типа

Технология применения сфокусированного луча встречается крайне редко. Рассматривая особенности сварки лучевого типа уделяется внимание следующим моментам:

  1. Получить чистую поверхность и обеспечить максимальную степень дегазации металла можно только в случае проведения работы в условии вакуума.
  2. Нагрев проводится до высокой температуры, за счет обеспечивается плавка металла в зоне контакта. За счет этого получается мелкозернистый шов с привлекательными характеристиками.

Подобный метод не приводит к образованию трещин. Именно поэтому он используется для работы с материалами, которые восприимчивы к сильному нагреванию и могут плавится.

Примером можно назвать процесс изготовления деталей из различных алюминиевых сплавов. Минимальная толщина обрабатываемых деталей составляет 0,02 мм, максимальный показатель около 100 мм.

Достоинства и недостатки электронно лучевой сварки

Как и у многих других технологий, у рассматриваемой также есть достоинства и недостатки. К положительным сторонам можно отнести:

  1. На поверхность воздействует меньшее количество тепла. Как правило, при дуговой сварке оказывается более высокое тепловое воздействие. За счет этого существенно повышается степень коробления металла. Слишком высокая температура приводит к изменению кристаллической структуры.
  2. Есть возможность провести обработку керамики и некоторых других трудноплавких металлов. При фокусировании луча можно проводить обработку поверхности диаметром менее одного миллиметра.
  3. Высокое качество получаемого шва определяет то, что технология может применяться для получения ответственных изделий и декоративных элементов. Сфокусированный луч приводит к дегазации металлического шва, за счет чего повышается степень пластичности и некоторые другие параметры. Провести электронную сварку можно также и коррозионностойких сплавов.
  4. Применяемое оборудование позволяет проводить регулировку мощности в достаточно большом диапазоне. Поэтому электронно лучевая сварка может использоваться для работы с различными заготовками.
  5. Можно получить узкий, но глубокий шов. За счет этого существенно повышается прочность соединения.
  6. При выборе импульсного режима можно исключить вероятность деформации поверхности из-за воздействия высокой температуры.
  7. Метод может использоваться для термической обработки и перфорации, а также резки металла.

Есть и определенные недостатки. Они следующие:

  1. Для создания вакуумной среды требуется определенное время. Именно поэтому существенно снижается показатель производительности подобной технологии.
  2. В корне шва может появится полое отверстие. Именно поэтому следует проводить контроль качества соединения при применении специального оборудования.

Электронно лучевая сварка оправдана в том случае, если нужно провести обработку труднодоступных мест. Экономичность связана с небольшим показателем потребления энергии.

Виды сварочных лучевых установок

Оборудование для электронно лучевой сварки характеризуется высокой эффективность применения. Однако, сложность конструкции определяет ее высокую стоимость. В продаже встречается:

  1. С элементом прямого накала катодов.
  2. С элементом косвенного накала.

Некоторые установки электронно лучевой сварки могут проводить обработку поверхности по криволинейным траекториям. Для этого проводится установка компьютера, который и контролирует положение исполнительного органа относительно обрабатываемой поверхности.

Электронно-лучевая сварочная установка

Модели, выпускаемые зарубежными производителями, характеризуются высокой степенью автоматизации. Наибольшей эффективностью пользуется метод полного проплавления соединительного стыка.

Область применения

Как ранее было отмечено, рассматриваемый метод применяется для соединения различных материалов и сплавов, которые характеризуются высокой устойчивостью к воздействию тепла. Область применения следующая:

  1. Обработка алюминия.
  2. Соединение изделий, представленных сплавов из титана.
  3. Обработка бериллиевых металлов.
  4. Работа с танталом, ниобием, цирконием.
  5. Обработка легированных сталей.

Качественные изделия могут получать в ракетостроении и атомной энергетике. Это связано с тем, что лучевая технология позволяет получить однородный шов.

Использование сварки в промышленности

Применение ЭЛС постоянно расширяется несмотря высокую себестоимость процесса и некоторые ее недостатки. Технология характеризуется показателем КПД почти 95%. Этот показатель больше чем у более распространенной дуговой сварки.

Промышленное применение выражено следующим образом:

  1. При работе с активными металлами.
  2. При обработке термоупрачненных металлов.
  3. Для соединения тугоплавких материалов.
  4. При работе с камнем и керамикой.
  5. Для создания ответственных деталей.

Сегодня ЭЛС получила широкое распространение в сфере производства электронных изделий. За счет вакуума можно обеспечить герметизацию микросхем. При этом на поверхность может оказывать воздействие самая различная температура. Производительные установки подходят для работы в сфере авиации. Объем камер может варьировать в большом диапазоне. В заключение отметим, что в последнее время технология активно развивается. Это связано с возможностью получения качественных изделий при небольших затратах.

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка (она же электроннолучевая, электронно лучевая сварка, ЭЛС) — это довольно быстро развивающийся вид сварки. С его помощью можно сварить практически все: и сплавы высокой прочности, и химически активные металлы, и тугоплавкие материалы. Словом, сфера применения очень большая.

В этой статье мы подробно расскажем, что такое ЭЛС сварка, какие есть достоинства и недостатки у такой технологии, и какие особенности нужно учитывать.

Общая информация

Электронно-лучевая сварка — метод сварки, в основе которого лежит применение луча. Луч выделяет тепло, которое формируется в результате столкновения пучка заряженных частиц. Технология непростая, но в ней все же лучше разобраться. Поскольку ЭЛС сварка получила широкое распространение во многих сферах, начиная от микроэлектроники заканчивая оптикой.

Данная технология просто не могла ни появиться. Существовала потребность сварки тугоплавких металлов, а добиться хорошего качества швов просто не получалось. Классические сварочные технологии просто не могли обеспечить должный уровень качества. Для решения этой проблемы была изобретена электронно-лучевая сварка, которая концентрирует тепло в одной точке, при этом сварочная зона остается защищенной.

Технология

Перейдем к описанию технологии ЭЛС сварки. Итак, ключевой элемент — это луч, который генерирует электронная пушка. Плотность энергии в таком луче высока, но ее недостаточно для качественной сварки.

Чтобы исправить эту проблему электроны нужно сконцентрировать в магнитной линзе. На рисунке ниже линза обозначена цифрой 6. Далее электроны, находясь в подвижном состоянии, фокусируются в плотный световой пучок и ударяются о деталь (на картинке обозначена цифрой 1). За счет столкновения электроны тормозятся, и их энергия превращается в тепло. Тепло, в свою очередь, настолько мощное, что быстро нагревает металл до высокой температуры.

В конструкции предусмотрена магнитная отклоняющая система (обозначена цифрой 7). С ее помощью удается контролировать перемещение электронного луча по детали. Таким образом удается добиться точного положения луча, а значит сформировать шов в том месте, где это необходимо.

Когда электроны сталкиваются с молекулами кислорода, теряется огромное количество кинетической энергии. К тому же катод нуждается в дополнительной тепловой защите. Чтобы решить эти задачи в пушке создают вакуум. В результате энергия луча концентрируется строго в одной точке, а площадь нагрева минимальная. Из-за этого металл не деформируется при сварке. Это очень важно при сварке тонких металлов, особенно если деталь маленького размера.

Технология электронно лучевой сварки не простая, но важно понимать ее сущность. Чтобы четко осознавать, какой результат вы хотите получить. Ведь вам придется самому настраивать оборудование, фокусировку и мощность луча.

Особенности

Поскольку технология не самая простая, ее сопровождают некоторые нюансы, которые нужно учесть для полного понимания сути. Первый нюанс заключается в том, что вся сварка происходит в среде вакуума. От этого поверхность деталей идеально чистая. И второй нюанс — детали нагреваются до крайне высоких температур. В итоге мы получаем шов минимальной толщины, который при этом еще и быстро формируется. Это очень хорошо.

Благодаря этим особенностям ЭЛС сварку можно применять при сварке самых разнообразных металлов. У двух деталей может быть разная толщина, состав и даже температура плавления. Шов все равно получится качественным. Минимальная толщина для сварки составляет 0,02 миллиметра. А максимальная — 100 миллиметров. Диапазон очень большой, можно варить большинство деталей. Это все, что вам нужно учесть.

Достоинства и недостатки

Сварка электронная с применением луча имеет несколько весомых плюсов, благодаря которым она и получила свое широкое распространение. Прежде всего, детали при сварке не коробятся, поскольку на деталь воздействует малое количество тепла. В среднем оно в 5 раз меньше, чем при других технологиях сварки.

Второе достоинство — это большие возможности. Вы можете сварить любые металлы и даже не металлы. Сварка керамики с вольфрамом? Пожалуйста! К тому же, можно настроить фокусировку луча и нагреть зону диаметром менее 1 миллиметра. Это впечатляет. Можно сварить детали практически любого размера.

Еще один плюс — это высокое качество шва. И не важно, что вы варите: обычную сталь или химически активные металлы вроде титана. В любом случае, качество соединения вас приятно удивит. А порой благодаря ЭЛС сварке удается достичь и улучшения характеристик металла. Вы также можете сварить любые сплавы, в том числе стойкие к коррозии. Возможности безграничны!

ЭЛС очень экономичная, поскольку потребляется мало электроэнергии. К тому же, технология универсальна и позволяет варить любые металлы. Вы также можете не разделывать кромки, если у вас нет такой возможности.

Что ж, достоинства весомые. Но что насчет недостатков? И без них не обошлось. Например, при сварке металлов с высокими теплопроводными свойствами велика вероятность образования отверстий в корне шва. Это влияет на прочность сварного соединения. И влияет негативно.

Также применение электро-лучевой сварки не всегда оправдано. Она незаменима при работе в труднодоступных местах, но если говорить о сварке в заводских условиях, то достоиснтва не всегда оправдывают себя.

Оборудование

На сегодняшний день электронно-лучевое оборудование производится как у нас, так и за рубежом. Практически все модели оснащены пушками с косвенным или прямым каналом катодов. В целом, отечественная продукция мало в чем уступает зарубежной, при этом стоит дешевле. Да, у нее не такой футуристичный дизайн, но она справляется со всеми задачами. А это самое главное.

Существуют модели, у которых лучевые пушки располагаются в камере. С помощью таких установок можно выполнять сварку лучом со сложной траекторией движения. Во всех современных моделях используются компьютерные технологии, так что вероятность человеческого фактора крайне мала. Многие процессы вообще проходят в автоматическом режиме, оператор может не присутствовать на рабочем месте.

Несмотря на всю технологичность, сварочное оборудование для ЭЛС сварки довольно просто обслуживается и не требует долгого обучения сотрудников. Нужно один раз запрограммировать установку и проследить, чтобы луч фокусировался в нужном месте. Единственное, что затем придется делать каждый раз — это регулировать фокусировку или изменять мощность самого луча. Больше не нужно никаких настроек.

Вместо заключения

Установка электронно лучевой сварки хоть и стоит недешево, но с ее помощью можно сварить даже металл с керамикой, не говоря уже о простой сварке двух металлических деталей. Да и сама ЭЛС сварка очень технологична и шагает в ногу со временем. При этом сварочный процесс очень экономичный, не требует больших затрат.

Вы когда-нибудь сталкивались с электронно-лучевой сваркой? Может быть вы мастер высокого уровня и готовы поделиться своим опытом? Добро пожаловать в комментарии.

Знакомимся с электронно-лучевой сваркой

  1. Особенности и область применения
  2. Достоинства и недостатки
  3. Необходимое оборудование
  4. Технология

Долгое время электродуговая сварочная практика была единственным вариантом. Но техника не стоит на месте, и неизбежно появлялись новые методики. Для любого толкового специалиста важно хотя бы в общих чертах знакомиться с электронно-лучевой сваркой, чтобы понимать, на что она способна и что может дать.

Особенности и область применения

Говоря про электронно-лучевую сварку, следует подчеркнуть прежде всего, что это бурно развивающаяся и неуклонно совершенствующаяся технология. Ее можно использовать при работе с плохо расплавляемыми при обычных условиях или очень активными химически веществами. Электронно-лучевая методика лучше традиционных вариантов справляется с соединением разнородных веществ. Специальные установки находят применение:

  • в обработке алюминиевых и легированных стальных заготовок;
  • в манипуляциях со сплавами титана, ниобием, цирконием, танталом;
  • в производстве изделий из бериллия и сплавов на его основе.

Эта технология востребована в производстве ракет, иных летательных аппаратов и атомных систем. Именно лучевое воздействие позволяет создать очень ровный и однородный по составу шов. Процесс сварки совершается за счет применения кинетической энергии электронов. Соударение их с поверхностью является причиной прогрева металла или сплава. В ГОСТ на электронно-лучевую сварку введены обозначения уровней качества:

  • D – минимальный уровень;
  • C – среднее качество;
  • B – максимально высокой уровень.

Достоинства и недостатки

Вакуумная среда, создающаяся в электронно-лучевой установке, помогает защищать поверхность обрабатываемого изделия. В этом смысле она куда совершеннее, чем даже самые продуманные варианты газовой сварки или сварочных работ под флюсом. Катод тоже очень хорошо защищен в химическом отношении. Потери кинетической энергии при электронно-лучевой сварке меньше, чем при других технологиях. Причина вполне понятна: фокусированный луч не натыкается на молекулы газов и взвесей.

Еще одним плюсом оказывается повышенная эффективность дегазации в сварочной ванне. Тот же вакуум является абсолютной гарантией против образования оксидных пленок. Однако все это не означает, что электронно-лучевая методика есть абсолютный идеал. На поверхность попадает сравнительно немного тепла.

Традиционное дуговое воздействие отличается большей мощностью.

Потому ЭЛС резко меняет кристаллическую структуру металла или сплава. Обрабатываемые участки могут подвергнуться короблению. Вернувшись к достоинствам методики, стоит подчеркнуть, что она позволяет обрабатывать керамику и тугоплавкие металлы. Фокусированный луч может обработать участки величиной меньше 1 мм. Отработана технология изготовления ответственных элементов и декоративной продукции, в том числе из стойких к коррозии сплавов.

Еще стоит отметить:

  • существенную гибкость регулировки мощности;
  • возможность получения узких швов на большой глубине;
  • минимизацию риска повреждений при импульсной подаче энергии;
  • пригодность для общей термообработки и перфорации металла, для нарезки заготовок.
Читать еще:  Порядок сварки алюминия аргоном — пошаговая инструкция для начинающих

Но очевидно, что вакуумная среда создается за определенное время. Потому, несмотря на относительно высокую производительность самого рабочего цикла, суммарный выход продукции будет меньше, чем при других технологиях. Корень шва может иметь полость. Предотвратить это помогает только специальная контрольная техника. В любом случае электронно-лучевая сварка невозможна в домашних условиях, она относительно дорога и требует квалифицированных операторов.

Необходимое оборудование

Специальная установка, создающая электронный поток, генерирует его при помощи одной или нескольких «пушек». Сама заготовка находится во время работы в специальной вакуумной камере. Для контроля хода работы используется либо смотровое окошко, либо удаленный монитор с датчиками и магистралями передачи информации. Непосредственное управление работой установки происходит через пульт специальной конструкции. Создание электронного потока в «пушке» происходит при помощи катода, который нагревает обычная спираль сопротивления.

Фокусировка потока выполняется с помощью вспомогательных электродов. На катоде формируют напряжение с отрицательным зарядом. Избежать отталкивания электродов помогает специальный фокусирующий блок. Точность управления обеспечивает система отклонения луча. Стоит учесть, что камеры есть не во всех приборах: многие системы электронно-лучевой сварки создают лишь локальный вакуум непосредственно в рабочей зоне.

Камерные электронно-лучевые аппараты классифицируют по напряжению. Низковольтными считают системы, сконструированные для тока от 10 до 30 кВ. К среднему классу относят сварочные комплексы, рассчитанные на 40-60 кВ. В высоковольтную категорию попадают аппараты, работающие на токе 100-200 кВ.

Также системы электронно-лучевой сварки подразделяют на универсальную и специализированную группу. Первый тип позволяет выполнять ремонтную и экспериментальную сварку. Второй рассчитан только на изготовление однородных элементов. Часть выпускаемого оборудования имеет блоки горизонтального вращения, помогающие обрабатывать трубчатые детали.

Применяемые в микроэлектронной отрасли сварочные комплексы имеют максимально возможную точность расположения лучей.

Технология

Разогрев идет по всему зазору, разделяющему детали. Зона воздействия частиц ограничивается долями микрона, но поскольку их много, особых ограничений на размер обрабатываемого участка нет. Зазоры между соединяемыми конструкциями стараются делать максимально малыми; если толщина металла 20 мм и менее, разрыв должен составлять не более 0,1 мм. Если уменьшить зазор не получается, применяют присадочные металлы. Однако на долю присадки должно приходиться максимум 50% массы шва.

Отклонение электронного луча может составлять максимум 0,3 мм от заданного значения. Катод в электронно-лучевых установках может быть плазменным (тогда говорят о косвенном накале). Катодный элемент прямого накаливания — это вольфрамовая, танталовая либо иная тугоплавкая спираль. Для изготовления анодов применяют сталь либо медь. Вакуумная среда не только обеспечивает защиту свариваемых изделий, но и помогает избежать перегрева катода.

В следующем видео показано, как происходит электронно-лучевая сварка алюминия.

Понятие и применение электронно-лучевой сварки

Идея электронно-лучевой сварки появилась в 50-х годах прошлого века во Франции. Она заключалась в том, что сваривать большинство видов металлов можно, бомбардируя их потоком отрицательно заряженных частиц.

Довольно быстро на свет появились первые опытные установки ЭЛС, и к настоящему моменту они с успехом применяются во многих областях промышленности, как правило — в высокотехнологичном и высокоточном производствах.

Принцип действия

Лучевая сварка в целом — это метод создания неразрывно-монолитного соединения металлов воздействием на их стыки высокоэнергетического луча. При этом природа луча может быть различной.

В электронно-лучевой сварке луч представляет собой плотно скомпонованный поток быстро движущихся электронов, которым сообщается большая кинетическая энергия. При столкновении с металлической поверхностью эта энергия переходит в теплоту, вызывая расплавление металлов.

Воздействие возможно как непрерывным, так и импульсным лучом. В последнем случае частота импульсов обычно находится в диапазоне от 100 до 500 Гц.

Существует и такое понятие, как сварка световым лучом. Изредка так ошибочно называют электронно-лучевую сварку. На самом деле этот термин к ней неприменим, поскольку электронный луч не относится к видам светового излучения, так как невидим.

Свет — это диапазон электромагнитных излучений, видимых человеческому глазу. Сваркой световым лучом правильнее называть лазерную сварку. Лазерный луч действительно представляет собой поток когерентного светового излучения.

Для инициирования электронного потока используются специальные установки — электронные пушки. Луч инициируется мощным электрическим полем, напряжение которого достигает 100 кВ.

При этом в установке создается максимально приближенное к абсолютному вакууму состояние. Из нее выкачивают воздух, создавая давление порядка 10 в минус 4…10 в минус 6 степени мм рт. ст. Это практический предел вакуума, которого можно достичь в промышленности.

Вакуумирование установки необходимо для того, чтобы электроны не теряли кинетическую энергию, сталкиваясь с атомами воздуха. Оно дает приятный побочный эффект — в результате этого происходит дегазация шва. Сварочное соединение не насыщается элементами атмосферного воздуха либо защитных газов.

Данные обстоятельства ведут к тому, что электронно-лучевая сварка имеет широкий спектр достоинств — но в то же время и несколько существенных недостатков, которые ограничивают повсеместное распространение данного метода.

Достоинства

Электронно-лучевая сварка относится к высокотехнологичным видам сварочных работ и применяется, соответственно, на сложных и высокоточных производствах. Основной недостаток у нее, по сути своей, один — установка лучевой сварки сложна в производстве и монтаже, поэтому стоит очень дорого — порядка нескольких миллионов.

Ее применение оправдано и рентабельно там, где стоимость изделия на выходе по всем остальным производственным факторам коррелирует со стоимостью сварочной установки.

Как правило, это отрасли производства, где требуется сверхвысокое качество соединения, в том числе металлов, сварка которых иными методами затруднена или невозможна. К таким относятся химически активные металлы (алюминий, магний и особенно титан), а также сверхтвердые и тугоплавкие.

У электронно-лучевой сварки есть и другие преимущества. Она имеет высокий КПД, что влечет за собой потребление меньшего количества энергии, которое нужно затратить на одну операцию (по сравнению с контактной или дуговой электросваркой).

Сварка электронно-лучевым методом имеет минимальную область пятна нагрева — до 0, 00001 кв. см, меньше — только у лазерной сварки. У нее максимальная мощность в точке нагрева — до 100 миллионов ватт на кв. см (выше только у лазера).

Особенность электронно-лучевой технологии позволяет выполнить дегазацию сварного шва, появляется возможность сваривать химически активные металлы — ниобий, молибден, титан, цирконий. Возможна сварка очень тугоплавких металлов, таких, как вольфрам, так как основная энергия тратится именно на нагрев точки контакта.

Нет необходимости использовать дополнительные средства — припои, флюсы, присадки, плавящиеся и неплавящиеся электроды. широкий диапазон свариваемых деталей по толщине — от десятых долей миллиметра до 200 мм.

Возникает возможность тонко регулировать глубину проплавления и появляется прецизионная точность. Сварка лучом электронов идет практически без участия человека, оператор установки только задает и контролирует параметры.

У нее высокая скорость — до 5 см/сек, и есть возможность изготавливать детали очень малых размеров и сложной конфигурации, варить в труднодоступных местах.

При электронно-лучевой сварке появляется шов «кинжального» сечения, глубокий и узкий, с минимальным наплавлением. Величина угловых деформаций сводится к минимуму.

Недостатки

Разумеется, есть у электронно-лучевой сварки и недостатки. Основной — высокая стоимость самой установки. К другим относятся:

  • сложность контроля проплавления толстого металла — у основания шва могут сохраниться лакуны, воздушные поры;
  • теоретическая возможность повышенного количества брызг металла, появления подрезов или провисов (что характерно и для других методов сварки);
  • длительная и сложная настройка оборудования, требующая высокой квалификации от наладчика;
  • для каждой операции установку требуется перенастраивать, что на практике уменьшает диапазон ее возможностей. Не каждое соединение целесообразно выполнять на станке электронно-лучевой сварки.

Кроме того, перед началом электронно-лучевой сварки детали необходимо очень тщательно зачистить. Первый этап зачистки проводят механическими способами, а второй — физико-химическими, с помощью специальных растворителей.

В некоторых случаях применяется еще и третий — незначительное оплавление краев соединяемых деталей перед сваркой включением установки на малой мощности.

Конструкция установок

Установка электронно-лучевой сварки может быть смонтирована стационарно, либо располагаться внутри вакуумной камеры. Она всегда включает в себя, кроме камеры:

  • катод и анод;
  • механизм транспортировки (самой пушки или деталей);
  • насос для нагнетания вакуума;
  • систему электромагнитного отклонения луча;
  • систему позиционирования электронного пучка;
  • различные вспомогательные устройства и систему управления на основе соответствующего ПО.

В качестве примера можно привести установку ЭЛТУ-60. Этот аппаратный комплекс отечественного производства (НИТИ «Прогресс) предназначен для однопроходной сварки различных, в том числе разнородных металлов и сплавов. Имеет ограничение по толщине — до 30 мм.

Область, в которой используется эта и аналогичные установки — создание воздушных и космических кораблей, изготовление турбин, ядерная энергетика, массовое изготовление подшипников, конструирование сложных электровакуумных приборов, а также другие области особо ответственного назначения.

Технология электронно-лучевой сварки

Электронно-лучевая сварка — это надежный способ соединения тугоплавких материалов с разной температурой плавления, сокращенно ЭЛС.

Электронно-лучевая сварка — это надежный способ соединения тугоплавких материалов с разной температурой плавления, сокращенно ЭЛС. Технология развивается с середины прошлого века и с успехом используется в авиационной, космической промышленности. Там, где необходимо особо точное и крепкое соединение компонентов.

Описание технологии

В основе электронно лучевой технологии сварки лежит использование механической энергии электронов, которую создает электронная пушка. Скорость электронов в магнитном поле пушки прямо зависит от ускоряющего напряжения. От мощности энергии пучка и плотности свариваемого материала зависит глубина проникновения луча. При воздействии пучка с материалом кинетическая энергия электронов переходит в тепловую. В это время происходит создание вторичных электронов и выделение рентгеновского и теплового излучений. Чем меньше диаметр пучка, тем больше его удельная мощность.

Управляя мощностью луча и длительностью облучения, можно выполнять множество разных технологических операций. От очистки поверхности материала до сварки и испарения. Все процессы происходят в вакуумной среде. В зависимости от производственной необходимости, вакуум в камере может быть от 10-2 до 10-6.

Для обеспечения непрерывного процесса используют сменные контейнеры. Пока происходит процесс сварки в одном контейнере, другой перезаряжают. Наличие двух контейнеров в несколько раз увеличивает производительность сварочной установки.

Электронно лучевая технология сварки позволяет не только надежно соединять разные материалы, но и делать напыление металлом или керамикой, создавать новые материалы. Например, можно создать материал с электропроводностью меди и крепостью стали.

Мат. часть процесса

  • электронную пушку, которых может быть несколько;
  • вакуумную камеру;
  • блок управления;
  • смотровое окно для наблюдения за процессом (или монитор).

В электронно лучевой пушке для сварки формируется поток электронов, который производится катодом, подогреваемым спиралью. Около катода расположены дополнительные электроды, которые предварительно фокусируют электроны, формируя луч. На катод подается отрицательное напряжение. На ускоряющий электрод, размещенный на расстоянии нескольких сантиметров от катода, прикладывается положительное напряжение. Высокая разность потенциалов разгоняет электроны до скорости выше 100 000 км/с. В связи с тем, что электроны имеют свойство взаимно отталкиваться, их необходимо сфокусировать электромагнитной фокусирующей системой. Для точного управления лучом в электроннолучевой пушке установлена электромагнитная отклоняющая система.

  • уменьшает потери энергии электронов от ударов об молекулы воздуха;
  • почти полностью снижается вероятность возникновения оксидной пленки на свариваемых материалах;
  • предотвращает образование дугового разряда.

Для сварки может применяться постоянное или импульсное напряжение с частотой 100-500 Гц. Использовать импульсное напряжение эффективнее, особенно при варке легкоиспаряющихся металлов: алюминий или магний. Энергия луча не тратится на ионизацию паров.

При правильно выборе частоты и скважности колебаний можно сваривать тонкие листы.

Виды сварочных лучевых установок

По величине рабочего ускоряющего напряжения установки делятся на:

  • низковольтные (10-30 кВ);
  • средние (40-60 кВ);
  • высоковольтные (100-200 кВ).

Промышленность производит универсальные установки и специализированные. Универсальные системы можно применять для ремонтной и экспериментальной сварки изделий. Специализированные системы настраиваются на изготовление однотипных деталей.

Системы могут применяться не только для сварки металлов, в том числе тугоплавких, но и для обработки керамики, стекла, алмазов и других материалов. Установки можно использовать для:

  • сварки;
  • резки;
  • гравировки;
  • сверления;
  • легирования
  • напыления.

Некоторые агрегаты оснащаются механизмом горизонтального вращения для обработки деталей трубчатой формы.

Современные установки отличаются особой точностью позиционирования луча, поэтому они с успехом используется в микроэлектронике. Например, аппарат MEBW-60, который производит предприятие Focus, может сваривать детали из нержавеющей стали толщиной от 0,02 мм. Максимальная толщина стыка до 12 мм.

Использование сварки в промышленности

Без электроннолучевой сварки не обойтись во время обработки:

  • активных металлов;
  • термоупрочненных материалов;
  • деталей ответственного назначения;
  • тугоплавких металлов,
  • изделий из керамики, камня.

Метод лучевой сварки используется и для производства в металлургии. Титан выплавляется из титановой губки при помощи электронно лучевых пушек.

Японские строители атомных станций применяют лучевую сварку для соединения аустенитной нержавеющей стали, используемой в активной части реактора, используют электронно-лучевые установки. Исследования показали, что качество сварного шва, полученного лучевым способом, по многим показателям превосходит шов дуговой сварки.

ЭЛС широко применяются в электронной промышленности. С ее помощью герметизируют микросхемы и полупроводниковые приборы. Температура нагрева изделия не превышает 200 градусов. Сварочный аппарат ЭЛУМС-25/0,5, разработанный в НПО «Орион», может приваривать золотые проводники микросборок диаметром 5 мкм.

Наиболее мощные и большие установки применяются в авиационной промышленности. Объем камер составляет около 1500 кубических метров.

В последнее время, после некоторого спада интереса к электронно-лучевой сварке, из-за общего кризиса в экономике, активизировались работы по производству и разработке новых технологий ЭЛС. Если вы специалист в этой сфере, и вам есть что рассказать, добавить или поспорить по теме, высказывайтесь в блоке комментариев.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×