Схема и возможности электронно-лучевой сварки

Схема ЭЛС приведена на рис. 4.1, а.

Рис. 4.1. Электроннолучевая сварка: а - схема ЭЛС с классической электронной пушкой; б - схема формирования сварного шва; в - сравнение сварных швов: 1 – обрабатываемое изделие; 2 - отклоняющая система; 3 - фокусирующая линза; 4 – кольцевой электрод (ускоряющий анод); 5 – прикатодный электрод; 6 - катод; 7 - электронный луч; 8 - сварной шов ЭЛС; 9 – пародинамический канал; 10 - фронт расплавленного металла; 11 - основной объем расплава; 12 - сварной шов при дуговой сварке.

Образование луча начинается с эмиссии электронов с нагретого металлического катода 6. Ускорение электронов обеспечивается за счет ускоряющего напряжения (15…200 кВ) между прикатодным электродом 5 и кольцевым анодом 4. Для прохождения электронного луча 7 кольцевой анод 4 снабжен центральным отверстием. Для увеличения плотности энергии применяют фокусирующую линзу 3, которая концентрирует луч на малом пятне диаметром в десятые и даже сотые доли миллиметра. При перемещении обрабатываемого изделия 1 под неподвижным лучом образуется сварной шов 8. При необходимости электронным лучом можно управлять с помощью отклоняющей системы 2.

Схема формирования сварного шва показана на рис. 4.1, б. При соударении с изделием электроны тормозятся, их кинетическая энергия до 90% переходит в тепловую энергию. При мощности пучка в десятки киловатт плотность энергии в нем превышает плотность энергии электрической сварочной дуги на два–пять порядков (от 10⁵ до 10⁹ Вт/см²). Температура в месте соударения достигает 5000…6000^оС, вызывая плавление и частичное испарение металла. Расплавленный металл обрабатываемого изделия 1 вытесняется из сварочной ванны давлением паров, с образованием канала проплавления, так называемого пародинамического канала 9.

Таким способом сваривают металлы толщиной от 0, 1 мм до 300 мм и более за один проход. В результате можно получить швы 8 с коэффициентом формы шва рис. 4.1, в, (соотношение глубины проплавления к ширине шва) достигает 50: 1 (кинжальное проплавление), аналогичный показатель при дуговой сварке составляет 1: 2 - 1: 1.

ЭЛС получают стыковые, угловые и реже тавровые соединения, как правило, без разделки и иногда с разделкой кромок. Стыковые соединения могут свариваться с отбортовкой кромок. Применяются замковые соединения и соединения, образованные прорезными швами и электрозаклепками. При сварке металла большой толщины с разделкой кромок может применяться присадочная проволока.

Сварка может осуществляться во всех пространственных положениях, но чаще всего она осуществляется в нижнем положении. Может применяться сварка импульсным лучом. Перед сваркой требуется точная сборка изделий и точное направление луча по оси стыка. При применении увеличенных зазоров для предупреждения подрезов требуется дополнительный металл в виде технологических буртиков или присадочной проволоки.

Основными параметрами режима электронно-лучевой сварки являются: сила тока луча I, ускоряющее напряжение U_ус, V_св которыемогут изменяться в следующих пределах: I=10 мА–1, 0 А, U_ус=10–150 кВ, V_св=1–100 м/ч.

Дополнительными параметрами режима электронно-лучевой сварки являются: сила тока в магнитной фокусирующей линзе, остаточное давление в камере, параметры импульсов (время импульсов и паузы) при импульсной сварке, колебания электронного луча, расстояние от пушки до свариваемого изделия и др.

Оборудование для ЭЛС

ЭЛС выполняют на камерных или бескамерных установках.

В камерных установках свариваемое изделие помещается целиком в камеру, в бескамерных - вакуум создается локально, только в месте сварки.

В России серийно выпускают камерные установки мод. ЭЛУ – 9; ЭЛУ – 10; ЭЛУ – 20; ЭЛУР – 1АТ. Например, автоматизированный комплекс ЭЛС - ЭЛУР – 1АТ снабжен системой управления параметрами режима сварки и устройством числового программного управления с шестью управляемыми осями перемещения электронных пушек и рабочего стола с установленными на нем заготовками. Сварку производят две одновременно работающие электронные пушки, расположенные друг против друга.

В состав комплекса входят следующие системы.

- система визуального наблюдения за процессом сварки, видеоустройство, которой позволяет точно наводить луч на кромки свариваемых заготовок.

- Система диагностики состояния катодного узла, электронной пушки и аппаратуры в целом.

- Устройствоуправления электронным лучом, позволяющее проводить сканирование луча по окружности, эллипсу, линии, прямоугольнойи др. траектории;

- Устройство плавной регулировкимощности луча в начале и в конце процесса сварки, что позволяетснизить вероятность образования кратера в сварном шве.

Комплекс позволяет сваривать изделия диаметром до 3, 2 м, высотой до 1, 8 м, общей массой до 10 т.

Разработанная более 50 лет назад и применяемая преимущественно в массовом производстве тонколистовых конструкций ЭЛС в бескамерных установкахимеет преимущества в скорости подготовки к сварке из-за отсутствия необходимости создания высокого вакуума в рабочей зоне. В настоящее время ряд специалистов продолжают работы по разработке оборудования и внедрению технологий этого перспективного способа.

Технология ЭЛС

ЭЛСможно сваривать соединениятех же типов, что и дуговой сваркойво всех пространственных положениях: стыковые, нахлесточные, угловые. С помощью ЭЛС можно производить сварку с разделкой кромок с применением присадочногоматериала. Однако ЭЛС позволяет выполнять соединения принципиально новых типов, например, с узким щелевым зазором, с отбортовкой кромок, прорезными швами и др. Основными требованиями является прецизионная сборка изделияперед сваркой и наведение луча по оси стыка. В ряде случаев, например, при сварке изделий из тонкого металла или металлов с низкой температурой плавления, например, магний, алюминий и их сплавы, предпочтительнееиспользовать импульсный режим.

Основными параметрами режима ЭЛС являются: сила тока луча I, ускоряющее напряжение U_ус, скорость сварки V_св. Ускоряющее напряжение в основном определяет глубину проплавления. При сохранении постоянной удельной мощности в пятне нагрева глубина проплавления увеличивается с повышением ускоряющего напряжения.Изменяя силу тока электронного луча можно оказывать существенное влияниена ширину сварочной ванны и, соответственно, шва. Глубина проплавления сварочной ванны практически не зависит от силы тока. Однако общее возрастание мощности электронного луча приводит к некоторому увеличению глубины проплавления.Повышение скорости сварки при сохранении постоянства погонной энергии несколько увеличивает глубину проплавления, мало влияя на ширину шва. Погонная энергия при ЭЛС не превышает 20% от аналогичного показателя при дуговой сварке.

Дополнительными параметрами режима ЭЛС являются: сила тока I_фв фокусирующей линзе, остаточное давление в камере, параметры импульсов (скважность и форма) при импульсной сварке, сканирование электронного луча, расстояние от пушки до обрабатываемого изделия и др. Влияние изменения силы тока в магнитной фокусирующей линзе I_ф на глубину проплавления h, ширину ванны b и площадь проплавления F_пр видно из графика, представленного на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Влияние изменения силы тока Iфв магнитной фокусирующей линзе на параметры сварного шва: 1 – глубина проплавленияh; 2 – ширина ванныb; 3 – площадь проплавленияFпр

При увеличении силы тока I_фв фокусирующей линзе ширина ванныb сначала снижается, а затем возрастает. Изменение глубины проплавления hпри изменении силы тока I_фв фокусирующей линзе имеет зависимость с явно выраженным экстремумом. Площадь проплавления шва F_прпрактически не зависит от фокусировки. На практике силу тока I_фв фокусирующей линзе выбирают в пределах 50–100 мА.

Остаточное давление в камере определяет стабильность процесса и качество сварных соединений. Разряжение должно быть достаточным для исключения дугового разряда (пробоя) в электронной пушкев течение всего процесса сварки. Увеличение давления в камере снижает мощность электронного луча и уменьшает его проникающую способность. При ЭЛС давление в камере поддерживается на уровне 10^-3–10^-5Па.При сварке импульсным электронным лучом (100–500 Гц) может повыситься глубина проплавления, появляется возможность сваривать очень тонкие листы и уменьшать протяженность ЗТВ.Колебания электронного луча позволяют избежать ряда дефектов, свойственных ЭЛС (подрезов, несплавлений, непроваров корня шва и др.). Используют сканирование по прямоугольной или синусоидальнойтраектории в диапазоне частот 10–800 Гц. Амплитуду колебаний выбирают в пределах 0, 5–2, 0 мм. Наряду с поперечным применяют и продольное сканирование лучом.Расстояние от электронной пушки до обрабатываемого изделия допускается в широких пределах: 50–120 мм - для низковольтных и 50–500 мм - для высоковольтныхпушек. Изменение расстояния в процессе сварки на несколько миллиметров не оказывает заметного влияния на параметр шва и его качество.

В табл. 4.1 приведены режимы ЭЛС стыкового соединения в нижнем положении.

Таблица 4.1

Режимы ЭЛС стыкового соединения в нижнем положении

Свариваемый металл	Толщина металла, мм	Ускоряющее напряжение, кВ	Сила тока в луче, мА	Скорость сварки, м/ч
Высоколегированные стали	10	23–25	400	60–70
	30	20–22	500	20–30
Молибден и его сплавы ⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒ Поделиться:

Последнее изменение этой страницы: 2019-06-19; Просмотров: 336; Нарушение авторского права страницы