Тема 1.9 Основы электроннолучевой сварки. Схема процесса сварки. Формирование сварного шва. Параметры режима сварки. Применение способа сварки.

СВАРКА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ И ЛАЗЕРНАЯ

 

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 металла использовать среды, содержащие минимальное количество водорода, кислорода и азота. Этим условиям отвечает сварка электронным лучом.

Сущность и 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 за 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 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 ме­-
талла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств.

В результате достигается высокое качество сварных соединений
на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий,
цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно­-
лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, коррозионно-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.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки — сила тока в луче, ускоряющее напряжение, скорость перемещения луча по 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.

Основные типы 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 подрезов) 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 проплавления изменяется более резко. Поглощение све-говой 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 не 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.

 

СВАРКА ЛАЗЕРНАЯ

 

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 металла использовать среды, содержащие минимальное количество водорода, кислорода и азота. Этим условиям отвечает сварка лазером.

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 проплавления изменяется более резко. Поглощение све-говой 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 не 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.

 

 

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. D. СОЦИОИДЕОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ВЕЩЕЙ И ПОТРЕБЛЕНИЯ
2. I. Методические принципы физического воспитания (сознательность, активность, наглядность, доступность, систематичность)
3. I. Определите значение терминов, сгруппируйте их по темам.
4. I. Фаза накопления отклонений объекта от нормального протекания процесса.
5. I.Формирование феодализма в Королевстве франков VI-IX вв.
6. II. Формирование феодализма в Киевской Руси
7. II.4. Особенности процесса социализации в маргинальный переходный период.
8. III. ОСНОВЫ НОРМИРОВАННОГО КОРМЛЕНИЯ
9. III. ТЕМАТИКА КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
10. III.1. Методологические основы классификации ландшафтов
11. III.3. Система классификационных единиц
12. IV. 7.Применение физических методов охлаждения.