Вакуумная система электронно-лучевой установки

Вакуумная система ЭЛУ служит для создания необходимого давления в ЭЛП и рабочей камере: как правило 10^-2—10^-4 Па в ЭЛП и 10—10^-3 Па в рабочей камере. ЭЛП отсекается от рабочей камеры с помощью специального вакуумного клапана, который открывается на время проведения сварки (рис. 5.12).

 

Рис. 5.12. Типичная вакуумная камера электронно-лучевой установки для сварки в промежуточном вакууме:
N1 — механический насос ЭЛП; N2 — высоковакуумный насос ЭЛП; N3 — двухроторный механический насос; N4 — золотниковый или пластинчато-роторный насос; VI — клапан откачки высоковакуумного насоса; V2 — клапан откачки ЭЛП высоковакуумным насосом; V3 — клапан откачки ЭЛП механическим насосом; V4 — клапан напуска в ЭЛП; V5 — клапан отсечки ЭЛП; V6 — клапан напуска в рабочую камеру (РК); V7 — клапан откачки рабочей камеры; V8 — напуск в насосы откачки рабочей камеры

В качестве механических насосов с предельным давлением 0, 1—10 Па используются шиберные или золотниковые насосы и агрегаты на их основе, в состав которых включаются также двухроторные насосы (насосы Рутса). В качестве высоковакуумных насосов используются паромасляные или турбомолекулярные насосы.

Система управления электронно-лучевой установкой

Система управления (СУ) должна выполнять следующие основные функции:

o программное управление работой всех систем установки;

o диагностику работы всех систем установки;

o контроль и управление положением электронного луча по отношению к стыку;

o контроль и управление пространственными, энергетическими и временными характеристиками электронного луча;

o связь с СУ более высокого уровня при работе в составе гибкой производственной системы.

Элементная база СУ — мини- и микроЭВМ, микропроцессоры. Все программное управление осуществляется либо одной достаточно мощной ЭВМ, либо центральной микроЭВМ и местными микроЭВМ, на которых реализуется локальное управление одним или несколькими устройствами.

50. Составные части установок для электронно-лучевой сварки. Электро-механический и энергетический комплексы. Система электропитания электронной пушки.

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС)

Сущность процесса

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) осуществляется в вакууме за счет расплавления кромок основного металла сфокусированным потоком электронов, имеющим высокую удельную мощность q₂. Технологический диапазон для целей нагрева, плавления, испарения составляет ~10⁴—5*10⁸ Вт/см². Сварка металлов малых толщин (до 3 мм) ведется с удельной мощностью q₂≈ 10⁴ Вт/см², когда испарение с поверхности сварочной ванны незначительно. Однопроходная сварка металлов больших толщин (до 200—300 мм) требует q₂=10⁵÷ 10⁶ Вт/см². В этом случае проникновение электронного луча на большую глубину сопровождается испарением металла и формированием канала проплавления, на стенках которого рассеивается практически вся мощность электронного луча. Канал проплавления, поверхность которого сильно перегрета относительно температуры плавления металла Т_пл и может достигать температуры кипения T_кип, движется через толщу металла, образуя по всей глубине канала область расплава металла, который перемещается в хвостовую часть ванны и гам кристаллизуется.Переход от сварки металлов малых толщин к однопроходной сварке металлов больших толщин осуществляется по достижении критической удельной мощности q₂*, величина которой для большинства металлов q₂*=10⁵÷ 10⁶ Вт/см². Верхнее значение удельной мощности электронного луча для технологических целей ограничено уровнем q₂≤ Вт/см² (выше процесс обработки материала становится неуправляемым из-за взрывного характера разлета образующейся плазмы). Высокая концентрация энергии в луче позволяет получать при больших скоростях ЭЛС узкие и глубокие сварные швы с минимальной зоной термического влияния и высокими механическими свойствами металла шва и околошовной зоны.

Параметры и показатели ЭЛС

Параметрами электронного луча, измеряемыми в процессе сварки, являются: ток луча I, ускоряющее напряжение U, ток фокусирующей системы I_ф, рабочее расстояние (расстояние от центра фокусирующей системы до поверхности свариваемого изделия) l, угол сходимости луча α, скорость перемещения луча v.

При заданных значениях параметров: мощности (Вт) q=IU, l, I_ф, α можно определить диаметр электронного луча d и соответственно удельную мощность q₂, Вт/см².

q₂=IU/(π d²/4). (5.1)

При использовании импульсно-периодического режима сварки средняя мощность луча, Вт, равна:

q_ср=I_иUfτ, (5.2)

где I_и — ток луча в импульсе. A; U — ускоряющее напряжение. В; f — частота следования импульсов, Гц; τ — длительность импульса, с. Скорость сварки в импульсном режиме, см/с:

v_св = b(l—K)f, (5.3)

где К — коэффициент перекрытия точек (обычно K=0, 5÷ 0, 9); b — диаметр сварной точки, см. Количественными показателями ЭЛС являются: погонная энергия Q₁=q/v_св (Дж/см) — затраты энергии на единицу длины сварного шва; Q₂=q/v_свH (Дж/см²) — затраты энергии на формирование единицы площади стыка; q/H (Вт/см) — затраты мощности на единицу глубины сварного шва; К=Н/В (здесь В — ширина шва, К — коэффициент формы шва; Н — глубина шва).

Типичные интервалы значений параметров электронного луча для сварки следующие: q=1÷ 120 кВт при U=25÷ 120 кВ, α = 1÷ 5°, l=20÷ 200 мм. v_св=0, 1÷ 3 см/с, d=0, 1÷ 3 мм, f=1÷ 100 Гц, τ =5÷ 100 мс, К> 10.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: