Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка — была разработана немецким физиком Карлом-Гайнцом Штайгервальдом из Штутгарта, Западная Германия, до 1958 года. Штайгервальд проводил эксперименты на своем электронном микроскопе, чтобы увеличить мощность прицела, и к своему удивлению обнаружил, что исследовавшийся образец исчез. Позже Штайгервальд определил, что, регулируя параметры мощности, образец плавится и снова затвердевает. Так родился аппарат электронной лучевой сварки. сварка, источником энергии при которой является кинетическая энергия электронов в электронном пучке, сформированном электронной пушкой.

Используется для сварки тугоплавких, высокоактивных металлов в космической, авиационной промышленности, приборостроении и др. Электронно-лучевая сварка используется и при необходимости получения высококачественных швов с глубоким проплавлением металла, для крупных металлоконструкций.

История

Первая установка для электронно-лучевой сварки была создана в МЭИ в 1958 году. В настоящее время выпускаются установки ЭЛУ-27, ЭЛСТУ-60, MEBW-60 и др.

Сущность

Электронно-лучевая сварка проводится электронным лучом в вакуумных камерах. Размеры камер зависят от размеров свариваемых деталей и составляют от 0.1 до нескольких сотен кубических метров.

Плавление металла при электронно-лучевой сварке и образование зоны проплавления обусловлено давлением потока электронов в электронно-лучевой пушке, выделением теплоты в объеме твердого металла, реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением.

Сварка производится непрерывным или импульсным электронным лучом. Импульсные лучи с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легкоиспаряющихся металлов, таких как алюминий, магний. При этом повышается глубина проплавления металла. Использование импульсных лучей позволяет сваривать тонкие металлические листы.

В камере, формирующей электронный луч, откачивается воздух вплоть до давлений 1—10 Па. Это приводит к высокой защите расплавленного металла от газов воздуха.

Приемы сварки электронными лучами

Электронная пушка. 1 — катод, 2 — электрод, 3 — анод, 4 — электромагнитная линза, 5 — отклоняющая катушка, 6 — свариваемое изделие

В электронно-лучевой сварке применяют следующие технологические приемы для улучшения качества шва:

  • сварку наклонным лучом (отклонение на 5—7°) для уменьшения пор и несплошностей в металле;
  • сварку с присадкой для легирования металла шва;
  • сварку на дисперсной подкладке для улучшения выхода паров и газов из металла;
  • сварку в узкую разделку;
  • сварку двумя электронными пушками, при этом одна пушка производит проплавление металла, а вторая формирует корень канала;
  • предварительные проходы для очистки и обезгаживания кромок свариваемых металлов;
  • двустороннюю сварку одновременно или последовательно ;
  • развертку электронного луча: продольную, поперечную, Х-образную, круговую, по эллипсу, дуге и т. п.;
  • расщепление луча для одновременной сварки двух и более стыков;
  • модуляцию тока луча частотой 1—100 Гц. для управления теплоподачей в сварной шов.

Преимущества

Электронно-лучевая сварка имеет следующие преимущества:

  • Высокая концентрация теплоты позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от 0,1 до 200 мм;
  • Для сварки требуется в 10-15 раз меньше энергии чем для дуговой сварки;
  • Отсутствует насыщение расплавленного металла газами.

Недостатки

  • Образование непроваров и полостей в корне шва;
  • Необходимость создания вакуума в рабочей камере.

Оборудование

Электронно-лучевые установки подразделяются на универсальные и специализированные, высоковакуумные (давление менее <10-1 Па), промежуточного вакуума (давление 10—10-1 Па), сварка в защитном газе (103—105 Па), на камерные (изделие внутри рабочей камеры) и с локальным вакуумированием (герметизация изделия в зоне сварки).

В состав установок для электронно-лучевой сварки входит электронная пушка, блоки питания. Электронно-лучевая пушка формирует пучок электронов с высокой плотностью энергии.

См. также

Примечания

Литература

  • Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).
  • Электронно-лучевая сварка/О. К. Назаренко, А. А. Кайдалов, С. Н. Ковбасенко и др./Под ред. Б. Е. Патона.— Киев: Наукова думка, 1987.— 256 с.
  • З. Шиллер, У. Гайзиг, З. Панцер. Электронно-лучевая технология. — М.: Энергия, 1980. — 528 с.
  • Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988. — 255 с. — ISBN 5-06-001480-0.
  • Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно - и электронно-лучевой технологии. — М.: Машиностроение, 1989. — 56 с. — ISBN 5-217-00726-5.