Достоинства и недостатки электронно-лучевой сварки
Сварка электронно-лучевым методом применяется в различных отраслях промышленности, поскольку позволяет вести работу в труднодоступных местах с заготовками различной толщины. При этом не происходит коробления заготовок по причине импульсного характера воздействия пучка электронов на металл, а также тонкой фокусировки в месте сварки.
Изменение ускоряющего напряжения от 35 до 220 кВ меняет скорость электронов в широких пределах, а, следовательно, и глубину провара заготовок. При торможении энергия пучка преобразуется в тепловое воздействие, которое и вызывает плавление металла с возникновением сварочной ванночки.
Разогрев происходит на участке в доли миллиметра и имеет весьма значительную глубину проваривания, соединяемых деталей.
Таким образом, лучевая сварка обладает следующими преимуществами:
- производительность, экономичность и высокий уровень автоматизации процесса работ;
- регулируемая мощность позволяет сваривать детали различной толщины в труднодоступных для дуговой сварки местах;
- регулируемое соотношение ширины шва, к глубине провара достигающее величины 1:50;
- отсутствие загрязнения и окисления зоны шва, поскольку процесс происходит в вакууме;
- узкий шов с большой глубиной провара позволяет получить высокое качество и прочность соединения;
- импульсный характер воздействия пучка электронов позволяет избежать деформаций свариваемых деталей;
- метод может использоваться для термообработки, напыления, перфорации и резки материалов;
- ЭЛС используется для сварки легкоплавких металлов и сплавов, благодаря импульсному воздействию и малой ширине шва.
К недостаткам метода относятся высокая стоимость аппаратуры, конечные размеры заготовок в связи с размерами вакуумных камер и точная подгонка деталей перед сваркой.
Важно учитывать, что при высоких значениях ускоряющего напряжения (более 60 кВ) возникает рентгеновское излучение, от которого необходима дополнительная защита. Высокоточная регулировка позволяет сваривать заготовки как небольшой (0,01 мм), так и весьма значительной толщины, в зависимости от мощности потока электронов. Высокоточная регулировка позволяет сваривать заготовки как небольшой (0,01 мм), так и весьма значительной толщины, в зависимости от мощности потока электронов
Высокоточная регулировка позволяет сваривать заготовки как небольшой (0,01 мм), так и весьма значительной толщины, в зависимости от мощности потока электронов.
Преимущества и недостатки
Обычно преимущества и недостатки определяются в сравнении с аналогами. В данном случае приходится говорить об условных недостатках, так как для определенных конструкций и свариваемых материалов просто нет альтернативных методов и аналогов для сравнения. Главным и непревзойденным преимуществом является высокое качество сварных швов.
| Преимущества | Недостатки |
|
|
Особенности сварки лучевого типа
Технология применения сфокусированного луча встречается крайне редко
Рассматривая особенности сварки лучевого типа уделяется внимание следующим моментам:
- Получить чистую поверхность и обеспечить максимальную степень дегазации металла можно только в случае проведения работы в условии вакуума.
- 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.
Применение ЭЛС
Примером можно назвать процесс изготовления деталей из различных алюминиевых сплавов. Минимальная толщина обрабатываемых деталей составляет 0,02 мм, максимальный показатель около 100 мм.
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.
1 Лазерная сварка – суть процесса и его достоинства
При выполнении операции соединения материалов лазерным лучом используются разные по виду лазерные агрегаты:
- газовые;
- твердотельные;
- полупроводниковые.
Непосредственно процесс базируется на том, что при направлении энергии квантов на свариваемые изделия наблюдается поглощение ими этой самой энергии, приводящее к увеличению температуры поверхности деталей за счет образования теплоты.
Лазерная сварка позволяет выполнять соединение конструкций с весьма крупными габаритами, так как для ее выполнения не требуется вакуум. Кроме того, использование луча лазера характеризуется следующими важными достоинствами:
- получение в процессе сварки по-настоящему безупречного качества соединения изделий из таких материалов, которые иными сварочными методами свариваются очень и очень плохо (популярная стыковая сварка, например, по своим качественным показателям не идет ни в какое сравнение с лазерной);
- отсутствие на обрабатываемой поверхности холодных и горячих трещин за счет того, что лазер обеспечивает большие скорости охлаждения и нагрева металла (при этом на околошовный участок оказывается несущественное тепловое влияние);
- легкая регулировка и управление лучом лазера посредством оптических зеркальных комплексов дают возможность направлять тепловое воздействие в наиболее труднодоступные области конструкции, а значит, сварка может производиться практически в любом ее месте;
- лазерный луч гарантирует стабильное образование соединительного шва, так как на его характеристики не оказывают влияния магнитные поля, как это отмечается при выполнении сварочных работ при помощи электродуги либо электронного луча.
Также стоит отметить и то, что сварка изделий с применением лазерного оборудования обеспечивает минимальный уровень деформации конструкций, уникальную прочность (технологическую) полученных соединений.
Стандартный газовый лазер, используемый в настоящее время, представляет собой достаточно простой агрегат. Выполнен он в виде трубки, в которую накачивают газ. Данная трубка ограничивается параллельными зеркалами с обеих сторон (с одной стороны устанавливают полупрозрачное зеркало, с другой – полностью непрозрачное). В описанную конструкцию вводят электроды, между ними формируются так называемые “быстрые электроны”. Они-то и возбуждают молекулы газа, которые создают кванты света, возвращаясь в свое обычное состояние. Лазерные установки газового типа способны функционировать непрерывно.
Добавим – лазерная технология может выполняться по двум схемам:
- сварка в среде защитных газов;
- сварка на воздухе.
Первая из указанных технологий позволяет осуществлять соединение самых разных металлов, которые ранее считались непригодными для сваривания (сварка нержавеющей стали, металлов тугоплавкой группы и т. д.).
Виды
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.
Сварка на электронно-лучевых сварочных установках отличается повышенной опасностью для персонала из-за возможного облучения, что является основным минусом такого производства.
Технология электронно-лучевой сварки
Техника ЭЛС
Электронно-лучевую сварку можно выполнять в нижнем положении вертикальным лучом, а также её можно применять при сварке вертикальных и горизонтальных швов на вертикальной стене. В этом случае электронный луч будет горизонтальным.
Сварка в нижнем положении рекомендуется при сваривании сталей толщиной до 40мм, или при сварке титановых и сварке алюминиевых сплавов толщиной до 80мм. С помощью горизонтального луча можно проварить металл толщиной до 400 мм со сквозным проплавлением. Для однопроходной ЭЛС конструкция должна учитывать глубокое проникновение луча в металл. На рисунке слева даны распространённые примеры конструкций, свариваемые электронным лучом.
Зазор в стыке составляет 0,1-0,2мм при сварке металла толщиной до 30мм. При сварке металла с толщиной более 30мм, величина зазора составляет 0,3мм. В общем случае, диаметр луча должен быть больше величины зазора.
Технологические приёмы ЭЛС
При электронно-лучевой сварке есть ряд специальных приёмов, позволяющих улучшить качество сварного шва:
1. Сварка наклонным лучом (отклонение луча составляет порядка 5-7°) позволяет уменьшить такие дефекты в сварном шве, как поры и несплошность металла, а также позволяет добиться равномерной кристаллизации металла.
2. Для легирования металла шва и для восполнения испаряющихся в процессе сварки элементов, используют присадку.
3. Для улучшения отхождения газов и пара из металла, сварку ведут на дисперсной прокладке из гранул или мелко нарубленной сварочной проволоки. Толщина прокладки составляет 40мм.
4. Сварку в узкую разделку (0,8-8мм) выполняют в нижнем положении за счёт наплавки присадочного материала в прямоугольную разделку кромок.
5. Сварку ведут тандемом из двух электронных пушек разной мощности. Более мощная пушка выполняет проплавление, а менее мощная пушка формирует корень канала, либо хвостовую часть ванны.
6. Для проверки позиционирования луча и очистки свариваемых кромок применяют предварительные проходы лучом.
7. Двустороннюю сварку выполняют одновременно с двух сторон стыка или последовательно, примерно на половину толщины металла.
8. В процессе сварки применяют развёртку электронного луча, тем самым создают лучшие газо- и гидродинамические условия формирования канала. Развёртка может быть продольная, поперечная, Х-образная, по окружности, по эллипсу и др. Двойное преломление луча в процессе развёртки позволяет качественнее проварить корень шва и снизить дефекты в нём.
9. Для сварки одновременно двух и более стыков выполняют расщепление луча с помощью отклоняющей системы.
10. Для управления теплоотдачей в сварной шов используют модуляцию тока луча, чаще всего с частотой 1-100Гц.
11. По окончании сварки выполняют так называемый «косметический» проход. Это повторный проход, который призван устранить дефекты сварного шва как внешние, так и внутренние.
Это интересно: Электрошлаковая сварка — сущность, флюсы, процесс, применение
Технология
Для проведения сварочного процесса обязательным условием является соблюдение вакуумизации. Необходимая глубина разряжения в пушке способствует беспрепятственному передвижению электронов. Из области камеры полностью удаляется воздушные массы, в них имеет кислород, который может вызывать окисление металлической структуры. Действие вакуума похоже на действие флюса — он защищает от коррозийного поражения.
В основе данной технологии лежит способность электронов перемещать энергию. Когда для движения нет препятствий, частицы в прямолинейном направлении перемещаются к сварной поверхности. Именно расплавление металла производится под их воздействием.
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.
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.
а) — встык,
б) — в виде замка,
в) — стык деталей, имеющих большую разницу по толщине металла,
г) — угловое,
д), е) — первый вариант при сваривании шестерни,
ж) — он же, но при отбортовке кромки.
5 Сварка взрывом – перспективная инновация
Технология, которая появилась совсем недавно, и была признана специалистами одним из наиболее перспективных вариантов выполнения сварочных работ. Взрывная сварка – это способ соединения металлов под влиянием энергии, высвобождающейся в результате взрыва специального соединения.
Такой сварочный процесс обычно выполняют во взрывных спецкамерах либо на подземных и открытых полигонах, которые располагаются далеко от промышленных и жилых объектов
Подобные предосторожности важны, так как при взрыве фиксируется небезопасный разлет осколков, есть вероятность сейсмических возмущений (если заряд взрывчатого соединения достаточно велик), нередко наблюдается и ударная волна, способная разрушить какое-либо сооружение или нанести вред здоровью человека
Взрывные сварочные мероприятия теоретически позволяют соединять все известные сейчас металлы. Но при этом необходимо учитывать то, что сваренные изделия могут сильно нагреться, что приведет к появлению интерметаллидных фаз и образованию в зоне соединения весьма активных диффузионных явлений.
Related Posts via Categories
- Ресанта САИ 160 – для сварки в бытовых условиях
- Ресанта САИ 250ПРОФ – инвертор для профессиональной сварки
- Сварочный полуавтомат инверторного типа – сварка без затруднений
- Сварочный аппарат своими руками – возможно ли такое?
- Как варить сварочным инвертором – все по-настоящему просто!
- Форсаж 161 – российский инвертор для качественной электродуговой сварки
- EWM PICO 162 – настоящее немецкое качество
- Как выбрать сварочный инвертор – подбираем оборудование для сварки
- Blueweld Prestige 164 – надежный и удобный в эксплуатации сварочный инвертор
- Foxweld Master 202 – качественная ММА-сварка без проблем
Электронно-лучевая сварка. Технология
Источником энергии при этом способе сварки является не традиционная дуга, а поток электронов с высокой энергией из электронно-лучевой пушки. Для того чтобы поток электронов не терял энергию при столкновении с атомами воздушной среды, создают вакуум в пространстве проведения сварочных работ. Эта электронно-лучевая сварка обеспечивает выход энергии с разогревом непосредственно в месте соединения металлов без потерь в прослойке воздуха, а также гарантирует отсутствие окисления поверхности, свариваемых заготовок. Об этом методе сварки расскажем более подробно.
Один проход позволяет соединить детали от 0,1 мм до 400 мм независимо от химического состава, свариваемых металлов.
Этот метод позволяет воздействовать на соединяемые металлы пучком электронов с высокой энергетикой, которые вызывают в вакууме расплав металла или сплава с последующим свариванием заготовок. Для беспрепятственного прохождения электронно-лучевого потока необходимо разрешение газов от 10-2Па, чтобы обеспечить заданные параметры для соединения титана, алюминия, химически активных металлов и сплавов, а также тугоплавких элементов.
Существуют два компонента, которые обеспечивают бесперебойный процесс электронно-лучевой сварки металлов и сплавов, и основным из них является энергетическая составляющая.
Формирует пучок электронов раскалённый катод, а электроны ускоряются напряжением до 200 кВ до 0,5 скорости света, что вызывает расплавление зоны сварочного шва. Плотность энергетического выброса при столкновении с материалом деталей значительно превышает энергетику сварочной дуги.
Вторая составляющая сварки является электромеханическим комплексом, обеспечивающим перемещение луча и деталей относительно друг друга, угловое отклонение потока электронов и гарантирующим наличие вакуума в зоне сварки.
Электронно-лучевой тип сварки используется в заводских условиях в вакуумной среде.
Важно понимать, что технические условия процесса, делают метод весьма затратным и высокотехнологичным, что исключает его применение в домашних или бытовых условиях
Параметры
Электронная сварка с использованием луча должна производиться с соблюдением важных параметров, от этого зависят прочностные характеристики сварного шва. К ним относятся:
- Степень вакуумизации. Это означает, что при сварочном процессе в вакууме происходит сильное повышение эффективности работ.
- Объемы подаваемого тока в луче могут изменяться в широком диапазоне. Чем больше будет толщина свариваемой детали, тем выше должны быть показатели силы тока.
- Скоростные показатели передвижения луча на поверхности определяют степень производительности сварочных работ. Помимо этого повышение скорости передвижения предотвращает прожигание металлической основы.
- Точная фокусировка луча оказывает влияние на эффективность сварки. Но это зависит от того, какое оборудование используется для электронно-лучевой сварки.
- Длительность пауз. В некоторых технологиях может наблюдаться прерывистое влияние импульса.
Не пропустите: Сварка пластиковых труб своими руками: обучение и пошаговая инструкция
Стоит отметить! Основные требования и принципы проведения данной сварочной технологии можно найти в специальной документации и ГОСТах. А используемое оборудование позволяет вводить основные параметры.
Электронная сварочная технология с использование луча — уникальный метод соединения металлических элементов, который не имеет аналогов. За счет высокой производительности и больших возможностей сварку используют практически во всех областях промышленности
При помощи этого способа производят различные конструкции с высокой важностью
Режимы
Для проведения качественного процесса сваривания, следует учитывать все особенности настроек, а также металла, с которым ведется работа. К основным параметрам, которые определяют режим, относятся:
- Ускоряющее напряжение;
- Величина тока в выпускаемом луче;
- Скорость передвижения пучка по поверхности свариваемой заготовки;
- Точность фокусирования луча;
- Продолжительность пауз и импульсов;
- Степень вакуумизации.
Сами режимы для каждого типа свариваемого металла выглядят следующим образом:
| Вид металла | Толщина заготовки, мм | Режим сваривания | Ширина шва, мм | ||
| Напряжение ускоряющее, кВ | Величина тока на луче, мА | Скорость сварки, м/ч | |||
| Вольфрам | 0,5 | 19 | 45 | 60 | 1 |
| 1 | 21 | 77 | 50 | 1,5 | |
| Тантал | 1 | 2 | 50 | 50 | 1,5 |
| Сталь марки 18-8 | 1,5 | 19 | 55 | 65 | 2 |
| 20 | 21 | 270 | 50 | 7 | |
| 35 | 21 | 500 | 20 | – | |
| Сплав молибдена и вольфрам | 0,5 + 0,5 | 19 | 47 | 44 | 1 |
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.
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:
- При работе с активными металлами.
- При обработке термоупрачненных металлов.
- Для соединения тугоплавких материалов.
- При работе с камнем и керамикой.
- 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.
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.
