Сварка на электронно-лучевых сварочных установках: плюсы и минусы

Для прочного сплава металлов по такой методике требуется сложное и дорогостоящее оборудование, например, в частном производстве, электронная сварка применяться не может, потому что это нерентабельно и дорого. Технический процесс постоянно развивается, а аналогичная методика получает повсеместное распространение, так как имеет преимущество перед другими видами обработки сплавов и металлов.

Технологические нюансы

Электронно-лучевая сварка или сокращенно ЭЛС считается среди аналогичных методик быстро развивающейся технологией, применяющейся для соединения тугоплавких, химически активных веществ и сплавов высокого качества. Вот ключевые моменты этого прогрессивного метода:

  • Сварка неоднородных по химическому составу материалов производится на основе кинетической энергии электронов, которые при столкновении с поверхностью быстро её нагревают.
  • С появлением вакуумной техники и электронной оптики такой прогрессивный метод стал применяться в металлургической промышленности.

Сегодня с помощью ЭЛС успешно соединяют тугоплавкие и особо твердые сплавы между собой, а стальные — с деталями, выполненными из другого материала. Отличное качество соединения получается из-за локального воздействия высокой температуры.

Сущность процесса

Поток электронных лучей (10), создаваемый аналогичной пушкой — это основной компонент электронно-лучевой сварки, кроме этого, в схеме задействованы:

  • спираль (1), подключенная к высоковольтному источнику;
  • катод (2) помещен внутри электрода (3);
  • на специально рассчитанном расстоянии расположен анод с перфорацией для ускорения (4);
  • далее поток электронов проходит через фокусирующую систему (5);
  • в герметическом сосуде создается вакуум (6);
  • система магнитного отклонения (7) устанавливает луч по линии соединения;
  • в нижней части технологического резервуара (9) находится деталь (8), где происходит сварка.

Для снижения возможных энергетических потерь соединение металлов производится в безвоздушном пространстве, исключается термическая деформация, потому что поток лучей имеет узкую клиновидную форму и минимум контактирующей площади.

Применение вакуума снижает потери энергии, исключает появление искры между положительной и отрицательной пластинами, защищает место сварки от молекул воздуха и повышает качество шва, но повышает стоимость сварки, поэтому эксплуатация оборудования для предприятия обходится дорого.

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.

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.

Особенности

У ЭЛС существует две особенности:

  1. Сварка производится в вакууме, поэтому гарантируется максимум чистоты поверхности и отсутствие нежелательного окисления соединительного шва.
  2. Нагрев сплавляемых деталей происходит до максимально возможных температур, что способствует быстрому расплавлению металлов — шов при этом получается мелкозернистый с минимальной шириной.

Возможна эффективная работа со сплавами, которые довольно чувствительны к большим температурам. С помощью ЭЛС изготавливаются детали из титановых и алюминиевых сплавов, а также из высоколегированной стали, при этом максимум толщины достигает 100 мм, а минимум — 0,02 мм.

Оператор установки ЭЛСТУ-60 Н. А. Богданов, стаж более 15 лет:«Уникальные сварочные работы можно сделать только с помощью установок ЭЛС».

Преимущества и недостатки

Если сравнивать электронно-лучевую сварку с другими методами соединения металлов, то она обладает существенными преимуществами:

  • Высокий КПД позволяет в 15 раз тратить энергии меньше.
  • Концентрация лучевого потока обеспечивает надежность сварки за один проход деталей с толщиной металла до 20 см, а другие методы на аналогичное соединение делают несколько заходов, получая многослойный шов.
  • Такая методика исключает контакт газов от сварочных работ или молекул воздуха с поверхностью соединяемых металлов.
  • Возможно соединение керамических поверхностей с металлами, отличающимися тугоплавкостью.
  • Точный фокус лучевого потока в нужное место позволяет нагревать и прочно соединять поверхности с толщиной от 0,1 мм, при этом их пластичность не изменяется.
  • ЭЛС не имеет альтернативы при сваривании коррозиестойких, а также стальных заготовок, имеющих низкое содержание углерода и алюминиевых сплавов.

Кроме преимуществ существует и ряд недостатков:

  • Потеря времени на откачивание воздуха из камеры, после загрузки свариваемых деталей.
  • Внутри шва возможно появление каверн или непроваров, которые будут оказывать негативное воздействие на качество соединения.
  • Оборудование имеет высокую стоимость и для многих производственных предприятия недоступно.
  • Для каждого вида швов необходима индивидуальная настройка, которая отнимает много времени.
  • При длительной работе возможно незначительное облучение персонала.

Применение такой методики оправдано, когда сварку надо провести в труднодоступных местах.

Область применения

Для соединения:

  • стали разного класса при толщине металла до 8 см;
  • титановых или легких сплавов, у которых толщина не более 10 см;
  • медные сплавы — до 2 см.

Качественная сварка:

  • тонкостенных или толстостенных конструкций, предназначенных для отдельного назначения;
  • крупных конструкций из однородного металла, когда их обработка высокими температурами крайне затруднительна.

Ученые, проектировавшие такие промышленные установки, заверяют — для ЭЛС нет проблемных материалов, среди тех, что известны современной науке.

Использование в промышленности

Основными отраслями считаются:

  • авиационно-космическое производство;
  • мостовое строение;
  • вагоностроение;
  • медицинская промышленность;
  • судостроительные верфи;
  • тепловая и гидроэнергетика;
  • производство подшипников.

Аналогичные установки отличаются высокой точностью установки луча, поэтому применяются для соединения микроэлементов в электронике.

Выводы

Электронно-лучевая сварка изобретена 60 лет назад, за прошедшие годы метод остается самым эффективным в обработке разных металлов, то, что подвластно этой методике — невозможно сделать другими способами сварки.

У оригинальной методики существуют достоинства и небольшие недостатки, которые необходимо учитывать при использовании установок по прямому назначению.

Производят установки ЭЛС согласно установленным ГОСТам, они дорогостоящие и не подходят для частного использования, например, чтобы сваривать автомобильные детали в аналогичных кооперативах, потому что для нормальной эксплуатации требуются только дипломированные операторы.

Оставить комментарий

Оцените статью*