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.
Содержание
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.
[stextbox id=’warning’]Сварка на электронно-лучевых сварочных установках отличается повышенной опасностью для персонала из-за возможного облучения, что является основным минусом такого производства.[/stextbox]
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:
- Сварка производится в вакууме, поэтому гарантируется максимум чистоты поверхности и отсутствие нежелательного окисления соединительного шва.
- 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.
[stextbox id=’info’]Оператор установки ЭЛСТУ-60 Н. А. Богданов, стаж более 15 лет:«Уникальные сварочные работы можно сделать только с помощью установок ЭЛС».[/stextbox]
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.
