Электронно лучевая сварка своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 18.09.2024

Электронно-Лучевая Сварка (ЭЛС) — это один из видов сварки плавлением. Источником энергии для осуществления процесса ЭЛС служит электронно-лучевая пушка с системой управления электронным пучком (лучом).

Область применения

Этот вид неразъёмного соединения различных материалов нашел широкое применение в авиационно-космической технике, судостроении, строительстве, микроэлектронике и других сферах человеческой жизнедеятельности, где необходимо сваривать тугоплавкие, прецизионные (особо чистые) материалы с уникальными свойствами.

Такие металлы, как вольфрам, тантал, молибден, ниобий, имеющие температуры плавления выше 2500 °C, могут быть сварены только лучевыми методами сварки.

Уникальность метода заключается в том, что с его помощью удается сваривать как сверхтонкие детали толщиной до десятков микрон, так и особо толстые (200…300 мм) конструкции из однородных и разнородных металлов и даже некоторые неметаллические материалы.

Особенности процесса электронно-лучевой обработки

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме под воздействием электромагнитного поля. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в сварочной камере создают вакуум до 10 -6 Па.

Электронный луч в зоне сварки обладает высокой мощностью, превосходящей альтернативные сварочные источники, уступая по некоторым параметрам только лучу лазера.

Сварка может производиться как непрерывным, так и импульсным электронным лучом. Импульсные лучи большой плотности с частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легко испаряющихся металлов, таких, как алюминий, магний, цинк.

Схема электронно-лучевой сварки

ЭЛС позволяет соединять между собой термоупрочненные, тугоплавкие, а также химически активные при высоких температурах материалы. Создает минимальную околошовную зону термического влияния.

КПД электронно-лучевой сварки составляет рекордные 85…90 %. Но такие достижения сопряжены с большими капитальными затратами на оборудование.

Речь идет не только об основном технологическом оборудовании, но и о системах обеспечения вакуума, необходимого для ведения процесса сварки, а также о ЧПУ для автоматизированного управления этим процессом.

Технология и оборудование

Оборудование для электронно-лучевой сварки можно разделить:

на универсальное, то есть предназначенное для реализации различных технологических процессов по обработке любых материалов: разделительная резка и прожигание отверстий; сварка и наплавка; нанесение покрытий и напыление; гравировка и т. д.
и специализированное — предназначенное для выполнения конкретных операций при изготовлении серийных деталей и конструкций.

В состав оборудования входят:

Электронная пушка, создающая эмиссию и ускорение электронов.
Фокусирующая электромагнитная линза, концентрирующая электронный луч и способствующая увеличению плотности потока электронов.
Электромагнитная отклоняющая система для точного управления лучом.
Вакуумная установка, которая исполняет следующие функции: удаляет атмосферные газы, молекулы которых препятствуют свободному прохождению электронного луча; обеспечивает защиту от воздействия газов и влаги атмосферы на расплавленный металл и зону термического влияния.

Для ЭЛС применяются установки и агрегаты камерного типа (свариваемые детали помещаются целиком в рабочую камеру) и бескамерные (вакуум создается локально — только в месте выполнения сварочных работ).

Технологические приемы и регулируемые параметры ЭЛС

Для уменьшения пор в сварном шве применяют регулировку наклона луча на 5-7° от перпендикуляра.
Для легирования металла шва возможно применение присадок.
Применение способа соединения без разделки кромок или в узкую разделку.
Одновременное или последовательное использование двух электронных лучей, при этом один луч производит проплавление металла, а второй формирует корень шва.
Возможность варьировать продольную и поперечную развертку электронного луча по форме сечения.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки:

сила тока в луче;
ускоряющее напряжение;
скорость перемещения луча по поверхности изделия;
продолжительность импульсов и пауз;
точность фокусировки луча;
глубина вакуума.

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.

Электронно-лучевая сварка (она же электроннолучевая, электронно лучевая сварка, ЭЛС) — это довольно быстро развивающийся вид сварки. С его помощью можно сварить практически все: и сплавы высокой прочности, и химически активные металлы, и тугоплавкие материалы. Словом, сфера применения очень большая.

В этой статье мы подробно расскажем, что такое ЭЛС сварка, какие есть достоинства и недостатки у такой технологии, и какие особенности нужно учитывать.

Общая информация

Электронно-лучевая сварка — метод сварки, в основе которого лежит применение луча. Луч выделяет тепло, которое формируется в результате столкновения пучка заряженных частиц. Технология непростая, но в ней все же лучше разобраться. Поскольку ЭЛС сварка получила широкое распространение во многих сферах, начиная от микроэлектроники заканчивая оптикой.

Данная технология просто не могла ни появиться. Существовала потребность сварки тугоплавких металлов, а добиться хорошего качества швов просто не получалось. Классические сварочные технологии просто не могли обеспечить должный уровень качества. Для решения этой проблемы была изобретена электронно-лучевая сварка, которая концентрирует тепло в одной точке, при этом сварочная зона остается защищенной.

Технология

Перейдем к описанию технологии ЭЛС сварки. Итак, ключевой элемент — это луч, который генерирует электронная пушка. Плотность энергии в таком луче высока, но ее недостаточно для качественной сварки.

В конструкции предусмотрена магнитная отклоняющая система (обозначена цифрой 7). С ее помощью удается контролировать перемещение электронного луча по детали. Таким образом удается добиться точного положения луча, а значит сформировать шов в том месте, где это необходимо.

Когда электроны сталкиваются с молекулами кислорода, теряется огромное количество кинетической энергии. К тому же катод нуждается в дополнительной тепловой защите. Чтобы решить эти задачи в пушке создают вакуум. В результате энергия луча концентрируется строго в одной точке, а площадь нагрева минимальная. Из-за этого металл не деформируется при сварке. Это очень важно при сварке тонких металлов, особенно если деталь маленького размера.

Технология электронно лучевой сварки не простая, но важно понимать ее сущность. Чтобы четко осознавать, какой результат вы хотите получить. Ведь вам придется самому настраивать оборудование, фокусировку и мощность луча.

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.

Достоинства и недостатки

Сварка электронная с применением луча имеет несколько весомых плюсов, благодаря которым она и получила свое широкое распространение. Прежде всего, детали при сварке не коробятся, поскольку на деталь воздействует малое количество тепла. В среднем оно в 5 раз меньше, чем при других технологиях сварки.

Второе достоинство — это большие возможности. Вы можете сварить любые металлы и даже не металлы. Сварка керамики с вольфрамом? Пожалуйста! К тому же, можно настроить фокусировку луча и нагреть зону диаметром менее 1 миллиметра. Это впечатляет. Можно сварить детали практически любого размера.

Еще один плюс — это высокое качество шва. И не важно, что вы варите: обычную сталь или химически активные металлы вроде титана. В любом случае, качество соединения вас приятно удивит. А порой благодаря ЭЛС сварке удается достичь и улучшения характеристик металла. Вы также можете сварить любые сплавы, в том числе стойкие к коррозии. Возможности безграничны!

ЭЛС очень экономичная, поскольку потребляется мало электроэнергии. К тому же, технология универсальна и позволяет варить любые металлы. Вы также можете не разделывать кромки, если у вас нет такой возможности.

Что ж, достоинства весомые. Но что насчет недостатков? И без них не обошлось. Например, при сварке металлов с высокими теплопроводными свойствами велика вероятность образования отверстий в корне шва. Это влияет на прочность сварного соединения. И влияет негативно.

Также применение электро-лучевой сварки не всегда оправдано. Она незаменима при работе в труднодоступных местах, но если говорить о сварке в заводских условиях, то достоиснтва не всегда оправдывают себя.

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.

Вместо заключения

Установка электронно лучевой сварки хоть и стоит недешево, но с ее помощью можно сварить даже металл с керамикой, не говоря уже о простой сварке двух металлических деталей. Да и сама ЭЛС сварка очень технологична и шагает в ногу со временем. При этом сварочный процесс очень экономичный, не требует больших затрат.

Публикации для людей, интересующихся наукой и техникой

Рис. 1. Упрощенное изображение электронно-лучевой сварки в вакууме

По эксплуатационным расходам сварка электронным лучом в вакууме существенно дешевле дуговой сварки в камерах с контролируемой атмосферой. Все основные энергетические и геометрические параметры электронного пучка регулируются с высокой скоростью и быстродействием. Это позволяет вводить в металл точно дозированную энергию, реализовывать различные технологические приемы и обеспечивать высокую воспроизводимость процесса сварки. Можно производить сварку сложных сборок в углублениях и труднодоступных местах.

При ЭЛС используется кинетическая энергия потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме. Для снижения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка 10 -4 . 10 -6 мм рт. ст.

Высокая концентрация ввода мощности в изделие, которая выделяется не только на поверхности, но и на значительной глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 2·10 -4 . 5 мм, что позволяет сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение ψ глубины к ширине провара достигает 20 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов: вольфрама, тантала, керамики. Технически возможно уменьшение ширины зоны термического влияния по сравнению с другими способами сварки плавлением, что повышает качество сварного соединения.
Малое количество затрачиваемой энергии. Расходы характеризуются удельной энергией (Дж/см 2 ), приходящейся на единицу площади образуемого соединения.

Так как эффективные мощности при ЭЛС близки к мощностям дуговой сварки, то благодаря высокой скорости соединения для получения равной глубины проплавления при ЭЛС требуется вводить энергии в 4…5 раз меньше, чем при дуговой сварке. В результате значительно снижаются сварочные остаточные напряжения и деформации изделия.

Эффективность способа сварки плавлением можно оценить показателем, которому авторы дали название частоты сварки. При сварке плавлением обычно значительная мощность затрачивается нерационально на переплавление большого количества металла, чтобы обеспечить расплавление точек, наиболее удаленных от источника тепла.

ЭЛС рассматривается как наиболее перспективный способ соединения изделий из тугоплавких металлов, изделий из термически упрочнённых материалов, когда нежелательна, затруднена или невозможна последующая термообработка изделий после завершающей механической обработки при необходимости обеспечения минимальных сварочных деформаций и ряда толстостенных конструкций ответственного назначения.

При сварке электронным лучом проплавление имеет форму конуса (рис. 2). Плавление металла происходит на передней стенке кратера, а расплавляемый металл перемещается по боковым стенкам к задней стенке, где он и кристаллизуется.

Рис. 2. Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке:

1 – электронный луч; 2 – передняя стенка кратера; 3 – зона кристаллизации; 4 – путь движения жидкого металла

Проплавление при элс обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением. Часто сварку ведут электронным лучом со стабильной мощностью, но при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие потери энергии на ионизацию паров металлов. В таком случае сварку нужно вести импульсным электронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100. 500 Гц. При правильном выборе соотношения времени паузы и импульса можно сваривать очень тонкие листы. При формировании сварного шва возможно протекание двух типов процессов: периодическое испарение (с частотой до 10 кГц) и колебания жидкого металла в сварочной ванне (с частотой порядка 1. 100 Гц). Применение высоких скоростей сварки обеспечивает минимальное термическое воздействие на свариваемый материал в околошовной зоне, а высокие скорости кристаллизации при эффективном теплоотводе – получение высоких механических свойств сварных соединений.

ЭЛС применяется в различных отраслях промышленности. Она позволяет соединить за один проход металлы и сплавы толщиной от 0,1 до 400 мм и обладает очень обширными технологическими возможностями.

Высокое качество сварных соединений в изделиях достигается с помощью оптимальных конструктивных решений и технологических приемов сварки, выбор которых должны осуществлять совместно технолог-сварщик и проектировщик изделия. Качество шва при ЭЛС, определяется общностью заданных технологических и энергетических параметров процесса. Поддержание на стабильном уровне энергетических параметров процесса сварки обеспечивает при неизменных технологических условиях постоянство эксплуатационных параметров сварного соединения. Неверный выбор режима или нарушение оптимального режима ЭЛС нередко приводят к появлению в швах дефектов. Классификация дефектов следующая: непровары, подрезы, провисание шва, повышенное разбрызгивание корневые, протяженные полости в объеме сварного шва, срединные трещины, отклонения сварного шва от стыка из-за остаточных или наведенных магнитных полей, периодическая бугристость сварного шва и периодические выплески расплава. Корневые дефекты шва - это самый распространенный вид дефектов при сварке, обычно с глубиной шва более 5 мм, в любом пространственном положении. Протяженные полости встречаются при сварке сталей, титановых и алюминиевых сплавов с глубиной шва более 15 мм.

С помощью электронного пучка можно сваривать только электропроводящие материалы, т. е. металлы, химические соединения и сплавы на их основе. Большинство современных конструкционных металлов и сплавов хорошо свариваются электронным лучом.

Диапазон свариваемости может быть расширен путем использования более чистых материалов. Применение сталей, полученных методом электрошлакового переплава, позволяет, получать высококачественные сварные соединения более простыми технологическими приемами при гораздо более низкой доле неисправимого брака.

Не свариваются с помощью электронного луча легкоиспаряющиеся материалы: автоматные, цементированные и низкоуглеродистые стали с высокой концентрацией углерода, кадмий, медь, олово, свинец, цинк, бронза, латунь. Это объясняют тем, что под действием высококонцентрированного электронного луча в вакууме происходит их взрывное вскипание, это приводит к выбросу основной массы расплава. ЭЛС позволяет соединять довольно большое количество комбинаций разнородных и разноименных материалов, в том числе из растворимых и нерастворимых друг в друге материалов.

Количество соединяемых пар может быть увеличено, если в стык свариваемых деталей вводить вставку в виде фольги толщиной 0,1…0,8 мм из специально подобранного связующего металла. Для соединения разнородных материалов используется как режим сварки, так и режим пайки, при котором электронный пучок смещается относительно плоскости симметрии стыка в сторону более тугоплавкого металла, величина же смещения либо рассчитывается, либо определяется экспериментально. Значения эффективного КПД при ЭЛС порядка 0,85…0,95.

В результате высокой концентрации мощности в направлении распространения тепла при сварке электронный луч – один из самых эффективных, по сравнению с другими сварочными источниками энергии.

Технологические схемы сварки

Сварку электронным лучом можно осуществлять с определенными ограничениями в любых пространственных положениях. Для листовых материалов сварку в нижнем положении (рис. 3) выполняют как без подкладки, так и на подкладке. Ее применяют для соединения сталей толщиной до 40 мм, титановых и алюминиевых сплавов толщиной до 80 мм. Наиболее предпочтительна сварка на боку и на подъем, которую выполняют для металлов любой толщины, в основном без подкладки. Для предотвращения вытекания расплава из сварочной ванны при сварке с глубоким проплавлением иногда устанавливают ограничительную планку вдоль нижней кромки стыка. Сварку в потолочном положении выполняют на металлах толщиной до 20 мм и применяют чрезвычайно редко.

Рис. 3. Основные типы соединений деталей при электронно-лучевой сварке:

а – в стык тонколистовых деталей на подкладке и без нее;

б – с отбортовкой кромок различной толщины; в – внахлестку;

г – в узких разделках и труднодоступных местах;

д – однопроходная сварка одновременно нескольких стыков проникающим лучом;

е – сварка двух цилиндров электронным лучом через ребро жесткости

Подготовка поверхности к сварке

Предварительная очистка свариваемых поверхностей и самих деталей выполняется механически. Очистке подлежат стыкуемые поверхности, внешние и внутренние поверхности деталей на расстоянии до 100 мм от кромки при сварке толстолистовых металлов и до 10 мм при сварке тонколистовых металлов.

Элементы конструкций, детали механизмов и конструкции в целом в зависимости от марки материала в процессе изготовления приобретают остаточную намагниченность.

Остаточная намагниченность изделий приводит к ряду негативных явлений:

Операцию размагничивания необходимо осуществлять после сборки стыкового соединения непосредственно перед загрузкой изделия в вакуумную камеру или подачей в зону сварки.

Размагничивание – это процесс воздействия внешнего магнитного поля, в результате которого уменьшается намагниченность ферромагнитного материала. Полное размагничивание достигается в том случае, если возможен предварительный подогрев изделия до температуры Кюри с последующим охлаждением в отсутствие магнитного поля и механических воздействий.

Наиболее применяемым способом размагничивания является периодическое перемагничивание с убывающей амплитудой.

Схемы установок для ЭЛС

Электронно-лучевые сварочные пушки (рис. 4) могут быть стационарными или перемещаемыми внутри вакуумной камеры. Размеры вакуумных камер электронно-лучевых сварочных установок определяются габаритами свариваемых изделий. Установки для сварки изделий малых и средних габаритов обычно снабжаются универсальными многопозиционными механизмами для перемещения либо вращения изделий.

Рис. 4. Схема установки для электронно-лучевой сварки:

1 – стационарная электронно-лучевая сварочная пушка; 2 – катод и прикатодный электрод;

3 – смотровое окно; 4 – вакуумная камера; 5 – механизм перемещения свариваемого изделия;

6 – система электромагнитного отклонения луча; 7 – система фокусировки луча

Основным элементом любой сварочной установки для элс является электронная пушка (рис. 5), назначение которой состоит в формировании электронного пучка с большой плотностью энергии.

Рис. 5. Принципиальная схема элс:

1 – катод; 2 – фокусирующий электрод; 3 – анод; 4 – магнитная линза;

5 – магнитная отклоняющая система; 6 – площадка для детали;

7 – источник высокого напряжения постоянного тока;

8 - электронный пучок; 9 - плавление материала

Пушка состоит из катода 1, помещённого в центре фокусирующего электрода 2, и анода 3 с отверстием, расположенного на некотором удалении от катода. Прикатодный фокусирующий электрод и анод имеют форму, обеспечивающую такое строение электрического поля, которое формирует узкий электронный пучок. Пушка питается электрической энергией от источника высокого напряжения постоянного тока 7. Положительный потенциал анода может достигать нескольких десятков тысяч вольт, поэтому электроны, эмитированные катодом на пути к аноду, приобретают значительную энергию.

Для увеличения плотности энергии в луче электроны после выхода из анода фокусируются с помощью магнитной линзы 4. Сфокусированные в плотный пучок электроны с большой скоростью ударяются о малую, резко ограниченную площадку на детали 6. При этом кинетическая энергия электронов вследствие торможения в веществе превращается в тепло, нагревая материал до температуры его кипения. Для перемещения луча по свариваемому изделию устанавливается магнитная отклоняющая система 5.

Для обеспечения свободного движения электронов от катода к изделию, а также для предотвращения возможности дугового разряда между электродами в установке создается вакуум порядка 1∙10 -4 мм рт. ст., который обеспечивается системой откачки.

Электронные пушки, используемые для целей сварки, должны удовлетворять ряду требований:

обеспечивать требуемую мощность пучка при определенном разгоняющем напряжении;
фокусировать электронный пучок до весьма малых диаметров;
быть достаточно простыми в управлении и надежными в эксплуатации.

Ввиду необходимости вакуума в камере, где образуется и формируется поток электронов, в большинстве случаев при элс и само изделие размещают внутри вакуумной камеры, чтобы устранить рассеяние электронов на атомах и молекулах газов. Это обеспечивает хорошую защиту сварного шва. Поэтому наряду с высоковакуумными установками разрабатывают и такие, где электронный луч выводится из камеры пушки, в которой поддерживается высокий вакуум, и сварка производится в низком вакууме 10 -2 …10 -1 мм рт. ст. Специальные установки разрабатывают для микросварки в производстве модульных элементов и различного рода твердых радиосхем. Особенности заключаются в первую очередь в точном дозировании тепловой энергии, перемещении луча по изделию с помощью отклоняющих электрических и магнитных полей, совмещении нескольких технологических функций, выполняемых электронным лучом в одной камере. Поскольку вакуумные камеры вакуумных систем стоят очень дорого.

Существующие конструкции можно разделить на следующие группы:

универсальные установки для сварки изделий средних размеров;
универсальные и специализированные установки для микросварки малогабаритных деталей;
установки для сварки изделий малых и средних размеров;
установки для сварки крупногабаритных изделий с полной герметизацией;
установки для сварки крупногабаритных изделий с частичной герметизацией места стыка;
установки для сварки в промежуточном вакууме. Установки первой группы предназначены в основном для использования в исследовательских и заводских лабораториях, а также в промышленности при единичном и мелкосерийном производстве.

Они имеют вакуумные камеры объемом 0,001…4,0 м 3 и манипуляторы для перемещения свариваемых деталей, позволяющие выполнять более универсальные перемещения при сварке. Такие установки оснащают также системами наблюдения за областью сварки. Электронная пушка может быть стационарной или перемещается внутри камеры с целью начального направления луча на стык.

Установки для сварки крупногабаритных деталей отличаются наличием дорогостоящих вакуумных камер большого объема, куда детали помещаются целиком. Часто электронные пушки, которые имеют гораздо меньшие размеры, чем изделие, размещают внутри камеры. В этом случае сварной шов выполняется при перемещении самой электронной пушки. Иногда, особенно при сварке обечаек кольцевыми швами, на камере размещают несколько пушек позволяющих за счет ликвидации продольного перемещения изделия также уменьшить размеры камеры.

Для снижения затрат на оборудование и повышения производительности установок последние иногда выполняют лишь с местным вакуумированием в области свариваемого стыка. Тогда откачиваемый объем сокращается, размеры установки в целом также получаются меньше, чем в том случае, если все изделие помещать в камеру. В некоторых случаях рабочая камера установки может быть откачана лишь до промежуточного вакуума 1330…13300 Па. Диффузионный насос для откачки рабочей камеры становится ненужным.

Область применения электронно-лучевых установок

ЭЛС является наиболее перспективным способом соединения деталей из химически активных и тугоплавких металлов и сплавов, изделий из термически упрочняемых материалов, когда нежелательна, затруднена или невозможна термическая обработка. ЭЛС широко применяют в авиакосмической отрасли, ядерной энергетике, энергетическом машиностроении, производстве электровакуумных приборов, автомобильной промышленности при серийном изготовлении подшипников.

Техника безопасности при работе на установках элс

Источниками опасности при работе на установке для ЭЛС являются работающие механизмы, электрические цепи с напряжением до 1000 В, сосуды давления, свечение сварочной ванны, газоаэрозольный выхлоп, шум и вибрация форвакуумных насосов. Источники повышенной опасности для персонала – тормозное рентгеновское излучение из зоны воздействия электронного пучка на материал.

Защита от всех источников опасности и повышенной опасности предусмотрена в конструкции сварочных установок. Все защитные меры описаны в инструкциях по эксплуатации и ремонту установок с учетом возможных аварийных ситуаций. При этом защита разработана на основании правил безопасной эксплуатации электроустановок и санитарных норм допустимой дозы радиационного облучения и допустимой концентрации в воздухе рабочей зоны масляных аэрозолей.

Надеюсь теперь вы разобрались с электронно-лучевой сваркой, как это устроено, достоинства и недостатки этого процесса. Если у вас остались вопросы, можете их задать тут. Так же рекомендую зайти на наш YouTube канал.

7638

Для узкоспециализированных отраслей промышленности, где используются высокоактивные металлы, часто применяются нестандартные технологии. Это обусловлено тем, что обыкновенными методами очень сложно добиться поставленных результатов требуемого качества. Электронно-лучевая сварка является методом соединения металлических изделий, в котором в качестве основного источника энергии для расплавления и достижения нужной температуры выступает кинетическая энергия электронов. Она появляется в пучке, который выпускается соответствующей установкой, в качестве которой выступает электронная пушка. Также тут нужно обеспечивать защиту при помощи изоляции от внешних факторов путем их устранения, а не замещения, как это происходит в других методиках.

Электронно лучевая сварка

Данная методика далеко не так широко распространена, как остальные. Здесь множество сложностей в использовании самого оборудования, обслуживания и так далее. Тем не менее, это относительно безопасный и экологически чистый метод, почти не подвергающий опасности здоровье сварщика. Данная техника выпускается на протяжении более полувека.

Область применения

Основной сферой применения является сварка тугоплавких металлов, которые применяются в авиационной и космической отраслях. Благодаря своей тонкости работы установки электроннолучевой сварки находят применение в приборостроении. Также ведется работа с активными металлами, сложно переносящими контакт с газами и прочими элементами. Если требуется сварить шов, в котором нужна большая глубина проплавления, то следует использовать именно такой способ.

Крупные металлоконструкции, в которых металл обладает высокими качествами износостойкости и трудно поддается температурной обработке, может быть легко сварен таким методом. Электронно-лучевая сварка справляется со многими сложными работами. Для нее практически нет проблемных металлов, так что все сложные варианты сварки проводятся с ее помощью.

Преимущества

Технология электронно-лучевой сварки обладает рядом существенных преимуществ, если сравнивать ее с другими методиками соединения металла. Среди основных плюсов стоит отметить:

Здесь очень высокий коэффициент полезного действия, что позволяет тратить в 10, а то и в 15 раз меньше энергии, чем это требуется для ручной электродуговой сварки;
Благодаря высокой концентрации энергии, здесь можно всего за один проход сварить металл толщиной до 20 см, тогда как при использовании других методов потребовалась бы многослойная сварка;
Это весьма безопасный способ применения сварки, который не подвергает жизнь человека сильно большой опасности;
Здесь отсутствует процесс насыщения расплавленного металла сварочными газами, а также теми, которые находятся в атмосфере.

Недостатки

Несмотря на ряд явных преимуществ, которые существенно выделяют методику среди остальных, здесь есть и свои недостатки:

Процесс в рабочей камере невозможен без создания вакуума вокруг места сварки;
В корне шва могут образовываться полости и не провары, который приводят к ухудшению эксплуатационных характеристик;
Оборудование обладает высокой стоимостью и для многих сфер является недоступным;
Настройка происходит очень долго, так что далеко не всегда удобно создавать швы таким способом.

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:

Читайте также: