Электронно-лучевая сварка: определение, процесс, применение, плюсы и минусы

Сегодня подробно рассмотрим станок для электронно-лучевой сварки.

Процесс впервые разработан в 1949 году немецким физиком Карлом-Хайнцем Штайгервальдом.

Рассмотрим определение, принцип работы, применение, преимущества и ограничения.

Что такое электронно-лучевая сварка?

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) — это процесс сварки в жидком состоянии, при котором два подобных или различных металла соединяются за счет тепла, генерируемого высокоэнергетическими электронами. Когда электрон с высокой скоростью ударяет в деталь, происходит два вида преобразования энергии: кинетическая и тепловая.

Конструкция установки электронно-лучевой сварки

Установка состоит из следующих узлов:

• Источник высокого напряжения
• Электронная пушка
• Катодная решетка
• Анод
• Оптическая система наблюдения
• Магнитная линза
• Отклоняющая катушка
• Вакуумная камера
• Деталь (заготовка)
• Устройство закрепления детали

Рассмотрим узлы подробнее.

Источник высокого напряжения

Два диапазона: низкий и высокий.

• Низкое напряжение для тонких сварок: 5–30 кВ.
• Высокое напряжение для толстых сварок: 70–150 кВ.

Электронная пушка

Свободные электроны генерируются термоэмиссией от нагретого металлического ремня или проволоки. Основная цель — преобразовать свободные электроны в электронный пучок с помощью катодной решетки, анода, магнитной линзы и отклоняющей катушки.

Катодная решетка

Генерирует свободные электроны. Напряжение сгенерированных электронов очень низкое (эВ). Для ускорения они проходят через высокое электрическое поле, создаваемое анодом и эмиттером (катодом).

Анод

Ускоряет электроны, сгенерированные катодной решеткой.

Оптическая система наблюдения

Помогает определить и настроить точку воздействия электронного пучка на деталь.

Магнитные линзы

Пропускают только сходящиеся электроны. Поглощают низкоэнергетические расходящиеся электроны, формируя высокоинтенсивный электронный пучок.

Отклоняющая катушка

• Тип магнитной линзы, используется в кинескопах.
• Помогает сканировать электронный пучок по экрану.

Вакуумная камера

• В камере нет воздуха. Сварка происходит в вакууме.
• Давление ниже атмосферного или атмосферное.
• Также называется брауновской трубкой или камерой.

Деталь

• Деталь закреплена на приспособлениях.
• Может быть из подобных или различных металлов.

Устройство закрепления детали

• Также называется приспособлениями. Жестко удерживает деталь.
• Изготавливаются из стальных литьев, нержавейки, чугуна, высокопрочных сталей и др.

Принцип работы электронно-лучевой сварки

Принцип аналогичен электронно-лучевой обработке. Соединяем подобные или различные металлы электронным пучком.

Подаем питание. Есть катод (отрицательный заряд) из вольфрама. Ниже подключен анод.

Создаем разность потенциалов 30–175 кВ, так как связной поток от катода проходит через анод, который ускоряет его максимально.

Связной луч попадает на деталь, фокусирующая катушка уменьшает расхождение луча.

Луч попадает на деталь через отклоняющую катушку, температура настолько высока, что плавит деталь. Кинетическая энергия преобразуется в тепловую.

Деталь закреплена на приспособлениях, весь процесс в вакууме (нет воздуха). Если воздух попадет, луч может отклониться и попасть не туда.

Видео современного станка ЭЛС:

Применение электронно-лучевой сварки

Широкий спектр применения:

• Сварка и сверление деталей.
• Промышленность: судостроение, автомобилестроение, авиация, машиностроение.
• Оборонный сектор.
• Соединение подобных и различных металлов.
• Сварка рефрактерных материалов: вольфрам, керамика.
• Медицинская промышленность.
• Вырезание узких щелей 25 микрон.

Преимущества электронно-лучевой сварки

• Не требуется наплавляющий материал.
• Очень малое искажение.
• Минимальные сварочные дефекты.
• Сварка твердых материалов.
• Высокая чистота шва.
• Высокая скорость соединения металлов.
• Узкая зона термического влияния и шов.
• Соединение однородных и диффузионных металлов.
• Непрерывный и герметичный шов.
• Сварной шов сохраняет до 95% прочности базового металла.
• Высокая точность процесса.
• Полная автоматизация.

Недостатки электронно-лучевой сварки

• Требует высококвалифицированного персонала.
• Ограниченные габариты детали из-за вакуумной камеры.
• Высокие затраты на обслуживание.
• Дорогое оборудование.
• Высокие капитальные затраты на установку.
• Рентгеновское излучение — серьезная проблема для людей.
• Высокие производственные расходы.

Заключение

Подробный обзор электронно-лучевой сварки.

Надеюсь, статья была полезна. У нас есть много материалов по машиностроению — изучайте их.