Электронно-лучевая сварка: определение, процесс и преимущества

Что такое электронно-лучевая сварка?

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) — это процесс плавления сварки, в котором пучок высокоскоростных электронов направляется на два соединяемых материала. Заготовки плавятся и текут вместе, поскольку кинетическая энергия электронов преобразуется в тепло при ударе. ЭЛС часто выполняется в вакуумных условиях, чтобы предотвратить рассеявание электронного пучка.

Электроны генерируются электронной пушкой, а затем разгоняются до очень высоких скоростей с помощью электрических полей. Этот высокоскоростной поток электронов затем фокусируется с помощью магнитных полей и точно направляется на соединяемые материалы.

По мере удара электронов в материалы их кинетическая энергия преобразуется в тепло, что вызывает плавление и сращивание металлов. Электронно-лучевая сварка обычно проводится в вакууме, так как присутствие газовых молекул может рассеивать пучок.

Из-за высоких напряжений, задействованных в электронно-лучевой сварке, и необходимого вакуума, весь процесс компьютеризирован и сильно автоматизирован. Точная природа технологии часто требует специализированных приспособлений для фиксации деталей при сварке, и CNC-столы обычно используются для перемещения приспособлений и заготовок внутри сварочной камеры.

Электронно-лучевые сварочные установки очень дороги, требуют тщательного обслуживания, а поддержка, необходимая для высоковольтных и высоковакуумных технологий, может быть требовательной. Однако электронно-лучевые швы невероятно точны, прочны и чисты, весь процесс точно воспроизводим, и для многих приложений и материалов электронно-лучевая сварка является лучшей технологией соединения.

Типичная процедура электронно-лучевой сварки

Хотя каждая работа по электронно-лучевой сварке отличается, существует базовая процедура, которую мы соблюдаем в EB Industries, позволяющая поддерживать как качество шва, так и производительность.

• Детали для сборки тщательно осматриваются и очищаются;
• Разрабатываются приспособления для надежной фиксации деталей во время сварки. Мы стараемся максимизировать количество деталей, свариваемых за один вакуумный цикл, для поддержания высокой производительности. При необходимости приспособления изготавливаются на заказ в нашем полноценном станочном цехе;
• Детали устанавливаются в приспособления, а приспособления крепятся к CNC-столу электронно-лучевого сварного аппарата. CNC-стол запрограммирован для точного перемещения деталей в позицию под электронным пучком во время сварки;
• Вакуумная камера герметизируется, и из нее откачивается воздух для достижения необходимого частичного или полного вакуума, требуемого спецификацией заказчика;
• При необходимости выполняются пробные сварки для проверки правильного выравнивания и фокусировки пучка, мощности пучка, глубины провара и общего качества шва. Параметры корректируются по мере необходимости и постоянно контролируются во время всех сварочных операций;
• Если это производственный сварочный цикл, оператор инициирует программу CNC-стола и цикл запуска электронного пучка. Детали затем свариваются электронным пучком;
• В конце сварочного цикла вакуумная камера откачивается, и детали с приспособлениями извлекаются из сварного аппарата;
• Детали аккуратно извлекаются из приспособлений и подвергаются полной проверке качества.

Принцип работы электронно-лучевой сварки

Электронно-лучевая (ЭЛ) сварка — это процесс плавления сварки, при котором электроны генерируются электронной пушкой и разгоняются до высоких скоростей с помощью электрических полей. Этот высокоскоростной поток электронов жестко фокусируется магнитными полями и направляется на соединяемые материалы. Пучок электронов создает кинетическое тепло при ударе в заготовки, вызывая их плавление и сращивание.

Электронно-лучевая сварка выполняется в вакуумной среде, так как наличие газа может вызвать рассеявание пучка. Поскольку это вакуумный процесс и из-за используемых высоких напряжений, этот метод сварки сильно автоматизирован и компьютеризирован. В результате используются специализированные приспособления и CNC-столы для перемещения заготовок внутри вакуумной сварочной камеры.

Недавние достижения в технологии электронно-лучевых сварочных установок реализовали локальный метод электронно-лучевой сварки, при котором электронная пушка заключена в вакуумный ящик сбоку от соединяемого материала, а не вся заготовка помещается в вакуумную камеру.

В электронно-лучевой сварке электрон вырабатывается катодом электронной пушки. После катода предусмотрена решетчатая чашка. Она предотвращает расходимость электронов и контролирует их. Из-за высокого напряжения, приложенного между катодом и анодом. Анод, который положительно заряжен, притягивает электроны из чашки.

Анод ускоряет электроны, и их скорость увеличивается и достигает диапазона 50 000 – 200 000 км/с. От анода высокоскоростной электронный пучок проходит через магнитную линзу и отклоняющие катушки.

Магнитная линза фокусирует электронный пучок в нужное место на заготовке. А отклоняющая катушка отклоняет пучок в требуемую зону сварки. Когда высокоскоростной электронный пучок ударяет в заготовку, вырабатывается интенсивное тепло, которое плавит металл двух заготовок и заполняет зону сварки. Расплавленный шов застывает и образует прочное сварочное соединение.

Применение электронно-лучевой сварки

• Используется в авиакосмической промышленности для изготовления компонентов реактивных двигателей, частей конструкций, передаточных деталей и датчиков.
• Применяется в энергетической промышленности.
• Используется в космической промышленности для изготовления титановых баков и датчиков.
• Применяется в автомобильной промышленности для изготовления трансмиссионных систем, шестерен и турбонаддувов.
• Используется в электротехнической и электронной промышленности для изготовления деталей медных конструкций.
• Другие области применения: ядерная промышленность, медицина, научные центры и др.

Преимущества электронно-лучевой сварки

• Высокая скорость сварки.
• Сварка разнородных металлов возможна.
• Высокое качество и точность шва.
• Низкие эксплуатационные расходы.
• Материалы с высокими температурами сварки могут быть легко свариваны.
• Малые деформации из-за малой зоны термического влияния.
• Затраты на очистку незначительны.
• Сваривает толстые листы, диапазон от 0,025 мм до 100 мм.
• Способна сваривать труднодоступные соединения.

Недостатки электронно-лучевой сварки

• Стоимость оборудования очень высока.
• Требуется высококвалифицированный оператор.
• Необходим высокий вакуум.
• Из-за работы в вакууме крупные изделия не могут быть свариваны.
• Необходимы высокие меры безопасности для работы с ней.