Електронно-променеве зварювання: область застосування, особливості технології та обладнання

Електронно-Променева зварювальні (ЕЛС) – це один з видів зварювання плавленням. Джерелом енергії для здійснення процесу ЕЛС служить електронно-променева гармата з системою управління електронним пучком (променем).

Технологія процесу ЕЛС регламентується галузевими стандартами і підлягає контролю якості по ГОСТ ISO 13919-1-2017 «Зварювання. З’єднання, отримані електронно-променевої і лазерної зварюванням. Керівництво по оцінці рівня якості для дефектів ».

Область застосування

Цей вид нероз’ємного з’єднання різних матеріалів знайшов широке застосування в авіаційно-космічній техніці, суднобудуванні, будівництві, мікроелектроніці та інших сферах людської життєдіяльності, де необхідно зварювати тугоплавкі, прецизійні (особливо чисті) матеріали з унікальними властивостями.

Такі метали, як вольфрам, тантал, молібден, ніобій, мають температури плавлення вище 2500 ° C, можуть бути зварені тільки променевими методами зварювання.

Унікальність методу полягає в тому, що з його допомогою вдається зварювати як надтонкі деталі товщиною до десятків мікрон, так і особливо товсті (200 … 300 мм) конструкції з однорідних і різнорідних металів і навіть деякі неметалеві матеріали.

Особливості процесу електронно-променевої обробки

Сутність процесу полягає в використанні кінетичної енергії потоку електронів, що рухаються з високими швидкостями в вакуумі під впливом електромагнітного поля. Для зменшення втрати кінетичної енергії електронів за рахунок зіткнення з молекулами газів повітря, а також для хімічної і теплової захисту катода в зварювальної камері створюють вакуум до 10-6 Па.

Електронний промінь в зоні зварювання має високу потужність, яка перевершує альтернативні зварювальні джерела, поступаючись за деякими параметрами тільки променю лазера.

Зварювання може виконуватися як безперервним, так і імпульсним електронним променем. Імпульсні промені великої щільності з частотою імпульсів 100-500 Гц використовуються при зварюванні легко випаровуються металів, таких, як алюміній, магній, цинк.

Схема електронно-променевого зварювання

ЕЛС дозволяє з’єднувати між собою термозміцнення, тугоплавкі, а також хімічно активні при високих температурах матеріали. Створює мінімальну околошовной зону термічного впливу.

ККД електронно-променевого зварювання становить рекордні 85 … 90%. Але такі досягнення пов’язані з великими капітальними витратами на обладнання.

Мова йде не тільки про основне технологічному обладнанні, а й про системах забезпечення вакууму, необхідного для ведення процесу зварювання, а також про ЧПУ для автоматизованого управління цим процесом.

Технологія і обладнання

Устаткування для електронно-променевого зварювання можна розділити:

  • на універсальне, тобто призначене для реалізації різних технологічних процесів з обробки будь-яких матеріалів: Розділова різання і пропалювання отворів; зварювання і наплавка; нанесення покриттів і напилення; гравірування і т. д.
  • і спеціалізоване – призначене для виконання конкретних операцій при виготовленні серійних деталей і конструкцій.

До складу обладнання входять:

  1. Електронна гармата, створює емісію і прискорення електронів.
  2. Фокусуються електромагнітна лінза, концентрує електронний промінь і сприяє збільшенню щільності потоку електронів.
  3. Електромагнітна система, що відхиляє для точного керування променем.
  4. Вакуумна установка, яка виконує наступні функції: видаляє атмосферні гази, молекули яких перешкоджають вільному проходженню електронного променя; забезпечує захист від впливу газів і вологи атмосфери на розплавлений метал і зону термічного впливу.

Для ЕЛС застосовуються установки і агрегати камерного типу (деталі, що зварюються поміщаються цілком в робочу камеру) і безкамерні (вакуум створюється локально – тільки в місці виконання зварювальних робіт).

Технологічні прийоми і регульовані параметри ЕЛС

Технологічні прийоми:

  1. Для зменшення часу в звареному шві застосовують регулювання нахилу променя на 5-7 ° від перпендикуляра.
  2. Для легування металу шва можливе застосування присадок.
  3. Застосування способу з’єднання без оброблення крайок або в вузьку оброблення.
  4. Одночасне або послідовне використання двох електронних променів, при цьому один промінь виробляє проплавление металу, а другий формує корінь шва.
  5. Можливість варіювати подовжню і поперечну розгортку електронного променя за формою перетину.

Основні параметри режиму електронно-променевого зварювання:

  • сила струму в промені;
  • прискорювальна напруга;
  • швидкість переміщення променя по поверхні виробу;
  • тривалість імпульсів і пауз;
  • точність фокусування променя;
  • глибина вакууму.

Переваги і недоліки

Зазвичай переваги і недоліки визначаються в порівнянні з аналогами. В даному випадку доводиться говорити про умовні недоліки, так як для певних конструкцій і зварювальних матеріалів просто немає альтернативних методів і аналогів для порівняння. Головним і неперевершеним перевагою є висока якість зварних швів.

переваги недоліки
  • висока концентрація енергії дозволяє за один прохід зварювати метали товщиною від 0,01 до 300 мм;
  • ККД в 10-15 разів вище, ніж при дугового зварювання;
  • відсутня взаємодія розплавленого металу з атмосферними газами, що позитивно впливає на якість шва;
  • значно знижуються зварювальні деформації деталей і конструкцій;
  • можливість зварювання з’єднань різних конфігурацій, в тому числі принципово нових, нездійсненних традиційними методами зварювання плавленням;
  • висока продуктивність і економічність;
  • наявність істотних передумов для комплексної автоматизації і роботизації процесу зварювання
  • великі капітальні витрати на придбання обладнання;
  • підвищені вимоги до точності складання;
  • потрібна висока кваліфікація операторів та обслуговуючого персоналу;
  • необхідність створення вакууму в робочій камері, що призводить до збільшення трудомісткості підготовчо-заключних процесів;
  • генерація потужних електромагнітних полів і рентгенівського випромінювання. Це призводить до прийняття додаткових заходів з охорони праці та техніки безпеки
Ссылка на основную публикацию