Что такое дуговая сварка, электронно-лучевая сварка, контактная сварка

Электронно-лучевая сварка

Что такое дуговая сварка, электронно-лучевая сварка, контактная сварка

Электронно-лучевая сварка основывается на принципе нагрева и расплавления соединяемых элементов, который осуществляется с помощью электронного луча. В роли излучателя, в данной ситуации, выступает катод.

Он излучает такие частицы, как электрон, способные набирать скорость вследствие действия электрического поля. Такое поле характеризуется высоким уровнем напряженности. Электроны разгоняются до очень больших скоростей, которые можно сравнить со световой скоростью.

Вследствие этого, они соединяются в тонкий луч, сконцентрированный от излучателя к свариваемой детали, выступающей в роли анода.

Процесс электронно-лучевой сварки может быть выполнен только в вакууме, имеющие значение не ниже 4-10 мм рт. ст. Если это значение будет ниже, то большую часть энергии необходимо будет применить для ионизации и нагрева газов внешней среды. При встрече анода с электронами, последние свою кинетическую энергию отдают первым в виде тепла.

Оборудование для электронно-лучевой сварки

Основной составляющей установки сварки электронными лучами выступает пушка (сварочно-электронная). Она предназначена для того чтобы получать и ускорять электроны. Помимо этого, она служит для собирания электронного луча. Пушка располагается непосредственно в вакуум-камере, в которую помещается свариваемый элемент и механизм перемещения детали.

Выделяют следующие виды установок:

  • универсальные;
  • специализированные;
  • высоковакуумные;
  • промежуточного вакуума;
  • камерные.

Область применения электронно-лучевой сварки

Вышеописанный способ используется для сварки нескольких видов металлов, в частности, чистых, активных и тугоплавких. Также она применяется для чувствительных металлов к влиянию газов. В силу того, что возникают некоторые трудности при строительстве вакуумных камер внушительных размеров, вышеуказанным путем свариваются лишь небольшие детали.

Схожими свойствами обладает сварка когерентным световым лучом, которая осуществляется посредством лазера т.е. лазерная сварка. Световой луч, характеризующийся высоким содержанием энергии способен как сваривать, так и резать не только металлы, но и другие материалы. Этот процесс осуществляется без вакуума.

Как и любой другой вид сварки, электронно-лучевая имеет преимущества и недостатки.

К плюсам относятся:

  • таким способом за один раз можно сваривать металлы, толщина которых находится в пределах – 0,1 до 200 мм;
  • в отличие от дугового способа, электронно-лучевая использует более чем в 10 раз меньше энергии;
  • такой способ отличается отсутствием концентрации расплавленного металла газами.

Главным недостатком электронно-лучевой сварки выступает необходимость в создании вакуума.

Источник: http://weldering.com/elektronno-luchevaya-svarka

Электронно-лучевая сварка

Что такое дуговая сварка, электронно-лучевая сварка, контактная сваркаГлавная / Библиотека / Виды сварки / Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевую сварку успешно применяют в нижнем положении вертикальным лучом, для вертикальных и горизонтальных швов – горизонтальным лучом с неполным и сквозным проплавлением.

Сварка в нижнем положении рекомендуется для стальных изделий толщиной до 40 мм и изделий из титановых и алюминиевых сплавов толщиной до 80 мм. Горизонтальным лучом со сквозным проплавлением сваривают металлы толщиной до 400 мм.

Для сварки металлов, имеющих высокую теплопроводность или большую температуру плавления, а также деталей больших толщин применяется электронный луч с высокой плотностью энергии.

При сварке легкоплавких и легкоиспаряющихся металлов (Al, Mg) и деталей небольших толщин (до 3 мм) применяют электронный луч с малой плотностью энергии или с импульсным нагревом, когда действие луча на изделие чередуется с паузами. В этом случае испарение металла с поверхности сварочной ванны незначительно.

Основными параметрами режима электронно-лучевой сварки являются сила тока (мА), ускоряющее напряжение (кВ), скорость сварки (см/с).

Конструкция соединения для однопроходной сварки выполняется с учетом глубокого проникновения луча в металл: отношение глубины проплавления к средней ширине шва составляет 20–30.

Зазор в стыке не превышает 0,3 мм и должен быть меньше диаметра луча.

Для электронно-лучевой сварки характерны специфические виды дефектов сварных соединений.

Такими дефектами при сварке с несквозным проплавлением являются не заполненные металлом полости толщиной до 5–10 мм и длиной до 20–30 мм и периодическое несплавление корня шва. При ЭЛС также возможно отклонение канала проплавления от линии стыка вследствие отклонения луча.

Для улучшения качества сварных швов и уменьшения возможности возникновения дефектов используют ряд технологических приемов:

  • сварка наклоненным на 5-7 градусов в направлении движения лучом для уменьшения вероятности образования пор и несплошностей и создания более благоприятных условий для кристаллизации;
  • сварка с присадкой для легирования металла шва или восстановления концентрации легкоиспаряющихся в вакууме элементов;
  • тандемная сварка двумя электронными пушками, из которых одна осуществляет проплавление, а вторая, меньшей мощности, формирует либо корень шва, либо хвостовую часть ванны;
  • предварительные проходы для проверки позиционирования луча и очистки кромок свариваемых металлов от поверхностных загрязнений и адсорбированных газов;
  • безынерционное отклонение электронного луча в магнитном поле по сложным контурам в соответствии с программой, заложенной в ЭВМ, что позволяет создавать более благоприятные газо- и гидродинамические условия формирования канала, подавлять возникновение корневых дефектов, одновременно сваривать два и более стыков;
  • модуляция тока луча (обычно с частотой 1–100 Гц) для управления теплоотдачей в сварной шов.

К несомненным преимуществам электронно-лучевой сварки относятся следующие:

  • получение очень узкого с глубоким проплавлением шва, что обеспечивает значительную экономию металла;
  • большая сосредоточенность вводимого в изделие тепла, малое его количество (в 4–5 раз меньшее, чем при дуговой сварке) позволяют получить небольшую зону термовлияния и минимальные изменения формы изделия;
  • благодаря вакууму, в котором происходит сварка, отсутствует насыщение металла шва газами, а имевшиеся в нем газы успевают удалиться, чем достигается высокое качество сварных соединений;
  • для сварки характерен пониженный расход электроэнергии по сравнению с дуговыми методами.

К числу недостатков электронно-лучевой сварки можно отнести следующие:

  • создание вакуума в рабочей камере, загрузка и выгрузка изделий из нее требуют значительного времени, что не только снижает производительность процесса, но и затрудняет осуществление комплексной автоматизации;
  • вследствие торможения электронов в свариваемом металле, особенно при большом ускоряющем напряжении (> 100 кВ), возникает жесткое рентгеновское излучение, что требует дополнительной защиты обслуживающего персонала и, кроме того, усложняет и без того непростое оборудование;
  • необходимость высококвалифицированного персонала.

Источник: http://www.deltasvar.ru/biblioteka/48-vidy-svarki/84-ehlektronno-luchevaja-svarka

Лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка  на сегодняшний день является перспективным способом соединения тугоплавких металлических сплавов. Данная технология может использоваться с высокопрочными сплавами, качественной сталью, алюминием и титаном.

Данная технология основывается на использовании тепла, которое выделяется при торможении частиц, ускоренных при помощи высокой энергии. Подобные технологии стали использоваться в металлургии лишь с развитием электронной оптики и вакуумной техники.

Одним из преимуществ использования данной технологии сварки является ее качество, а также возможность работы с различными тугоплавкими металлами.

Электронно-лучевая сварка

При выполнении сварочных работ по данной технологии используется специальная электронная пушка, которая позволяет генерировать направленный пучок заряженных с высокой энергией частиц.

Такой направленный пучок разогревает металл, обеспечивая получение высокой температуры свариваемых кромок. Электронная пушка получает энергию от высоковольтного источника с постоянным током.

При этом вся работа такого оборудования контролируется автоматикой, что позволяет исключить скачки напряжения,  а, следственно, сварочная дуга имеет постоянную температуру и необходимую интенсивность.

Одной из особенностей данной технологии сварки является необходимость движения электронного луча по строго определенной линии сварки. Для этого используется специальная магнитная отклоняющая система, которая обеспечивает управление сварочной дугой.

Для уменьшения потери энергии электронов по причине их соударения с молекулами газа  непосредственно в месте сварочного соединения создается вакуум, что гарантирует максимальную эффективность данной технологии и качественное соединение металлических элементов.

Технология лучевой сварки

При выполнении таких сварочных работ пучок заряженных частиц проходит по передней стенке соединительного шва, а расплавленный металл постепенно стекает с боков, концентрируясь у задней стенки соединительного шва, где он вскоре кристаллизуется и застывает. При этом обеспечивается соединение металлов на молекулярном уровне, что гарантирует максимальную прочность сварки.

Возможно выполнение сварочных работ непрерывным лучом, который управляется с соответствующей пушкой и магнитной отклоняющей системой, так и с использованием импульсного электронного луча. Этот луч имеет большую плотность энергии, а его частота импульсов составляет 100-500 гигагерц.

Импульсный  луч используется для сварки легкосплавных  и легкоиспаряющихся металлов. Отметим, что импульсная технология может применяться для работы с чрезвычайно тонкими тугоплавкими металлическими листами.

При  появлении во время сварки подрезов тонких кромок их в последующем можно удалить колеблющимся сварочным электронным лучом.

Установка электронно-лучевой сварки

В первую очередь хотелось бы поговорить об основных параметрах выполнения данной работы. Их таких характеристик лучевой сварки выделим следующее:

  • Точность фокусировки луча.
  • Общая продолжительность импульсов.
  • Ускорение напряжения.
  • Скорость движения сварного луча.
  • Сила тока в полученном луче.
  • Степень вакуума.

Выбор тех или иных параметров сварки в данном случае будет напрямую зависеть от конкретных особенностей соединяемых металлов.

Следует отметить, что качество выполнения данной работы потребует соблюдения точности направления луча по его осям и правильность сборки деталей.

Именно поэтому необходимо выдерживать минимально и максимально допустимые зазоры в соединяемых деталях, в зависимости от этого выбирают те или иные параметры оборудования.

Способы

При использовании лучевой технологии можно получить следующие виды соединений металлических изделий:

  • Угловое.
  • Замковое.
  • Стыковое.
  • Стыковое с использованием изделий различной толщины.
  • Стыковое с выполненной отбортовкой кромок.
  • Стыковое с соединением шестеренок.

Характерные особенности лучевой сварки

Из особенностей выполнения такой работы можно выделить следующее:

  • Сварка по лучевой технологии выполняется в вакуумной среде. Тем самым исключается деградация расплавленного металла и обеспечивается максимально чистая поверхность.
  • Концентрированный луч позволяет достигать максимально высоких температур. Металл при воздействии таких температур  быстро расплавляется, что позволяет получить мелкозернистый шов с минимальной шириной.
  • При использовании иных технологии сварки появляются существенные сложности при работе со сплавами, которые чувствительны к интенсивности нагрева. При этом лучевая сварка может использоваться для работы с такими чувствительными к нагреву сплавами, в том числе с высоколегированными сталями, титаном и алюминием.

Преимущества и недостатки

Из преимуществ данной технологии можно отметить следующее:

  • Имеется возможность соединения керамики, тугоплавких металлов и различных иных изделий.
  • При выполнении сварочных работ выделяется минимальное количество тепловой энергии. Тем самым обеспечивается снижение расходов на соединение таких деталей.
  • Обеспечивается максимально возможное качество выполненного соединения. Даже при работе с теми металлами, сваривать которые другими технологиями чрезвычайно сложно, можно получить долговечное и прочное соединение.
Читайте также:  Пайка бампера: что следует знать о данной процедуре?

Если же говорить о недостатках, то можно выделить следующее:

  • Для обеспечения вакуума в рабочей камере используется специальное дорогостоящее оборудование.
  • При работе с металлическими сплавами с большой теплопроводностью существует риск образования несплавлений.

Источник: http://svarkagid.com/luchevaja-svarka/

Виды сварки

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Промышленный переменный ток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц).

Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60—75 В. При сварке на малых токах (60—100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 — 80 В.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. На рис. 1 приводится принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора реактивной катушки).

Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем (сварочный ток регулируется изменением воздушного зазора)

Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод 3 (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе 3 имеются первичная 1 и вторичная 2 (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Дроссель состоит из магнитопровода 4, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода 5, рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе 4 имеется подвижная часть б, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой 7.

Первичная обмотка 1 трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В.

Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке 1, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке 2 индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя 5 включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Величину сварочного тока регулируют путем изменения воздушного зазора а между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 4 (рис. 1).

При увеличении воздушного зазора а магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток.

При полном отсутствии воздушного зазора а дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величина тока будет минимальной.

Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовой стрелке), а для получения меньшей величины тока — зазор уменьшить (рукоятку вращать против часовой стрелки). Регулирование сварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью.

Современные сварочные трансформаторы типа ТД, ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.

Рис. 2. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТН в однокорпусном исполнении (а) и его магнитная схема (б). 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — реактивная обмотка; 4 — подвижной пакет магнитопровода; 5 — винтовой механизм с рукояткой; 6 — магнитопровод регулятора; 7 — магнитопровод трансформатора; 8 — электродержатель; 9 — свариваемое изделие

В 1924 г. академиком В. П. Никитиным была предложена система сварочных трансформаторов типа СТН, состоящих из трансформатора и встроенного дросселя. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформаторов типа СТН в однокорпусном исполнении, а также магнитная система показаны на рис. 2.

Сердечник такого трансформатора, изготовленный из тонколистовой трансформаторной стали, состоит из двух, связанных общим ярмом сердечников,— основного и вспомогательного.

Обмотки трансформатора изготовлены в виде двух катушек, каждая из которых состоит из двух слоев первичной обмотки 1, выполненных из изолированного провода, и двух наружных слоев вторичной обмотки 2, выполненных из неизолированной шинной меди. Катушки дросселя пропитаны теплостойким лаком и имеют асбестовые прокладки.

Обмотки трансформаторов типа СТН изготовляют из медного или алюминиевого проводов с выводами, армированными медью. Величину сварочного тока регулируют с по­мощью подвижного пакета магнитопровода 4, путем изменения воздушного зазора а винтовым механизмом с рукояткой 5.

Увеличение воздушного зазора при вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вызывает, как и в трансформаторах типа СТЭ с отдельным дросселем, уменьшение магнитного потока в магнитопроводе 6 и увеличение сварочного тока.

При уменьшении воздушного зазора повышается индуктивное сопротивление реактивной обмотки дросселя, а величина сварочного тока уменьшается.

ВНИИЭСО разработаны трансформаторы этой системы СТН-500-П и СТН-700-И с алюминиевыми обмотками. Кроме того, на базе этих трансформаторов разработаны трансфор­маторы ТСОК-500 и ТСОК-700 со встроенными конденсаторами, подключенными к первичной обмотке трансформатора. Конденсаторы компенсируют реактивную мощность и обеспечивают повышение коэффициента мощности сварочного трансформатора до 0,87.

Однокорпусные трансформаторы СТН более компактны, масса их меньше, чем у трансформаторов типа СТЭ с отдельным дросселем, а мощность одинакова.

Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.

Катушки первичной обмотки такого трансформатора неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками.

Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая — при удалении. С ходовым винтом 5 связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока.

Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

Рис. 3. Сварочные трансформаторы: а — конструктивная схема трансформатора ТСК-500; б — электрическая схема трансформатора ТСК-500: 1 — сетевые зажимы для проводов; 2 — сердечник (магнитопровод); 3 — рукоятка регулирования тока; 4 — зажимы для подсоединения сварочных проводов; 5 — ходовой винт; 6 — катушка вторичной обмотки; 7 — катушка первичной обмотки; 8 — компенсирующий конденсатор; в — параллельное; г — последовательное соединение обмоток трансформатора ТД-500; ОП — первичная обмотка; ОВ — вторичная обмотка; ПД — переключатель диапазона токов;  С — защитный фильтр от радиопомех.  Рис.4 Портативный сварочный аппарат

На рис. 3-а,б показаны принципиальная электрическая и конструктивная схемы трансформатора ТСК-500.

При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмоток 6 и 7 сближаются, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается.

При повороте рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное рассеяние увеличивается и величина сварочного тока уменьшается.

Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы типа ТСК отличаются от ТС наличием компенсирующих конденсаторов 8, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs φ). На рис. 3, в показана принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500.

ТД-500 представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками.

Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода.

Трансформатор работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное — диапазон малых токов.

Последовательное соединение обмоток за счет отключения части витков первичной обмотки позволяет повысить напряжение холостого хода, что благоприятно отражается на горении дуги при сварке на малых токах.

При сближении обмоток уменьшается индуктивность рассеяния, что приводит к увеличению сварочного тока; при .

увеличении расстояния между обмотками увеличивается индуктивность рассеяния, а ток соответственно уменьшается.

Трансформатор ТД-500 имеет однокорпусное исполнение с естественной вентиляцией, дает падающие внешние характеристики и изготавливается только на одно напряжение сети — 220 или 380 В.

Трансформатор ТД-500 ~ однофазный стержневого типа состоит из следующих основных узлов: магнитопровода — сердечника, обмоток (первичной и вторичной), регулятора тока, переключателя диапазонов токов, токоуказательного механизма и кожуха.

Алюминиевые обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижно закреплены у нижнего ярма, а вторичной обмотки — подвижные.

Переключение диапазонов тока производят переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора.

Величину отсчета тока производят по шкале, отградуированной соответственно на два диапазона токов при номинальном напряжении питающей сети.

Емкостной фильтр, состоящий из двух конденсаторов, служит для снижения помех радиоприемным устройствам.

Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов. В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы.

Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу.

Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.

Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора  соединена   с   силовой   сетью   высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т. е. на электрододержателе.

Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.

При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства — ограничители холостого хода. 

Сварочные трансформаторы промышленного использования, как правило, подключают к трехфазной сети 380 В, что в бытовых условиях не всегда удобно. Как правило, подключение индивидуального участка к трехфазной сети хлопотно и дорого, и без особой нужды это не делают.

Для таких потребителей промышленность выпускает сварочные трансформаторы, рассчитанные на работу от однофазной сети с напряжением 220 — 240 В. Пример такого портативного сварочного аппарата приведен на рис.4.

Этот аппарат, обеспечивающий разогрев дуги до 4000°С, уменьшает обычное сетевое напряжение, одновременно повышая сварочный ток. Ток в установленном диапазоне регулируется с помощью ручки, смонтированной на передней панели аппарата.

Читайте также:  Сварочный полуавтомат темп, и его выгодные стороны

В комплект аппарата входит сетевой кабель и два сварочных провода, один из которых соединен с электрододержателем, а второй – с заземляющим зажимом.

Обычно для домашних работ вполне подходят аппараты, вырабатывающие сварочный ток в 140 ампер при 20-процентном рабочем цикле. При выборе аппарата следует обращать внимание на то, чтобы регулировка сварочного тока была плавной.

Источник: http://build.novosibdom.ru/book/export/html/273

Технология электронно-лучевой сварки

Основные параметры режима ЭЛС — это ускоряющее напря­жение U, кВ; ток луча /л, мА; рабочее расстояние (расстояние от центра фокусирующей системы до поверхности изделия) /, см; угол сходимости луча а, …°; скорость перемещения луча (ско­рость сварки) vCB, м/ч; сила тока магнитной фокусирующей сис­темы /м (/ф), мА. Последняя определяет диаметр пятна воздей­ствия луча на свариваемую деталь. Изменением скорости сварки можно регулировать скорость кристаллизации металла сварного шва и термическое воздействие на основной металл в околошов — ной зоне. Кроме этого ЭЛС может характеризоваться дополнитель­ными параметрами: формой и частотой колебаний пучка, скоро­стью и направлением подачи присадочного металла и т. п. Типич­ные интервалы значений параметров ЭЛС следующие: мощность q = 1… 120 кВт при U = 25… 120 кВ; а = 1…5”; / = 2…20 см; vca = 3… 100 м/ч, диаметр пятна луча в зоне сварки d = 0,1 …3 мм.

Технологические параметры ЭЛС включают в себя физико-хи­мические свойства свариваемого металла, давление и состав оста­точной среды в вакуумной камере, значение и распределение ос­таточной намагниченности изделия, пространственное положе­ние сварного шва и электронного луча, тип и геометрию сварного соединения.

Из энергетических параметров процесса сварки наи­более существенно влияют на качество шва мощность пучка, по­ложение его минимального сечения и скорость сварки.

Стабили­зация уровня фокусировки и мощности пучка электронов при сварке обеспечивает стабильность как коэффициента равномер­ности шва, так и средней глубины проплавления. По мере увели­чения толщины свариваемого металла резко снижается диапазон допустимых изменений уровня фокусировки луча.

Оптимальное значение скорости сварки определяет условие минимальности гидродинамических возмущений в ванне и условие минимальной ширины шва для снижения деформаций, повышения трещиноус — тойчивости, сохранения концентрации легкоиспаряющихся ле­гирующих компонентов.

При увеличений толщины свариваемого металла оптимальная скорость сварки снижается. Так, если ме­талл толщиной 1… 1,5 мм удается сваривать с качественным фор­мированием шва при скорости сварки vCR = 210…240 м/ч, то ме­талл толщиной 150…200 мм нужно сваривать при vCB = 3…5 м/ч.

Для однопроходной ЭЛС применяют как типы сварных соеди­нений, характерные для сварки плавлением — на подкладке и без нее (рис. 4.2, а), так и новые, присущие только этому способу. Отбортовку кромок (рис. 4.2, б) применяют обычно для деталей радиоэлектроники и приборостроения. Соединения внахлестку (рис.

4.2, — в) широко применяют при сварке разнородных металлов, различающихся по температуре плавления. Электронный луч в этом случае смещают на кромку более тугоплавкой детали. Отличитель­ные типы соединений под сварку проникающим лучом в узких разделках и труднодоступных местах приведены на рис. 4.2, г.

Соединения под сварки проникающим лучом (см. рис. 4.2, б) применяют для тонколистовых металлов в нижнем положении, а для металлов малых и средних толщин — в горизонтальном. Тавро­вые соединения могут выполнять на металлах толщиной 8 < 10 мм. Возможна сварка двух цилиндров через ребро жесткости (рис. 4.2, е).

Возможность сварки в узких разделках и труднодоступных мес­тах является одним из достоинств ЭЛС перед другими способами

)Рис. 4.2. Основные типы соединений деталей щш электронно-лучевой

сварке:

а — встык тонколистовых деталей на подкладке и без нее; 6-е отбортовкой кромок различной толщины кромок; в — внахлестку; ^ — в узких разделках и труднодоступных местах; д — однопроходная сварка одновременно нескольких Стыков проникающим лучом; е — сварка двух ЦИдИНдров электронным лучом І ■ через ребро жесткости

сварки плавлением. Эта возможность достигается благодаря ма — рым размерам сечения электронного луча и его автономности по ртношению к свариваемым деталям. Однопроходная сварка не — ркольких расположенных друг над другом стыков может быть вы­полнена проникающим лучом.

Сварку электронным лучом можно успешно осуществлять в нижнем и горизонтальном положениях, на подъем. Сварка в нижнем положении (вертикальным электрон — дам лучом) может выполняться как без подкладки, так и на под­кладке. При сварке сталей в нижнем положении толщина деталей — [ЯК» 40 мм, титановых и алюминиевых сплавов — до 80 мм.

Сварка I# горизонтальном положении и на подъем проводится горизон­тальным электронным лучом для металлов любой толщины без Подкладки.

.• Предварительную очистку деталей выполняют механически, а Окончательную — в зависимости от свариваемого металла и сте — рени шероховатости очищаемой поверхности, — различными рфизико-химическими способами.

Непосредственно перед сваркой Поверхность свариваемых кромок в области стыка и стыкуемые Поверхности (насколько возможно через за:)0р в стыке) можно очи­щать с помощью маломощного сканирующего (сканирование — от англ.

scan — поле зрения — управляемое пространственное пе­
ремещение) электронного луча. При этом луч должен незначи­тельно оплавлять очищаемую поверхность, не заплавляя зазор в стыке. Общие требования ко всем типам соединениям — это вы­сокая точность сборки перед сваркой.

Допустимая ширина сва­рочного зазора при сварке без присадочного металла деталей толщиной не более 20…30 мм составляет 0,1 …0,2 мм, а при тол­щине свыше 30 мм — 0,3 мм.

Для улучшения качества сварных швов и повышения произво­дительности процесса ЭЛС разработано и применяется большое количество технологических приемов. Наиболее изученные и обо­снованные приемы, получившие широкое применение, следую­щие:

• полное проплавление свариваемого стыка;

• развертка электронного пучка;

• сварка наклонным электронным пучком;

• модуляция тока пучка;

• подача присадочного металла;

• сварка с постоянным поперечным смещением электронного пучка;

• сварка «расщепленным» пучком;

• выполнение прихваток.

Рассмотрим некоторые приемы.

Полное проплавление свариваемого стыка — наиболее надежный и простой прием, позволяющий исключить дефекты в корневых швах, свести к минимуму угловые деформации, уменьшить веро­ятность образования пор и раковин благодаря улучшению усло­вий дегазации металла сварочной ванны.

При сварке в нижнем положении данный прием применяют для соединения металлов толщиной 5 < 40 мм, а при сварке горизонтальным электронным лучом — с 8 < 400 мм.

В последнем случае для предотвращения вытекания жидкого металла из сварочной ванны иногда устанав­ливают ограничительную планку вдоль нижней кромки стыка.

Развертка электронного пучка (колебания) может быть продоль­ная, поперечная, крестообразная.

Благодаря развертке при сварке металлов больших толщин удается значительно расширить диа­метр канала и повысить устойчивость канала в сварочной ванне, что благоприятно сказывается на стабильности формирования швов: уменьшается разбрызгивание расплавленного металла, пред­отвращается вытекание расплава из ванны при сварке горизон­тальным лучом. Вследствие изменения формы шва уменьшается склонность к образованию трещин, корневых дефектов и протя­женных полостей.

Сварка наклонным электронным пучком позволяет уменьшить количество пор и несплошностей.

Модуляция тока электронного пучка позволяет уменьшить теп — ловложения при сварке тонколистовых (до 1 мм) металлов; для осуществления точечной сварки обычно используют импульсную модуляцию тока электронного пучка с частотой 1… 100 Гц. При шовной сварке частоту импульсов и скорость выбирают так, что­бы отдельные проплавленные участки перекрывали друг друга.

Подачу присадочного металла применяют для получения задан­ного состава металла шва или восстановления необходимой кон­центрации легкоиспаряющихся элементов в шве при больших за­зорах в стыке и исправлении дефектов.

Сварку с постоянным поперечным смещением электронного пучка применяют при сварке разнородных металлов. Электронный пу­чок смещают относительно плоскости симметрии стыка в сторо­ну более тугоплавкого металла или металла с большей теплопро­водностью.

Значение смещения рассчитывают либо определяют экспериментально.

Смещение пучка применяют также в ряде слу­чаев для компенсации его поперечного отклонения продольным (вдоль стыка) магнитным полем, возникающим иногда при свар­ке разнородных металлов и сплавов.

Особенности гидродинамических, тепловых и деформацион­ных процессов при формировании шва в процессе ЭЛС приводят к образованию специфических дефектов, снижающих эксплуата­ционные характеристики соединения.

Вследствие периодического заливания дна пародинамического канала-кратера происходит неравномерное проплавление с образованием пилообразной формы нижней части границы сварочной ванны. Корень шва имеет ти­пичную пикообразную структуру. Каждому пику в корне шва со­ответствует чешуйка на поверхности шва.

Поэтому для сварного шва при ЭЛС характерна, как правило, слоистая структура. Для предотвращения корневых дефектов необходимо формировать ка­нал-кратер с достаточно широкой и закругленной нижней частью.

Изменение формы канала-кратера осуществляют изменением формы распределения плотности мощности электронного пучка в зоне сварки, например круговым сканированием пучком. Рас­ширение корня шва позволяет снижать опасность несплавлений свариваемых деталей из-за проявления остаточных или наведен­ных магнитных полей.

В центре шва по всей его высоте вследствие нормального теплоотвода в месте стыковки встречно растущих кристаллитов и сосредоточения легкоплавких включений может возникать зона пониженной прочности с образованием продоль­ных горячих трещин. Иногда их называют срединными трещина­ми. При сварке металлов больших толщин следует учитывать вы­сокую жесткость сварного соединения.

При уменьшении скорости сварки глубина канала-кратера уве­личивается. На выходе канала-кратера возможно его закрытие Жидким металлом и образование полости. Один из характерных Дефектов для ЭЛС — газовая пористость металла шва. Основная причина образования пор — загрязненность свариваемого метал-

ла газами, которые при кристаллизации сварочной ванны могут выделяться вследствие разной их растворимости в жидком и твер­дом металле. Пористости способствует также химическое взаимо­действие компонентов и примесей в свариваемом металле при высокой температуре с образованием газовой фазы.

Читайте также:  Как обуздать ковку металлических деталей самостоятельно

Высокая ско­рость кристаллизации металла ванны при ЭЛС не позволяет газам выделиться из сварочной ванны. Лучший способ борьбы с газовой пористостью при ЭЛС — это использование чистых исходных ме­таллов, которые получают вакуумно-дуговым, элекгрошлаковым и электронно-лучевым переплавом.

К специфическим дефектам ЭЛС следует отнести отклонение канала проплавления от линии стыка вследствие отклонения пучка при сварке сталей с остаточной намагниченностью. Для ликвида­ции этого дефекта прибегают к предварительному размагничива­нию изделия.

При сварке деталей толщиной 1…2 мм может на­блюдаться неравномерное формирование шва, которое можно уст­ранить регулированием фокусировки пучка.

Наиболее часто встре­чающийся дефект при сварке небольшой толщины — неравно­мерность проплавления из-за провисания жидкого металла под действием давления испаряющегося металла и фиксации этого провисания за счет высокой скорости кристаллизации.

Для сни­жения возможности появления дефекта при сварке ответственных конструкций следует применять остающиеся подкладки из свари­ваемого металла. Высокие скорости электронно-лучевой сварки могут привести к подрезам, размеры которых зависят от теплофи­зических свойств свариваемого металла.

В середине шва при этом образуется выступ. Снижение скорости сварки уменьшает возмож­ность образования подрезов. Если они образовались, то их можно устранить повторным оплавлением поверхности шва при мень­шей мощности луча или расфокусированным лучом. Из этого сле­дует, что геометрия и качество швов при ЭЛС взаимосвязаны бо­лее сильно, чем при дуговых способах сварки.

Источник: http://hssco.ru/texnologiya-elektronno-luchevoj-svarki/

Электронно-лучевая сварка. Сущность метода. Технический отчет о сварке деталей

Электронно-лучевая сварка – процесс далеко не новый и успешно применявшийся еще в далекие советские времена и применяемый по сегодняшний день. Принцип ее действия очень прост: в герметичной камере при помощи вакуумного насоса откачивается высокий вакуум порядка 2-5•10-4 мм рт.ст.

Во вращателе закрепляются свариваемые детали в вертикальном или горизонтальном направлении. Конструкция всей установки напоминает конструкцию  трубки телевизора. Есть электронная пушка большой мощности, состоящая из катушки, анодного и катодного элетродов и магнитов, в которой регенерируется электронный или ионный луч.

Направив его на кромки соединяемых деталей можно производить их оплавление. На установках типа УЭЛС max глубина провара составляет около 5 мм. Сварку можно производить как точками, так и сплошным швом, путем проворачивания тел вращения вокруг оси или путем прямолинейного передвижения узлов.

Детали устанавливаются в бронзовые оправки для интенсивного отвода тепла с места термического воздействия.

Если ранее сварка производилась преимущественно в ручном режиме оператором установки, то на сегодняшний день, прогресс не стоит на месте и появилась возможность программировать оборудование с целью его эффективной автоматической работы, а усовершенствование манипуляторов дает возможность соединять более сложные конфигурации швов.

Область применения: может применяться в приборо- агрегатостроении, радиотехнике, электронной и других областях.

Преимущества данного вида сварки очевидны:

  • Идеальная чистота узлов
  • Минимальные деформации
  • Возможность сваривать уже готовые детали с чертежными допусками
  • Шов аккуратный, без окалины и шлака
  • Сварка разнородных материалов и элементов разных толщин, возможность предварительного их подогрева расфокусированным лучем и последующий их отпуск до запуска воздуха в камеру.

Особенно целесообразно использование сварки электронным лучом в вакууме в следующих случаях:

  • При выпуске продукции из титана и сплавов на его основе
  • При изготовлении ответственных изделий, к сварным швам которых предъявляются высокие требования
  • Миниатюрных узлов для которых не допускается попадание окислов (частиц) во внутреннюю полость изделия
  • Когда изделие изготавливается из разнородных сплавов и один из них относится к числу легкоокисляемых металлов.

К минусам можно отнести стоимость оборудования. Это единственная причина, почему электронно-лучевой метод не получил своего развития в быту, а применяется исключительно в промышленности. Но тех, кто придумает упрощенный бытовой вариант ждут достойные вознаграждения. Так, что для тех, кто любит изобретать что-то новое есть такая возможность.

От общего к частному. Представляем вашему вниманию отчет, который будет полезен специалистам, а также общему кругу людей, интересующихся вопросами специальных методов сварки.

Прим. Приведенные сварочные режимы могут отличаться в зависимости от типа применяемого оборудования и являются ориентировочными

Технический отчет

Отработка изготовления корпусов электромагнитов с применением электронно-лучевой сварки вместо диффузионной сварки.

Цель: повышение технологичности изделия

Описание объекта: корпус электромагнита состоит из 5 деталей, изготовленных из сталей 12Х18Н10 и 10864, чередующихся между собой и соединенных диффузионной сваркой. См. Рис.1.

Деталь предназначена для направления линий магнитного поля, создаваемых обмоткой, через сердечник в центре детали см. Рис.2, т.к. сталь 12Х18Н10 сопротивляется прохождению магнитного поля.

Методика проведения работы

1 этап

На первом этапе были изготовлены три образца для изучения и отработки технологии лучевой сварки см. Рис.3

Сварка проводилась на установке УЭЛС-902. Рабочая среда вакуум. Схема оборудования приведена на Рис.4 и 5.

Были проведены опыты с шестью режимами сварки (в зависимости от силы тока) для определения глубины сварки. Фотография микрошлифов и режимы сварки приведены на Рис.6, луч был настроен по центру сварного шва.

Во время сварки при энергии пучка 20-30 mA происходили «микровзрывы». В результате образовались дефекты, показанные на Рис. 7. Глубина кратеров составила до 2 мм. При работе с энергии пучка 35-45 mA эта проблема не возникала.

Возможные причины: плохая промывка деталей (была проведена ручная промывка в ацетоне и спирте) требуется ввести промывку в ультразвуковой ванне (УЗВ).

В результате проведенной работы были получены замеры глубины сварки при разной энергии пучка, данные приведены в таблице.

№ п/п Энергия пучка, mA Глубина провара, мм
1 20 2,5
2 25 2,9
3 30 3,7
4 35 4
5 40 4,5
6 45 5

Также на фотографии микрошлифов (Рис.4) отчетливо видно, что при сварке сталь 12Х18Н10т вытесняет сталь 10864. Возможные причины – более высокая температура плавления стали 12Х18Н10 -1480±5 оС, чем у стали 10864.  В результате размер 12 (см. Рис.3) увеличился приблизительно до 13 мм.

Для настройки луча по центру сварного шва на кромках деталей, выходящих в сварной шов, необходимо сделать фаски 0,2 … 0,3 мм.

Этап 2

Для обеспечения провара всех швов была пересмотрена конструкция детали, в частности схемы расположения сварных швов (см. Рис.8). Тонкими линиями на рисунке показан контур детали.

В связи с эффектом вытеснения сталью 12Х18Н10 стали10864 длина детали позиция 3 была уменьшена с 12 мм на 0,8 мм, а деталей позиция 2 и 4 соответственно каждая увеличена на 0,4 мм (см. Рис.9) для обеспечения чертежных размеров.

Заготовки под сварку были изготовлены согласно приведенным эскизам. Припуски под дальнейшую обработку показаны на рис. 8.

Подготовка деталей

К сварке было подготовлено 4 комплекта деталей.

Все детали были промыты в ультразвуковой ванне (УЗВ), затем в ацетоне и окончательно в спирте. Промывка в ацетоне и спирте и сборка деталей проводилась пинцетом для исключения загрязнения свариваемых поверхностей.

Примечание. До момента сварки детали хранились в емкости со спиртом, сборка под сварку проводилась непосредственно на участке, чтобы на деталях не появлялась ржавчина.

Сварка

Окружающая среда: температура 25 оС, влажность 83%.

Рабочая среда сварки – вакуум. Время вакуумирования составляет ≈  15 … 20 минут.

Основные настраиваемые параметры электронно-лучевой сварки:

-А –энергия луча, mA (определяется силой тока);

-V- скорость вращения двигателя на приспособлении (влияет на скорость вращения детали в приспособлении), рад/сек;

-Т- время сварки, сек.

Энергией луча регулируют глубину провара. Для настройки энергии луча был изготовлен образец (многоразовый), эскиз приведен в приложении Б. Образец необходим при каждой перенастройке энергии луча.

Скоростью и временем сварки регулируют перекрытие сварного шва (в зависимости от диаметрального расположения шва длина шва будет изменяться).

Внимание!! При настройке перекрытия также необходимо учитывать режим сглаживания шва. Этот режим всегда присутствует и длится ≈1-2 сек., при этом установка постепенно уменьшает энергию луча, если его не учесть, тогда на каком-то участке детали возможен провар на меньшую глуюину.

Сварка производилась на приспособлениях, фото которых приведены в приложении В.

Эскизы приспособлений, изготовленных для проведения сварки, приведены в приложении Г.

Настройка луча на сварной шов регулируется с помощью:

  • Расположением приспособления в рабочей зоне – грубая настройка, в продольном направлении, по отношению к детали, регулировка производится автоматикой на панели управления и может проводиться при закрытой камере. В поперечном направлении регулировка возможна только вручную винтом и при открытой камере;
  • Отклонением луча – точная настройка.

Результаты

  1. Сварено 4 детали.
  2. Раковины от микровзрывов отсутствуют от всех деталях.
  3. Качество сварки хорошее, проверено изготовлением микрошлифа на детали (см. Рис.10) и давлением жидкости 550 атм.

    , поданной в полость ø 10+0,018 в течение 3 минут – деталь не разрушилась, течи не наблюдались.

  4. Биения ø16 и ø28 относительно ø53, полученные после сварки, показаны на Рис.11 и в табл. 2. Возможные причины: биение резьбы в детали поз1.

    Относительно конуса под сварку, в результате чего при затяжке возникла изгибающая нагрузка и при сварке на 1 переходе деталь согнуло. При последующей механообработке на первой токарной операции деталь базировали по ø53 и выставляли биение ø28 до 0,35 мм. Заложенных припусков оказалось достаточно.

    Возможные меры:

— переходы сварки выполнить в обратном направлении – сварка на торце, сварка под углом, сварка центральной части;

-предусмотреть методы обеспечения биения резьбы М5 относительно конуса в пределах 0,1 мм.

-предусмотреть в первой операции выставление биения ø28 детали до 0,35 max

  1. Требуется предусмотреть обжимки для затяжки деталей при сборке под сварку (в процессе сварки несколько деталей раскрутились после 1 перехода).
  2. Размеры 3 и 12 (см.Рис.9) в допуске.
  3. После сварки было изготовлено 3 детали (покрытие на деталях не выполнялось)
  4. Под дальнейшие испытания в составе агрегата.

Выводы:

  1. Процесс подготовки деталей под электронно-лучевую свару оказался существенно проще, чем под диффузионную сварку – свариваемые поверхности достаточно выполнить токарной обработкой с шероховатостью Rz20.
  2. Экономия материала за счет минимальных припусков по сравнению с технологией диффузионной сварки.
  3. В целом процесс электронно-лучевой сварки делает данную деталь более технологичной.

Источник: http://svarka-master.ru/e-lektronno-luchevaya-svarka/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector