Установки для электронно-лучевой сварки

металлов кинетической энергии электронов, быстро движущихся под действием электрического поля

в глубоком вакууме.

Электронный луч представляет собой остросфокусированный поток электронов, эмитованных катодом и ускоренных в вакууме разницей потенциалов между катодом и анодом. При торможении ускоренных электронов возле поверхности анода (изделия) их кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Высокая концентрация энергии в анодном пятне, диаметр которого равен 0,01... 1,0 мм, позволяет получить сварные швы с минимальной зоной термического влияния и отношением глубины к ширине от 20 и более. Толщина свариваемого материалу при ЭЛС достигает 100 мм и более за один проход.

Назначение ЭЛС

особенностей и преимуществ.
Плотность энергии в пятне нагрева ЭЛС достигает

108Вт/см2, превосходя по этому показателю дуговую сварку на 3 — 4 порядка.
Высокая концентра­ция энергии в луче, обеспечивая глубокое проплавление и малую ширину шва при невысоком значении погонной энергии, обуслов­ливает возможность выполнения сварных соединений с мини­мальными размерами зоны термического влияния, высокую ско­рость кристаллизации с получением измельченной структуры металла шва, незначительные термические деформации сварива­емых деталей.
Отклонение потока электронов в магнитном или электрическом поле осуществляется практически безынерционно, что дает возможность с высокой точностью управлять перемеще­нием луча по поверхности свариваемой детали и разворачивать луч по желаемой траектории.
Благодаря разрежению в зоне свар­ки отсутствует насыщение расплавленного металла газами и даже имеет место дегазация металла шва.

электрических, механических и вакуумных устройств;
- относительно низкая производительность, обусловленная длительной

откачкой вакуумного пространства после каждой загрузки камеры;
- затруднения в наблюдении за процессом и направлении луча на стык деталей, находящихся внутри камеры;
- повышенные требования к безопасности, связанные с ис­пользованием высокого напряжения (до 200 кВ) и рент­геновским излучением, вызываемым торможением элек­тронов у поверхности детали.

электрода (3). На определенном расстоянии от катода располагается ускоряющий электрод

с отверстием — анод (4). Пушка питается электрической энергией от высоковольтного источника постоянного тока (5).

Чтобы увеличить плотность энергии в электронном луче после выхода из первого анода электроны концентрируются магнитным полем в магнитной линзе (6), Летящие электроны, сфокусированные в плотный пучок, ударяются на большой скорости о малую площадку на изделии (1). На данном этапе кинетическая энергия электронов вследствие их торможения превращается в теплоту, таким образом нагревая металл до высоких температур.

Для перемещения электронного луча по изделию на пути движения электронов размещают магнитную отклоняющую систему (7), которая позволяет установить луч строго по линии сварки.

вследствие соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической

и тепловой защиты катода в пушке создается вакуум около 10-4 — 10-6 мм рт.ст. Столь высокая концентрация энергии луча (до 109 Вт/см2) при минимальной площади места нагрева (до 10-7 см2) ведет к уменьшению термических деформаций в ходе сварки и формированию шва с кинжальной формой проплавления.

Iп мА;
ток фокусирующей катуш­ки Iф мА;
скорость сварки vCB,

м/ч;
остаточное давление газов в камере р, Па.

Ускоряющее напряжение (10...200 кВ) и ток пучка (10... 1 000 мА) определяют величину подводимой мощности. Ток Iф магнитной линзы задает положение фокального пятна относи­тельно поверхности деталей и, следовательно, диаметр пятна на­грева (0,01... 1 мм).
Скорость сварки может задаваться перемеще­нием детали или пушки внутри вакуумной камеры либо движени­ем только пучка с помощью электромагнитной отклоняющей си­стемы. Глубина разрежения выбирается в зависимости от хими­ческой активности свариваемого металла. При сварке ответствен­ных конструкций, в том числе из химически активных материа­лов, давление газов р в камере понижают до 10-3 Па.

широком интервале без существенного изменения параметров шва. Обычно оно выбирается

в пределах 50... 120 мм для низковольтных пушек и 50...500 мм для высоковольтных.
На размеры сварного шва оказывают влияние и дополнительные параметры процесса: характеристики колебаний луча (частота, амплитуда, направление) и импульсного изменения тока (частота и длительность), а также теплофизические свойства свариваемо­го материала.

сварки в высоком вакууме (10-2... 10-3 Па), для свар­ки в

промежуточном вакууме (10... 10-2 Па), для сварки с выводом луча в атмосферу.
В зависимости от габаритных размеров свари­ваемых изделий рассматривают три группы установок: для микро­сварки (деталей толщиной не более 0,3 мм), для сварки деталей малых и средних размеров (длиной или диаметром до 1 000 мм), для сварки крупногабаритных деталей (порядка 1 м и более).

Классификация установок

предназначены для сварки деталей различ­ной формы и габаритных размеров, вписывающихся

в размеры камеры, выполнения разнообразных сварных соединений в раз­ных пространственных положениях. Специальные установки кон­струируют для сварки конкретных деталей или группы однотип­ных и используют в массовом производстве.

находятся внутри вакуумной камеры 9. Для настроечных и сварочных перемещений

изделия используют манипулятор 4, привод 12 которые обычно располагаются вне камеры. Для визуального контроля над процессом сварки в камере имеются смотровые окна 5 и оптическая система наблюдения 6. Для создания вакуума внутри камеры служит откачная система 10. Силовой энергией пушку снабжает высоковольтный источник питания 11. Контроль и управление процессом осуществляется с пульта 2 или стойки управления 3. В состав установки может входить видеоконтрольное устройство с выводом изображения на монитор 1.

друг от друга частей: энергетического комплекса и электромеханического комплекса.

Энергетический комплекс включает аппаратуру для формирования пучка электронов с заданными параметрами и управления его мощностью и положением относительного стыка.
Электромеханический комплекс состоит из вакуумной камеры, системы откачки воздуха, манипулятора для перемещения изделия или электронно-лучевой пушки, системы наблюдения, механизм подачи сварочной проволоки, вспомогательных устройств.

Составные части установки

нержавеющих сталей и титановых сплавов, для прецизионной электроннолучевой сварки круговых,

кольцевых, продольных швов на цилиндрических и конических изделиях из нержавеющей стали, жаропрочных и титановых сплавов.

и узлов приборов из конструкционных сталей, алюминия, меди и их

сплавов, тугоплавких и активных металлов толщиной от 0,05 до 5 мм; электронно-лучевой пайки; термообработки; электронно-ионной модификации поверхностей.

Токио Джуки Индастриал

ма. При этом минимальный диаметр пучка около 150 мкм. Пушка

снабжена водоохлаждаемой апертурной диафрагмой. При увеличении отверстия в апертурной диафрагме ток пучка может быть увеличен до 30—50 ма, тогда диаметр пучка увеличится до 0,2—0,3 мм и установка будет работать в режиме, характерном для установок электроннолучевой сварки изделий малых и средних габаритов. Свариваемое изделие загружается в прямоугольную вакуумную камеру, имеющую габариты 500 X 400 X 350 мм. Внутри камеры устанавливаются сменные сварочные манипуляторы: двухкоординатный стол, горизонтальный или вертикальный вращатели. Двухступенчатая вакуумная система (ВН-1 и ВА-05-1) откачивает камеру до рабочего давления 2 х X 10-5 мм рт. ст. за 4 мин. Наблюдение за сваркой ведется через смотровые окна в корпусе камеры или через осевой бинокулярный микроскоп, обеспечивающий увеличение до 10.

в эксплуатации. Она позволяют вести загрузку очередного изделия с любой

стороны, выполнять загрузку с одной стороны, а выгрузку с другой, обеспечивают удобный доступ ко всем внутренним механизмам и устройствам. Такую установку при необходимости можно встраивать в поточные линии. Особенностью конструкции этих установок является размещение механизмов электроприводов перемещения изделия и их вакуумных вводов не на глухой крышке камеры, а на ее цилиндрической обечайке, чаще всего в ее нижней части. Такова конструкция установки JEBW-G-1 (рис. 206), использующейся в автомобильной промышленности Японии.
Эта установка предназначена для сварки без последующей механической обработки зубчатых блоков коробок передач. Компоновка установки традиционна для фирмы JEOL. Электронная пушка работает при ускоряющем напряжении до 25 кв и токе пучка до 500 ма.