Сущность процесса электронно-лучевой сварки.
Это сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия ускоренных электронов. Сварку производят в специальной камере в глубоком вакууме (остаточное давление 13 мПа) электронным лучом, который представляет собой сфокусированный поток электронов, движущихся с высокими скоростями. Электроны излучает нагретый вольфрамовый или металлокерамический катод, установленный в специальной электронной пушке. Ускорение движения электронов обусловлено постоянным высоким напряжением (до 100 кВ) между катодом и анодом (изделием).
Поток электронов фокусируется магнитной линзой в узкий луч и направляется в место соединения деталей. Энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, выделяется в результате интенсивной бомбардировки места сварки быстро движущимися электронами.
В соответствии с технологическими признаками классификации различают сварку без колебаний и с колебаниями электронного луча. Для регулирования вводимой в изделие теплоты сварку ведут остросфокусированным или расфокусированным лучом. Электронным лучом осуществляют сварку тугоплавких и химически активных металлов, выполняют узкие и глубокие швы с малыми остаточными деформациями на деталях больших толщин (до 70 мм и даже более).
Основные параметры режима электронно-лучевой сварки.
Наиболее важными технологическими параметрами электронного пучка при сварке являются ускоряющее напряжение (25…120 кВт), мощность (1…120 кВт), угол сходимости луча (1…5°), сила тока луча (40…500 мА) и скорость сварки (3…100 м/ч).
Главное влияние на качество шва оказывают мощность пучка, положение его минимального сечения относительно поверхности свариваемых деталей и скорость сварки. Стабильность положения фокуса пучка обеспечивает равномерность глубины проплавления, а скорость сварки определяет форму шва, размеры зоны термического влияния и, как следствие, сопротивляемость образованию трещин и величину деформаций. С увеличением толщины свариваемых деталей от 1,5 до 150 мм скорость сварки должна быть снижена с 200 до 3 м/ч для получения качественного сварного соединения.
Техника электронно-лучевой сварки.
Электронно-лучевую сварку применяют для получения стыковых, угловых и тавровых соединений в нижнем и вертикальном положении на подъем, а также горизонтальных швов на вертикальной плоскости. Сварку в нижнем положении выполняют вертикальным электронным пучком без подкладок или с применением подкладок для формирования обратной стороны шва при толщине соединяемых деталей до 80 мм. Горизонтальные швы и вертикальные на подъем выполняют горизонтальным пучком без подкладок для металла любой толщины. Для получения качественных соединений необходима тщательная очистка кромок стыка и прилегающих внешних и внутренних поверхностей деталей. Возможна также дополнительная очистка в камере непосредственно перед сваркой маломощным сканирующим пучком электронов.
При электронно-лучевой сварке не требуется разделка кромок, но предъявляются жесткие требования к зазору в стыке, который в большинстве случаев не должен превышать 0,3 мм.
Основные технологические приемы при электронно-лучевой сварке.
Для получения заданной формы шва, свойств сварного соединения и повышения производительности процесса сварки применяют различные технологические приемы, некоторые из них рассмотрены ниже.
Полное проплавление свариваемого стыка с образованием сквозного парогазового канала применяют в нижнем (при толщине металла до 40 мм) и в горизонтальном (при толщине до 400 мм) положениях для уменьшения угловых деформаций изделий и снижения вероятности образования пористости.
Развертка электронного пучка с амплитудой примерно равной диаметру пучка и частотой до 2 кГц в продольном и поперечном направлениях или по окружности, эллипсу и дуге позволяет увеличить диаметр и устойчивость канала, стабилизировать проплавление и снизить склонность к образованию трещин и полостей в корне шва.
Сварка наклонным электронным пучком (углом вперед) с отклонением на 5…7° в направлении движения улучшает условия плавления и кристаллизации металла в нижнем и вертикальном на подъем положениях и способствует лучшему удалению газов из расплавленного металла.
Модуляция тока в электронном пучке с частотой импульсов 1…100 Гц используется при сварке листовых конструкций толщиной до 1 мм для предотвращения образования трещин и уменьшения тепловложения.
Сварка с присадочным материалом наиболее часто используется при повышенных зазорах в стыке и исправлении дефектов шва. Сварку ведут с подачей проволоки диаметром 0,8…1,6 мм в хвостовую часть ванны под углом 15…45° к оси электронного пучка. Кроме того, в зазор между свариваемыми деталями могут помещать различные материалы в виде ленты, гранул или порошка для легирования металла шва, толщина слоя которых должна быть равна диаметру электронного пучка.