Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка – это процедура сварки с повышенной концентрацией теплоты и хорошей защитой. Суть процесса заключается в том, что применяется кинетическая энергия потока электронов, которые движутся со значительными скоростями в вакууме. Дабы достигнуть снижения потери кинетической энергии электронов с помощью столкновения их с частицами газов воздуха, а кроме того, для защиты катода в электронной пушке, производится создание вакуума размером около 10~4-10~6 мм ртутного столба.

Основные характеристики метода электронно-лучевой сварки:

• Сила тока в луче
• Размер ускоряющего напряжения и скорости движения луча по поверхности металлов
• Длительность импульсов и пауз
• Четкость фокусировки луча
• Размер вакуума

Луч по поверхности металла может двигаться как с помощью перемещения собственно изделия, так и с помощью перемещения луча. Во втором случае используется отклоняющая система, которая дает возможность производить колебания луча вдоль и поперек шва либо по более изогнутой траектории.

Электронно-лучевая сварка обладает следующими преимуществами:

1. Значительная концентрация вводимой теплоты в металл. Выделение теплоты происходит как на поверхности металла, так и на небольшой глубине в объеме главного из изделий. Фокусируя электронный луч, можно добиться пятна нагрева, размер которого от 0,0002 до 5 миллиметров в диаметре. В результате за единственный проход возможно произвести сварку металла толщиной от 0,1 миллиметра до 200 миллиметров. Итогом являются швы, где глубина провара к ширине относится как двадцать к одному и больше. Кроме того, можно сварить тугоплавкие металлы, такие, как вольфрам, тантал и другие, керамику и прочие материалы. Наконец, снижается длина зоны «термического воздействия», а значит, уменьшается вероятность рекристаллизации главного металлического элемента в данной зоне.

2. Небольшой объем вводимой теплоты. Обычно для того, чтобы получить одинаковую глубину проплавления методом электронно-лучевой сварки и дуговой, для первой нужно в четыре-пять раз меньше теплоты. Как итог – значительное понижение коробления изделия.

3. Расплавленный и нагретый металл не насыщается газами. Скорее, происходит совершенно противоположный эффект: отмечается дегазация металла шва и увеличение его пластических характеристик. В итоге сварные поверхности получаются прочными, даже в случае работы с химически активными элементами, например, ниобием, цирконием и так далее.

4. При электронно-лучевом методе сварки проплавление производится по большей части давлением потока электронов, типом выделенной теплоты в объеме твердого металлического элемента и реактивным давлением испаряющегося металла не только вторичных, но и тепловых электронов, и, наконец, излучением. Можно производить сварку непрерывным электронным лучом. Правда, если необходимо выполнить сварку быстро испаряющихся металлов, таких, как алюминий или магний, эффективность потока электронов и объем выделенной в изделии теплоты снижается по причине расхода энергии, затраченной на процесс ионизации паров металлов. Если приходится работать именно с такими металлами, то лучше сваривать импульсным лучом электронов со значительной плотностью энергии и частотой импульсов от 100 до 500 Гц. Так можно увеличить глубину проплавления. Если верно установить соотношение времени паузы и импульса, возможно решить задачу сварки даже небольших по толщине листов металла. Теплоотвод при паузах снижает длину зоны термического воздействия, однако нужно помнить, что при этом могут появляться подрезы. Их можно убрать с помощью сварки колеблющимся либо расфокусированным лучом.