Лучевая сварка

Регулировка величины тока луча производится путем подачи отрицательного напряжения на управляющий (при катодный) электрод 2.

Величина удельной энергии, высвобождаемой в месте бомбардировки металла  потоком электронов, может изменяться с помощью системы электромагнитной фокусировки луча 7.

Для совмещения пятна нагрева  со сварным стыком при отклонении последнего от геометрической оси пушки  или при сварке по сложному контуру  служит система электромагнитного  отклонения луча 6.

Электронно-лучевые пушки изготовляют  стационарными или перемещаемыми  внутри вакуумной камеры. Размеры  вакуумной камеры определяют габариты свариваемого изделия. Установки для  сварки изделий малых и средних  габаритов, как правило, снабжают специальными механизмами для перемещения  изделий.

 Электронным лучом  можно сваривать вольфрам, молибден  и другие тугоплавкие металлы,  которые обычными методами не  свариваются.

Режимы электронно-лучевой  сварки встык без разделки кромок приведены в табл. 155.

Технические характеристики отечественных и зарубежных установок  для электронно-лучевой сварки даны в табл. 156.

 

При электронно-лучевой сварке кинетическая энергия электронов пучка используется для того, чтобы расплавить жестко ограниченные участки примыкающих  друг к другу деталей с тем, чтобы расплав, застывая, соединил детали. Положительной стороной электронно-лучевого способа сварки является возможность  создания относительно высокой удельной поверхностной мощности в пятне  пучка при достаточно высоких  значениях мощности всего пучка. Ввиду того, что процесс электронно-лучевой  сварки ведется в вакууме, этим способом можно сваривать детали из химически  активных металлов.

Электронно-лучевая сварка позволяет  получать сварные соединения с отношением глубины шва к его ширине, намного  большим единицы, чего невозможно добиться другими способами сварки плавлением.

Процесс сварки протекает следующим  образом. При достаточной поверхностной  мощности электронного пучка в месте  его встречи с поверхностью детали появляется небольшая ванночка с  расплавом. Если увеличить удельную поверхностную мощность, сфокусировав пучок более остро, то в обрабатываемом материале образуется паровая полость - канал проплавления. Этот эффект называют эффектом глубокого (кинжального) проплавления. Нарушение оптимального режима электронно-лучевой  сварки ведет к появлению в  швах дефектов, причем даже на хорошо свариваемых  материалах.

Сварка электронным  лучом имеет значительные преимущества:

• Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объёме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002 … 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20:1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т. д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.
• Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4—5 раз меньше, чем при дуговой. В результате резко снижаются коробления изделия.
• Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алюминиевых сплавах.
• Отсутствие окисления расплавленного металла и гарантированное высокое качество сварного соединения, возможность сварки тугоплавких металлов, большая скорость сварки, не уступающая дуговой сварке.

Недостатки  электронно-лучевой сварки:

• Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине;
• Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время.

Электронно-лучевая  сварка выделяется большим спектром достоинств, наравне с другими  видами сварки. Она сваривает изделия  толщиной от 0,1 до 12мм.

Электронно-лучевая сварка может производить сварочные  работы в труднодоступных и неудобных  местах. У нее отменная скорость и плотность энергии сварки. При  ней свариваемые детали почти  не подвержены деформации и напряжениям. Эта сварка практически не образует дефектов сварных швов.

Электронно-лучевая сварка универсальная и экономичная. Универсальность  этой сварки выражена тем, что ею сваривают  изделия со всякой разделкой кромки (фаской) и без разделки. Ее экономичность  определена малым потреблением электричества.

Сварочная установка электронно-лучевой  сварки несложная в эксплуатации. На его обслуживание нужно минимальное  количество работников.

Электронно-лучевая сварка – перспективное и рациональное направление в развитии современных  способов сварки!

1.2.Технологические условия для возможности выполнения лучевой сварки

К электронно-лучевым установкам предъявляется  ряд общих требований. Рабочая  камера должна быть газонепроницаемой  и обладать прочностью, достаточной, чтобы выдержать атмосферное  давление при создании вакуума внутри камеры. В качестве материала камеры лучше применять нержавеющую  сталь. Толщину стенки камеры выбирают из условий прочности с учетом обеспечения непроницаемости для  рентгеновского излучения. Камера снабжается смотровыми окнами для наблюдения за процессом. Толщина стекла и его  качество должны обеспечивать прочность, герметичность и защиту от рентгеновского излучения. Камера должна иметь люки, обеспечивающие загрузку изделий, подлежащих электронно-лучевой обработке.

Электронно-лучевые технологические  установки состоят из двух основных комплексов: энергетического и электромеханического, К энергетическому комплексу  относится аппаратура, предназначенная  для формирования пучка электронов с заданными параметрами управления его мощностью и положением в  пространстве. Электромеханический  комплекс установки предназначен для  герметизации и вакуумирования рабочего объема, выполнения всех установочных, транспортных и рабочих перемещений  обрабатываемого изделия и электронной  пушки.

Вакуумные камеры для электронно-лучевой обработки являются одним из наиболее важных узлов установки для электронно-лучевой обработки. От их формы, конструкции, жесткости и габаритов зависят габариты и качество обрабатываемых за одну откачку изделий, удобство их загрузки и выгрузки, возможность пристыковки дополнительных объемов в нужном направлении и др. По степени специализации различают два типа камер: универсальные и специализированные. Универсальные камеры предназначены для обработки изделий любой формы и габаритов в пределах габаритов камеры. Такие камеры используются в единичном и мелкосерийном производстве и выпускаются в соответствии с принятыми параметрическими рядами. Это дает возможность выбрать камеры наиболее подходящих размеров применительно к конкретным изделиям. Специализированные камеры неразрывно связаны с конструкцией и габаритами конкретного изделия или группы изделий. Часто специализированные камеры выполняют по форме обрабатываемого изделия. Откачные системы служат для создания и поддержания в процессе работы высокого вакуума в ускоряющем промежутке электронной пушки и в вакуумной камере.

Манипуляторы предназначены для  рабочих, установочных и транспортных перемещений обрабатываемого изделия  и электронной пушки.

Системы наблюдения, используемые при  электронно-лучевой обработке, в  большинстве случаев нуждаются  в защите их от запыления парами обрабатываемых материалов.

Смотровое окно кроме прочного иллюминаторного  стекла содержит рентгеновское стекло, необходимое для защиты обслуживающего персонала от рентгеновского излучения  из области взаимодействия электронного пучка с металлом.

Вспомогательные устройства и механизмы  предназначены для выкатывания  манипуляторов из вакуумной камеры(выдвижные  платформы), для сборки изделий и  других целей.

Электропривод в установках для  электронно-лучевой обработки управляется  как в ручном дистанционном режиме для простых систем, так я в  автоматическом режиме для более  сложных систем.

Управляющие функции могут выполняться  с помощью компьютерных систем или  средствами локальной автоматики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.Конструкции с эффективным применением лучевой сварки

 

Наиболее рациональными  областями применения ЭЛС в промышленности являются:  
•Изделия из тугоплавких и химически активных металлов.  
•Конструкции, требующие минимальных деформаций и зон термического влияния. Замена аргоно-дуговой сварки на ЭЛС позволяет в ряде случаев полностью исключить правку.  
•С помощью электронного луча сваривают такие узлы, как блоки зубчатых колес, не подвергая их последующей механической обработке. Каждый элемент зубчатого блока до сварки подвергается отдельно термической или химико-термической обработке. Полученные свойства после термической обработки у входящих в блок деталей сохраняются и после сварки.  
•ЭЛС используется при соединении ротора и частей вала газовой турбины двигателя, фланцев с сопловыми аппаратами, деталей шасси самолета, элементов жесткости с обшивкой сотовых панелей.  
•Конструкции с труднодоступными местами, а также использование сварки нескольких стенок за один проход. Последнее оказывается возможным благодаря высокой концентрации источника нагрева.  
•Соединение разнородных материалов. Меньшая величина сварочных напряжений при ЭЛС благоприятно сказывается на уменьшении склонности к образованию трещин при сварке разнородных металлов. По этой причине оказывается легче соединить между собой такие металлы, как молибден и вольфрам, молибден и ниобий, вольфрам и титан, некоторые виды керамик и металл.  
•Соединение деталей малых толщин. Возможность тонкого регулирования мощности и диаметра луча, небольшое давление его на сварочную ванну позволяют соединять, например, прецизионные изделия электронной техники.  
•Соединение деталей в космосе. Вакуум космического пространства может быть использован для ЭЛС отдельных деталей, узлов при сборке космических платформ и различных ремонтных работах. Силами ИЭС им. Е.О. Патона создана и прошла успешные испытания на борту орбитальной станции "Мир" аппаратура и набор специализированных инструментов для выполнения ручной электронно-лучевой сварки в космосе.

 

 

 

 

 

 

Вывод по первой главе.

В первой главе данной курсовой работы была раскрыта сущность понятия «лучевая сварка», с достаточно широким и подробным описанием ее структуры, этапов выполнения и схемы установки для электронно-лучевой сварки. Выявлены другие типы сварки такие, как дуговая сварка, газовая сварка, электрошлаковая, контактная и др., с проведением анализа отличия их от ЭЛС. Также проанализированы технологические условия для возможности выполнения ЛС и рассмотрены конструкции с эффективным применением данного вида сварки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Расчет на прочность при разработке сварных  конструкций электронно-лучевым  способом.

2.1.Экономические аспекты применения лучевой сварки

Наряду с удовлетворительным техническим решением стоящей  сварочной  задачи решающую роль играет экономичность. Она определяется из комплексного рассмотрения многих отдельных затрат  на развитие, конструирование, способы испытания, потребность  в обучении персонала, материал, загрузку машины, потребность  в  площадях, предварительные и  заключительные операции и другие  затраты на приобретение, транспорт  и общие затраты. В табл. 1 приведены  показатели ЭЛС для крупносерийного  производства.

Табл. 1

 

     ЭЛС в сравнении  с другими способами сварки  плавлением делает возможным  очень высокие скорость процесса: до 60 м/мин  (1 м/c) при плотности  мощности до 10 7  Вт/см 2 .

    При ЭЛС плиты  толщиной 200 мм за один проход со скоростью 1,25 мм/с длительность сварки шва длиной 1 м составляет  13,3 мин/м. Для двухдуговой автоматической сварки 1 м такой плиты под флюсом потребовалось бы 10 час./м и для ручной дуговой сварки — 130 час./м. Согласно нормам США эти величины имеют значение для строительной стали и котельной стали.  Один присадочный материал, требуемый для сварки шва глубиной  50 мм, стоил бы столько, сколько полный шов          (200 мм),  выполненный ЭЛ.

        Тонкий  материал, например, лента для пил  сваривается ЭЛ в глубоком  вакууме со скоростью 20 м/мин,  а при ЭЛС в атмосфере —   со скоростью более 20 м/мин.  При сварке алюминиевых листов  вне вакуума достигается скорость 60 м/мин. В вакууме со скоростью  60 м/мин можно сваривать с высокой  точностью по любой  кривой  высококачественную сталь толщиной  0,3 мм.

       Расширение  применения ЭЛС в различных  отраслях промышленности РФ связано  с: