Курсовая работа: Электронный луч в технологии
Рис.4. Типичная форма сварного шва при ЭЛС
- энергия 10...200 кэВ;
- мощность - до 120 кВт.
Плотность энергии в источнике нагрева является одной из основных характеристик источника и определяет его эффективный коэффициент использования тепла, форму провара, размеры зоны термического влияния, сварочные деформации и поводки. Электронный луч – наиболее эффективный источник нагрева металла при сварке, поскольку плотность энергии в луче превышает плотность энергии электрической сварочной дуги более чем на три порядка.
Ниже приведены сравнительные данные по максимальной плотности энергии (Рmах) и минимальной площади пятна нагрева (Smіn) для различных видов сварки:
Вид сварки Smіn, ММ2 Рmах, кВт/ММ2
Газовая 1 0,5
Электродуговая 0,1 1,0
ЭЛС и лазерная 10'5 5-103
При сварке электронным пучком формируется узкий и глубокий шов. Глубина проплавления достигает 200...400 мм, а отношение глубины проплавления к средней ширине шва составляет 20..30 (см. рис.4).
Столь глубокое проникновение электронов в металл объясняется образованием канала в сварочной ванне практически на всю ее глубину. Основным фактором, вызывающим образование канала в жидком металле, является давление отдачи пара при испарении. В связи с этим канал в сварочной ванне часто называют пародинамическим.
Технологические возможности и преимущества электронно-лучевой сварки состоят в следующем:
•При ЭЛС возможно соединение за один проход металлов и сплавов толщиной в наиболее широком среди других методов сварки диапазоне - от 0,1 до 400 мм.
•Благодаря высокой концентрации энергии в луче, минимальному вводу тепла и высокой скорости охлаждения, зона термического влияния при ЭЛС имеет существенно меньшую протяженность, а снижение свойств в ней относительно небольшое. Особое значение это имеет для аустенитной стали, сплавов циркония, молибдена и других металлов, склонных при нагреве к значительному росту зерна и снижению коррозионной стойкости.
•Глубокое проплавление металла при малой погонной энёргии, имеющее место при ЭЛС, обусловливает значительно большую скорость отвода тепла от зоны сварки, что обеспечивает увеличение скорости кристаллизации малой по объему сварочной ванны с получением мелкокристаллического строения металла шва, по своим свойствам мало отличающегося от основного металла.
•Ввод значительно меньшего количества тепла при ЭЛС, особенно на импульсном режиме, по сравнению с дуговой сваркой дает возможность во много раз уменьшить деформации изделий.
•Большая концентрация энергии в малом поперечном сечении луча и возможность переноса энергии лучом на значительное расстояние от катода дают возможностьиспользовать электронный луч при сварке в узкую щель, когда методы дуговой сварки не могут быть использованы.
•При ЭЛС рабочее расстояние "электронная пушка -изделие" можно изменять в значительных пределах без существенного изменения параметров шва. Рабочее расстояние выбирается в пределах 50-120 мм для низковольт-ных пушек и 50-500 мм - для высоковольтных. При этом изменение рабочего расстояния в процессе сварки на 1...5 мм не оказывает существенного влияния на качество соединения.
•Эффективная защита металла от взаимодействия с газами в процессе сварки, осуществляемой в высоком вакууме.
•Отклонение потока электронов в магнитном поле осуществляется практически безынерционно, что дает возможность перемещать электронный луч по сложным контурам по программе с использованием электронно-вычислительной техники.
•Существенное в 8...10 раз - снижение энергетических затрат по сравнению с другими дуговыми методами.
•ЭЛС является наиболее рационалъным методом соединения:
- иделий из тугоплавких металлов;
- изделий из термически упрочненных металлов, когда нежелательна, затруднена или невозможна последующая термообработка;
- изделий после окончательной механической обработки при необходимости обеспечения минимальных сварочных деформаций;
- конструкций больших толщин ответственного назначения.
Недостатки метода ЭЛС:
•Сложность и высокая стоимость оборудования.