CC BY
93
УДК 621.791.722
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
*
А. В. Михальченков , Р. Ш. Цыплаков Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены особенности и технологические возможности ЭЛС. Показаны существенные преимущества ЭЛС по сравнению с другими видами сварки, области освоенного промышленного применения ЭЛС, указаны недостатки данного вида сварки.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, электронная пушка-изделие.
ELECTRON-BEAM WELDING. ADVANTAGES AND DISADVANTAGES
A. V. Mikhalchenkov*, R. Sh. Tsyplakov Scientific Supervisor - N. V. Uspensky
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The features and technological capabilities of the ELS are considered. The significant advantages of ELS are shown in comparison with other types of welding, the area of industrial use of ELS, the drawbacks of this type of welding are indicated.
Keywords: electron beam welding, the electron gun is the product.
Лучевые методы сварки находят успешное применение в различных отраслях промышленности. Среди этих методов наибольшее распространение получила электронно-лучевая сварка (ЭЛС), позволяющая соединять за один проход металлы и сплавы толщиной от 0,1 до 400 мм. Электронно-лучевая сварка относится к методам сварки высококонцентрированными источниками энергии и обладает широкими технологическими возможностями. Малый объем литого металла и кратковременность теплового воздействия при ЭЛС обеспечивают незначительные термические деформации соединяемых деталей, во многих случаях не превышающие допусков на механическую обработку. Импульсный режим сварки, при котором тепло вложение дополнительно регулируется частотой и длительностью сварочных импульсов, широко применяется при сварке стыков, расположенных вблизи от спаев металла со стеклом или керамикой, при герметизации изделий электронной техники и приборостроительной промышленности, тепловыделяющих элементов реакторов и т. п. Отклонение потока электронов в магнитном или электрическом поле осуществляется практически безинерционно. Это дает возможность перемещать пучок по поверхности свариваемой детали с помощью электромагнитной отклоняющей системы по прямой линии, окружности, прямоугольнику или другому сложному контуру. При этом многие сварочные задачи могут решаться без перемещения пушки или обрабатываемого изделия и сравнительно легко программироваться [1].
При ЭЛС рабочее состояние (электронная пушка-изделие) можно изменять в значительных пределах без существенного изменения параметров шва. Обычно рабочее расстояние выбирается в приделах 50-120 мм для низковольтных пушек и 50-500 мм для высоковольтных. Изменение рабочего расстояния в процессе сварки на 1-5 мм не оказывает существенного влияния на качество соединения.
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
Электронно-лучевая сварка рассматривается как наиболее перспективный способ соединения изделий из тугоплавких металлов; изделий из термически упрочненных материалов, когда не желательна, затруднена или невозможна последующая термообработка; изделий после завершающей механической обработки при необходимости обеспечения минимальных сварочных деформаций; ряда толстостенных и толстолистовых конструкций ответственного назначения.
Наиболее развитыми областями освоенного промышленного применения ЭЛС в мире являются авиакосмическая промышленность; ядерная энергетика; энергетическое машиностроение, в том числе турбостроение; электровакуумное, приборное и релейное производство; автомобильная промышленность (производство шестерен, элементов автоматических коробок передач, рулевых колонок, реакторов для дожигания выхлопных газов, задних мостов грузовых автомобилей, радиаторов); производство сварных заготовок би- и триметаллической ленты для ножовочных полотен и внутрикрепежных деталей цветных кинескопов.
Технологические возможности и преимущества ЭЛС состоят в следующем.
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 энергии, 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 деформацию изделий.
Большая концентрация энергии в малом поперечном сечении луча и перенос энергии лучом на значительное расстояние от катода дают возможность использовать электронный луч при сварке в узкую щель, когда методы дуговой сварки не могут быть использованы [2].
При ЭЛС рабочее расстояние «электронная пушка-изделие» можно изменять в значительных пределах без существенного изменения параметра шва. Рабочее расстояние выбирается в пределах 50-120 мм для низковольтных пушек и 50-500 мм - для высоковольтных. При этом изменение рабочего расстояния в процессе сварки на 1-5 мм не влияет существенно на качество соединения.
Эффективная защита металла от взаимодействия с газами в процессе сварки осуществляется в высоком вакууме.
Отклонение потока электронов в магнитном поле практически безинерционно, что дает возможность перемещать электронный луч по сложным контурам по программе с использованием электронно-вычислительной техники.
Существенно - в 8-10 раз - снижаются энергетические затраты по сравнению с другими дуговыми методами.
Недостатки метода ЭЛС:
- сложность и высокая стоимость оборудования;
- необходимость наличия вакуумных камер, что ограничивает размеры свариваемых изделий;
- вредное рентгеновское излучение в процессе ЭЛС;
- необходимость высококвалифицированного персонала.
Параметры режима ЭЛС являются сила тока, ускоряющее напряжение, скорость сварки, ток фокусировки. Проплавляющая способность электронного луча определяется в основном величиной ускоряющего напряжения и в меньшей мере величиной тока электронного луча. Ток в фокусирующей магнитной линзе влияет на размеры пятна нагрева и, следовательно, на величину удельной тепловой энергии. Изменяя ток фокусировки, можно изменить ширину ванны и глубину проплавления [3].
К наиболее важным технологическим параметрам относятся также тип и геометрия стыкового соединения и пространственное положение сварного шва и электронного пучка. Для однопроходной ЭЛС применяются типы соединений, в основном характерные для сварки плавлением. Отличительными типами соединений являются соединения под сварку проникающим электронным пучком, под сварку в углублении и труднодоступных местах, под сварку тавров через полку. Отбортовка кромок применяется обычно в изделиях радиотехники и приборостроения.
Библиографические ссылки
1. Патон Б. Е. Электронно-лучевая сварка. Ижев, 1987.
2. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении / В. А. Фролов [и др.]. М. : Интернет инжиниринг.
3. Технологии и оборудование ЭЛС 2011 г. : докл. Санкт-Петерб. междунар. науч.-техн. конф. (24-26 мая 2011 г., Санкт-Петербург). СПб. : Изд-во политехн. ун-та, 2011.
© Михальченков А. В., Цыплаков Р. Ш., 2017
