CC BY
4
УДК 621.791.7
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
ВВ. Иванов*, И.А. Наумов, О.В. Щербина Научный руководитель - В.В. Богданов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: Vik.aka47@yandex.ru
Электронно-лучевая сварка является перспективным способом соединения металлоконструкций в авиационной и космической промышленности, ракетостроении, ядерной энергетике, радиоэлектронике, точном машиностроении и приборостроении. Данная технология позволяет получить высокое качество сварного шва, без понижения физических свойств, создавая сложные узлы, детали и конструкции.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, сварной шов, алюминий, микросварка, электроны.
PROCESS FEATURES OF ELECTRON-BEAM WELDING
V.V. Ivanov*, I.A. Naumov, О. V. Shcherbina Scientific supervisor - V.V. Bogdanov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: Vik.aka47@yandex.ru
Electron beam welding is a promising method of connecting metal structures in the aviation and space industries, rocket engineering, nuclear power engineering, radio electronics, precision engineering and instrument engineering. This technology allows you to obtain high quality weld, without reducing physical properties, creating complex assemblies, parts and structures.
Keywords: electron-beam welding, weld, aluminium, baking, electrons.
В современном мире развитие авиационной промышленности характеризуется в первую очередь тем, что они интенсивно аккумулируют все новые достижения науки и техники. Наиболее наглядным и характерным примером является разработка и внедрение различных методов получения неразъемных соединений.
В настоящее время существует большое количество методов и способов сварки при производстве космических техники, самолетов, приборов управления полетом. Требования, к качеству сварных соединений на сегодняшний день очень высоки. На данный момент в авиационной и космической областях особое применение получила технология электроннолучевой сварки. К преимуществам данной технологии относится полная автоматизация процесса, большая экономия электроэнергии и материала, достаточная глубина и концентрация проплавления по всему диапазону. Особенно эти преимущества технологии делают ее актуальной для сварки тонкостенных деталей и герметизации корпусов в авиационной промышленности. Это означает, что благодаря электронно-лучевой сварки (ЭЛС) можно добиться высокого качества сварного шва, без понижения физических свойств,
Секция «Сварка летательных аппарате)]? и родственные технологии»
Кроме того можно повысить ресурсы и мощность машин, создавать сложные узлы, детали и конструкции.
Электронно-лучевую сварку относят к методам сварки высококонцентрированными источниками нагрева. Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка 104 - 106 мм. рт. ст.
Электроны, обладающие достаточно высокой энергией, могут проникать в обрабатываемый материал на некоторую глубину. Следовательно, энергия электронного луча преобразуется в тепловую внутри тонкого поверхностного слоя. Взаимодействие электронного луча с обрабатываемым материалом вызывает ряд явлений, влияющих на технологию сварки и конструкцию сварочных установок. Тепловое и рентгеновское излучения, отраженные, вторичные и тепловые электроны не очень значительна снижают эффективно используемую часть энергии электронного луча для нагрева и плавления свариваемого металла.
Электронно-лучевую сварку применяют при сварке жаропрочных и высокопрочных сталей и сплавов на основе титана, ниобия, молибдена, алюминия, вольфрама, циркония, никеля, и др. С использованием ЭЛС изготавливают детали с толщиной стенки от десятых долей миллиметра до сотен миллиметров (так, с помощью электронного пучка сваривают стали толщиной до 200 мм за один проход, а сплавы титана и алюминия —толщиной до 300 мм). Хорошо известны достоинства указанных методов сварки. Однако несмотря на наличие существенных преимуществ перед традиционными методами, в соединениях, полученных с помощью электронно-лучевой и лазерной сварки, возможно возникновение дефектов. Характерны-ми дефектами являются трещины, газовые поры, скопление пор.
В связи с трудностями создания вакуум-камер больших размеров таким путем свариваются пока преимущественно не очень крупные изделия. Некоторое сходство с электронно-лучевой сваркой имеет сварка когерентным световым лучом, создаваемым специальными источниками — лазерами. Мощный световой луч с чрезвычайно высокой концентрацией энергии может плавить, сваривать, прожигать, резать металлы и другие материалы. Вакуум при этом не требуется. Обрабатываемый материал может быть удален от генератора светового луча — лазера [1].
Отсутствие реальных возможностей точного и полного контроля процесса электроннолучевой сварки толстолистовых металлов обуславливает разработку других подходов к обеспечению высо-кой надежности и воспроизводимости этого сложного технологического процесса. Достижение высокой воспроизводимости геометрии и качества сварных швов в серийном производстве при сварке крупногабаритных изделий сложного сечения требует создания различных устройств контроля, наблюдения и программного управления. в каждой функциональной системе сварочной установки.
Электронно-лучевая сварка имеет значительные преимущества:
- высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром от 0,0002 до 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. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне. Эта технология позволяет осуществлять сварку тугоплавких металлов (тантала, вольфрама и др.) и даже керамики:
- резкое снижение коробления изделий, из-за малого количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равномерной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4 раза меньше, чем при дуговой;
- при ЭЛС имеется отсутствие насыщения газами расплавленного и нагретого металла и даже, наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. Все это дает высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах (таких как цирконий, ниобий, молибден, титан, и ряде других), а так же на низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталях (медных, никелевых, алюминиевых сплавах) [2].
К недостаткам же данного вида сварки относятся:
- загрузка и выгрузка изделий из рабочей камеры требует значительного времени, из-за создания вакуума. Это снижает производительность процесса, затрудняет осуществление комплексной автоматизации;
- вследствие торможения электронов в свариваемом металле, особенно при большом ускоряющем напряжении (> 100 кВ), возникает жесткое рентгеновское излучение, что требует дополнительной защиты обслуживающего персонала и, кроме того, ведет к разработке сложного оборудования;
- оборудование для электронно-лучевой сварки относят к классу сложных электронных и электромеханических систем в области вакуумной техники. Эксплуатация его требует специальной подготовки персонала.
Помимо основных технологических преимуществ электронно-лучевой сварки, таких как: надежно защищенная зона сварки от газов атмосферы, минимальные сварочные деформации, малая ширина зоны термического влияния и шва, для этого способа соединения характерна высокая экономическая эффективность [3].
Библиографические ссылки
1. Электронно-лучевая сварка / О. К. Назаренко, А. А. Кайдалов и др. ; под ред. Б. Е. Патона. - Киев : Наук. думка, 1987. - 256 с.
2. Электронно-лучевая сварка [Электронный ресурс]. URL: http://www.svarkainfo.ru rus/technology/luch (дата обращения: 13.03.2022).
3. Библиотека специалиста по сварке и резке [Электронный ресурс]. URL: http://www.deltasvar ru/biblioteka/48-vidy-s arki/84-ehlektronno- luchevaja-svarka (дата обращения: 13.03.2022).
© Иванов В.В., Наумов И.А., Щербина О.В., 2022
