CC BY
23
УДК 621.791.72
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛС
В. В. Голубев*, М. С. Машков, А. О. Путилова Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: golubev.v.v@list.ru
Рассмотрен способ исключения корневых дефектов сварного соединения при электроннолучевой сварке изделий РКТ из алюминиевых сплавов.
Ключевые слова: Электронно-лучевая сварка, разделка кромок, параметры режима сварки. TECHNOLOGICAL POSSIBILITIES AND ADVANTAGES OF EBW
V. V. Golubev*, M. S. Mashkov, A. O. Putilova Scientific Supervisor - N. V. Uspenski
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: golubev.v.v@list.ru
The method of eliminating root defects in the welded joint by electron beam welding of aerospace Hardware from aluminum alloys.
Keywords: electron beam, welding cutting edge, welding parameters.
Технологические возможности и преимущества ЭЛС 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 аусте-нитной 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, обуславливает 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.
При ЭЛС рабочее расстояние «электронная пушка - изделие» можно применять в значительных пределах без существенного изменения параметров 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.
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
Эффективная защита металла от взаимодействия с газами в процессе сварки осуществляется в высоком вакууме.
Отклонение потока электронов в магнитном поле практически безынерционно, 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.
ЭЛС - наиболее рациональный метод соединения:
- изделий из тугоплавких металлов;
- изделий из термически упрочненных металлов, когда нежелательна, затруднена или невозможна последующая термообработка;
- изделий после окончаний механической обработки при необходимости обеспечения минимальных сварочных деформаций;
- конструкций больших толщин ответственного назначения.
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.
Параметрами 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 измерить ширину ванны и глубину проплавления.
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 (рис. 1, а) под сварку в углублении и труднодоступных местах (рис. 1, б), под сварку тавров через полку (рис 1, в). Отбортовка кромок (рис. 1, г) применяется обычно в изделиях радиотехники и приборостроения.
Соединения под сварку проникающим пучком допускаются для тонколистовых металлов в нижнем положении и для металлов малых и средних толщин в горизонтальном положении.
При ЭЛС обычно применяются следующие технологические схемы:
- сварка в нижнем положении (вертикальным электронным пучком) выполняется как без подкладки, так и на подкладке (рис. 2, а);
- сварка на подъем и на боку (рис. 2, б, в) выполняется горизонтальным электронным пучком без подкладки, а для предотвращения вытекания жидкого металла из сварочной ванны иногда устанавливается ограничительная планка вдоль нижней кромки стыка (рис. 2, в);
- сварка в потолочном положении (рис. 2, г) выполняется на металлах относительно небольшой толщины (как правило до 20 мм) и применяется редко.
в
г
Рис 1. Некоторые типы сварных соединений при ЭЛС
Особенности подготовки как стыкуемых поверхностей деталей, так и самих деталей обусловлены в основном наличием вакуума при сварке и спецификой источника теплоты - узкого потока электронов.
Для обеспечения высокого качества сварного шва очистке от средств консервации, загрязнений, ржавчины и оксидных пленок подвергаются в обязательном порядке стыкуемые поверхности, внешние и внутренние. Предварительная очистка выполняется механически, а окончательная - в зависимости от свариваемого металла и степени шероховатости поверхности, очищаемой разными физико-химическими способами. В некоторых случаях непосредственно перед сваркой внешняя поверхность свариваемых деталей в области стыка и стыкуемые поверхности (насколько возможно - через зазор в стыке) очищаются с помощью маломощного сканирующего электронного пучка. При этом пучок должен незначительно оплавлять очищаемую поверхность, не заплавляя зазор в стыке. Для очистки выполняются 1-2 прохода.
Для однопроходной ЭЛС не требуется разделки кромок. В то же время имеются определенные требования к ширине зазора в стыке: ширина зазора должна быть меньше средних поперечных размеров электронного пучка. В зависимости от типа материала, его толщины, типа стыка, пространственного положения стыка и электронного пучка, типа электронной пушки оптимальная величина зазора будет разной. Из многочисленных экспериментальных данных известно, что при ЭЛС без присадки металлов толщиной 20-30 мм зазор, как правило, составляет 0,1-0,2 мм, а толщиной свыше 30 мм - порядка 0,3 мм. Чем хуже свариваемость металла и выше требования к допустимой деформации, тем более высокие требования предъявляются к точности выдерживания требуемого зазора. Разделка же кромок соединяемых деталей применяется лишь в необходимых случаях для улучшения формирования шва и для обеспечения надежной работоспособности систем автоматического слежения за стыком. Например, для предотвращения или уменьшения усиления, или уширения верхней части шва применяют V- или и- образные разделки кромок. В нижней части стыка иногда выполняют П или А образные разделки для исключения обратного валика шва.
1. Назаренко О. К., Кайдалов А. А. и др. Электронно-лучевая сварка / под ред. Патона Б. Е. Киев : Наук. думка, 1987. 256 с.
2. Фролов В.А., Пашнов В. В., Коломенский А. Б., Казимов В. А.. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении. М. : Интермет Инжиниринг, 2002.
3. Энциклопедия: Машиностроение: Раздел III: Технология производства машин: Т. III - 4: Технология сварки, пайки, резки / под ред. Б.Е. Патона ; М. : Машиностроение, 2006.
Рис. 2. Общие технологические схемы ЭЛС
Библиографические ссылки
© Голубев В. В., Машков М. С., Путилова А. О., 2019
