Понятие и применение электронно-лучевой сварки
В промышленности используют два основных типа: с прямым или косвенным накалом катодов, отдельные установки ЭЛС проводят обработку поверхностей по криволинейным траекториям. Сложность конструкции аналогичных установок влияет на конечную цену изделия, поэтому оборудование этой классификации относится к разряду дорогих.
Контроль исполнения задачи производится установленным компьютером, в памяти которого заложена необходимая программа сварки.
Сварка на электронно-лучевых сварочных установках отличается повышенной опасностью для персонала из-за возможного облучения, что является основным минусом такого производства.
Сущность процесса электронно-лучевой сварки
Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) осуществляется в вакууме, с помощью сфокусированного потока электронов с большой удельной мощностью, который воздействует на сварные кромки, расплавляя их.
Сварка тонкого металла проводится потоком мощностью, примерно, 104 Вт/см2. Для однопроходной сварки больших толщин металла, порядка 200-300мм, необходима мощность 105-106 Вт/см2.
Высокая концентрация энергии в лучевом потоке позволяет получать узкие и глубокие сварные швы с минимальной зоной термического влияния и высокими механическими свойствами при этом, сварка выполняется на больших скоростях.
Особенности сварки лучевого типа
Технология применения сфокусированного луча встречается крайне редко. Рассматривая особенности сварки лучевого типа уделяется внимание следующим моментам:
- Получить чистую поверхность и обеспечить максимальную степень дегазации металла можно только в случае проведения работы в условии вакуума.
- Нагрев проводится до высокой температуры, за счет обеспечивается плавка металла в зоне контакта. За счет этого получается мелкозернистый шов с привлекательными характеристиками.
Подобный метод не приводит к образованию трещин. Именно поэтому он используется для работы с материалами, которые восприимчивы к сильному нагреванию и могут плавится.
Примером можно назвать процесс изготовления деталей из различных алюминиевых сплавов. Минимальная толщина обрабатываемых деталей составляет 0,02 мм, максимальный показатель около 100 мм.
Параметры и показатели ЭЛС
К характеристикам электронного луча, измеряемым в процессе сварки, относятся сила тока луча I, ускоряющее напряжение U, сила тока фокусирующей системы Iф, рабочее расстояние (расстояние от центра фокусирующей системы до сварных кромок) L, угол сходимости луча а, скорость перемещения лазерного луча V. Мощность луча Q=IU, Вт. Эти параметры задаются при сварке и с помощью них можно определить удельную мощность Qу, Вт/см2 и диаметр электронного луча d:
Если сварка ведётся в импульсно-периодическом режиме, то среднюю мощность луча можно определить по формуле:
где Iи — сила тока луча в импульсе, А; U — ускоряющее напряжение, В; f — частота импульсов, Гц; t — продолжительность импульса, с. Скорость сварки в импульсном режиме определяется по формуле:
где K — коэффициент перекрытия точек (обычно находится в пределах 0,5-0,9); b — диаметр сварной точки, см.
Наиболее распространённые значения параметров электронного луча для сварки находятся в следующих пределах: Q=1-120 кВт, при U=25-120 кВ, а=1-5°, t=20-200 мм; Vи=0,1-3 см/с; d=0,1-3 мм, f=1-100 Гц, t=5-100 мс, К>10.
Схема установки электронно-лучевой сварки
Электронно-лучевая сварка, в большинстве случаев, выполняется вертикальным, либо горизонтальным лучом в вакуумных камерах, размер которых зависит от размеров свариваемого изделия. Объём сварочных камер может составлять от 0,1 до сотен кубических метров. На рисунке ниже показана схема установки ЭЛС:
Электронная пушка, расположенная в камере (или на камере) создаёт электронный луч. В камере создают вакуум, который может колебаться в широких пределах: 1-10-3 Па. Но даже в низком вакууме (1Па), содержание кислорода в 17 раз, а азота в 10 раз меньше, чем в особо чистом аргоне, поэтому, защита зоны сварки в вакуумной камере очень эффективна.
Сущность процесса и область его применения
Электроннолучевую сварку применяют при обработке тугоплавких металлов, легко окисляемых сплавов, которые невозможно варить другими методами. Под электронным лучом образуется расплав, который заполняет стык на всю глубину. Электроны одновременно воздействуют на металл по всей поверхности стыка. Функции сварочного устройства выполняет электронная пушка. Из разогретого тугоплавкого металла в глубоком вакууме до 10 -6 Па вырываются электроны, они ускоряются под силовым воздействием тока, устремляются в рабочую зону. ЭЛС действует аналогично лазерной, только в отличие от светового луча пучок электронов невидим. Энергия его значительно превосходит лазер, площадь воздействия меньше.
Читать также: Как сделать сож для станка своими руками
Технология электронно-лучевой сварки
Техника ЭЛС
Электронно-лучевую сварку можно выполнять в нижнем положении вертикальным лучом, а также её можно применять при сварке вертикальных и горизонтальных швов на вертикальной стене. В этом случае электронный луч будет горизонтальным.
Сварка в нижнем положении рекомендуется при сваривании сталей толщиной до 40мм, или при сварке титановых и сварке алюминиевых сплавов толщиной до 80мм. С помощью горизонтального луча можно проварить металл толщиной до 400 мм со сквозным проплавлением. Для однопроходной ЭЛС конструкция должна учитывать глубокое проникновение луча в металл. На рисунке слева даны распространённые примеры конструкций, свариваемые электронным лучом.
Зазор в стыке составляет 0,1-0,2мм при сварке металла толщиной до 30мм. При сварке металла с толщиной более 30мм, величина зазора составляет 0,3мм. В общем случае, диаметр луча должен быть больше величины зазора.
Технологические приёмы ЭЛС
При электронно-лучевой сварке есть ряд специальных приёмов, позволяющих улучшить качество сварного шва:
1. Сварка наклонным лучом (отклонение луча составляет порядка 5-7°) позволяет уменьшить такие дефекты в сварном шве, как поры и несплошность металла, а также позволяет добиться равномерной кристаллизации металла.
2. Для легирования металла шва и для восполнения испаряющихся в процессе сварки элементов, используют присадку.
3. Для улучшения отхождения газов и пара из металла, сварку ведут на дисперсной прокладке из гранул или мелко нарубленной сварочной проволоки. Толщина прокладки составляет 40мм.
4. Сварку в узкую разделку (0,8-8мм) выполняют в нижнем положении за счёт наплавки присадочного материала в прямоугольную разделку кромок.
5. Сварку ведут тандемом из двух электронных пушек разной мощности. Более мощная пушка выполняет проплавление, а менее мощная пушка формирует корень канала, либо хвостовую часть ванны.
6. Для проверки позиционирования луча и очистки свариваемых кромок применяют предварительные проходы лучом.
7. Двустороннюю сварку выполняют одновременно с двух сторон стыка или последовательно, примерно на половину толщины металла.
8. В процессе сварки применяют развёртку электронного луча, тем самым создают лучшие газо- и гидродинамические условия формирования канала. Развёртка может быть продольная, поперечная, Х-образная, по окружности, по эллипсу и др. Двойное преломление луча в процессе развёртки позволяет качественнее проварить корень шва и снизить дефекты в нём.
9. Для сварки одновременно двух и более стыков выполняют расщепление луча с помощью отклоняющей системы.
10. Для управления теплоотдачей в сварной шов используют модуляцию тока луча, чаще всего с частотой 1-100Гц.
11. По окончании сварки выполняют так называемый «косметический» проход. Это повторный проход, который призван устранить дефекты сварного шва как внешние, так и внутренние.
Достоинства и недостатки
Сварка электронная с применением луча имеет несколько весомых плюсов, благодаря которым она и получила свое широкое распространение. Прежде всего, детали при сварке не коробятся, поскольку на деталь воздействует малое количество тепла. В среднем оно в 5 раз меньше, чем при других технологиях сварки.
Второе достоинство — это большие возможности. Вы можете сварить любые металлы и даже не металлы. Сварка керамики с вольфрамом? Пожалуйста! К тому же, можно настроить фокусировку луча и нагреть зону диаметром менее 1 миллиметра. Это впечатляет. Можно сварить детали практически любого размера.
Еще один плюс — это высокое качество шва. И не важно, что вы варите: обычную сталь или химически активные металлы вроде титана. В любом случае, качество соединения вас приятно удивит. А порой благодаря ЭЛС сварке удается достичь и улучшения характеристик металла. Вы также можете сварить любые сплавы, в том числе стойкие к коррозии. Возможности безграничны!
ЭЛС очень экономичная, поскольку потребляется мало электроэнергии. К тому же, технология универсальна и позволяет варить любые металлы. Вы также можете не разделывать кромки, если у вас нет такой возможности.
Что ж, достоинства весомые. Но что насчет недостатков? И без них не обошлось. Например, при сварке металлов с высокими теплопроводными свойствами велика вероятность образования отверстий в корне шва. Это влияет на прочность сварного соединения. И влияет негативно.
Также применение электро-лучевой сварки не всегда оправдано. Она незаменима при работе в труднодоступных местах, но если говорить о сварке в заводских условиях, то достоиснтва не всегда оправдывают себя.
Расчёт некоторых параметров режима ЭЛС
Скорость сварки, необходимая для проникновения луча на глубину Н, определяется по формуле:
Для сварки титана экспериментально установлены значения: Q=54кВт, Н=10см, Vсв=0,5м/с, d=2,7мм, Sкип=50 кДж/см3.
На рисунке ниже представлена экспериментальная зависимость термического КПД nт проплавления от параметра Q/(HVсв) для сварки сталей:
Связь параметров электронного луча с геометрическими характеристиками определяется по формуле:
B=(4nпnтQd/3,14VсвHSпл)1/2, где В — ширина сварного шва.
Оборудование для электронно-лучевой варки
Классификация и состав установок для электронно-лучевой сварки
По степени специализации установки для электронно-лучевой сварки делятся на универсальные и специализированные. По давлению в рабочей камере: с высоким вакуумом (с давлением в камере менее 1Па), с промежуточным вакуумом (давление в камере от 1 до 10 Па) и для сварки в среде защитных газов или в атмосфере (с давлением 1000-100000 Па).
По способу создания вакуума в зоне сварки различают камерные электронно-лучевые установки (когда изделие находится внутри рабочей камеры) и с локальным вакуумированием (вакуум создаётся только в зоне сварки).
На рисунке выше показана структура камерной установки для ЭЛС. В состав любой подобной установки обязательно входит электронно-лучевая пушка, источник питания, система создания вакуума, система управления.
Электронно-лучевые пушки
Электронно-лучевые пушки создают электронный луч. Основные узлы пушки показаны на рисунке слева. Это генератор электронов и система проведения луча. В состав генератора электронов входит катод, управляющий электрод и анод. В систему проведения луча входят юстирующие, фокусирующие и отклоняющие катушки.
Катоды бывают накальными (термокатоды) или плазменными. Термокатоды изготавливают из вольфрама, тантала, сплавов этих металлов с рением, или из гексаборида лантана.
Высоковольтные изоляторы изготавливают из керамики, стекла или специальных пластмасс. Анод и управляющий электрод изготавливаются из меди или нержавеющей стали.
Между анодом и катодом проложено ускоряющее напряжение. Управление лучом происходит путём изменения потенциала управляющего электрода по отношению к катоду.
Источники питания электронно-лучевой пушки (ЭЛП)
В состав источников питания ЭЛП входит источник ускоряющего напряжения, а также источники питания управляющего электрода, катода, юстирующей катушки, фокусирующей катушки и отклоняющей катушки. В состав источника ускоряющего напряжения входит регулирующий элемент на первичной или вторичной стороне высоковольтного трансформатора с преобразованием частоты питающего напряжения, или без него. На рисунке ниже показана схема источников ускоряющего напряжения.
Регулируют напряжение тиристорами или транзисторами на первичной стороне. Регулировка на вторичной стороне происходит при помощи специальных высоковольтных ламп. Для предохранения ЭЛП от электрических пробоев, источники ускоряющего напряжения оснащаются устройствами автоматического повторного включения. Это оснащение позволяет успешно выполнять сварку при частых пробоях при этом, значительного снижения качества сварки не происходит.
Источники ускоряющего напряжения располагают в баке с трансформаторным маслом, которое, кроме всего прочего, играет роль охлаждающей среды. Существуют также источники ускоряющего напряжения до 60 кВ, в которых в качестве охлаждения применяется воздух или компаунд.
Для гальванического разделения в источнике питания управляющего электрода предусмотрены трансформаторы высокой чистоты или совместно используемые светодиод/фототранзистор, соединённые между собой световодом. Для обеспечения постоянных параметров системы проведения луча, питание юстирующей, фокусирующей и отклоняющей катушек осуществляется при помощи регулятора тока.
Вакуумная система электронно-лучевой установки ЭЛУ
Вакуумная система ЭЛУ необходима для обеспечения требуемого давления в ЭЛП и в рабочей камере. В большинстве случаев, давление составляет 0,1-0,001 Па в ЭЛП и 0,01-10 Па в рабочей камере. ЭЛП изолируется от рабочей камеры посредством специального вакуумного клапана, который открывается на время проведения сварки. На рисунке справа представлена схема типичной вакуумной камеры электронно-лучевой установки.
В качестве механических насосов с максимальным давлением 0,1-10 Па, на практике применяются шиберные или золотниковые насосы и агрегаты на их основе. В их составе также используются двухроторные насосы. В случае необходимости создания высокого вакуума, применяют высоковакуумные паромасляные или турбомолекулярные насосы.
Система управления электронно-лучевой установкой
Система управления должна обеспечивать выполнение следующих задач:
1. Программное управление функционированием всех систем установки.
2. Мониторинг и диагностику работы всех систем установки.
3. Контроль и управление положением электронного луча по отношению к сварному стыку.
4. Контроль и управление пространственными, энергетическими и временными характеристиками электронного луча.
5. В случае работы установки в составе гибкой производственной системы — обеспечивать связь с системой управления более высокого уровня.
Элементарной базой системы управления является микропроцессор. Всё программное управление может осуществляться одним достаточно мощным компьютером, либо системой компьютеров, среди которых есть центральный и местные микропроцессоры, на которых выполняется локальное управление одним, или несколькими устройствами.
Дефекты сварных швов при электронно-лучевой сварке
Наиболее характерными дефектами при электронно-лучевой сварке с несквозным проплавлением являются не заполненные металлом полости, размером 5-10мм и периодическое несплавление корня шва.
Возникают дефекты из-за изменения глубины проплавления. Глубина проплавления может быть различной при одной и той же удельной мощности электронного луча и зависит она от скорости сварки. Чем меньше скорость сварки, тем больше глубина проплавления.
На рисунке сбоку показано формирование полости внутри сварного шва в сварочном канале. При уменьшении скорости сварки глубина канала увеличивается, и на выходе из канала возникает вероятность его захлопывание жидким металлом и образование полости в металле шва.
Формирование периодических дефектов в корне шва в виде несплавлений, амплитуда которых может достигать порядка 3-4мм, объясняется периодическими колебаниями жидкого металла в сварочной ванне и связанным с этими колебаниями периодическим перемыканием (закупориванием) канала.
Во время закупоривания энергия луча некоторое время тратится на «сверление» слоя жидкого металла, т.е. выполняется работа по формированию некоторой доли глубины канала, что реально приводит к уменьшению глубины канала именно на эту долю.
Характерными дефектами электронно-лучевой сварки также являются отклонение канала проплавления от линии стыка кромок. Происходит это из-за отклонения электронного луча по причине воздействия на него магнитного поля. Это явление наблюдается при сварке сталей с остаточной намагниченностью. Для предотвращения подобного дефекта свариваемые изделия размагничивают до начала сварки.
Область применения
Этот вид неразъёмного соединения различных материалов нашел широкое применение в авиационно-космической технике, судостроении, строительстве, микроэлектронике и других сферах человеческой жизнедеятельности, где необходимо сваривать тугоплавкие, прецизионные (особо чистые) материалы с уникальными свойствами.
Такие металлы, как вольфрам, тантал, молибден, ниобий, имеющие температуры плавления выше 2500 °C, могут быть сварены только лучевыми методами сварки.
Уникальность метода заключается в том, что с его помощью удается сваривать как сверхтонкие детали толщиной до десятков микрон, так и особо толстые (200…300 мм) конструкции из однородных и разнородных металлов и даже некоторые неметаллические материалы.
Источник
Электронно лучевая установка элу 9б
12. Техническая характеристика установок для ЭЛС серии ЭЛ У
Наибольшие размеры свариваемых деталей, мм:
при сварке кольцевых швов (диаметр X длина) при сварке торцовым швом в горизонтальной плоскости (диаметр X X высота) при сварке продольных швов
Тип электронной пушки Максимальная мощность в луче, кВт
Число пушек в установке Тип источника питания Скорость сварки, м/ч Габаритные размеры вакуумной камеры (внутренний диаметрXдлина), для ЭЛУ-13 (длниаХ ширинах высота), мм: основной
Расход охлаждающей воды,
Габаритные размеры установки (длинах ширинах высота), мм
Общая установленная г.сощ-ность установки, кВт
Масса (без шкафов управления и иакуумной станции), кг
200X400 250Х 150
3500Х X ЗОООХ X 2500 15
200Х 2000 150Х 400
6000Х X ЗОООх X 2500 18
12 870X X 4140Х X 2140 20
650Х 1000 550Х 100
4900Х X ЗОООх X 2575 18
При м е ч а н и е. Ускоряющее напряжение у всех установок 60 кВ; рабочий
вакуум в камере 5- Ю- мм рт. ст.
конкретных изделий достигается применением устройств для совмещения загрузочных операций со сваркой, загрузочных систем бункерного и кассетного типа, шлюзовых систем, а также благодаря автоматизации и программированию сварочного процесса и вспомогательных операций.
Установка У454 (рис. И) разработана в ИЭС им. Е. О. Патона, Сварочная пушка установлена в малогабаритной камере, которая имеет в нижней части отверстие с герметичным затвором. Под камерой расположен трехпозиционный поворотный стол с гнездами для закрепления свариваемых изделий. Гнезда выполнены таким образом, что после загрузки изделия свободный объем сварочной камеры минимален и может быть откачан до рабочего давления за 20-40 с. После загрузки поворотный стол подает изделие под пушку и поднимает его до упора в нижнюю плоскость камеры пушки. Производится откачка сварочной камеры, после чего открывается затвор между пушкой и изделием и выполняется сварка.
Из зарубежных известны установки фирмы Сиаки (Франция) типа BE 34-646, двухпозиционная установка отделения Гамильтон Стандарт фирмы Юнайтед Эйркрафт (США), фирмы Гереус (ФРГ) и др.
В ИЭС им. Е. О, Патона разработана установка УЛ138, предназначенная для сварки охлаждаемых поршней тракторных двигателей. Основой установки является поворотный стол с гнездами для закрепления свариваемых изделий. Уплотнитель поворотного стола прижат с регулируемым усилием к неподвижной плите,
на которой закреплены сварочная пушка и патрубки вакуумных насосов. Подача (шлюзование) изделия на позиции предварительной откачки, сварки и выгрузки производится поворотом стола, причем трубопроводы вакуумных насосов и луче-провод сварочной пушки при этом герметично перекрываются вакуумным уплотнителем.
Установки для сварки крупногабаритных изделий. Особенностью установок этой группы является универсальность. Они снабжены как низковольтными энергетическими комплексами (30 кВ, 10-25 кВт), которые используются для сваркя металлов малых и средних толщин, так и мощными высоковольтными (до 150 кВ, до 120 кВт) энергетическими комплексами для однопроходной сварки металлов больших толщин.
Установка У350 имеет цилиндрическую камеру. На установке можно сваривать кольцевые швы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Установка имеет низковольтную сварочную пушку У530М, перемещаемую внутри камеры.
Установки УЛ106 и УЛИО имеют прямоугольные камеры. Сварочные пушка этих установок перемещаются внутри камер в различных пространственных положениях. В установке УЛ106 предусмотрена возможность дополнительной установки пушки мощностью до 60 кВт.
Установка У736 имеет камеру объемом 20 сложной формы. Манипулятор сварочной пушки выполнен в виде П-образного портала, опирающегося на жесткое основание камеры.
13. Техническая характеристика универсальных установок для ЭЛС изделий малых и средних габаритов фирмы Сиаки (Франция и США)
Размеры камеры, мм
Примечание. В таблице приняты следующие обозначения: X продольное перемещение; У поперечное перемещение; Z вертикальное переме щепие; W вращение относительно продо1ьиой оси
Техническая характеристика установок ЭЛУ-8, ЭЛУ-9, ЭЛУ-9А, ЭЛУ-9Б, ЭЛУ-9КУ, ЭЛУ-10, ЭЛУ-11 и ЭЛУ-13 для ЭЛС крупногабаритных изделий приведена в табл. 12.
Из зарубежных разработок наибольишй интерес представляют установки типа 731 фирмы Сиаки (Франция), установки фирмы Сиаки (США), а также установки фирмы Штейгервальд Штральтекник.
1. Аверин И. В., Кабанов Н. Н. Сварка трением в инструментальном произ г-одстве, Л1., Мяшгиз, 1962. 72 с.
2. Аппарат для микрсплазменной сварки МПГ1-5 (ИЭС)/Д. А. Дудко, В. С. Гвоз-децкий, В Е. Склярсвич, Э. И. Шилков. — Автоматическая сварка, 1976, № 1, с. 72-73.
3. Бараков И. Б. Холодная сварка пластических металлов. М., Машиностроение,
4. Вавилов А. Ф., Воинов В. П. Сварка трением, М., Машиностроение, 1964.
5. Билль В. И. Сварка металлов трением. М., Машиностроение, 1970. 174 с.
6. Волков С. С, Орлов Ю. Н., Астахова Р. Н. Сварка и склеивание пластмасс. М.. Машиностроение, 1972. 128 с.
7. Волков С. С, Орлов Ю. Н., Черняк Б. Я. Сварка пластмасс ультразвуком. М., Химия, 1974. 263 с.
8 Горелка микроплазменная ОБ -1115К. — Автоматическая сварка, 1973. № 3,
9. Импульсная микроплазменная сварка на постоянпог ! и переменном токе/ В, С. ГБО.г;сцкий, Б. И. Шнайдер, Н. М. Воропай н др. — .л.втоматическая сгарка, 1975. № 2. с. 39 — 42.
10. Источник питания МПРИ-1 (А-1390) для импульсной микроплазменной сварки постоянным и неременным током. — Ииформациокпое письмо ИЭС им. Е. О, Патока,
1970, 47 (654) 3 с.
П. Кабанов А. Н., Кафафов А. А., .Иихайловский Г. А. Эксплуатационные характеристики установки ЭЛУРО. — Автоматическая сварка, 1967, Кч 3, с. 72 — 73.
12. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М., Машиностроение, 1976.
13. Казаков Н. Ф., Жуков В. В. Оборудование диффузионной сварки, М., Машиностроение, 1973. 236 с.
И. Конюшков Г. В., Копылов Ю. П. Диффузионная сварка в электронике. М., Энергия, 1974. 167 с.
15. Клещи КТУ — 1,5 для точечной ультразвуковой сварки/Ю. В, Холопов, М. П. Зайцев, А. С. Смирнов и др. — Сварочное производство, 1971, 6, с, £9-60.
16. Малогабаритный источник питания Л\ПИ-3 для импульсной микроплазменной сваркн/Д. А. Дудко, В- С. Гвоздетский, Б. И. Шнайдер и др.
Информационное письмо ИЭС им. Е. О. Патона, 1971, Лб 60 (719). 3 с.
17. Машина для ультразвуковой сварки металлов типа МТУ-0,4-ЗЮ. В. Холо пов, М. П. Зайцев, А. С. Смирнов и др. — Сварочное производство, 1970, № 5, с. 47 — 48.
18. Машина типа МТУ-0,4-4 для ультразвуковой сварки металлов и пластмасс/ Ю. В. Холопов, А. С. Смирнов, А. М. Лиркин — Сварочное производство, 1972, Ня 5, с. 47-48.
19. Назаренко О. К., Истомин Е. И., Локшин В. Е. Электронно-лучевая сварка. М., Машиностроение, 1966. 128 с,
20. Новое в сварке трением. Экспресс-инфор.мацкя, Украинский научно-исследовательский институт научно-технической информации и технико-экономических исследований Госплана УССР, серия 9, Сварочное производство, вып. 3. 16 с.
21. Оборудование для импульсной электропно-лучевой сварки/Е. П. Демнн я др. — Автоматическая сварка, 1969, Кя 8, с. 55 — 58.
22. Оборудование для электронно-лучевой сварки/А. И. Чвертко, О. К. Назаренко, А. М. Святский и др. — Киев, Наукова думка, 1973. 408 с.
23. Ольшанский И. А., Шубин Ф. В. Оборудование для электронно-лучевой сварки металлов. М., Энергия, 1967. 96 с.
24. Основы вакуумной техникп/Б. И. Королев, В. И. Кузнецов, А. И. Пипко, В. Я. ПлискоБский. М., Энергия, 1975. 414 с.
25. Сварочное оборудование. Каталог-справочник. Отв. ред. А, И. Чвертко. Киев. Наукова ду.мка, 1968. ч. 2. 388 с.
26. Сварочное оборудование. Каталог-справочник. Отв. ред. А. И, Чвертко. Киев. Наукова думка, 1972, ч. 3. 196 с.
27. Сварочное оборудование. Каталог-справочник. (ИЭС имени Е. О. Патона) Киев, Наукова думка, 1968, ч. II, с. 242-252.
28. Сварочное оборудование, Каталог-справочник, (ИЭС им. Е. О. Патона) Киев. Наукова думка, 1972, ч. III, с. 184-191.
29. Слухоцкий А. Е. Закалочные индукторы. М., .Машгиз, 1957. 54 с.
30. Стройман И. М. Холодная сварка металлов и ее промышленное применение, ВНИИЭСО, 1973. 18 с.
31. Строймак И. М., Воробьев Ю. А. Новое оборудование для холодной сварки.-. Автоматическая сварка, 1976, № 10, с. 50 — 52.
32. Типаж электронно-лучевых сварочных пушек/Б. Е. Патон, О. К. Назаренко и др. — Автоматическая сварка, 1973, № 12, с. 34-41.
33. Ультразвуковая микросварка/А- А. Грачев, А. П. Кожевников, В. А Ле-бига, А. А. Россошинский, М. Энергия, 1977. 184 с.
34. Универсальный источник питания МПУ-5/Б. И. Шнайдер, В. А. Троицкий, В. А. Корицкий и др. — Информационное письмо ИЭС им Е. О Патона, 1974, № 49 (886). 4 с.
35. Установки и аппаратура для электронно-лучевой сварки/А. И. Чвертко, А. М. Святский, А. И. Некрасов и др. Киев, Наукова думка, 1971. 104 с.
36. Холопов Ю. в. Ультразвуковая сварка. М., Машиностроение, 1972. 151 о.
37. Холопов Ю. В., Смирнов А. С, Солдатеиков А. С. Автомат АУС-1,5 для ультразвуковой сварки трикотажно-лавсанопого рукава. — Сварочное производство, 1971, Ко 11, с. 46-47.
38. Чвертко А. И., Святский А. М., Некрасов А. И. Классификация оборудования для электронно-лучевой сварки. — Автоматическая сварка, 1970, Wo 7, с. 61-66.
39. Trillwood R. Small component electron beam welding. — Welding and metal Fabric, 1970, 38, 3, p. 116-117.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ, НАПЛАВКИ И ПАЙКИ
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ,
ХРАНЕНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ ЖИДКОГО КИСЛОРОДА
В небольших количествах жидкий кислород транспортируют и хранят в сосудах Дюара типа АСД вместимостью 5, 16, 25 и 100 л. Крупным потребителям жидкий кислород поставляют в специальных резервуарах вместимостью 320-7380 л на автомобилях и железнодорожным транспортом. Потери кислорода от испарения зависят от типа резервуара и составляют 0,4-1,7 кг/ч.
Для превращения жидкого кислорода в газообразный применяют газифика-ционные установки безнасосные и насосные. Безнасосные (холодные) газификаторы (ГХК 3/16-200; ГХК 8/16-500; ГХК 8/16-1000 и ГХК 8/16-2000) испаряют жидкий кислород без использования внешних источников тепла с получением давления 16 кгс/см и подают его к местам потребления по трубопроводу. Газификаторы монтируют на открытом воздухе и эксплуатируют при любой температуре в районах с умеренно континентальным климатом. Первая цифра индекса газификатора показывает гидравлическую вместимость резервуара (м), вторая — верхний предел давления газов (кгс/см), третья — наибольшую производительность по газообразному кислороду (м/ч). Резервуар газификатора заполняют жидким продуктом от любого автомобильного или железнодорожного заправщика.
Насосные (теплые) газификаторы [СГУ-7К; СГУ-8000-500/200) СГУ-8000-250/200; АГУ-2М я АГУ-8К/6000-500(200) ] относятся к установкам высокого давления и служат для хранения и газификации сжиженного кислорода (азота или аргона) с последующим направлением их в емкости (баллоны) под давлением до 220-420 кгс/см или непрерывным нагнетанием в трубопровод под давлением до 40 кгс/см. Производительность установок 210-425 м/ч. Установки СГУ монтируют стационарно в помещении при температуре окружающей среды 5-40 С и относительной влажности воздуха 98% при 35° С. Установки типа АГУ на автомобиле работают при температуре окружающей среды от -40 до +50° С. В них сжиженный газ поступает в испаритель — змеевик, где он испаряется, подогревается до 10-30° С и затем под давлением поступает в линию потребителя.
Ацетиленовые генераторы представляют собой аппараты, в которых получают ацетилен в результате химического взаимодействия карбида кальция и воды, с подачей газа в горелку или резак для получения в смеси с кислородом высокотемпературного пламени. Нормы выхода ацетилена (ГОСТ 1460-76) устанавливают в зависимости от размеров кусков (грануляции) карбида кальция (табл. 1).
Ацетиленовые генераторы классифицируют (ГОСТ 5190-67) по давлению выработанного ацетилена — на низкое до 0,1 кгс/см и среднее 0,1-0,7 и 0,7- 1,5 кгс/см; по способу применения — на передвижные и стационарные; по характеру взаимодействия карбида кальция с водой: КВ — карбид в воду; ВК — вода на карбид с вариантами мокрого и сухого процессов; ВВ — вытеснением воды. Допускается сочетание в одном генераторе разных систем, например вода на карбид и вытеснение воды, такие генераторы называют комбинированными. Давление в генераторе связано с его системой и производительностью. Генераторы производительностью до 3 м/ч изготовляют передвижными, а свыше 3 м/ч — стационарными, устанавливаемыми в специальных помещениях.
Источник
Оборудование для электронно-лучевой сварки
Классификация и состав электронно-лучевых установок
По степени специализации электронно-лучевые установки делятся на универсальные и специализированные, а по давлению в рабочей камере — на высоковакуумные (давление в камере <10 -1 Па), промежуточного вакуума (давление в камере 10—10 -1 Па), для электронно-лучевой сварки в атмосфере или в защитном газе (10 3 —10 5 Па). По принципу создания вакуума в зоне сварки электронно-лучевые установки делятся на камерные (изделие внутри рабочей камеры) и с локальным вакуумированием (герметизация изделия осуществляется только в зоне сварки).
Рис. 5.9. Структура камерной электронно-лучевой установки:
ЭЛП — электронно-лучевая пушка; РК — рабочая камера; ВС ЭЛП — вакуумная система ЭЛП; ИУН — источник ускоряющего напряжения; ВС РК — вакуумная система РК: СУ — система управления установкой
В состав любой электронно-лучевой установки (рис. 5.9) входит: электронно-лучевая пушка (ЭЛП); источник питания ЭЛП; вакуумная система; система управления.
Электронно-лучевые пушки (ЭЛП)
ЭЛП служат для генерации и формирования электронного луча. Основные узлы ЭЛП: генератор электронови система проведения луча (рис. 5.10). Генератор электронов состоит из катода, управляющего электрода, или электрода Венельта, анода. Система проведения луча включает юстирующие, фокусирующие и отклоняющие катушки.
Катоды выполняются накальными (термокатоды прямого или косвенного накала) или плазменными. Материал термокатодов — вольфрам, тантал, сплавы этих металлов с рением, гексаборид лантана (LaB6).
В случае термокатодов прямого нагрева нагрев осуществляется за счет пропускания через катод тока накала, а в термокатодах косвенного нагрева — за счет бомбардировки катода электронами от вспомогательного катода Материал высоковольтного изолятора — керамика, стекло, специальные пластмассы. Типичные материалы для анода и управляющего электрода — нержавеющая сталь, медь.
Ускоряющее напряжение приложено между анодом и катодом. Управление током луча осуществляется, как правило, путем изменения потенциала управляющего электрода по отношению к катоду.
Рис. 5.10. Типичная структура ЭЛП:
К — катод; УЭ — управляющий электрод; ЮК — юстирующие катушки; А — анод. ЭЛ — электронный луч; ФК — фокусирующие катушки; ОК — отклоняющие катушки; И — свариваемое изделие
Источники питания ЭЛП
Источники питания ЭЛП состоят из источника ускоряющего напряжения, а также источников питания УЭ, К, ЮК, ФК, ОК.
Источники ускоряющего напряжения выполняются с регулирующим элементом на первичной или вторичной стороне высоковольтного трансформатора, с преобразованием или без преобразования частоты питающего напряжения (рис. 5.11).
Рис. 5.11. Функциональные схемы источников ускоряющего напряжения:
а — с тиристорным регулятором (ТР); б — с регулирующим элементом (РЭ) на вторичной стороне трансформатора; ВТ — высоковольтный трансформатор; ВВ — высоковольтный выпрямитель; Ф — фильтр; ВД — высоковольтный делитель
Регулировку на первичной стороне осуществляют тиристорными или транзисторными регуляторами, на вторичной стороне — специальной высоковольтной лампой. Для защиты от пробоев в ЭЛП источники ускоряющего напряжения обычно снабжаются устройствами автоматического повторного включения. Это позволяет без заметного ухудшения качества сварки проводить ЭЛС даже в условиях частых пробоев. Конструктивно источники ускоряющего напряжения размещают в баке с трансформаторным маслом, которое одновременно выполняет функции охлаждающей среды. Известны также источники ускоряющего напряжения на напряжение до 60 кВ, в которых в качестве изолирующей среды используется воздух или компаунды.
Для гальванического разделения в источнике питания управляющего электрода используют высокочастотные трансформаторы или пару светодиод/фототранзистор, соединенную световодом. Для обеспечения постоянства характеристик системы проведения электронного луча питание катушек ЮК, ФК, ОК (см. рис. 5.10) осуществляется от регуляторов тока.
Вакуумная система электронно-лучевой установки
Вакуумная система ЭЛУ служит для создания необходимого давления в ЭЛП и рабочей камере: как правило 10 -2 —10 -4 Па в ЭЛП и 10—10 -3 Па в рабочей камере. ЭЛП отсекается от рабочей камеры с помощью специального вакуумного клапана, который открывается на время проведения сварки (рис. 5.12).
Рис. 5.12. Типичная вакуумная камера электронно-лучевой установки для сварки в промежуточном вакууме:
N1 — механический насос ЭЛП; N2 — высоковакуумный насос ЭЛП; N3 — двухроторный механический насос; N4 — золотниковый или пластинчато-роторный насос; VI — клапан откачки высоковакуумного насоса; V2 — клапан откачки ЭЛП высоковакуумным насосом; V3 — клапан откачки ЭЛП механическим насосом; V4 — клапан напуска в ЭЛП; V5 — клапан отсечки ЭЛП; V6 — клапан напуска в рабочую камеру (РК); V7 — клапан откачки рабочей камеры; V8 — напуск в насосы откачки рабочей камеры
В качестве механических насосов с предельным давлением 0,1—10 Па используются шиберные или золотниковые насосы и агрегаты на их основе, в состав которых включаются также двухроторные насосы (насосы Рутса). В качестве высоковакуумных насосов используются паромасляные или турбомолекулярные насосы.
Система управления электронно-лучевой установкой
Система управления (СУ) должна выполнять следующие основные функции:
- программное управление работой всех систем установки;
- диагностику работы всех систем установки;
- контроль и управление положением электронного луча по отношению к стыку;
- контроль и управление пространственными, энергетическими и временными характеристиками электронного луча;
- связь с СУ более высокого уровня при работе в составе гибкой производственной системы.
Элементная база СУ — мини- и микроЭВМ, микропроцессоры. Все программное управление осуществляется либо одной достаточно мощной ЭВМ, либо центральной микроЭВМ и местными микроЭВМ, на которых реализуется локальное управление одним или несколькими устройствами.
Источник
Конструкции электронно-лучевых установок
Можно выделить два комплекса — энергетический и электромеханический.
Энергетический комплекс ЭЛУ включает в себя электронную пушку с блоками питания и управления лучом. Электронной пушкой называется устройство, в котором эмитируемый катодом пучок электронов формируется в электрическом и магнитном полях в луч, который ускоряется в электрическом поле, выводится через отверстие в аноде и направляется на нагреваемый объект.
Многочисленным семейством ЭЛУ являются плавильные установки. Наиболее простая схема электронной плавильной установки с кольцевым катодом и автоэлектронным нагревом, у которой анодом служит сам расплавляемый металл, показана на рис. 10.1. Катодом К является нагретая до 2500 К протекающим через нее током вольфрамовая спираль. Анод А — расплавляемый электрод и жидкометаллическая ванна, находящаяся в верхней части образующегося в кристаллизаторе слитка. Вокруг катода расположен молибденовый экран Э, находящийся под тем же потенциалом. Выходящие из катода электроны отталкиваются экраном и в виде кольцевого пучка устремляются на электрод и в жидкометаллическую ванну слитка. Конец электрода расплавляется под действием бомбардирующих его электронов. Жидкий металл каплями стекает в ванну.
ЭЛУ с радиальными пушками(рис. 10.2) в этих установках вокруг электрода по радиусу установлено несколько катодов и анодов с отверстиями, через которые движущиеся прямолинейно электроны проходят к концу электрода и к ванне. Таким образом, здесь анод отделен от расплавляемого металла, хотя и тот и другой находятся под одинаковым потенциалом. Анод является направляющим и формирующим устройством. В данном случае система анод-катод соответствует понятию электронной пушки.
Часть установки, в которой находятся электронные пушки, отделена от плавильного пространства перегородкой с отверстиями для электрода и пучка электронов. Верхняя и нижняя части камеры имеют индивидуальные системы откачки газов.
В ЭЛУ с аксиальными пушкамииспользуется сильно сфокусированный электронный луч. В ней имеются два катода. Основнойвыполнен в виде массивной вогнутой снизу вольфрамовой пластины и разогревается до 2300-2500 К электронной бомбардировкой от вспомогательного катода,который выполнен в виде нагреваемой током вольфрамовой спирали.
Плавильные ЭЛУ применяются главным образом для переплавки стали, молибдена, ниобия и других тугоплавких и химически активных металлов. Их мощность составляет от 50 до 2000 кВт. Ускоряющее напряжение составляет 5-15 кВ.
Сварочные ЭЛУ с особо остросфокусированным лучом работают при ускоряющем напряжении 70-100 кВ.
Для питания ЭЛУ используются высоковольтные ИП постоянного тока. Они состоят из повышающих трансформаторов и высоковольтных выпрямителей, собираемых на тиратронах, селеновых элементах или кремниевых диодах. На крупных установках для стабилизации тока пучка применяются параметрические источники тока.
В состав электромеханического комплексавходят рабочая камера, вакуумная система, системы позиционирования и перемещения заготовки, система наблюдения за ходом процесса, система защиты оператора от рентгеновского излучения и ряд вспомогательных устройств и механизмов.
Источник