Техника электронно-лучевой сварки

Сварку электронным лучом можно успешно применять в нижнем положении вертикальным лучом, вертикальным и горизонтальным швом на вертикальной стене (горизонтальным лучом) с неполным и сквозным проплавлением. Сварка в нижнем положении рекомендуется для толщин до 40 (стали) и до 80 мм (титановые и алюминиевые сплавы). Горизонтальным лучом со сквозным проплавлением сваривают металлы толщиной до 400 мм. Типичная взаимосвязь глубины проплавления с параметрами сварки представлена на рис. 5.6. Конструкция соединения для однопроходной ЭЛС выполняется с учетом глубокого проникновения луча в металл (рис. 5.7). Толщина зазора в стыке составляет 0,1—0,2 мм при глубине шва ≤20÷30 мм и 0,3 мм при глубине шва >30 мм. В общем случае, зазор должен быть меньше диаметра луча.

Рис. 5.7. Типы конструкций стыка при ЭЛС

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки — сила тока, ускоряющее напряжение, скорость сварки. Ускоряющее напряжение и сила тока луча определяют мощность источника нагрева.

Ускоряющее напряжение в основном определяет тепловую энергию в пятне нагрева, оказывает исключительно большое влияние на глубину проплавления сварочной ванны. При сохранении постоянной удельной мощности в пятне нагрева глубина проплавления увеличивается с повышением ускоряющего напряжения. В первом приближении глубина проплавления пропорциональна квадратному корню из ускоряющего напряжения.

На практике электронно-лучевую сварку выполняют при ускоряющем напряжении 10—100 кВ. В процессе сварки необходима высокая стабильность ускоряющего напряжения.

Колебание напряжения (±0,1 %) приводит к существенному изменению диаметра пятна нагрева и отклонению электронного луча относительно свариваемого стыка.

Сила тока электронного луча оказывает большое влияние на ширину сварочной ванны и шва. Увеличение силы тока приводи: к их существенному возрастанию. Глубина проплавления сварочной ванны мало зависит от силы тока. Однако общее увеличение мощности электронного луча приводит к некоторому ее возрастанию.

Для увеличения глубины проплавления при сравнительно небольших ускоряющих напряжениях может быть использован способ формирования шва на подъем. Особенно большой эффект достигается при сварке вертикальных швов. В этом случае сила тока электронного луча значительно увеличивается и достигает 1 А и выше. На практике силу тока электронного луча выбирают от десятков миллиампер до 1 А и более.

Скорость сварки влияет на размеры сварочной ванны и шва, э как и при дуговой сварке. Увеличение скорости сварки при сохранении постоянства погонной энергии несколько увеличивает глубину проплавления, мало влияя на ширину шва.

На размер сварочной ванны и шва оказывают влияние и дополнительные параметры режима: сила тока в магнитной фокусирующей линзе, остаточное давление в камере; время импульса и паузы при импульсной сварке, колебания электронного луча; расстояние от пушки до свариваемого изделия и др.

Особенно большое влияние на размеры сварочной ванны и шва оказывает сила тока в магнитной фокусирующей линзе (фокусировка). Этот параметр режима определяет конфигурацию потока электронов по отношению к свариваемому изделию (рис. 5.2), форму ванны и диаметр пятна нагрева. Регулированием тока в магнитной линзе можно в широких пределах изменять концентрацию
тепловой энергии в пятне нагрева. Это значит, что при одинаковом значении погонной энергии можно получать различную по форме очную ванну и шов (рис. 5.3). При увеличении силы тока Iф окусирующей линзе ширина ванны е сначала снижается, а м возрастает.

Рис. 5.3. Зависимость глубины проплавления, ширины и площади шва от силы тока в фокусирующей линзе

Изменение глубины проплавления h при изменении силы тока в фокусирующей линзе имеет зависимость с резко выраженным максимумом. Вследствие того, что ηи и ηt при электронно-лучевой сварке близки к своему максимуму, площадь проплавления шва Fm мало зависит от фокусировки. На практике силу тока в фокусирующей линзе выбирают в пределах 50-100 мА (для пушек со средним ускоряющим напряжением).

Остаточное давление в камере определяет стабильность процесса и качество сварных соединений. Разрежение должно быть достаточным для исключения дугового разряда в течение всего нриода сварки. Увеличение давления в камере снижает мощность электронного луча и уменьшает его проникающую способность. Для сохранения постоянного вакуума производительность откачных насосов рассчитывают с учетом повышения давления в камере в процессе сварки. При электронно-лучевой сварке давление в камере поддерживается на уровне 10-2 - 10-4 Па.

Колебания электронного луча позволяют избежать ряда дефектов, свойственных электронно-лучевой сварке (подрезов, несплавлений кромок в корне шва и др.). Используют прямоугольные Млн синусоидальные поперечные колебания луча в широком диапазоне частот (10—800 Гц). Амплитуду колебаний выбирают в пределах 0,5-2 мм. Большие значения амплитуды приводят к раздвоению электронного луча относительно стыка и формированию раздельных ванн. Наряду с поперечным применяют и продольное колебание луча.

Расстояние от электронной пушки до свариваемого изделия (допускается в широких пределах: 50-120 мм для низковольтных Пушек и 50—500 мм для высоковольтных. Изменение расстояния п процессе сварки на несколько миллиметров не оказывает заметного влияния на размеры швов и их качество.

При импульсном режиме электронно-лучевой сварки тепловыделение дополнительно регулируется частотой и длительностью сварочных импульсов. Импульсная электронно-лучевая сварка особенно целесообразна при выполнении швов с минимальной зоной термического влияния.