ГЛАВА III. СУЩНОСТЬ, ТЕХНИКА РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ СВАРКИ И ОБОРУДОВАНИЕ

Назад: 7.6. Оборудование и аппаратура для сварки

8. Специальные способы сварки

8.1. Сварка электронным лучом

В промышленности все более широкое применение находят тугоплавкие и химически активные металлы и сплавы. Поэтому для их сварки необходимо применять источники с высокой концентрацией теплоты, а для защиты расплавленного и нагретого металла использовать среды, содержащие минимальное количество водорода, кислорода и азота. Этим условиям отвечает сварка электронным лучом.

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 10^-4…10^-5 мм рт. ст.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества.

1. 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 0,0002…5 мм, что позволяет за один проход сваривать металл толщиной от 0.1 до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине составляет 20 : I и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т.д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.

2. Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4 ¸ 5 раз меньше, чем при дуговой. В результате резко снижается коробление изделия.

3. Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, корозионностойких сталях, медных, никелевых и алюминиевых сплавах.

Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла.

Возможна сварка непрерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются в следствии потери энергии на ионизацию паров металлов. В этом случае целесообразно вести сварку импульсным электронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100 ¸ 500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной установке соотношения времени паузы и импульса можно сваривать очень тонкие листы. Благодаря теплоотводу во время пауз уменьшается протяженность зоны термического влияния. Однако при этом возможно образование подрезов, которые могут быть устранены сваркой колеблющимся или расфокусированным лучом.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки сила тока в луче, ускоряющее напряжение, скорость перемещения луча по поверхности изделия, продолжительность импульсов и пауз, точность фокусировки луча, величина вакуума (табл. 20). Для перемещения луча по поверхности изделия используют перемещение изделия или самого луча с помощью отклоняющей системы. Отклоняющая система позволяет осуществлять колебания луча вдоль и поперек шва или по более сложной траектории.

Таблица 20

Режимы электронно-лучевой сварки

Металл	Толщина, мм	Параметры режима
		Uуск, кВ	Iлуча, мА	Vсв, м/ч
Вольфрам	1.0	20	75…80	50
Сталь 18-8	20.0	20	270	50
	35.0	22	500	20
Молибден +вольфрам	0.5 + 0.5	18	45…50	35…50

Низковольтные установки используют при сварке металла толщиной свыше 0,5 мм для получения швов с отношением глубины к ширине до 8 : I. Высоковольтные установки применяются при сварке более толстого металла с отношением глубины к ширине шва до 25 : I.

Основные типы сварных соединений, рекомендуемые для электронно-лучевой сварки, приведены на рис. 27. Перед сваркой требуется точная сборка деталей (при толщине металла до 5 мм зазор не более 0,07 мм, при толщине до 20 мм зазор до 0,1 мм) и точное направление луча по оси стыка (отклонение не больше 0,2 ¸ 0,3 мм). При увеличенных зазорах (для предупреждения подрезов) требуется дополнительный металл в виде технологических буртиков или присадочной проволоки. В последнем случае появляется возможность металлургического воздействия на металл шва.

Рис.27. Типы сварных соединений:

а - стыковое, б - замковое, в - стыковое при разной толщине, г - угловое,

д и е - стыковое при сварке шестерен, ж - стыковое с отбортовкой кромок

Изменяя величину зазора и количество дополнительного металла, можно довести долю присадочного металла в шве до 50%.

Недостатки электронно-лучевой сварки: образование несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине; для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время.

Далее: 8.2. Сварка световым лучом (лазером)