Сварка на электронно лучевых сварочных установках минусы

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка (она же электроннолучевая, электронно лучевая сварка, ЭЛС) — это довольно быстро развивающийся вид сварки. С его помощью можно сварить практически все: и сплавы высокой прочности, и химически активные металлы, и тугоплавкие материалы. Словом, сфера применения очень большая.

В этой статье мы подробно расскажем, что такое ЭЛС сварка, какие есть достоинства и недостатки у такой технологии, и какие особенности нужно учитывать.

Общая информация

Электронно-лучевая сварка — метод сварки, в основе которого лежит применение луча. Луч выделяет тепло, которое формируется в результате столкновения пучка заряженных частиц. Технология непростая, но в ней все же лучше разобраться. Поскольку ЭЛС сварка получила широкое распространение во многих сферах, начиная от микроэлектроники заканчивая оптикой.

Данная технология просто не могла ни появиться. Существовала потребность сварки тугоплавких металлов, а добиться хорошего качества швов просто не получалось. Классические сварочные технологии просто не могли обеспечить должный уровень качества. Для решения этой проблемы была изобретена электронно-лучевая сварка, которая концентрирует тепло в одной точке, при этом сварочная зона остается защищенной.

Технология

Перейдем к описанию технологии ЭЛС сварки. Итак, ключевой элемент — это луч, который генерирует электронная пушка. Плотность энергии в таком луче высока, но ее недостаточно для качественной сварки.

Чтобы исправить эту проблему электроны нужно сконцентрировать в магнитной линзе. На рисунке ниже линза обозначена цифрой 6. Далее электроны, находясь в подвижном состоянии, фокусируются в плотный световой пучок и ударяются о деталь (на картинке обозначена цифрой 1). За счет столкновения электроны тормозятся, и их энергия превращается в тепло. Тепло, в свою очередь, настолько мощное, что быстро нагревает металл до высокой температуры.

В конструкции предусмотрена магнитная отклоняющая система (обозначена цифрой 7). С ее помощью удается контролировать перемещение электронного луча по детали. Таким образом удается добиться точного положения луча, а значит сформировать шов в том месте, где это необходимо.

Когда электроны сталкиваются с молекулами кислорода, теряется огромное количество кинетической энергии. К тому же катод нуждается в дополнительной тепловой защите. Чтобы решить эти задачи в пушке создают вакуум. В результате энергия луча концентрируется строго в одной точке, а площадь нагрева минимальная. Из-за этого металл не деформируется при сварке. Это очень важно при сварке тонких металлов, особенно если деталь маленького размера.

Технология электронно лучевой сварки не простая, но важно понимать ее сущность. Чтобы четко осознавать, какой результат вы хотите получить. Ведь вам придется самому настраивать оборудование, фокусировку и мощность луча.

Особенности

Поскольку технология не самая простая, ее сопровождают некоторые нюансы, которые нужно учесть для полного понимания сути. Первый нюанс заключается в том, что вся сварка происходит в среде вакуума. От этого поверхность деталей идеально чистая. И второй нюанс — детали нагреваются до крайне высоких температур. В итоге мы получаем шов минимальной толщины, который при этом еще и быстро формируется. Это очень хорошо.

Благодаря этим особенностям ЭЛС сварку можно применять при сварке самых разнообразных металлов. У двух деталей может быть разная толщина, состав и даже температура плавления. Шов все равно получится качественным. Минимальная толщина для сварки составляет 0,02 миллиметра. А максимальная — 100 миллиметров. Диапазон очень большой, можно варить большинство деталей. Это все, что вам нужно учесть.

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.

Оборудование

На сегодняшний день электронно-лучевое оборудование производится как у нас, так и за рубежом. Практически все модели оснащены пушками с косвенным или прямым каналом катодов. В целом, отечественная продукция мало в чем уступает зарубежной, при этом стоит дешевле. Да, у нее не такой футуристичный дизайн, но она справляется со всеми задачами. А это самое главное.

Существуют модели, у которых лучевые пушки располагаются в камере. С помощью таких установок можно выполнять сварку лучом со сложной траекторией движения. Во всех современных моделях используются компьютерные технологии, так что вероятность человеческого фактора крайне мала. Многие процессы вообще проходят в автоматическом режиме, оператор может не присутствовать на рабочем месте.

Несмотря на всю технологичность, сварочное оборудование для ЭЛС сварки довольно просто обслуживается и не требует долгого обучения сотрудников. Нужно один раз запрограммировать установку и проследить, чтобы луч фокусировался в нужном месте. Единственное, что затем придется делать каждый раз — это регулировать фокусировку или изменять мощность самого луча. Больше не нужно никаких настроек.

Вместо заключения

Установка электронно лучевой сварки хоть и стоит недешево, но с ее помощью можно сварить даже металл с керамикой, не говоря уже о простой сварке двух металлических деталей. Да и сама ЭЛС сварка очень технологична и шагает в ногу со временем. При этом сварочный процесс очень экономичный, не требует больших затрат.

Вы когда-нибудь сталкивались с электронно-лучевой сваркой? Может быть вы мастер высокого уровня и готовы поделиться своим опытом? Добро пожаловать в комментарии.

Описание электронно-лучевой сварочной технологии, особенности и сферы применения метода

ЭЛС считается трендовым методом работ 21 века. Он быстро развивается и набирает высокую популярность. В основном, по причине своей универсальности.

Электронно-лучевая сварка позволяет работать с любым материалом. Даже сверхпрочные соединения и химически активные металлы легко поддаются сварщику.

В нашей статье хотим остановиться на том, что же такое электронно-лучевая сварка со всеми характеристиками этой технологии.

Общая информация

Электронно-лучевое сваривание считается методом, при котором работает световой луч. Из него выходит тепло, которое получают после столкновения узла и заряженных частиц.

Вопреки сложностям метода, следует тщательно разбираться в нем. Хотя бы потому, что он широко популярен в сварочном деле. В 21 веке таким типом сварки пользуются в микроэлектронике, оптике и других областях.

Появления этой технологии было продиктовано временем. Перед сварщиками стояла проблема соединения тугоплавких материалов. При этом было нереальным получение ровного шва.

Обычные виды сварки не справлялись с высоким качеством работы, для этого был придуман новый метод. ЭЛС направляет тепло в единую точку, а зона сварки при этом полностью ограждена.

Технологические качества

Необходимо описать технологию электронно-лучевой сварки. Главным моментом считают луч, который получается под действием электронной пушки. Он выдаёт при этом энергию высокой плотности, но ее не хватает для сварочных работ высокого качества.

Чтобы решить вопрос, необходимо поместить электроны в центре стекла. Предлагаем посмотреть на рисунок, что расположен внизу текста. Обозначили линзу под цифрой 6.

Затем электроны, которые двигаются, размещаются в плотный узел света и после этого бьются о конструкцию. На картинке этот момент обозначен цифрой 1.

Из-за ударов частицы замедляются, а их активность превращается в тепло. Она достаточно мощная, и за минуты прогревает вещество до высоких температурных показателей.

Под цифрой 7 находится магнитная система, которая отклоняется. Рассчитав ее работу, у вас получится управлять электронным лучом и его движением по механизму. Поток будет расположен достаточно четко, и сформирует соединение в нужном для нас месте.

Когда электрон соединяется с газом, кинетическая энергия рассеивается. Катод при этом необходимо защитить в тепловом плане. Вакуум приходит на помощь для решения таких задач.

В итоге энергия луча размещается в едином месте. Площадь нагрева при этом сводится к минимуму. Поэтому металл не меняет свою форму во время сварочных работ. Это важно, если вы варите тонкий металл или деталь небольших размеров.

Несмотря на то, что технология электронно-лучевого сваривания достаточно сложная, сварщику нужно разбираться в тонкостях. Если хотите знать, как будет выглядеть результат, нужно понимать строение оборудования и мощность луча.

Особенности ЭЛС

Технология, о которой идёт речь в этой статье, считается сложной. Для того, чтобы понимать, как выглядит вся картина, нужно разобраться в деталях. Первый момент – это то, что электронно-лучевое сваривание происходит в вакуумной среде.

По этой причине детали и их поверхности остаются чистыми. Ещё один момент: механизм прогревается до высоких температур. У нас при этом получится сделать шов с небольшой толщиной, сформированный за минуты. Это можно считать преимуществом метода.

Электронно-лучевая сварка за счет таких характеристик используется во время металлообработки разных материалов. Две детали могут обладать не одинаковой толщиной, быть разными по составу, иметь не одинаковую температуру плавления.

Несмотря на эти моменты, шов будет высококачественным. Если говорить о толщине сварки, наименьшим значением будет 0.02 мм, а наибольшим – 100 мм. Благодаря широкому диапазону можно работать с любыми элементами.

Преимущества и недостатки

Электронно-лучевая сварка имеет много плюсов, которые послужили распространению этого метода:

• Тепло, используемое при этом виде сварки, выделяется в 5 раз меньше, чем у иных технологий. Это помогает деталям сохранять форму, потому что на них распространяется небольшой объём тепла.
• Благодаря технологии можно варить детали всех размеров. У вас получится работать как с керамикой, так и вольфрамом. Возможна настройка фокусировки луча и прогрев области, диаметр которой не превышает 1 мм.
• Шов при этой технологии получается ровным. На это не влияет выбор вида металла. При работе с любым материалом качество шва будет высоким. ЭЛС помогает улучшить особенности вашего металла. Работая по этой технологии, получается варить разные сплавы, даже устойчивые к коррозии.
• Сварка использует немного электрической энергии при работе. Можно не отделять кромки, если такая возможность не представилась. Это поможет работать со многими видами металла.

Если говорить о минусах технологии, то их немного. Могут появиться дыры в корне соединения, когда вы работаете с высокими теплопроводными характеристиками. Это может сказаться на качестве сварочных швов.

Эту технологию не всегда можно применять. Используйте электронно-лучевое сваривание, когда работаете в труднодоступных местах. Но если сварка происходит в рабочих условиях – применяйте другой метод сварки.

Рабочие установки

В 21 веке можно купить как местное, так и зарубежное оборудование. Оно будет разным по свойствам и качеству. Но стоит учитывать, что каждая вторая модель включает в себя пушки с косвенным или прямым катодным каналом.

Российские и украинские модели для сварки не яркие по дизайну, но при этом на отлично решают все задачи. Это куда важнее внешней картинки.

Есть модели, которые оснащены лучевыми пушками, находящимися в камере. Их работа направлена на металлообработку лучом, имеющим сложную траекторию движения.

Благодаря активному применению компьютерных технологий, человеческий фактор уходит на второй план. Сварочное оборудование тому подтверждение. Из-за режима работы на автопилоте сварщик может не переживать за качество работы.

Ещё одним преимуществом электронно-лучевой сварки считается простота работы. Сварщиков не нужно долго обучать технологии: достаточно раз запрограммировать механизм, и луч будет располагаться в определенном месте.

Оператору остается только следить за фокусировкой или корректировать мощность луча каждый раз, когда он приступает к работе. Помимо этого от мастера не требуется никаких действий.

Подведем итоги

Несмотря на то, что электронно-лучевая сварка – дорогое удовольствие, она позволяет работать с металлом любой сложности. Её нужно выбирать по причине технологичности и ответов на сварочные запросы.

Процесс сварки будет более экономным и доведенным до автоматизма.

Если вы однажды работали с электронно-лучевой сваркой – напишите в комментариях. Желаем успехов в работе!

Понятие и применение электронно-лучевой сварки

Идея электронно-лучевой сварки появилась в 50-х годах прошлого века во Франции. Она заключалась в том, что сваривать большинство видов металлов можно, бомбардируя их потоком отрицательно заряженных частиц.

Довольно быстро на свет появились первые опытные установки ЭЛС, и к настоящему моменту они с успехом применяются во многих областях промышленности, как правило — в высокотехнологичном и высокоточном производствах.

Принцип действия

Лучевая сварка в целом — это метод создания неразрывно-монолитного соединения металлов воздействием на их стыки высокоэнергетического луча. При этом природа луча может быть различной.

В электронно-лучевой сварке луч представляет собой плотно скомпонованный поток быстро движущихся электронов, которым сообщается большая кинетическая энергия. При столкновении с металлической поверхностью эта энергия переходит в теплоту, вызывая расплавление металлов.

Воздействие возможно как непрерывным, так и импульсным лучом. В последнем случае частота импульсов обычно находится в диапазоне от 100 до 500 Гц.

Существует и такое понятие, как сварка световым лучом. Изредка так ошибочно называют электронно-лучевую сварку. На самом деле этот термин к ней неприменим, поскольку электронный луч не относится к видам светового излучения, так как невидим.

Свет — это диапазон электромагнитных излучений, видимых человеческому глазу. Сваркой световым лучом правильнее называть лазерную сварку. Лазерный луч действительно представляет собой поток когерентного светового излучения.

Для инициирования электронного потока используются специальные установки — электронные пушки. Луч инициируется мощным электрическим полем, напряжение которого достигает 100 кВ.

При этом в установке создается максимально приближенное к абсолютному вакууму состояние. Из нее выкачивают воздух, создавая давление порядка 10 в минус 4…10 в минус 6 степени мм рт. ст. Это практический предел вакуума, которого можно достичь в промышленности.

Вакуумирование установки необходимо для того, чтобы электроны не теряли кинетическую энергию, сталкиваясь с атомами воздуха. Оно дает приятный побочный эффект — в результате этого происходит дегазация шва. Сварочное соединение не насыщается элементами атмосферного воздуха либо защитных газов.

Данные обстоятельства ведут к тому, что электронно-лучевая сварка имеет широкий спектр достоинств — но в то же время и несколько существенных недостатков, которые ограничивают повсеместное распространение данного метода.

Достоинства

Электронно-лучевая сварка относится к высокотехнологичным видам сварочных работ и применяется, соответственно, на сложных и высокоточных производствах. Основной недостаток у нее, по сути своей, один — установка лучевой сварки сложна в производстве и монтаже, поэтому стоит очень дорого — порядка нескольких миллионов.

Ее применение оправдано и рентабельно там, где стоимость изделия на выходе по всем остальным производственным факторам коррелирует со стоимостью сварочной установки.

Как правило, это отрасли производства, где требуется сверхвысокое качество соединения, в том числе металлов, сварка которых иными методами затруднена или невозможна. К таким относятся химически активные металлы (алюминий, магний и особенно титан), а также сверхтвердые и тугоплавкие.

У электронно-лучевой сварки есть и другие преимущества. Она имеет высокий КПД, что влечет за собой потребление меньшего количества энергии, которое нужно затратить на одну операцию (по сравнению с контактной или дуговой электросваркой).

Сварка электронно-лучевым методом имеет минимальную область пятна нагрева — до 0, 00001 кв. см, меньше — только у лазерной сварки. У нее максимальная мощность в точке нагрева — до 100 миллионов ватт на кв. см (выше только у лазера).

Особенность электронно-лучевой технологии позволяет выполнить дегазацию сварного шва, появляется возможность сваривать химически активные металлы — ниобий, молибден, титан, цирконий. Возможна сварка очень тугоплавких металлов, таких, как вольфрам, так как основная энергия тратится именно на нагрев точки контакта.

Нет необходимости использовать дополнительные средства — припои, флюсы, присадки, плавящиеся и неплавящиеся электроды. широкий диапазон свариваемых деталей по толщине — от десятых долей миллиметра до 200 мм.

Возникает возможность тонко регулировать глубину проплавления и появляется прецизионная точность. Сварка лучом электронов идет практически без участия человека, оператор установки только задает и контролирует параметры.

У нее высокая скорость — до 5 см/сек, и есть возможность изготавливать детали очень малых размеров и сложной конфигурации, варить в труднодоступных местах.

При электронно-лучевой сварке появляется шов «кинжального» сечения, глубокий и узкий, с минимальным наплавлением. Величина угловых деформаций сводится к минимуму.

Недостатки

Разумеется, есть у электронно-лучевой сварки и недостатки. Основной — высокая стоимость самой установки. К другим относятся:

• сложность контроля проплавления толстого металла — у основания шва могут сохраниться лакуны, воздушные поры;
• теоретическая возможность повышенного количества брызг металла, появления подрезов или провисов (что характерно и для других методов сварки);
• длительная и сложная настройка оборудования, требующая высокой квалификации от наладчика;
• для каждой операции установку требуется перенастраивать, что на практике уменьшает диапазон ее возможностей. Не каждое соединение целесообразно выполнять на станке электронно-лучевой сварки.

Кроме того, перед началом электронно-лучевой сварки детали необходимо очень тщательно зачистить. Первый этап зачистки проводят механическими способами, а второй — физико-химическими, с помощью специальных растворителей.

В некоторых случаях применяется еще и третий — незначительное оплавление краев соединяемых деталей перед сваркой включением установки на малой мощности.

Конструкция установок

Установка электронно-лучевой сварки может быть смонтирована стационарно, либо располагаться внутри вакуумной камеры. Она всегда включает в себя, кроме камеры:

• катод и анод;
• механизм транспортировки (самой пушки или деталей);
• насос для нагнетания вакуума;
• систему электромагнитного отклонения луча;
• систему позиционирования электронного пучка;
• различные вспомогательные устройства и систему управления на основе соответствующего ПО.

В качестве примера можно привести установку ЭЛТУ-60. Этот аппаратный комплекс отечественного производства (НИТИ «Прогресс) предназначен для однопроходной сварки различных, в том числе разнородных металлов и сплавов. Имеет ограничение по толщине — до 30 мм.

Область, в которой используется эта и аналогичные установки — создание воздушных и космических кораблей, изготовление турбин, ядерная энергетика, массовое изготовление подшипников, конструирование сложных электровакуумных приборов, а также другие области особо ответственного назначения.

Электронно-лучевая сварка: понятие, особенности и технология процесса, состав применяемого оборудования

Электронно-Лучевая Сварка (ЭЛС) — это один из видов сварки плавлением. Источником энергии для осуществления процесса ЭЛС служит электронно-лучевая пушка с системой управления электронным пучком (лучом).

Технология процесса ЭЛС регламентируется отраслевыми стандартами и подлежит контролю качества по ГОСТ ISO 13919-1—2017 «Сварка. Соединения, полученные электронно-лучевой и лазерной сваркой. Руководство по оценке уровня качества для дефектов».

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.

Особенности процесса электронно-лучевой обработки

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме под воздействием электромагнитного поля. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в сварочной камере создают вакуум до 10 -6 Па.

Электронный луч в зоне сварки обладает высокой мощностью, превосходящей альтернативные сварочные источники, уступая по некоторым параметрам только лучу лазера.

Сварка может производиться как непрерывным, так и импульсным электронным лучом. Импульсные лучи большой плотности с частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легко испаряющихся металлов, таких, как алюминий, магний, цинк.

Схема электронно-лучевой сварки

ЭЛС позволяет соединять между собой термоупрочненные, тугоплавкие, а также химически активные при высоких температурах материалы. Создает минимальную околошовную зону термического влияния.

КПД электронно-лучевой сварки составляет рекордные 85…90 %. Но такие достижения сопряжены с большими капитальными затратами на оборудование.

Речь идет не только об основном технологическом оборудовании, но и о системах обеспечения вакуума, необходимого для ведения процесса сварки, а также о ЧПУ для автоматизированного управления этим процессом.

Технология и оборудование

Оборудование для электронно-лучевой сварки можно разделить:

• на универсальное, то есть предназначенное для реализации различных технологических процессов по обработке любых материалов: разделительная резка и прожигание отверстий; сварка и наплавка; нанесение покрытий и напыление; гравировка и т. д.
• и специализированное – предназначенное для выполнения конкретных операций при изготовлении серийных деталей и конструкций.

В состав оборудования входят:

Для ЭЛС применяются установки и агрегаты камерного типа (свариваемые детали помещаются целиком в рабочую камеру) и бескамерные (вакуум создается локально — только в месте выполнения сварочных работ).

Технологические приемы и регулируемые параметры ЭЛС

1. Для уменьшения пор в сварном шве применяют регулировку наклона луча на 5-7° от перпендикуляра.
2. Для легирования металла шва возможно применение присадок.
3. Применение способа соединения без разделки кромок или в узкую разделку.
4. Одновременное или последовательное использование двух электронных лучей, при этом один луч производит проплавление металла, а второй формирует корень шва.
5. Возможность варьировать продольную и поперечную развертку электронного луча по форме сечения.

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;
• глубина вакуума.

Преимущества и недостатки

Обычно преимущества и недостатки определяются в сравнении с аналогами. В данном случае приходится говорить об условных недостатках, так как для определенных конструкций и свариваемых материалов просто нет альтернативных методов и аналогов для сравнения. Главным и непревзойденным преимуществом является высокое качество сварных швов.