 |
Кроме универсальных электронно-лучевых установок в мире применяются примерно 10000 установок, имеющие крупногабаритные вакуумные камеры с мощными электронно-лучевыми пушками.
|
|
|
|
Достоинства и недостатки электронно-лучевой сварки
Электроннолучевая сварка открывает широкие возможности для применения новых типов сварных швов, создания новых сварных конструкций, которые существенно расширяют область применения сварки плавлением.
Достоинства - возможность:
получения сварного шва минимального сечения (кинжальный шов обеспечивает малую зону термического влияния, существенное уменьшение нарушения структуры металла, уменьшение сварочных напряжений и деформаций, сохранение размеров изделия, экономию электроэнергии на 15% по сравнению с дуговой сварки);
сварки в открытом космосе в условиях невесомости;
сварки химически активных металлов в вакууме и сохранения химического состава сварного шва, сварки разнородных металлов;
сварки в труднодоступных местах;
доступа к зоне сварки через узкие зазоры и щели (например, сварка вала турбины с набранными лопатками);
изменения фокусного расстояния при сварке сварных швов на различных уровнях;
Сварки прорезными швами при одностороннем доступе к зоне сварки.
Недостатки:
наличие рентгеновского излучения при торможении потока электронов на поверхности металла (излучение усиливается по мере роста ускоряющего напряжения, для защиты от рентгеновского излучения вакуумные камеры внутри снабжены свинцовыми экранами);
Необходимость, при мощном рентгеновском излучении, установку размещать в отдельном помещении, специально оборудованном в соответствие с требованиями техники безопасности.
Длительное время подготовки вакуумной камеры к работе,
сложность оборудования;
необходимость полной автоматизации всех работ в вакуумной камере;
|
|
|
высокая стоимость оборудования;
Высокая квалификация обслуживающего персонала.
Оборудование для электронно-лучевой сварки
Электронно-лучевые установки применяются для сварки химически активных металлов (молибден, лантан, вольфрам, титановые, алюминиевые сплавы); для резки, пробивки отверстий, для электронно-лучевой пайки, для сварки разнородных металлов, термообработки в вакууме, электронно-лучевого переплава при получении высококачественных металлов и сплавов, для сварки вакуумплотных сварных швов).
Основные области применения электронно-лучевой сварки: изготовление атомных реакторов, космической и ракетной техники, самолетостроении и авиадвигателестроении.
Для оценки возможности электроннолучевой сварки по свариваемой толщине можно пользоваться таким соотношением - для сварки деталей толщиной 1 мм требуется мощность примерно 1 кВт. В настоящее время имеется возможность сваривать детали с толщиной стенки до 300 мм за 1 проход.
Наибольшее распространение получили универсальные электронно-лучевые установки с относительно небольшими вакуумными камерами с объемом не более 1 м3.
Кроме универсальных электронно-лучевых установок в мире применяются примерно 10000 установок, имеющие крупногабаритные вакуумные камеры с мощными электронно-лучевыми пушками.
В мире создано несколько уникальных установок для электроннолучевой сварки с большими вакуумными камерами.
Так во Франции разработана установка с вакуумной камерой объемом
100 м3, оснащенной пушкой W=200 кВт. Установка предназначена для сварки узлов атомных и тепловых электростанций массой 55 т из сталей, титановых сплавов, алюминиевых сплавов. В Японии создана установка с объемом камеры 265 м3. Внутри камеры - поворотный стол диаметром 3.5 м, высота его перемещения - 5.5 м, грузоподъемность - 30 т.
В США имеется установка с вакуумной камерой объемом 500 м3, с пушками W=60 кВт, U=175 кВ, расстояние перефокусировки электронного луча от 50 мм до 18000 мм. Вакуумная камера изготовлена из нержавеющей стали, толщина стенки камеры - 25 мм, масса камеры - 10 т. Установка оснащена комплексом следящих систем и ЭВМ, обеспечивающим точное наведение электронного луча на свариваемый стык при сварке крупногабаритных изделий, отклонение луча от стыка составляет 
0.025 мм. Стоимость установки - $2.5 млн.
|
|
|
В США создана электронно-лучевая пушка с ускоряющим напряжением 500 кВ. При W=100 кВт пушка может сваривать в один проход изделия из нержавеющей стали с толщиной стенки d=200 мм со скоростью 100 мм/мин, при мощности пушки 50 кВт - d=130 мм, скорость сварки - 400 мм/мин.
В бывшем Советском Союзе разработаны уникальные установки для электронно-лучевой сварки узлов летательных аппаратов.
Установка ЭЛУ-24´8 имеет вакуумную камеру объемом 800 м3, размеры свариваемого изделия с оснасткой 9´3.5´3.5 м, масса изделия 20 т. В вакуумной камере установлен перемещающийся стол в продольном направлении на 10.5 м, в поперечном направлении на 4.5 м, вертикальное перемещение стола 3.3 м.
Установка оснащена электронно-лучевыми пушками с U=60 кВ, W=60 кВт и с U=120 кВ, W=100 кВт. Установка позволяет сваривать изделия из титановых сплавов толщиной 130 мм со скоростью сварки 10-90 м/час. Габаритные размеры установки – 36.5´23.5´1.9 м, масса установки – 1100 тонн, время подготовки вакуума – 60 мин.
Установка ЭЛУ-24´16 имеет вакуумную камеру объемом 1350 м3. Максимальные габариты изделия с оснасткой – 17´3.5´3.5 м. Суммарная масса изделия с оснасткой – 40 тонн.
Перемещение стола: продольное – 18.5 м, поперечное – 8 м, вертикальное – 1.5 м. Установка оснащена электронно-лучевыми пушками с U=120 кВ, W=100 кВт и с U=60 кВ, W=60 кВт. Пушки могут перемещаться в камере в поперечном направлении на 4.5 м, по высоте – на 3.5 м. Габаритные размеры установки – 77´24.8´13.3 м, масса установки – 2000 тонн, время подготовки вакуума – 90 мин.
При сварке крупных партий изделий важно уменьшить время подготовки вакуумной камеры к работе. Для этого применяют многосекционные вакуумные камеры, где на входе и выходе рабочей вакуумной камеры, в которой выполняется электронно-лучевая сварка, установлены шлюзные вакуумные камеры.
|
|
|
При сварке мелких деталей можно применять загрузку и выгрузку деталей в рабочую камеру без существенного нарушения вакуума, используя пеналы с гладкими полированными стенками. В рабочей камере детали из пеналов перегружаются автоматом на конвейер или поворотный стол и подаются на позицию сварки. В последнее время для этих операций используются робототехнические комплексы.
В последние годы ведутся работы по выводу электронно-лучевого луча из электронно-лучевой пушки в открытую атмосферу. Для этого на выходе пушки устанавливается многосекционная вакуумная камера. Каждая секция, имеющая маленький объем, подключается к мощному вакуумному насосу. Вакуумные насосы обеспечивают откачку воздуха, поступающего через выходное отверстие для электронного луча. Таким образом, в электронно-лучевой пушке и в полостях вакуумных камер создается необходимый вакуум, обеспечивающий длину пробега электронов от катода пушки до выходного отверстия на торце вакуумной камеры. Электронный луч в этом случае используется как обычный источник нагрева, которым можно вести сварку на воздухе, в защитных газах или в камерах с неглубоким вакуумом (0.1 МПа), обеспечивающим качественную защиту, например, при сварке титановых сплавов.
Такие установки созданы в США, используются они в автомобилестроении, позволяют сваривать детали толщиной до 10 мм. Ведутся работы по созданию установок для сварки деталей толщиной 20…60 мм (W=20…60 кВт).
Космонавтика поставила широкий круг задач перед сварочной наукой по созданию технологии сварки, термической резки и пайки в условиях космоса специальных легких и жаропрочных сталей для ремонта космических аппаратов, орбитальных станций, монтажа различных металлоконструкций. Исследования показали, что в условиях невесомости и космического вакуума из всех способов сварки плавлением наиболее пригодны электронно-лучевая и лазерная сварка, так как только в узком кинжальном шве можем удержаться расплавленный металл за счет сил поверхностного натяжения. Впервые в мире сварку в условиях космоса провели на космическом корабле «Союз –6» космонавты В. Кубасов и Г. Шонин в октябре 1969 года на установке «Вулкан», которую разработали в Киевском институте электросварки. Сварка электронным лучом показала хорошие результаты. В 1984 году космонавты испытывали в открытом космосе малогабаритный универсальный электронно–лучевой пистолет для сварки, пайки и напыления. Киевские ученые продолжают исследования и разработки в области электронно-лучевой сварки в условиях космоса, в том числе по совместной украинско-американской программе.
|
|
|
Лазерная сварка
При этом виде сварки источником нагрева служит луч света, который получают в оптическом квантовом приборе, получившем название лазер.
Первый лазер на кристалле искусственного рубина создан в 1958 г. в США. В этом же году создан первый газовый лазер на гелий-неоновой смеси. В 1962 одновременно в СССР и США был создан полупроводниковый лазер.
В последующие годы были созданы твердотельные (на рубине, стекле с радиоактивными добавками, пластмассах с иттрием, европием, фториде кальция, алюмоиттриевом гранате с ниодимом и др.) и газовые (неон+гелий, аргон+кислород, ксенон, криптон, углекислый газ и др.) лазеры, дающие излучения с длиной волны от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона (видимый диапазон волн l=0.76¸0.4 мкм).
Для сварки, термической резки и сверления применяют твердотельные лазеры (лазеры на рубине, АИГ-лазеры) и газовые лазеры на углекислом газе, работающие в импульсном или непрерывном режиме.
|
|
|
