Электронно-лучевая сварка

Движение электронов в сварочной установке происходит в глубоком ва­кууме. Поэтому установка включает в себя герметичную камеру с системой откачивающих насосов.

Узкий шов, незначительные деформации, малые размеры зоны термиче­ского влияния, хорошая защита металла от взаимодействия с газами, эконо­мичность и возможность автоматизации способствовали быстрому прогрессу электронно-лучевой сварки.

Несмотря на необходимость использования сложных, дорогостоя­щих установок, электронно-лучевая сварка может быть более экономич­на, чем сварка в камерах с защитной атмосферой, где применяют дорого­стоящие защитные газы и расходуется больше электроэнергии. Для свар­ки крупногабаритных конструкций были созданы установки с местным вакуумированием или выводом луча в атмосферу. Наиболее рационально применение электронно-лучевой сварки в промышленности в следующих случаях:

1. Сварка изделий из тугоплавких активных металлов.

2. Сварка с минимальными деформациями и зоной термического влияния.

3. Сварка в труднодоступных местах, узких щелях.

4. Соединение разнородных металлов. Меньшее значение сварочных напряжений при электронно-лучевой сварке благоприятно сказывается на уменьшении склонности к образованию трещин при сварке разнородных металлов.

5. Сварка деталей малых толщин. Возможность тонкого регулирования мощности и диаметра электронного луча, небольшое давление его на сва­рочную ванну позволяют соединять детали толщиной в десятые и сотые доли миллиметра, что широко используется при изготовлении изделий электрон­ной техники.

6. Сварка в космосе. Вакуум космического пространства может быть в перспективе использован для автоматической и ручной электронно-лучевой сварки отдельных деталей, узлов, при сборке космических платформ и раз­личных ремонтных работах.

Недостатки электронно-лучевой сварки, которые следует учитывать при назначении этого метода для сварки конструкций и проектировании их узлов, заключаются в необходимости, как правило, использования камер, ограничивающих размеры свариваемых деталей; наличия рентге­новского излучения, которое должно поглощаться стенками камеры и требует периодического контроля; сложности и высокой стоимости обо­рудования.

23.8. Сварка в вакууме полым катодом

Данный вид сварки осуществляется следующим образом. Свариваемое изделие помещается в вакуумную камеру, в которой с помощью вакуумных насосов создается разрежение 0,33—0,0133 Па. Сварочный источник пита­ния постоянного тока подключается к изделию — аноду — и полому вольф­рамовому электроду — катоду. В канал электрода подается небольшое коли­чество инертного газа аргона и дуга возбуждается. Если количество посту­пающего аргона дозировать так, чтобы в камере вакуум был не ниже 665 Па, то катодное пятно локализуется только внутри канала сопла, при этом дости­гаются фокусировка дуги и достаточно высокая концентрация тепловой энергии в анодном пятне.

При чрезмерном увеличении подачи газа давление в камере может пре­высить 665 Па, и тогда катодное пятно начнет блуждать по торцу электрода, нарушая тем самым нормальный процесс сварки.

При малых токах дуга, выходящая из электрода, практически не видна, а при сварке на больших токах представляет собой прозрачный голубоватый разряд цилиндрической формы. Дуга такой формы сохраняет одинаковую проплавляющую способность при колебаниях ее длины в большом диапазо­не, что является существенным технологическим преимуществом по сравне­нию с обычной дугой. Кроме того, сварка полым катодом в вакууме обеспе­чивает высокую эффективность защиты металла, повышенную концентра­цию тепловой энергии и не требует применения сложного оборудования (по сравнению с электронно-лучевой).

Сварка полым катодом имеет и ряд недостатков. Один из них — посте­пенный износ канала электрода. По мере сварки нижний край внутренней поверхности канала разрушается и канал на конце трубчатого электрода приобретает коническую форму. Так как катодное пятно стремится иметь минимальные размеры, а напряжение дуги должно сохраняться минималь­ным, то пятно постепенно заглубляется внутрь канала электрода, где давле­ние газа больше. Однако перемещение катодного пятна вверх по электроду ограничено: электрод охлаждается и приближение пятна к участку интенсив­ного охлаждения снижает эмиссию электронов, приводит к затвердеванию расплавившегося на стенках канала материала электрода. Одновременно из-за роста длины дуги увеличивается напряжение. В итоге отверстие электрода из тугоплавкого металла начинает уменьшаться и может совсем заплавиться, а дуга гаснет. Поэтому время непрерывной работы электрода в зависимости от марки металла, из которого он изготовлен (вольфрам, молибден), диамет­ра отверстия электрода, силы тока ограничено 1—5 ч.

Недостатком рассмотренного метода сварки является также ограничен­ная мощность дуги, обусловленная стойкостью материала полого электрода.

Полым электродом в вакууме в настоящее время свариваются детали малой и средней толщины из активных по отношению к кислороду металлов, например титана.