Технологія електричного зварювання
Електронним променем (пучком) називають острофокусний потік прискорених електронів. Потік електронів, що емітується катодом, прискорюється в вакуумі різницею потенціалів між катодом і анодом, а потім фокусується в пляма малих розмірів (діаметр від сотих часток до декількох міліметрів).
При гальмуванні прискорених електронів поблизу поверхні металевого тіла їх кінетична енергія перетворюється в теплову. Чим більше щільність потужності в місці гальмування пучка, тим досягається більший локальний розігрів. За концентрації потужності електронний пучок поступається лише променю оптичного квантового генератора (табл. 2-2).
Відкриття термоелектронної емісії, використання магнітних і електростатичних аксіально-симетричних полів для фокусування електронних пучків, розвиток вакуумної техніки - основні віхи на шляху розвитку електронно-променевого зварювання. Промислове застосування електронно-променевого зварювання почалося в кінці 50-х років нашого століття.
Залежно від прискорювальної напруги і властивостей металу електрони можуть проникати в речовини на глибину кількох десятків мікрометрів. Електрон відчуває багаторазові зіткнення і втрачає енергію, причому змінюються швидкість і напрямок його руху. Кут ймовірного відхилення електрона після зіткнення зростає зі зменшенням швидкості електрона, в результаті на кінцевій ділянці шляху електрон витрачає основну частину своєї енергії. Таким чином, електронний нагрів відбувається в самому речовині на відміну від звичайних, широко
застосовуваних у зварюванні джерел 1ейлоти, що нагрівають поверхні металу. Найбільш інтенсивне тепловиділення спостерігається на глибині пробігуелектрона.
Зварювальний ванна відчуває реактивне вплив испаряемого металу, теплового та рентгенівського випромінювання, вплив потоку електронів, а також тиск віддачі вторинних і теплових електронів. Сила тиску випаровується металу становить основну частину загального силового впливу на ванну, її величина може досягати декількох грамів.
Електронний промінь з необхідними властивостями формується в електронній гарматі. Для фокусування електронного променя значної потужності в пляма можливо меншого перетину зводять до мінімуму вплив похибок електронної оптики, взаємного відштовхування електронів в пучку, теплових швидкостей електронів, розсіювання електронів на молекулах залишкових і виділяються в процесі зварювання газів і парів. Домагаються збереження високої питомої потужності пучка на великій відстані від гармати.
У кожній електронно-променевого гарматі зазначені умови формування зварювальних електронних пучків забезпечуються в різній мірі залежно від висунутих до неї вимог. У перших гарматах для електронно-променевого зварювання пучок електронів формувався тільки за допомогою прікатодном електрода, без застосування додаткових фокусуючих систем (рис. 2-12, а). Анодом гармати було сам виріб. Така одно-каскадна електростатична система фокусування не може забезпечити формування інтенсивного електронного пучка з високою щільністю енергії. Тому з її допомогою можливо з'єднання металів порівняно невеликої товщини (1-2 мм). Близькість прожектора в зоні зварювання підвищує небезпеку електричних пробоїв. Технологічні і електроннооптичні характеристики гармати з однокаскадного електростатичним фокусуванням підвищуються при введенні в конструкцію прискорює електрода, що має потенціал вироби (рис. 2-12, б). При цьому зменшується можливість електричних пробоїв і розрядів, а для харчування гармати можна використовувати навіть невипрямленное прискорює напруга.
Найбільш широко для формування зварювальних пучків електронів застосовується комбінована електростатична і електромагнітна фокусування. У гарматах з комбінованої фокусуванням пучка прожектор, що складається з катода, прікатодном електрода і прискорює електрода-анода, формує сходиться пучок електронів. Мінімальний перетин пучка проектується (зазвичай зі зменшенням) на виріб, що зварюється за допомогою електромагнітної фокусує системи (рис. 2-12, в).
Зварювальні гармати можна розділити за величиною прискорює напруги на три основні класи: 1 - низьковольтні
2 - з проміжним пришвидшує
і 3 - високовольтні (UycK
= 80 ^ 200 кВ). Потужність пучків лежить в межах 0,3-100 кВт. Пучки електронів, емітовані термокатодом, формуються в високому вакуумі (10
5 мм рт. ст.). У газорозрядних гарматах і гарматах з холодним катодом вакуум складає 10 "х- ю- мм рт. Ст.
Основними вимогами до пучку електронів є досить велика щільність енергії в плямі нагріву wn і малий кут збіжності ах пучка на виробі. Ці вимоги задовольняються в більшій мірі при високій енергії електронів:
де 1п - струм пучка.
У той же час захист обслуговуючого персоналу від рентгенівського випромінювання, що виникає при гальмуванні електронів на виробі, ускладнюється з ростом енергії електронів. Складніше стають сама гармата і її джерело живлення.