Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 106
Текст из файла (страница 106)
Электронные сварочные пушки. Источником тепла при электронно-лучевой сварке является энергия потока ускоренных электронов. В электронно-лучевых установках электронный луч генерируется и управляется с помощью электронно-оптической системы, называемой электронной пушкой. Поток электронов, эмитируемых катодом, предварительно ускоряется и формируется электростатическим полем в области катод — анод.
Ток луча может регулироваться двумя путями: подачей отрицательного напряжения на управляющий электрод или изменением температуры катода. После анодадвижениеэлектронов происходит по инерции со скоростью, соответствующей приложенной разности потенциалов. Изменение плотности энергии в потоке электронов осуществляется системой электромагнитной фокусировки. Отклонение луча при необходимости совмещения пятна нагрева с линией стыка или его перемещение по изделию осуществляется системой электромагнитного отклонения луча. Существует несколько систем электронных пушек: наиболее простыми являются пушки, в которых электронный пучок формируется только с помощью прикатодного электрода, а анодом является изделие (рис.
81, и). Недостатками такой пушки являются малое расстояние между пушкой и изделием, недостаточная плотность энергии и отсутствие ее регулирования и т. п. Несколько более лучшие характеристики имеют пушки, в конструкции которых имеется ускоряющий электрод, находящийся под потенциалом изделия (рис. 81, 6).
Применение ускоряющего электрода с отверстием для прохождения пучка электронов позволяет увеличить расстояние между катодом пушки и свариваемым изделием, что облегчает наблюдение за процессом сварки, уменьшает опасность электрических пробоев и т. п. Наиболее совершенными являются пушки с комбинированной электростатической и электромагнитной фокусировкой пучка. Пушка состоит из катода прикатодного электрода, ускоряющего электрода-анода и электромагнитной фокусирующей системы (рис.
81, в). Катоды электронных пушек должны удовлетворять ряду требований: они должны обладать высокими эмиссионными свойствами, устойчиво работать в условиях вакуума, используемого при сварке, иметь достаточную долговечность и др. Конструктивно катоды сварочных электронных пушек выполняют прямонакальными и с косвенным подогревом (рис. 82). Прямонакальные катоды более просты в изготовлении, но имеют ряд недостатков: труди- обеспечить правильную геометрическую форму эмитирующей поверхности, изменяется форма пучка и др. Катоды с косвенным подогревом имеют более равномерную плотность эмиссии Рис. 81.
Способы формирования электронного пучка: а н б — однокаскадпые системы без ускоря. ющего н с ускоряющим электродамн (анодамни в — система с комбнннрованной электростатнческой н электромагнитной фокуснровкой; ! — катод; з — прнкатодный электрод; 3 — траектория крайних электронов пучка; 4 — сварнваемое изделие; 8 — ускоряющий электрод (анади б — кроссовер; 7 — фокуснрующая магнитная линза; 8 — система огклонення пучка; 9 — фокальное пятна; ач — половннный угол расхождения пучка после кроссовера; и, — половинный угол сходнмостн пучка на изделии и более долговечны.
В некоторых конструкциях сварочных пушек используют подогревные катоды нз гексаборида лантана. Эмиссионные свойства катода из гексаборидлантана превосходят все известные высокотемпературные катоды. Такие катоды достаточно долговечны и при нормальной эксплуатации срок службы их составляет 250 — 300 ч. Для нагрева боридлантановых катодов до рабочей температуры 1400 — 1650 'С используются вольфрамовые подогреватели. В сварочных пушках используются сменные катоды из боридлантана с различными диаметрами активной поверхности (3,0; 4,2; 4,75 мм), Такой выбор катодов обеспечивает диапазсн мощностей от нескольких ватт до 10 †кВт.
Затруднения, встречающиеся при конструировании электронных пушек для сварки, имеющих мощные электронные пушки, главным образом состоят в сложнссги учета действия электростатических сил между зарядами электронов, имеющих одинаковый знак. Наличие такого заряда приводит к расталкиванию электронов в пучке, вследствие чего диаметр поперечного сечения пучка увеличивается. Для уменьшения влияния объемного заряда рассчитывают форму электродов 430 Специальные виды сварки Электронно-лучевая сварка 431 таким образом, чтобы электрическое поле, возникающее между ними, компенси ровало расширение электронного пучка. Однако при движении электронного пучка к изделию после выхода из межэлектродного пространства, где отсутствует фокусирующее электростатическое поле, поперечное сечение его увеличивается вследствие расталкивающего действия одноименных зарядов электронов.
Для того чтобы создать необходимую плотность энергии в электронном пучке, заряды дополнительно фокусируют вторичной фокусирующей системой. Вторичной фокусирующей системой сварочных пушек являются электромагнитные линзы, выполненные в виде катушки из достаточно большого числа витков; линза размещается в железном экране особой формы. Наличие электромагнитной фокусирующей линзы дает возможность получить острую фокусировку луча в месте сварки, и, кроме того, плотность энергии в луче или диаметр пучка с помощью магнитных линз можно менять в широких пределах путем изменения напряженности магнитного поля линзы.
~ — Ф -+ а) г) д) а) Рис. 82. Типы катодов сварочных пушек: а — прямоканальный металлнческнй ленточный катод; б — Ч-образный прямоканальный металлический катод; в — лантанборндный катод (Еав,1 с косвенным подогревом; г— прямоканальный металлический катод в виде плоской спирали; д — катод с косвенным подогревом электронной бомбарднровкой Отклоняющие системы, используемые в электронно-лучевых пушках, предназначены для отклонения луча на заданное расстояние и для точной уста- новки его на кромки свариваемого изделия.
Перемещение электронного луча по изделию может быть осуществлено раз- личными способами: путем механического перемещения изделия под электронным лучом, перемещением пушки или изменением угла наклона ее, воздействием маг- нитных или электрических полей на электронный луч.
В последних конструкциях электронных пушек получили большое применение электромагнитные отклоняю- щие системы, Электромагнитные отклоняющие системы изготовляют в виде четырех катушек, соединенных последовательно попарно, расположенных под углом 180' друг к другу. Изменяя ток в катушках, можно устанавливать луч в любой заданной точке. Этот вид отклоняющей системы используется для телевизионных кинескопов. Отклоняющую систему можно использовать для передвижения луча и по сложным кривым: кругу, эллипсу, квадрату и т.
и. Электромагнитные откло- няющие системы другого вида изготовляют по типу обмоток роторов электро- двигателя. На рис. 83 представлена современная электронно-оптическая система, пред- назначенная для сварочных работ. Она состоит из следующих основных узлов: электронной пушки 1; изолятора 2; анодного узла 8; фокуснрующей 4 и отклоняю- щей 5 систем и фланца 6.
Электронная пушка предназначена для создания мощного сфокусированного электронного луча и состоит из керамической ножки 7, к которой припаяны медью держатели подогревателя и их выводы и стаканчик 8. На держателях закреплены подогреватель 9, катод 10, фокусирующий и модулирующий экраны 11. Электронная пушка имеет три сменных катода с поверхностью эмиссии диаметром 3; 4,2; 5,4 мм. Катоды снабжены фокусирующими экранами. В электронной пушке применен подогревный катод из гексаборидлантана. В зависимости от мощности, требуемой при сварке, на электронную пушку может быть установлен один из трех указанных катодов. Изолятор 2 предназначен для изоляции катода от анода н состоит из керамического баллона, Я изоляционные свойства которого позволяют выдерживать напряжения до 40 кВ.
Анодный узел 8 предназначен для создания ускоряю- .Я щего поля у катода и формирования луча ге на выходе из анодного отверстия. Он состоит из анода и двух медных цилиндрических трубок. Анод имеет центральное отверстие, усиленное молибденовой втулкой 12, и шесть отверстий, расположенных по окружности. Снаружи пушки установлены электромагнитные отклоняющая и фокусирующая системы.
Вакуум-активная защита металлов при сварке. Одной из наиболее сложных задач при сварке плавлением является предотвращение отрицательного воздействия атмосферы на металл сварочной ванны, Помимо атмосферы, при применении различных защитных сред в процессе сварки может происходить окисление жидкого металла свободным кислородом газовой фазы, кислородом, содержащимся в поверхностных окислах металла. ! 1~ Металл шва может насыщаться водородом вследствие диссоциации атмосферной влаги, влаги, содержащейся в ржавчине, электродных покрытиях, флюсах и т. д. Известно, что присутствие газов в металле шва вызывает снижение его физико-механических свойств.
Влияние газов на снижение свойств металлов проявляется по-разному, в зависимости от Рода их в"и в ме Рис 83. Сварочная электронноталле и возможности выделения и пРи „„' ' и ма А308 оптическая система охлаждении и затвердевании металла. Значительное содержание растворенных газов в металле является причиной возникновения пузырей, раковин, пор и уменьшения плотности, металла, что приводит к снижению его пластичности и прочности. Наличие газов в виде химических соединений, таких как окислы, нитриды и гидриды также может значительно уменьшить прочность и, особенно, вязкость металла и вызвать хрупкое разрушение конструкций. Это явление особенно резко сказывается при сварке активных металлов.
Окисление металлов, кроме ухудшения механических свойств, понижает их стойкость против коррозии. Окисные включения также могут быть причиной появления газовой норис. тости, поскольку они сорбируют и удерживают газы в жидком металле. Поэтому Специальные виды сварки 432 Электронно-лучевая сварка история развития сварочной техники тесно связана с совершенствованием сред, используемых для защиты ванны расплавленного металла. Появление новых, более совершенных защитных средств сопровождается качественными изменениями в сварочной технике. Это объясняется тем, что новый вид защиты принципиально изменяет процесс сварки, вызывая не только улучшение качества металла, но и изменение свойств и характеристик источника нагрева.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
