Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Чтобы избежать чвыдувания» расплавленного металла из зоны сварки, используют сравнительно небольшие потоки газа (от 30 до 500 л . ч-'). Такой поток не может обеспечить защиту рабочей зоны и приходится вводить дополнительный поток газа через внешнее сопло со скоростями до !000 л ч '.
Плазменная сварка производится в режиме постоянного тока как при нормальной, так и при обратной поляр. ности с помощью соответственно вольфрамовых или охлаждаемых водой медных электродов. Этот способ применим для всех металлов, сварнваемых неплавящимися электродами, за исключением алюминия и магния.
По сравнению с обычным методом с Ф-электродом, плазменный процесс менее чувствителен к величине зазора между горелкой и рабочей зоной; параметры дуги контролируются легче, а глубияа сварки получается большей (до 6 чм для нержавеющей стали). Этот способ является предпочтительным для соединения тонкостенных деталей, таких как сильфониые конструкции, илн для получения тонких швов, необходимых при соединении труб встык. Более детальное описание процесса и соответствующего оборудования читатель может найти в литературе [2531. Способ электронно-лучевой сварки основан на использовании для разогревания рабочей площадки бомбардировки электронами в камере, откачанной до давления ннжс !О .' мм рт.
ст. Электроны, эмиттированные термокатодом, ускоряются электрическим полем до энергий около 100 кэВ. При столкновениях электронов с рабочей площадкой их кинетическая энергия, соответствующая половине скорости света, преобразуется а тепловую. Для защиты оператора от возникающего при этом рентгеновского излучеаия необходима тщательная экраиировка. С помощью электронной оптики луч фокусируется на небольшую плошадку диаметром от 0,25 до 1,5 мм, при этом на ией выделяется мощность порядка 1О' Вт(смз. Глубина проникновения электронного луча зависит от различных экспериментальных параметров, таких как скорость сварки и мощность луча, и от физи.
ческих свойств свзриваемых материалов. Механизмы проникновения электронов в твердое тело н процесс формирования шва обсуждалнсь Швар. 4. Техника момтажа иакуумных систем цем [254) и Мейером [255). Типичный для етого способа очень узкий н глу. бокий шеи показан на рис. 50. Для сааркн алектронным лучом отношение глубины зоны плаилення к ее ширине может достигать 20 т 1 или больше. Благодаря острой фокусировке луча зона нагрена также неиелнка, а следонательно, деформация деталей и изменение характеристик материала минимальны. В некоторых случаях удается сиарииать разнородные металлы с заметно отличающимися коэффициентами теплоиого расширения. Еще одним преимушеством данного способа является отсутствие загрязнений и окружающей среде и процессе сварки.
Это позволяет нспользоиать его для сварки тонких металлических деталей нли проаолок малого диаметра, поторые при попытке сварить их другими методамн сгорают. Этот способ успешно примениется для сварки различныхсталей, алюмн- о балка етектРоккрггг лучок ниеаых сплавов, а также химически антнаиых тугоплаахих иеталлоэ [255 — 258[. В настоящее время аыпускается серийное оборудование дли электронно.лученой сиаркн с мощностью луча 3 — 25 кВт и рабочими напряжениями 30 — 150 кВ [259) Дальнейшее соэершенстиопанне этого способа развивается по пути уэелнчения р.чбочих иа- якектеасуугасуаа а!гаека пряжений, что приаедег к уменьшению диаметра луча и,следоаа- Рис.
ОО. Срависиис аои алввлсииа, оолутельно, к большей глубине сваР- чаммихса «ри: сварке влсатронамм лучом ки, сужению зоны и более высо- (л,) и оамчиоа влсатроиутовоа свврким скоростяи сварки, Возмож. "с сл1 [ты). ности современного аысокоиольтного оборудования можно проиллюстрироиать, например, тем, что скорости сварки листов из нержавеющей стали толщиной 100 мм или из сплаион алюминия толщиной !30 мм для оборудоаания на 150 кВ!25 кВт достигают значений 18 и 25 см мин-' соответственно [259). Обычно поло. жение электронного луча фикснруетси, а снарииаемые детали или ера. шаются, или перемещаются на координатном столе с помощью соотэетстиующих приспособлений.
Сварка электронным лучом является пока еще сравнительно новым способои, а необходимое для нее оборудование дороже, чем для электро. дуговой. Большая часть вакуумных соединений пока осуществляется более дешевыми способами сварки с )у'-электродом н защитной среде или и закр ытых камерах. Недостатки электронно-лучеаого способа, связанные с необходимостью использоиания вакуумной камеры, пыгаюгси преодолеть путем разработки оборудонания, работающего на ноздухе. Однако из-за рассеяния электронов отношение глубины зоны распланлення к ее ширине и этом случае уменьшается, а рабочее расстояние ограничинается 6 — 12 мм. Т)ояэнлись сообщения об оборудозании, пригодном дли иысококачестпенной сварки стали, алюминиеаых сплавов, инконеля, молибдена н меди с мощностью луча па сеарниаемом участке и 6,5 кВт [259, 260).
2) Материалы и конструкции сварных соединений. В произиодстие вакуумного оборудования наиболее широко используются аустенитные нержаиеюшие стали различных марок (около 300). Это — малоуглеродистые (< 0,08ой) высококачественные стальные сплавы приблизительно с !8о/о Сг и 89о %.
Благодаря наличию хрома, обладающего способностью образовывать сплошные прочно сидящие окисиые пленки, стали приобрели 231 Гл. 2. Техника высокого вакуума высокие аитнкоррознонные свойства. Например, нержавеющие стали тн. пов 304 и 316 выпускаются в широиом ассортименте форм, пригодных для изготовления различных вакуумных элементов. Важной проблемой сварки этих материалов является ечувствительностьз зоны, подвергаемой нагреву. Втот термин связан с образованием карбида храма СгззСа иа границах зерен в интервале температур от 426 до 800' С. Хотя присутствие карбида н не сказывается на механической прочности шва, однако коррознониая стойкость материала вокруг эоны расплавления иЭ-за дефицита хрома уменьшается. Стойкость против коррозии может бмть восстановлена отжигом. Нагрев всего узла до 1000 — 1100' С с последующим резким охлаждением до температур, ниже «опасныхз, приводит к восстановлению равномерного распределения хрома.
Для некоторых марок нержавеющей стали этот недостаток, связанный с образованием карбидов, удалось уменьшить небольшим изменением со. става. В стали типа 304Е н 3!6Е, непример яонцентрация углерода нэ превышает 0,03%. В них вводятся дополнительные металлы, обладающие более высоким сродством к углероду, чем хром. Например, стабилизиро.
ванные стали типа 321 н 347 содержат 0,4% Т! и 0,8% НЬ соответственно. Но если обычные стали 304 н 316 легко свариваются без заполнителя, ато не всегда удастся сделать для стабилизированных сталей. Титан, напри. мер, легко окисляется и в результате уходит нз эоны плавления. Следовательно, для сварки нержавеющей стали марки 321 необходимо использовать заполнители. Возможность сварки разнородных металлов нли сплавов зависит от реакций между металлами в зоне плавления, теплопроводности и разницы в коэффициентах теплового расширения обоих материалов. Совместимы достаточно близкие по свойствам нержавеющие стали марок 304, 304Е, 316 и 316 Е. С помощью сварки Тт.электродом в защитной атмосфере они могут быть соединены с коваром, никелем н сплавами на основе нике.
ля, такими как инвар и инконель. Из-за хрупкости сварных швов между нержавеющей сталью н монелем эти материалы лучше соединять пайкой твердыми припоими. Если коэффнцнситы термического расширения двух металлов отличаются значительно, то после охлаждения сваренные де. тали будут сильно напряжены. Это может привести к коробленню или к раз ушеиию шва. о избежание столкновения с проблемой несовместимости и для пра. вильной оценки необходимости использования заполнителя, важно прн подборе пар для сварного соединения точно идентифицировать их мате. риалы. Кажущееся по внешнему виду сходство многих металлов может привести к нежелательным последствиям.
Например, в механических мастерских часто можно найти нержавеющие стали марок 303 и 303 Зе, однако нх нельзя использовать для изготовления вакуумных элементов из. за содержащихся в ннх серы и селена. По внешнему виду на нержавею. щую сталь похожи также и детали нз хрома или никелированной латуни. Латуни не сварнваются с помощью цг-электродов! сомнительна и целесо. образность введении деталей из этого материзьча внутрь вакуумной снеге. мы из-за высокого давления паров цинка. Лля получения механически прочных вакуумно-плотных соединений очень важно правильно выбрзть конструкцию и способ получения саар- ного соединения.
Несколько обычно используемых тяпов сварных соедн. пений представлены на рис. 51. Конструкции соединений представлены в первой колонке рис. 6!. Е1ля всех способов сварки справедливы ниже. следующие общие правила (для случая электронно-лучевой плавки необходимо специальное рассмотрение[261!Е Перед сваркой детали должны быть тщательно очищены, все следы машинного масла с них должны быть 4. Технвка монтажа вакуумнмх систем удалены.
Для этих целей необходимо прнменнть ультразвуковую очистку в моющих растворах с последующнмн промывкой в воде н обезгажнванием паром. Во второй и третьей колонках показаны прнмеры неправильного я правильного положения сварных швов. Последний должен обязательно располагаться на вакуумной стороне н проннкзть на всю глубину соедн. пения. Неправильное расположение швов прнводнт к образованию щелей илн карманов с заключенным в ннх газом. Прн последующей откачке такого соедкнення заполняющий карман газ может просочиться внутрь, Глл н таким образом образовать течь.
Поверхность сварного шва на вакуумной стороне должна быть гладкой к однородной. В етом случае легче провестн тщательную ее очнстку. Чрезмерная механическая обработка шва, такая как чистка щеткой, шлифовка нлн полнровка, поскольку она может временно закрыть трещинки н мелкие отверстия, должна быть исключена. Поэтик же прнчинам сварка шва должна проводиться в одни проход без перерывов. Для уменьшения газовыделення в вакуум, см. равд. ЗВ, 1), очень полезен финишный прогрев очищенных сварных узлов в атмосфере сухого водорода при 1100' С. Кроме того, течн обнаруживаются легче, еслн сваренные узлы испытываются отдельно, з не после включения нх в вакуумную систему. Обычно вероятность устранення теча в сварном шве с помощью повторной сваркн соединения мала, Ркс.
аГ. Тмвм сееякмениа сверкая: А — встык, Б — внахлест. Н вЂ” тавровая, à — углам, Д вЂ” краевая. особенно если узел ранее уже попользовался в работе. В этой ситуации лучше всего снять старый шов н вновь подготовнть поверхности дла сваризвния деталей н осупгествнть сварку. Одна нз аадач, часто встречающаяся прк сборке вакуумных компонентов, заключается в подсоеднненнн к фланцу металлнчесянх труб. Конструкинв для осуществления таких соеднненнй, показанные на рнс.
62, а и б, не требуют большой механической обработки н могут быть нспользованы для подсоединения трубок днаметром не более 60 мм к фланцам, предназначенным для нспользовання с прокладкаын нв властомеров. Трубы ялн фланцы большого диаметра, предназначенные для соеднненнй с металлнческнмн прокладками, особенно чувстввтельны к коробленню. Позтому таяне соединения должны кояструнроваться таком образом, чтобы нагре. ванне было мнннмальным. Для вариантов, показанных на рнс. 62, е н з, зто достнгается проточкой кромкн массивного фланца до размеров, сравнимых с толщняой стенок трубы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
