Корягин С.И., Пименов И.В., Худяков В.К. - Способы обработки материалов (1093325), страница 50
Текст из файла (страница 50)
ст. (1,33х10-2 Па), контрольной системы, управляющей электронным лучом и его траекторией, импульсногоисточника энергии 1, приборов для контроля наблюдения заходом процесса.Режимы обработки электронным лучом определяются силойтока в луче I, ускоряющим напряжением U, плотностью энергии в фокальном пятне q, длительностью τ и частотой импульсов f, а также скоростью перемещения луча относительно заготовки.В зависимости от величины q механизм удаления материалазаготовки может быть различным: термическим, капельнымпароструйным и взрывным.
Наиболее эффективен режим кинжального проплавления (q>106 Вт/см2), когда передача энергиитвердому телу осуществляется периодическими тепловымивзрывами и скорость выделения теплоты значительно превышает скорость ее отвода (взрывообразное испарение). Образуется ударная волна, генерирующая направленный в глубь телапоток дислокаций и инициирующая процесс плавления.341Рис. 45. Схема электронно-лучевой обработки:1 – генератор импульсов; 2 – импульсный трансформатор;3 – источник напряжения, возбуждения и накала; 4 – катод;5 – источник высокого напряжения; 6 – электромагнитнаяюстировка; 7 – диафрагма; 8 – корректор изображения;9 – магнитная линза; 10 – источник питания линзы;11 – контрольный контур; 12 – катодный осциллоскоп;13 – обрабатываемая деталь; 14 – рабочий стол342Мощность Wи электронного пучка в импульсе: Wи=IUfτ.Производительность процесса V и глубина обработки h зависятот Wи, площади поперечного сечения луча F, а также теплофизических характеристик материала заготовки.Электронно-лучевым методом можно обрабатывать какэлектропроводящие, так и неэлектропроводящие материалы слюбыми механическими свойствами.
Однако предпочтительнееобработка деталей из электропроводящих материалов или деталей с токопроводящими покрытиями, так как в этом случае статический заряд отводится путем заземления детали. Наличиестатического заряда оказывает дефокусирующее действие напоток электронов.Отечественные электронно-лучевые установки для размерной обработки типа ЭЛУРО-П обычно работают в многоимпульсном режиме с частотой следования импульсов электронного пучка 10...1000 Гц и длительностью импульса 15....100 мкспри ускоряющем напряжении 80....100 кВ. При этом диаметрэлектронного пучка в фокальном пятне составляет 10...50 мкм иплотность потока энергии 107....108 Вт/см2. Основная областьприменения ЭЛО – обработка узких канавок и изготовлениемалых отверстий (перфорирование).Преимущества ЭЛО: высокая производительность процесса, отсутствие химического взаимодействия, возможность обработки труднодоступных мест, обработка очень малых отверстий и узких канавок.
Недостатки ЭЛО: необходимость создания вакуума (на это требуется 10...15 мин), сложность и высокая стоимость установок, необходимость защиты обслуживающего персонала от рентгеновского излучения.Процессы лазерной обработки реализуются на установкахдвух типов: на базе твердотельных оптических квантовых генераторов (ОКГ) и на базе газовых ОКГ.В установках типа «Квант» в качестве активной рабочейсреды используют твердые тела – стержни из искусственногорубина, стекла с добавками неодима, алюмонатриевого гранатаи др. Активной средой газовых ОКГ является смесь газов –обычно СО2+Не+N2 (лазеры на СО2), лазеры типа ЛТ-1, ЛТ-1-5и др.343Кратковременные вспышки газоразрядной лампы 1 (рис.
46)возбуждают часть атомов хрома рубинового стержня, переводяих в более высокое энергетическое состояние. Возбужденныеатомы могут передавать энергию соседним атомам. Волна,идущая вдоль оси кристалла, многократно отражается от егоплоскопараллельных торцов и быстро усиливается. Через полупрозрачный (нижний) торец стержня выходит мощный импульскрасного света, проходя через диафрагму 2, оптическую фокусирующую систему 3 и защитное стекло 4 на поверхность детали 5.Энергия излучения ОКГ невелика – 10...100 Дж, а КПД составляет 0,1...1%.
Температура в точке приложения луча –5500...9000°К, достаточная для плавления и испарения материала.При обработке нержавеющей стали производительностьпроцесса V=50 мм3/мин, керамики 30 мм3/мин. Наибольшаяглубина обрабатываемых отверстий в стальных образцах 10 мм.Область применения квантовых генераторов примерно такаяже, как и электронно-лучевого метода. Однако имеются некоторые различия. Электронный луч в силу своей инерционностипроникает глубже в материал.
Световой луч безынерционен,поэтому глубина его проникновения невелика. Глубина обработки лазером зависит от теплопроводности материала детали,так как нижние слои получают энергию за счет теплопроводности.Преимущества обработки световым лучом перед электронно-лучевой обработкой: возможность обработки крупногабаритных деталей, не требуется вакуумных камер, обработка ведется в воздушной среде; не нужна защита обслуживающегоперсонала от рентгеновского излучения. Необходимы лишь защитные очки; меньшие габариты оборудования.Недостатки обработки световым лучом: сравнительно небольшая излучаемая мощность; мощность подкачки в1000....3000 раз большие излучаемой мощности; низкий КПДквантовых генераторов (1...2%); перегрев кристалла и трудности его охлаждения; низкая точность обработки (9...10-й квалитеты).344Рис.
46. Схема обработки лазером на твердом телеЭффективно использование в одном технологическом процессе нескольких методов. Например, использование световоголуча и ультразвука при изготовлении алмазных волок и фильер345позволило сократить время черновой обработки с десятков часов до нескольких минут, а продолжительность чистовой обработки ультразвуковым методом – в 4...5 раз.Лазерная обработка применяется для изготовления отверстий в камнях подшипников, в форсунках, жиклерах, для перфорации охлаждаемых лопаток, для раскроя листов из титановых сплавов, нержавеющих сталей и композиционных материалов. Газовые лазеры применяются для резки и вырезки сложных контуров.Глава 13.
СВАРКА МАТЕРИАЛОВ13.1. Способы сварки материаловСваркой называется технологический процесс получениянеразъемных соединений между свариваемыми частями при ихместном (или общем) нагреве или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного шва, сварка материалов делится на три класса: термический, термомеханический и механический.Большое разнообразие форм, размеров и материалов деталей обусловливает необходимость применения разных видовсварки.Ручная дуговая сварка металлическим электродом основанана расплавлении основного металла и электродного стержня засчет горения между ними электрической дуги (температура4000...6000°С).
Электроды имеют специальное покрытие, которое, расплавляясь, создает газовую и шлаковую защиту сварного шва от вредного действия кислорода и азота воздуха. Сваркувыполняют на постоянном и переменном токе.Ручная дуговая сварка угольным электродом также основана на горении электрической дуги между свариваемым металлом и электродом. Для образования сварного шва в зону дуги346вводят присадочную металлическую проволоку. Для сварки используется только постоянный ток.При дуговой сварке под флюсом электрическая дуга горитпод флюсом между свариваемым металлом и электродной проволокой, которая подается в зону сварного шва механическиили автоматически.
Ток к проволоке подводится через контактные губки держателя от сварочного трансформатора. Флюс поступает в зону сварки из бункера и, расплавляясь, защищаетсварной шов, образуя слой шлака.Дуговая сварка в защитных газах (аргон, гелий, азот, углекислый газ) предполагает защиту расплавленного металла отвоздействия кислорода и азота воздуха струей защитного газа.Этот вид сварки может осуществляться вручную, полуавтоматически и автоматически плавящимися и неплавящимися электродами. При сварке дуга горит между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом, при этом возможна подача в зону шва присадочной проволоки.
Сварку выполняют на постоянном и переменном токе. При сварке плавящимся электродомдуга горит между электродной проволокой и свариваемым металлом.При газопрессовой сварке свариваемые детали в месте ихсоединения нагревают специальной газокислородной горелкойдо пластического состояния или до оплавления кромок, а затемсдавливают внешним усилием. Сварку применяют как для металлов, так и для пластмасс.Контактная сварка предусматривает стыковую, точечную ишовную виды сварок. Стыковая сварка предусматривает сваркупроволоки, стержней, труб, нешироких полос встык, для чегодетали зажимаются в сварочной машине и через них пропускается электрический ток.
В месте соприкосновения (контакта)торцы деталей разогреваются до пластического состояния илидо плавления и свариваются при сдавливании. При точечной ишовной сварке свариваемые детали собираются внахлестку. Впоследнем случае электроды сварочной машины выполняютсяв виде вращающихся роликов.347Газовая сварка относится к термическому классу. Источником нагрева при газовой сварке служит пламя сварочной горелки, получаемое сжиганием горючего газа в смеси с техническичистым кислородом. Для пластмасс возможно применение смеси бутан-пропана с воздухом.
Газовую сварку выполняют как сприменением присадочного прутка в виде проволоки определенного сечения, так и без него, если формирование шва возможно за счет расплавления кромок основного материала. Нагрев газа-теплоносителя для сварки пластмасс также возможенв электрической горелке, когда газ проходит через трубу с расположенными в ней электрическими спиралями (температуранагрева 270...290°С регулируется током, проходящим по спиралям).Сварка нагретым инструментом используется для сваркипластмасс, которые не свариваются токами высокой частоты(полиэтилен, полипропилен, винипласт, полиизобутилен, полистирол). Суть метода заключается в нагреве свариваемых поверхностей с помощью специального инструмента (паяльника,нагретого ролика, утюга и т.п.) и приложения последующегодавления, в том числе и инструментом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
