124054 (689784), страница 2
Текст из файла (страница 2)
2.3 Описание электронно-лучевой сварки. Общая характеристика
Электронный луч как технологический инструмент позволяет осуществлять нагрев, плавку и испарение практически всех материалов, сварку и размерную обработку, нанесение покрытий.
Формирование электронного луча и управление им осуществляется рядом специальных устройств, называемых 2 электронными пушками».
Источником электронов в электронных пушках обычно служит термоэмиссионный катод 1, который выполняется из вольфрама, тантала или гексаборида лантана, обладающих высокими эмиссионными характеристиками. В зависимости от материала катода его рабочая температура может достигать 2400–2800 К. Подогрев катода чаще всего осуществляется при помощи накаливаемого электрическим током элемента, причем в некоторых случаях сам этот элемент может выполнять функции катода (катод прямого накала).
На некотором расстоянии от катода находится анод 2, выполненный в виде массивной детали с отверстием по оси. Между катодом и анодом от специального высоковольтного источника питания 3 прикладывается ускоряющее напряжение (30–150 кВ), причем анод обычно соединяется с корпусом установки, а катодный узел крепится на высоковольтном изоляторе. Вследствие разности потенциалов между катодом и анодом электроны ускоряются до значительных скоростей, большая часть их походит через отверстие в аноде и затем продолжает в заанодном пространстве движение по инерции. Этот движущийся электронный поток обладает еще сравнительно невысокими удельными энергетическими показателями и для формирования из него электронного луча с необходимыми характеристиками обычно требуется дополнительная операция – фокусирование луча.
Следует отметить, что в рабочем пространстве электронной пушки необходим вакуум, так как при большом количестве молекул остаточных газов они препятствуют свободному прохождению электронов из-за их взаимных столкновений. Кроме того, условия работы подогревного катода также требуют защиты его от взаимодействия с атмосферными газами. Рабочий вакуум в электронной пушке должен быть не хуже 1·10-3 – 1·10-4 Па. При уменьшении вакуума происходит пробой между катодом и анодом электронной пушки, что может привести к выходу из строя высоковольтного выпрямителя.
Для фокусирования электронного луча в электронной пушке обычно используется система диафрагм и магнитных линз. Магнитная линза 4 представляет собой соленоид с магнитопроводом, создающий специальной формы магнитное поле, которое при взаимодействии с электроном изменяет его траекторию и искривляет ее в направлении к оси системы. При этом можно добиться «сходимости» электронов на достаточно малой площади поверхности и в фокусе электронный луч может обладать весьма высокой плотностью энергии, достигающей 5·106 Вт/мм2. Такая плотность энергии достаточна для осуществления целого ряда технологических процессов, причем в результате изменения фокусировки она может быть плавно изменена до минимальных значений.
В конструкцию электронной пушки обычно входит также «отклоняющая система» 5, служащая для перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности. Перемещение луча осуществляется вследствие его взаимодействия с поперечным магнитным полем, создаваемым отклоняющей системой. Обычно для этой цели электронная пушка имеет две пары отклоняющих катушек, обеспечивающих перемещение луча по двум взаимно перпендикулярным направлениям. При питании отклоняющих катушек током определенной частоты и амплитуды можно получить практически любую траекторию перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности, что широко используется в электронно-лучевой технологии.
Электронная пушка обычно выполняется в виде одного функционального блока, который или неподвижно крепится к вакуумной камере 6, или перемещается внутри камеры при помощи специальных механизмов.
Обрабатываемое изделие 7 помещают в вакуумную камеру, снабженную. Загрузочными крышками и иллюминаторами для наблюдения за процессами обработки. При большой протяженности зоны обработки изделие обычно перемещается или вращается в вакуумной камере при помощи специальных механизмов.
Следует отметить, что по мере увеличения удельной мощности электронного луча наряду с процессами плавления начинается интенсивное испарение металла с поверхности сварочной ванны. Так получаются швы с глубоким проплавлением, которое называется «кинжальным». Оно дает возможность за один проход без разделки кромок сварить детали толщиной до 150 мм.
Преимущества сварки электронным лучом:
1. Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002… 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20:1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т.д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.
2. Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4–5 раз меньше, чем при дуговой сварке. В результате резко снижается коробление детали.
3. Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами.
В результате дегазации металла шва повышаются его пластические свойства и достигается высокое качество сварного соединения.
Недостатки электронно-лучевой сварки:
1. Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине шва.
2. Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделия требуется длительное время.
Из всего вышеперечисленного можно сделать выводы, что выбор ЭЛС для сварки водила II ступени из титанового сплава ПТ-3В обусловлен следующим:
1. Большими трудностями сварки титановых сплавов, которые заключаются в поглощении расплавленным или нагретым металлом газов, склонностью вследствие этого к порообразованию, склонностью к задержанному разрушению и образованию холодных трещин. Поэтому для получения качественного сварного соединения используют мощные вакуумные установки для ЭЛС с целью предупреждения насыщения металла шва и околошовной зоны газами и загрязнения их примесями, а также регулирование структурных изменений выбором необходимого термического цикла.
2. Высокая температура плавления титанового сплава и необходимость получения сварного соединения с большим проплавлением (145 мм) и малой шириной шва требует применение при сварке плавлением концентрированных источников тепла, позволяющих вести сварку на высоких скоростях и при малой энергоемкости.
3. Сварка проводится в автоматическом режиме. Человек защищен от излучения, он лишь наблюдает и ведет контроль за ходом процесса сварки. Это повышает качество и точность изделия, а также приводит к повышению экологии и уровня культуры производства.
3. Разработка пооперационной технологии
| № опер. | Наименование операции | Содержание операции и используемое оборудование |
| 005 | Заготовительная | Заготовка элементов водила: 5 стоек, 5 верхних и 5 нижних лепестков |
| 010 | Технический контроль | Контроль внешним осмотром и измерениями. Используется мерительный инструмент (линейка, угольник) |
| 015 | Слесарная (Подготовка для прихватки) | Перед началом сборочно-сварочных работ необходимо очистить детали от загрязнений и обезжирить органическим растворителем. Технология обезжиривания рекомендуется следующая: 1. зачистить околощовную зону на расстоянии 10 мм; 2. протереть детали водила бязью, смоченной в ацетоне и отжатой, места сварки и околошовную зону на расстоянии 20 мм протереть бязью, смоченной в спирте и отжатой |
| 020 | Технический контроль | Проверить качество обезжиривания |
| 025 | Сборочно-сварочная (Под ЭЛС) | Оборудование: сварочный пост ПРС-3М. 1. Установить лепестки (поз. 2) и стойки (поз. 1) на разметочную плиту толщиной 40 мм. Собрать на прихватках детали позиции 1, 2. 2. Прихватить детали позиции 1, 2 в местах стыка ручной аргонодуговой сваркой. Прихватки располагать в диаметрально – противоположных направлениях. Зазор в стыке не более 0,15 мм. 3. Выступление свариваемых кромок не допускается. 4. Установить 10 технологических планок 30х70 и 5 технологических планок 70х40. При установке обеспечить плотное прилегание между планкой и собираемыми деталями. Длина прихваток Lпр=40–50 мм. Параметры: Сварочная проволока ПТ-3В Ø2 мм; Iсв=95 А; U=32 В; обратная полярность тока; положение шва – нижнее; аргон марки А ГОСТ 10157–73; расход аргона 15 л/мин. |
| 030 | Кантовочная | Оборудование: кран-балка |
| 035 | Сборочно-сварочная | Оборудование: сварочный пост ПРС-3М 1. На разметочной плите собрать вторую секцию из 5-ти лепестков позиции 3. 2. Ручной аргонодуговой сваркой сварить 2 секции. Прихватки располагать в диаметральнопротивоположных направлениях. Зазор в стыке не более 0,15 мм. 3. Выступание свариваемых кромок не допускается. 4. Установить 10 технологических планок 30х70 и 5 технологических планок 70х40. При установке обеспечить плотное прилегание между планкой и собираемыми деталями. |
| 040 | Технический контроль (Контроль сборки под ЭЛС) | Оборудование: набор щупов №2 ТУ2–034–225–87 Проверить зазор в стыке. Допускаемый зазор не более 0.15 мм. Выступание свариваемых кромок не допускается. |
| 045 | Сварочная | Оборудование: установка для ЭЛС ЭЛУ-21, кран-балка 1. Установить водило в приспособление с помощью кран-балки и закрепить. 2. Завести приспособление в вакуумную камеру установки, закрыть ее и создать необходимый вакуум. 3. Выполнить сварные швы электронным лучом, поочередно настраиваясь на каждый стык (шов). 4. Перед сваркой проверить технологический режим на технологическом образце. 5. Развакуумировать камеру, перекантовать водило с помощью кран-балки и повторить п. 1–3 для выполнения сварки швов с другой стороны. Параметры: глубина проплавления – 145 мм; Iсв=700 мА; Uуск=60 кВ; Vсв=30 см/мин; Круговая развертка электронного луча Ø2 мм. |
| 050 | Технический контроль | Контроль качества швов капиллярной дефектоскопией. |
| 055 | Токарно-карусельная | Оборудование: токарно-карусельный станок мод. 1508. 1. Установить заготовку, выверить и закрепить. 2. Расточить плоскость водила, снять усиление сварного шва под УЗД, глубина 4 мм. |
| 060 | Сварочная | Оборудование: сварочный пост ПРС-3М Подварить отдельные подрезы глубиной 2–3 мм ручной аргонодуговой сваркой. |
| 065 | Слесарная | Оборудование: газовый резак Руа-70 Удаление технологических планок |
| 070 | Технический контроль (УЗК) | Оборудование: УД2–12 Произвести 75%-ный ультразвуковой контроль наклонным пьезопреобразователем |
| 075 | Термическая | Оборудование: термическая печь Н-3005053 Произвести термообработку водила при Т=6750С для снятия сварочных напряжений |
| 080 | Технический контроль размеров | Приспособление: линейка, штангенциркуль. Проверить геометрические размеры по чертежу на пригодность механической обработки. |
4. Выбор сварочных материалов и расчет ном их расхода
Проведем выбор сварочных материалов и расчет норм их расхода для сборочно-сварочной операции, т.е. для ручной аргонодуговой сварки.
1. Защитный газ.
Титан является химически активным материалом и охотно растворяет атмосферные газы (кислород, азот, водород), находясь как в жидком, так и в твердом состоянии. В результате взаимодействия с указанными газами образуются нитриды, оксиды и гидриды. Образование этих соединений сопровождается изменением структуры и пластических свойств. Следовательно, чтобы избежать образования этих соединений и предотвратить ухудшение свойств соединения необходимо обеспечить защиту зоны сварки от атмосферного воздуха.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
