Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

3,5 10 2,6 !О 26,6 2660 Таким образом, исходя из конструктивных особенностей установок, максимально допустимым давлением в камере для электронно-лучевых установок следует считать 5 1О Па. В реальных условиях давление стараются довести до 5 10 или 5 1О Па, так — 3 -4 как при ухудшении вакуума в электронной пушке резко увеличивается число ионизированных электронами ионов остаточных газов н это может привести к пробою промежутка между анодом и катодом электронной пушки. При повышении давления в камере до 1 ..10 Па рассеяние электронного пучка становится сушественным в пространстве его дрейфа и это ограничивает возможную длину пучка. Очевидно, что выводить электронный пучок из вакуума в область асть с более высоким давлением имеет смысл только в том слу"ае, если длина свободного пробега электронов в этой области предельно мала.

Такие электронные пушки с выводом электронного пучка в атмосферу иногда применяют для сварки. При этом алек лектронная пушка перемешается непосредственно по свариваемому изделию, ход пучка в атмосфере составляет не более 10 мм. Применяемое ускоряющее напряжение составляет 150...200 кВ, а в зону между пушкой и свариваемой поверхностью подают защитный газ (гелнй или аргон).

обеспечить шиРокий диапазон скоРостей пеРемещениЯ электРонного пучка по обрабатываемой поверхности при практически любой фоРме тРаектоРии. Необходимое условие существования электронного пучка— создание вакуума на пути движения электронов, так как в противном случае в результате соударения с молекулами атмосферных газов электроны отдают им свою энергию и пучок рассеивается, Средняя длина свободного пробега электрона в газе определяется выражением 142 !43 3.1.3. Взаимодействие электронного пучка с веществом При падении электронного пучка на обрабатываемую поверхность кинетическая энергия электронов в результате их взаимодействия с атомами вещества обрабатываемой поверхности превращается в другие виды энергии.

Максимальное значение плотности мощности 92,„электронного пучка в зоне его воздействия на вещество может достигать 7 8 2 10 ...10 Вт/см, что позволяет проводить размерную обработку материалов путем их локального испарения в месте воздействия пучка на изделие. По мере уменьшения д2 (это сравнительно просто можно осуществить расфокусировкой пучка) возможно проведение термических процессов (плавки, сварки, нагрева в вакууме), а также нетермических процессов — стерилизации, полимеризации и т. и.

Достигая обрабатываемой поверхности, электроны пучка внедряются в вещество, испытывая торможение и проходя при этом некоторый путь. Длина этого пути, изученная Шонландом, определяется по формуле (3.9) где б — глубина проникания электрона в вещество, см; У— 3 ускоряющее напряжение, В; р — плотность вещества, г/см . Реальная глубина проникания электрона в вещество в соответствии с формулой (3.9) обычно не превышает нескольких десятков микрометров, но ею нельзя пренебрегать при учете взаимодействия электронов с веществом, особенно при больших значениях плотности мощности в электронном пучке. Проходя сквозь вещество, электроны взаимодействуют с кристаллической структурой или отдельными частицами вещества.

При этом вследствие обмена энергией увеличивается амплитуда колебаний составляющих вещество частиц, изменяются параметры его кристаллической решетки, повышается температура вещества. Достаточно большая энергия, сообщенная электронами атомам, может привести даже к разрыву связей между отдельными атомами. При торможении электрона в веществе кроме выделения тепловой энергии происходит еше ряд различных явлений. Суммарное выделение энергии при электронной бомбардировке поверхности расходуется на следующие основные процессы: 1) собственно нагрев поверхности, используемый в технологи~вских целях; 2) тормозное рентгеновское излучение, возникающее при электронной бомбардировке материалов; 3) вторичная электронная эмиссия, отражение электронов и термоэлектронная эмиссия с обрабатываемой поверхности; 4) побочные явления, сопровождающиеся потерями энергии.

Следует отметить, что электронный пучок имеет максимальный коэффициент поглощения энергии в обрабатываемом веществе, достигающий 80...95 % полной мощности источника и является одним из самых эффективных источников энергии для сварки. Нагрев обрабатываемого материала электронным пучком осуществляется в результате выделения тепловой энергии в поверхностных слоях вещества и дальнейшей передачи теплоты в его внутренние слои. Высокая интенсивность ввода энергии в вещество при электронно-лучевой обработке приводит к развитию значительных поверхностных температур, уровень которых может превышать точку кипения даже самых тугоплавких материалов. 3.1.4.

Применение электронно-лучевых процессов для сварки Электронно-лучевая сварка является одним из самых распространенных технологических применений электронного пучка. Поскольку сварка — процесс, связанный с локальным плавлением и последующей кристаллизацией расплавленного металла, ширина зоны расплавленного металла имеет при сварке важное значение. Кристаллизация металла в сварочной ванне в значительной мере определяет свойства металла шва, и изменение ширины зоны про' плавления при сварке становится важным фактором воздействия , на свойства сварного соединения. Кроме того, от объема расплавленного металла зависят деформации и напряжения, возникающие после сварки в сварных конструкциях, что также требует регули.' рования объема сварочной ванны. Сварка электронным пучком позволяет, применяя фокусировку, .' изменять ширину сварочной ванны. Как следует из рис.

3.2, а, 6, при относительно небольших плотностях мощности электронного 2 3 2 пучка (10 ...1О Вт/см ) форма зоны проплавления имеет такой же " характер, как для традиционных процессов газовой и дуговой сварки. По мере увеличения плотности мощности электронного пучка 5 6 2 (10 ...10 Вт/см ) наряду с процессами плавления начинается интенсивное испарение металла с поверхности сварочной ванны. Это 6 — 2418 145 приводит к деформации жидкого металла под действием реактивных сил давления паров, к углублению сварочной ванны и получению швов с глубоким проплавлением при соотношении глубины шва к Рис.

3.2. Изменение характера проплавления шва его ширине до 10:1 и более (рис. 3.2, в). прн разной плотности По чисто внешним пРизнакам такое промошностн электронного плавление часто называют кинжальным; пучка: минимальной (а); швы с кинжальным проплавлением дают средней (а); большой (в) ряд преимуществ по сравнению со свар- ными швами традиционной формы (полусферической). Кинжальное проплавление дает возможность за один проход сварить без разделки кромок детали толщиной до 50...100 мм, в то время как при дуговой сварке для этой цели необходима разделка кромок и несколько десятков проходов. Глубокое проплавление позволяет получать сварные соединения принципиально новой формы, не доступные для других способов сварки плавлением.

Возможность получения при электронно-лучевой сварке ванны расплавленного металла малого объема позволяет резко снизить сварочные деформации и сваривать конструкции из уже окончательно обработанных деталей и узлов с минимальной последующей размерной обработкой или вовсе без нее. При этом возможна также сварка изделий в термообработанном состоянии (например, после закалки), так как зона разупрочнения получается достаточно малой, что не сказывается на общей работоспособности изделия в целом.

По такому принципу сваривают блоки шестерен коробок передач автомобилей и станков, шевронные шестерни силовых передач — это значительно снижает трудоемкость их изготовления. При электронно-лучевой сварке можно получать швы малых размеров, и эти «прецизионные» швы широко используются в конструкциях различных радиоэлектронных схем и устройств, где сварку часто приходится вести с применением микроскопа. Наконец, вакуум как защитная среда при сварке для целого ряда химически активных и тугоплавких металлов (вольфрам, молибден, тантал, цирконий, титан и др.) и сплавов обеспечивает значительно более высокие показатели свойств сварного шва, чем сварка в инертных газах (Аг и Не). Поэтому целый ряд сварных конструкций из этих материалов изготовляют исключительно при помощи электронно-лучевой сварки. 146 3.2. Фотонно-лучевые источники Практическое применение волновой теории света и усовершенствование технологии изготовления оптических линз, стекол и еркал позволили создать целый ряд разнообразных оптических приборов.

Была установлена принципиальная возможность фокусировки светового пучка на относительно небольших поверхностях и концентрации энергии, достаточной для разогрева и плавления различных материалов. В качестве источника светового излучения использовали Солнце. Устройства для технологического применения солнечной энергии в земных условиях имеют до сих пор сугубо экспериментальный характер, так как они требуют непрерывного слежения за перемещающимся относительно Земли Солнцем и зависят от состояния атмосферы.

Вместе с тем возможность использования даровой солнечной энергии, плотность мощности которой составля- 2 ет в среднем около 400 Вт/м, стимулирует развитие различных способов ее преобразования в другие виды энергии (прежде всего в тепловую и электрическую). Создание лазеров позволило широко применять их в различных исследованиях для передачи информации, для связи и измерения расстояний с большой точностью. Особое место занимает «лазерная технология» как группа процессов, использующих мощное излучение лазера для нагрева, плавления, испарения, сварки и резки материалов. Это направление начало развиваться с 60-х годов ХХ в., и в настоящее время лазер рассматривают как один из наиболее перспективных лучевых источников энергии.

В некоторых областях технологического применения с лазером конкурируют электронный луч и полихроматические источники света, что связана прежде всего с более простым в изготовлении и эксплуатации оборудованием для осуществления процессов, в которых используются эти источники. 3.2.1. Полихроматический свет Обычное световое излучение часто называют полихроматическим светом, так как оно состоит из целого ряда электромагнитных волн различной длины, лежащих в видимой области оптического диапазона спектра электромагнитного излучения.

Характеристики

Список файлов книги