Электронный луч - Страница 17

Другие виды сварки - Электронный луч

Подробности

Электронный луч создается в специальном приборе — электронной пушке (рис. 77), с помощью которой получают узкие электронные пучки с большой плотностью энергии. Пушка имеет катод /, который может нагреваться до высоких температур. Катод размещен внутри прикатодного электрода 2. На некотором расстоянии от катода находится ускоряющий электрод (анод) 3 с отверстием. Электроны, выходящие с катода, фокусируются с помощью электрического поля между прикатодным и ускоряющим электродами в пучок с диаметром, равным диаметру отверстия в аноде 3. Положительный потенциал ускоряющего электрода может достигать нескольких десятков тысяч вольт, поэтому электроны, испускаемые катодом, на пути к аноду приобретают значительную скорость и энергию. Питание пушки электрической энергией осуществляется от высоковольтного источника 7 постоянного тока. Для увеличения плотности энергии в луче после выхода электронов из первого анода электроны фокусируются магнитным полем в специальной магнитной линзе 4. Сфокусированные в плотный пучок летящие электроны ударяются с большой скоростью о малую, резко ограниченную площадку (пятно нагрева) на изделии б, при этом кинетическая энергия электронов вследствие торможения превращается в теплоту, нагревая металл до очень высоких температур. Для перемещения луча по свариваемому изделию на пути электронов помещают магнитную отклоняющую систему 5, позволяющую устанавливать луч точно по линии стыка. Для обеспечения свободного движения электронов от катода к аноду и далее к изделию, для тепловой и химической изоляции катода, а также для предотвращения возникновения дугового разряда между электродами в установке для сварки создается глубокий вакуум порядка 133 Па, обеспечиваемый вакуумной насосной системой установки. Мощность электронного луча может достигать очень больших величин, что делает его перспективным для сварки больших толщин (200—500 мм). Возможность высокой концентрации энергии при использовании малой мощности позволяет сваривать электронным лучом изделия микроэлектроники. Основные параметры режима электронно-лучевой сварки — сила тока, напряжение электронного луча, скорость сварки. Ускоряющее напряжение и сила тока луча определяют мощность источника энергии. Например, рекомендуемые режимы электронно-лучевой сварки титановых сплавов толщиной 8—15 мм в нижнем положении на остающейся технологической подкладке: U=30 кВ; /св=110—180 мА; усв=25ч-35 м/ч. При импульсном режиме электронно-лучевой сварки тепловыделение дополнительно регулируют частотой и длительностью сварочных импульсов. Эффективный к. п. д. т]и электронно-лучевого нагрева изменяется в пределах 0,7—0,9. Лазерная сварка — сварка плавлением, при которой для местного расплавления соединяемых частей используется энергия светового луча, полученного от оптического квантового генератора. Сущность получения лазерного луча заключается в следующем. За счет накачки внешней энергии (электрической, световой, тепловой, химической) атомы активного вещества излучателя переходят в возбужденное состояние. Через некоторый промежуток времени возбужденный атом может излучить полученную энергию в виде фотона и возвратиться в исходное состояние. Фотон представляет собой элементарную частицу, порцию света, обладающую нулевой массой покоя и движущуюся со скоростью, равной скорости света в вакууме. Фотоны возникают (излучаются) в процессах перехода атомов, молекул, ионов и атомных ядер из возбужденных состояний в более стабильные состояния с меньшей энергией. При определенной степени возбуждения происходит лавинообразный переход возбужденных атомов активного вещества-излучателя в более стабильное состояние. Это создает когерентное, т. е. связанное с возбуждением, световое монохроматическое излучение, которое усиливается в излучателе многократным отражением от его стенок и выпускается в виде узкого направленного пучка. Монохроматическое излучение — электромагнитное излучение одной определенной частоты. Таким образом, создается лазерный луч — монохроматический направленный поток фотонов. По виду активного вещества-излучателя лазеры разделяют на твердые, газовые, жидкостные и полупроводниковые, по принципу генерации лазерного луча — импульсные и непрерывные. В настоящее время для сварки используют твердотельные и газовые лазеры. В современных твердотельных лазерах в качестве активного элемента используют оптическое стекло с примесью неодима и других редкоземельных элементов. Это позволяет повысить выходную мощность излучения. Твердотельные лазеры работают в импульсном режиме. Схема общей компоновки твердотельной лазерной сварочной установки приведена на рис. 78. Установка состоит из рабочего тела У, лампы накачки 2, обеспечивающей световую энергию для возбуждения атомов активного вещества-излучателя. Полученное излучение фокусируется и направля-[ ется с помощью оптической системы 3 на свариваемое изделие 4. Мощность твердотельных лазеров невелика —0,015— 2 кВт. Газовые лазеры обладают более высокой выходной мощностью, работают в непрерывном и импульсном режимах и по своим технологическим возможностям становятся конкурентно способными с электронно-лучевой сваркой. Преимуществами лазерного луча являются: возможность передачи энергии на большие расстояния неконтактным способом; сварка через прозрачные оболочки, так как для световых лучей прозрачные среды не служат преградами; получение качественных соединений на металлах, особо чувствительных к длительному действию теплоты; сварка на воздухе, в защитной атмосфере, вакууме. Важной областью применения лазерной сварки является сварка в микроэлектронике, радиоэлектронике и электронной технике микросбединений как из однородных металлов, так и из различных композиций (золото — германий, золото — кремний, никель — тантал, медь — алюминий й др.).

Использование лазеров непрерывного действия на углекислом газе дает возможность получения сварных соединений толщиной до 15 мм и выше. В перспективе имеется возможность увеличения толщины свариваемых изделий и использования лазера для термообработки и резки металла. Основные недостатки лазерного источника энергии — низкие значения к.п.д. установок, высокая стоимость оборудования, недостаточная мощность серийного оборудования. В установках для сварки лампы накаливания. Для технологических целей наиболее перспективные и удобные излучатели —: дуговые ксеконовые лампы сверхвысокого давления. Дуговая ксеноновая лампа представляет собой шаровой баллон из оптически прозрачного кварца с помещенными в него двумя вольфрамовыми электродами. Давление ксенона в лампе в нерабочем состоянии достигает 1 МПа. В системах, используемых для сварки световым лучом, концентрация энергии в пятне нагрева достигает 103 Вт/см2 и может быть увеличена при применении специальных линз и отражателей. Принципиальная схема оптических систем для сварки и пайки приведена на рис. 79. Область рационального применения процесса — приборостроение.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER