double arrow

Техническая характеристика установки ЭЛУ-1

Длина свариваемых изделий, мм до 2000

Диаметр свариваемых изделий, мм 5 - 55

Электроннолучевая пушка:

максимальная мощность пучка, кВт 1,5

максимальное ускоряющее напря­жение, кВ 22

Габаритные размеры установки, мм 6000х3500х2400

Автоматические установки с непрерывной подачей изделий в вакуумную камеру имеют наибольшую про­изводительность. Ввод изделия в камеру не изменяет ве­личины вакуума в основном объеме рабочей камеры.

В зависимости от формы и размеров свариваемых изде­лий, видов сварных соединений и требуемой производительности в настоящее время появились установки, и которых использованы вакуумные вводы различных конструкций для загрузки изделий в рабочие камеры без значительного нарушения вакуума. Это позволило резко увеличить коэффициент использования сварочных камер, и, таким образом, повысить выпуск изделий электронно­лучевыми сварочными установками.

Вакуумный ввод наиболее простой конструкции, по­добный вильсоновскому уплотнению, может быть исполь­зован в ограниченном числе случаев. Наличие на по­верхности детали различного рода выступов, отверстий, расположенных вдоль оси, или даже недостаточная сте­пень чистоты обработки поверхности детали нарушают вакуумное уплотнение и исключают возможность его использования для непосредственного ввода детали в ра­бочую камеру.

Использовать наиболее простое и эффективно дей­ствующее вакуумное уплотнение типа вильсоновского можно, применяя специальные контейнеры. Для того чтобы форма изделия и состояние боковой поверхности не оказывали влияния на перемещение изделия через вакуумный ввод, изделие помещают в металлический кон­тейнер цилиндрической формы. Контейнеры могут быть изготовлены с точными допусками и иметь полирован­ные поверхности.

На 13.14 представлена автоматическая установка, предназначенная для сварки малогабаритных изделий.

В установке процесс загрузки изделий из атмосферы в ра­бочую камеру и выгрузка изделий из камеры производятся автоматически без нарушения вакуума. При использова­нии таких вакуумных камер цикл сварки мало отличается от цикла сварки на воздухе.

 
 


Промышленность выпускает электроннолучевые установки для сварки изделий круп­ных размеров, например установка У86, рабочая камера которой имеет диаметр 2000 мм и длину 4000 мм. В камере с объемом более 10 м3 использованы мощные откачиваю­щие устройства, в том числе и бустерные насосы, поз­воляющие получить рабочий вакуум 10-4–10-5 мм. рт. ст. (133·10-4 – 1ЗЗ·10-5 Н/м2) за 20–25 мин откачки.

В целях сокращения времени сварки в установке предусмотрены три сварочные электронные пушки (рис. 14.15).

При использовании нескольких пушек на рабо­чей камере значительно уменьшились, ее габаритные раз­меры и вследствие этого сократилось время откачки камеры и сварки изделия, появилась возможность свари­вать кольцевые швы на изделии с минимальной затра­той времени на настройку.

Механизация операций за­грузки и выгрузки изде­лий, особенно крупногаба­ритных, играет существенную роль в повышении производительности установок.

Для таких изделий рационально использовать несколько монтажных те­лежек для сборки и подготовки изделий под сварку вне камеры и затем загружать тележки в сва­рочные камеры.

Для электроннолучевой сварки крупногабаритных изделий перспективны установки с камерами, которые герметизируют изделие только в местах сварки.

Размеры вакуумной камеры такой установки относительно малы, поэтому значительно

ускоряется процесс их откачки.

В камерах, построенных по этому принципу, можно сваривать стыки стержней и труб большой длины, стыки проволоки в процессе ее изготовления, стыки колец больших диаметров и т, п.

 
 


На рис. 13.16 представлена схема установки фирмы Sciaкy для сварки шпангоутов ракет диаметром до 10 м, имеющих четыре сварных стыка. В этой установке камера накладывается на место соединения и соответствующим образом герметизируется.

 
 


Камера имеет две сварочные пушки, размещенные в вакууме и передвигающиеся вдоль свариваемого стыка. Наличие двух пушек, работающих пo определенной программе, позволяет сваривать стыки шпангоута ракеты, имеющего сложную форму сечения.

Электронные сварочные пушки. Источником теплоты при электроннолучевой сварке служит энергия потока ускоренных электронов. В электроннолучевых установках электронный луч генерируется и управляется с помощью электронно - оптической системы, называемой электронной пушкой. Поток электронов эмитируемых катодом, предварительно ускоряется и формируется электростатическим полем в области катод-анод. Ток луча можно регулировать двумя путями: подачей отрицательного на­пряжения на управляющий электрод или изменением температуры катода. После анода движение электронов происходит по инерции со скоростью, соответствующей приложенной разности потенциалов. Плотность энергии в потоке электронов изменяется системой электромагнит­ной фокусировки. Отклонение луча при необходимости совмещения пятна нагрева с линией стыка или его пере­мещение по изделию осуществляется, системой электро­магнитного отклонения луча. Существует несколько систем электронных пушек. Наиболее просты пушки, в которых электронный пучок формируется только с помощью прикатодного электрода, а анодом служит изделие (рис. 13.17, а).

 
 


Недостатки такой пушки: малое расстояние между пушкой и изделием, низкая плотность энергии, отсутствие регулирования плотности энергии и т. п. Лучшими характеристиками обладают пушки, в конструкции которых имеется уско­ряющий электрод, находящийся под потенциалом изде­лия (рис. 13.17, б).

Применение ускоряющего электрода с отверстием для прохождения пучка электронов позволяет увеличить расстояние между катодом пушки и свариваемым изде­лием, что облегчает наблюдение за процессом сварки, уменьшает опасность электрических пробоев и т. п.

Наиболее совершенны пушки с комбинированной электростатической и электромагнитной фокусировкой пучка. Пушка состоит из катода прикатодного электрода, ускоряющего электрода-анода и электромагнитной фоку­сирующей системы (рис.13.17, в). Катоды электронных пушек должны удовлетворять ряду требований: они должны обладать высокими эмиссионными свойствами, устойчиво работать в условиях вакуума, используемого при сварке, иметь достаточную долговечность и т. п.

Конструктивно катоды сварочных электронных пушек выполняют прямонакальными (рис. 13.18) и с косвенным подогревом.

 
 


Прямонакальные катоды более просты в изготовлении, но имеют ряд недостатков: трудно обеспечить правильную геометрическую форму эмитирующей по­верхности, изменяется форма пучка и др. Катоды с косвенным подогревом имеют более равномерную плотность эмиссии и они более долговечны. В некоторых конструк­циях сварочных пушек используют подогревные катоды из гексаборида лантана LaB6.

Эмиссионные свойства гексаборида лантана превосходят свойства всех известных высокотемпературных катодов. Такие катоды достаточно долговечны, при нормальной эксплуатации срок службы их составляет 250–300 ч. Для нагрева гексаборидолантановых катодов до рабочей температуры 1400–1650 °С используют вольфрамовые подогреватели. Сменные катоды из гексаборидалантана имеют различные диаметры активной поверхности (3,0; 4,2; 4,75 мм). Такой выбор катодов обеспечивает диапазон мощностей от нескольких ватт до 10–12 кВт.

Затруднения, встречающиеся при конструировании электронных пушек для сварки, имеющих мощные электронные пучки, главным образом состоят в сложности учета действия электростатических сил между зарядами электронов. Наличие такого заряда приводит к расталкиванию электронов в пучке, вследствие чего диаметр поперечного сечения пучка увеличивается. Для уменьше­ния влияния объемного заряда рассчитывают форму электродов таким образом, чтобы электрическое поле, возни­кающее между ними, компенсировало расширение элек­тронного пучка.

Однако при движении электронного пучка к изделию после выхода из межэлектродного пространства, где от­сутствует фокусирующее электростатическое поле, поперечное сечение его увеличивается вследствие растал­кивающего действия одноименных зарядов электронов. Для того чтобы создать необходимую плотность энергии в электронном пучке, заряды дополнительно фокусируются вторичной фокусирующей системой.

Вторичной фокусирующей системой сварочных пушек служат электромагнитные линзы, выполненные в виде ка­тушки из достаточно большого числа витков; линза размещается в железном экране особой формы. Наличие электромагнитной фокусирующей линзы дает возможность получить острую фокусировку луча в месте сварки; кроме того, плотность энергии в луче или диаметре пучка можно менять в широких пределах с помощью магнитных линз путем изменения напряженности магнитного поля линз.

Для получения большей плотности энергии луча и более равномерного распределения энергии по сечению луча в некоторых системах между первым анодом и фокусирующей линзой' устанавливают апертуорную диафрагму, отсекающую периферийную область электрон­ною луча с минимальной плотностью энергии.

Перемещать электронный луч по изделию можно раз­личными способами: механическим перемещением изделия под электронным лучом, перемещением пушки или изменением угла наклона ее, воздействием магнитных или электрических полей на электронный луч. В последних конструкциях электронных пушек получили большое при­менение электромагнитные отклоняющие системы.

Отклоняющие системы, используемые в электронно­лучевых пушках, предназначены для отклонения луча на заданное расстояние и для точной установки его на кромки свариваемого изделия. Электромагнитные отклоняющие системы изготовляют в виде четырех катушек соединен­ных последовательно попарно, расположенных под углом 180° друг к другу. Изменяя ток в катушках, можно уста­навливать луч в любой заданной точке. Этот вид отклоняю­щей системы использован в отклоняющих системах теле­визионных кинескопов. Отклоняющую систему можно использовать для передвижения луча и по сложным кри­вым: кругу, эллипсу, квадрату и т. п. Другой вид элек­тромагнитных отклоняющих систем изготовляют по типу обмоток роторов динамомашин. На рис. 13.19 а, б – представлена современная электронно-оптическая система, предназначенная для сварочных работ. Эта система состоит из следующих основных узлов: электронной пушки А-306 1, изолятора 2, анодного узла 3, фокусирующей 4 и отклоняющей систем 5 и фланца 6.

 
 


Электронная пушка предназначена для создания мощного сфокусированного электронного луча и состоит из керамической ножки 7, к которой медью припаяны дер­жатели подогревателя и их выводы и стаканчик 8. На держателях закреплены подогреватель 9, катод 10, фокусирующий и модулирующий экраны 11. Электронная пушка имеет сменные катоды трех типов с поверхностью эмиссии диаметром 3; 4,2; 5,4 мм. Катоды снабжены фокусирующими экранами.

В электронной пушке применен подогревный катод из гексаборида лантана. В зависимости от мощности, требуемой при сварке, на электронную пушку может быть установлен один из трех вышеуказанных типов катодов. Изолятор 2 предназначен для изоляции катода от анода и состоит из керамического баллона, изоляционные свой­ства которого позволяют выдерживать напряжения до 40 кВ. Анодный узел 3 предназначен для создания уско­ряющего поля у катода и формирования луча на выходе из анодного отверстия. Он состоит из анода и двух медных цилиндрических трубок. Анод имеет центральное отвер­стие, усиленное молибденовой втулкой 12, и шесть отверстий, расположенных по окружности. Снаружи пушки установлены электромагнитные отклоняющая и фокуси­рующая системы.

В настоящее время получены серьезные научные ре­зультаты в области изучения процесса электроннолуче­вой сварки, свойств сварных соединений многих метал­лов, технологии сварки неметаллических материалов (керамики на основе окислов алюминия, карбидов и др.), соединения высокотемпературных неметаллических ма­териалов. Эксплуатация изделий, сваренных электронным лучом, показала высокую работоспособность таких соеди­нений в самых сложных условиях. Накоплен богатый опыт в области технологии электрон­нолучевой сварки тугоплавких и редких металлов, высо­копрочных, жаропрочных и коррозионностойких сплавов и сталей. Созданы надежно работающие электронные пушки и источники питания, налажен выпуск электрон­нолучевых установок для сварки от изделий микроэлектроники до крупногабаритных изделий. Созданы и изго­товляются заводами установки для непрерывной сварки изделий, обладающие высокой производительностью.

В настоящее время электроннолучевая сварка широко и эффективно используется в электронной и атомной про­мышленности, ракето- и самолетостроении.

Имеются примеры использования электроннолучевой сварки в автомобильной промышленности, при изготовле­нии различного рода шестерен, в инструментальной промышленности при изготовлении режущего инструмента и т. п. Дальнейший шаг должен состоять в использовании электроннолучевой сварки в других отраслях техники.

Давно возникла необходимость улучшения качества сварных соединений в энергомашиностроении, в частности, при изготовлении узлов и арматуры парогенераторов, ответственных деталей мощных паровых и газовых турбин, в автотракторной промышленности при изготовлении деталей двигателей автомобилей и тракторов и многих других изделий широкого назначения.



Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: