Специальные способы сварки.

Электроннолучевая сварка (ЭЛС).

Электронный луч представляет собой остросфокусированный поток электронов, эмитованных катодом и ускоренных в вакууме разницей потенциалов между катодом и анодом. При торможении ускоренных электронов возле поверхности анода (изделия) их кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Высокая концентрация энергии в анодном пятне, диаметр которого равен 0,01... 1,0 мм, позволяет получить сварные швы с минимальной зоной термического влияния и отношением глубины к ширине от 20 и более. Толщина свариваемого материалу при ЭЛС достигает 100 мм и более за один проход.

Преимущества ЭЛС:

- низкая погонная энергия (15... 20% от характерной для сварки под флюсом), незначительные деформации свариваемых кромок;

- возможность отклонения пучка электронов при сварке с помощью магнитного или электрического поля и возможность исключения взаимного перемещения изделия и пушки;

- низкое содержание вредных включений в вакууме, что обуславливает высокое качество шва;

- улучшение условий дегазации расплаву сварочной ванны;

Недостатки ЭЛС:

- высокий вакуум;

- камеры.

Основные параметры процесса ЭЛС:

- ускоряющее напряжение Unp, кВ;

- ток пучка I, мА, ток магнитной линзы Iм, мА;

- скорость сварки, м/ч;

- вакуум, мм. рт. ст. (1-101... 1-105)

Установки для ЭЛС состоят из двух основных комплексов - электромеханического и энергетического.

Лазерная сварка.

Лазерное излучение - это высококонцентрированный источник нагрева. Плотное мощности лазера превосходит традиционные сварочные источники, включая электронный луч.

Одним из важных преимуществ лазерного излучения есть также возможность его легкого транспортирования на значительные расстояния с помощью оптических систем.

Источником лазерного излучения служат оптические квантовые генераторы. Это излучение возникло в результате генерации квантов света атомами активного вещества, предварительно приведенных в возбужденное состояние. Возбужденное состояние атомов может достигаться различными способами: за счет световой энергии, энергии химических pi акций, электрического разряда в газах, облучением электронным лучом и т.д.

В сварке применяют генераторы с использованием в качестве активного тела кристалла рубина (оксид алюминия, в котором часть атомов защищена атомами хрома - до 0,5%) рис. 21.

Рис. 21. Схема квантового генератора.

1 - непрозрачное зеркало; 2 - кристалл рубина; 3 - импульсная лампа; 4 - корпус; 5 - полупрозрачное зеркало; 6 - система наблюдения; 7 - система фокусировки; 8 - источник питания.

Кристалл рубина обрабатывают до формы цилиндра, размеры которого определяют мощность излучения. После тщательного полирования торцы цилиндра покрывают слоем серебра для придания свойств зеркала. Рубиновый стержень размещают возле импульсной лампы, в середине зеркального цилиндра. При освещении рубина импульсной лампой, большинство атомов хрома поглощают фотоны и переходят в возбужденное состояние. Возбужденное состояние может спонтанно вернуться к нормальному состоянию, излучивши при этом фотон света. Вдоль оси рубинового стержня такой процесс проходит лавиноподобно, вследствие много кратного отбивания от торцов кристалла.

Если интенсивность импульсной лампы превысит некоторый критический уровень, может проявляться эффект квантового усиления. При этом с полупрозрачного торца рубина выкидается короткий по времени существования интенсивный пучок света. Пучок - монохроматичный, то есть он имеет конкретную частоту, когерентный (связан с возбуждением, синфазный) и узконаправленный.

Преимущества процесса лазерной сварки наиболее ярко выражены в сравнении с дуговой сваркой неплавящимся электродом.

1. Высокая концентрация энергии дает возможность получать ширину сварных швов в 2...5 раза меньше, с большим на порядок соотношением глубины провара к ширине шва, что дает возможность уменьшить деформацию деталей до 10 раз.

2. Острая фокусировка луча и возможность передачи его на значительные расстояния дает возможность сваривать в тяжелодоступных местах.

3. Высокие скорости нагрева и охлаждения содействуют уменьшению зоны термического влияния и снизить неблагоприятные изменения структуры и свойств металла в ней.

В сравнении с электроннолучевой сваркой, лазерная сварка не требует использования вакуумных камер, что значительно сокращает время на выполнение работ и снимает ограничение габаритов изделий.

Лазерная установка может использоваться для сварки на нескольких рабочих местах, поскольку луч лазера можно отклонять с помощью зеркала.

К недостаткам лазерной сварки можно отнести относительно высокую стоимость оборудования, низкий коэффициент полезного действия установок и сложность их конструкции.