ТЕОРИЯ сварочных процессов

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 - I плавления при сварке становится важным фактором воздействия на свойства сварного соединения. Кроме того, от объема расплав - I ленного металла зависят деформации и напряжения, возникающие I после сварки в сварных конструкциях, что также требует регули - рования объема сварочной ванны.

Сварка электронным пучком позволяет, применяя фокусировку,

f изменять ширину сварочной ванны. Как следует из рис. 3.2, а, б,

‘ при относительно небольших плотностях мощности электронного 2 3 2

| пучка (10 ...10 Вт/см ) форма зоны проплавления имеет такой же | характер, как для традиционных процессов газовой и дуговой свар - I ки. По мере увеличения плотности мощности электронного пучка

| 5 6 2

| (10 ...10 Вт/см ) наряду с процессами плавления начинается ин - t тенсивное испарение металла с поверхности сварочной ванны. Это
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 его ширине до 10:1 и более (рис. 3.2, в). По чисто внешним признакам такое про­плавление часто называют кинжальным; швы с кинжальным проплавлением дают ряд преимуществ по сравнению со свар­ными 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.

Практическое применение волновой теории света и усовер­шенствование технологии изготовления оптических линз, стекол и зеркал 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 XX 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 связано прежде всего с более простым в изготовлении и эксплуатации оборудованием для осуществления процессов, в ко­торых используются эти источники.