EBW: įranga, jungtinis dizainas ir programos

Perskaitę šį straipsnį, sužinosite apie: - 1. Įvadas į elektroninio pluošto suvirinimą (EBW) 2. Elektros spindulių suvirinimui reikalinga įranga (EBW) 3. Proceso charakteristikos 4. Suvirinimo jungtinis projektavimas ir paruošimas 5. Suvirinimo charakteristikos ir kokybė 6. Variantai 7. Programos.

Įvadas į elektronų spindulių suvirinimą (EBW) :

Antrojo pasaulinio karo pabaiga prasidėjo tarp tautų lenktynėms dėl kosminės erdvės ir branduolinių tyrimų. Tam reikėjo naudoti reaktyvius (pvz., Titano ir cirkonio) ir ugniai atsparius (pvz., Volframo, molibdeno ir tantalo) metalus. Šių metalų sujungimas su tuo metu nustatytais suvirinimo procesais lėmė suvirinimo ir suvirinimo ciklo metu greitai reaguojančių metalų deguonies, azoto ir vandenilio absorbciją, dėl kurios sumažėjo jų lankstumas.

Kita vertus, ugniai atsparių metalų susiliejimas ir rekristalizavimas padidino kalio ir trapiosios perėjimo temperatūros intervalą iki kambario temperatūros. Dėl šių trūkumų reikėjo suvirinti šiuos metalus esant ^10-4 torr arba mažesniam slėgiui, kad pasiektų norimus kokybės suvirinimo siūlus ir dėl to atsirado elektronų pluošto suvirinimas.

Elektronų pluošto suvirinimas (EBW) - tai procesas, kuriame elektronų spindulys yra sukurtas tam, kad sukibtų ant darbo paviršiaus, kad jį šildytų norimoje vietoje. Kaip elektronas yra labai maža dalelė, kurios spindulys yra 2, 82 × 10–12 mm, o masė yra 9, 109 × ^10–28 gm; todėl jis negali keliauti dideliu atstumu oro ar kitų dujų. Todėl vakuumo sukūrimas yra esminis reikalavimas, kad elektronų pluoštas pasiektų norimą kryptį.

Tačiau, kai sukuriamas reikalingas vakuumo lygis, elektronų pluoštas gali judėti gana ilgais atstumais ir ištirpti bet kokį žinomą metalą arba keramiką. Taigi tai yra procesas, kuris iš esmės buvo sukurtas gaminti brangius ir sunkiai suvirinamus reaktyvius ir ugniai atsparius metalus.

Elektros spindulių suvirinimui reikalinga įranga:

EBW naudojama įranga yra gana kompaktiška ir iš esmės susideda iš dviejų pagrindinių dalių: EBW pistoleto ir darbo kameros. Priklausomai nuo elektros jungčių, EBW pistoletas gali būti darbinio greičio arba savaime pagreitinto tipo; ir remiantis sistema, naudojama valdyti sijos srovę, savaime pagreitintas pistoletas gali būti diodinio vožtuvo tipo arba triodinio vožtuvo tipo.

Priklausomai nuo vakuumo apimties darbo kameroje, visi šie suvirinimo pistoletai taip pat klasifikuojami kaip didelio vakuumo, vidutinio vakuumo ir ne vakuumo tipai. Panašiai, remiantis įtampa, naudojama elektronų greičiui pagreitinti, ginklai vadinami žemos įtampos ir aukštos įtampos tipais. Taigi, bendras EBW ginklų klasifikavimas gali būti pateikiamas kaip parodyta 14.1 pav.

Pagrindiniai EBW pistoleto komponentai apima elektroną skleidžiančią katodą arba kaitinamąjį siūlą, elektronų pagreitinimo sistemą, spinduliavimo ir fokusavimo įrenginius, žiūrėjimo ar optikos sistemą ir vakuuminį arba darbo kamerą, kurioje yra darbo judėjimo sistema ir kartais siūlės sekimo įtaisai. taip pat įtraukta, kad būtų užtikrintas aukštos kokybės defektų suvirinimas. 14.2 pav. Pavaizduota daugelio tipiško EBW pistoleto komponentų schema.

Elektroninio pluošto suvirinimo (EBW) proceso charakteristikos:

EBW pagaminti suvirinimo būdai yra būdingi formai, nes jie yra suformuoti riebalų nagų skvarba, kuri ją atskiria nuo didelio srovės dujų metalo lankinio suvirinimo (GMAW) pirštų įsiskverbimo, kaip parodyta 14.4 pav.

Šis nailhead tipo įsiskverbimas pasiekiamas per fenomeną, vadinamą „key-holing“. Šiuo metodu elektronų srautas įsiskverbia į darbo paviršių maždaug 25 mikronų atstumu. Kadangi elektronų srautas giliau įeina į medžiagą, elektronai yra išsklaidyti, sulėtinti ir sustabdyti susidūrimų su medžiagų struktūros atomais, todėl kriaušių formos tūris šildomas.

Viršutinė nepaveikta plona paviršius tada plyšsta, o tai atveria kanalą, išleidžiantį didelį vidinį slėgį, taip pat greitą išgarintos medžiagos srautą. Išstumianti medžiaga išlaiko kanalą. Šis procesas pakartojamas vėlesniuose gabalo sluoksniuose iki gilaus įsiskverbimo. garų anga su išlydytomis sienomis, parodyta 14.5 pav., pasiekiama išleidžiant šviesos energiją.

Iš lydyto metalo iš garų skylės priekinės dalies teka aplink jo periferiją, o užpakalinėje dalyje sukietėja, kad susiformuotų suvirintas metalas, kai spindulys juda pirmyn išilgai suvirinimo linijos. Taigi įsiskverbimas yra daug gilesnis už suvirinimo plotį, o šilumos paveikta zona yra labai siaura; Pavyzdžiui, 13 mm storio plieno plokštėje suvirinimo plotis visiškai įsiskverbia į šoną, gali būti lygus 1-5 mm. Apskaičiuota, kad plieno suvirinimo siūlių pločio ir skvarbos santykis yra iki 50.

Pagrindinio mechanizmo priklausomybė nuo garų susidarymo ir paviršiaus įtempimo reiškia, kad metalai skiriasi tuo, kaip lengvai jie gali prasiskverbti pro elektronų pluoštą. Pranešama, kad įsiskverbimas didėja, kai sumažėja garų susidarymo šiluma. Tai paaiškina, kodėl volframas yra sunkiau įsiskverbiantis nei aliuminis. Skverbimasis į EBW taip pat yra atvirkščiai proporcingas lydymosi temperatūrai ir šilumos laidumui ir proporcingas suvirinamo medžiagos šiluminio difuzinio kvadrato šaknims.

Suvirintas jungtinis dizainas ir pasirengimas EBW:

Sujungimai, paprastai pagaminti naudojant EBW procesą, kaip parodyta 14.11 pav., Apima užpakalines, atsišakojančias, apvalias, kraštines ir Tee rūšis arba jų modifikacijas, atitinkančias konkrečias programas, naudojant kvadratinio krašto paruošimą. Normalius suvirinimo siūlus yra sunku suvirinti, todėl paprastai jų išvengti.

Kvadratinio užpakalinio krašto paruošimas reikalauja, kad darbiniai komponentai būtų išlaikyti reikiamoje padėtyje; tačiau, kai reikia vengti įrenginių, jungtis gali būti pakeista į rabbet tipą, kaip parodyta 14.11 (b) paveiksle. Tai taip pat užtikrina savęs suderinimą.

Jei suvirinimo metalo plotas turi būti padidintas, kaip ir sujungiant plonus vamzdžius, kraštai gali būti apipjaustyti. Vis dėlto yra sunkiau paruošti skaros krašto paruošimą ir montavimą. Briaunos, siūlės ir juosmens filė daugiausia naudojamos tik metalo lakštams sujungti.

Suvirinimo metalo užteršimas gali sukelti poringumą ar skilinėjimą, taip pat mechaninių savybių pablogėjimą. Todėl prieš montuojant ir derinant būtina kruopščiai išvalyti jungtį. Acetonas yra tinkamiausias tirpiklis EBW komponentų valymui; tačiau acetonas, kuris yra labai degus, turi būti tvarkomas labai atsargiai.

Siekiant išvengti užpildymo ar nebaigtos sintezės, jungtys turi būti kruopščiai paruoštos, kad būtų užtikrintas geras montavimas ir išlygiavimas. Tarpas tarp plūduriuojančių paviršių turi būti kuo mažesnis, maksimaliai 0, 125 mm; tačiau aliuminio lydiniai gali toleruoti šiek tiek didesnes spragas nei plienai.

Paprastai EBW yra skirtas naudoti ne užpildymo metalą, taigi, atitinkamai pasirinkta suvirinimo jungtis. Tačiau kartais pridedamas užpildas metalui užpildyti per antrąjį arba kosmetinį pripildymą, kad būtų pasiektas visas storis. Pripildymo vielos maitinimo įranga paprastai yra panaši į tai, kuri naudojama volframo lankinio suvirinimui, nors specifiniai poreikiai gali reikėti naudoti specialiai suprojektuotus įrenginius, skirtus naudoti vakuuminėse kamerose. Užpildo vielos skersmuo paprastai yra mažas, maksimalus apie 0–5 mm, o viela įeina į mažo suvirinimo baseino priekinį kraštą.

Kartais gali būti pridedamas užpildas, kad būtų pasiektos norimos fizinės arba metalurginės metalo savybės; tokiu būdu kontroliuojamos savybės gali apimti lankstumą, tempimo stiprumą, kietumą ir atsparumą įtrūkimams. Pavyzdžiui, pridedant nedidelį kiekį aliuminio vielos arba apvalkalo, gali susidaryti nužudytas plienas ir tai sumažina poringumą.

EBW charakteristikos ir kokybė:

Dėl didelio EB suvirinimo skvarbos ir pločio santykių du išskirtiniai privalumai, ty palyginti storos plokštės gali būti suvirintos vienu paspaudimu, o suvirinimo greitis gali būti žymiai didesnis nei lankinio suvirinimo.

Daugybę metalų galima suvirinti, kad būtų užtikrintas iki 50 gylio ir pločio santykis. Naudojant kvadratinio krašto ruošimą, iki 450 mm storio aliuminio plokštės gali būti suvirintos vienu metu, nors plieno storis paprastai yra ne didesnis kaip 300 mm .

Aukšto vakuumo EBW procesas yra puikus įrankis skirtingų storių skirtingų metalų suvirinimui, taip pat komponentų, kurių neįmanoma išgelbėti kitais procesais, suvirinimui. Paprastai neprivaloma šildyti netgi suvirinimo, aukštos laidumo medžiagų, su EBW.

Nors EBW yra didelės galios tankio procesas, tačiau energijos sąnaudos vieneto ilgiui yra mažos, kaip matyti iš 14.3 lentelės. Ši proceso savybė lemia du privalumus, pvz., Sumažina šilumos paveiktos zonos dydį ir sumažina iškraipymus. Suvirinimo metalo EB suvirinimo siūliuose mechaninės savybės paprastai yra panašios į pagrindinio metalo savybes.

Proceso kintamieji gali būti valdomi, kad būtų pasiektas aukštas patikimumo ir atkuriamumo suvirinimas. Tačiau, lyginant su lankinio suvirinimo procesais, norint sukurti EB suvirinimo siūles, reikia didesnių apdirbimo tolerancijų. Be to, suvirinimo metu yra didelių garų slėgio metalų garavimo tikimybė.

EBW proceso variantai:

Toliau aptartos savybės 80 daugiausia susijusios su didelio vakuumo EBW šautuvais. Tačiau didelio vakuumo EBW yra žemas gamybos ir didelės kainos procesas. Taigi jis naudojamas labai kritinių komponentų, daugiausia reaktyviųjų metalų, suvirinimui. Yra du pagrindinio proceso variantai arba režimai: vidutinė vakuuminė EBW ir ne vakuuminė EBW.

1. Vidutinė vakuuminė EBW:

Nors aukšto vakuumo EBW yra atliekamas esant 10–10 ^-6 torr slėgio diapazonui, vidutinė vakuuminė EBW naudoja slėgio diapazoną nuo 10 iki 25 torr. Šiose ribose slėgio diapazonas nuo 10 ^-3 iki 1 torr yra vadinamas „minkštu arba daliniu vakuumu“, o nuo 1 iki 25 torr - tai „greitas vakuumas“. Vidutinė vakuumo technologija išlaiko daugelį aukšto vakuuminio suvirinimo privalumų ir pagerina gamybos pajėgumus.

Vidutiniame vakuuminiame EBW pistolete pluoštas susidaro didelio vakuumo sąlygomis, o tada nukreipiamas į suvirinimo kamerą su minkštu arba greitu vakuumu, kaip parodyta 14.14 pav. Tai pasiekiama per angą, kuri yra pakankamai didelė, kad spindulys galėtų praeiti, bet neleidžia žymiai atgal difuzuoti dujas iš kameros į pistoleto kolonėlę.

Svarbus vidutinio vakuumo EBW privalumas yra tas, kad reikalavimas sumažinti vakuuminį siurblį yra gerokai sumažintas ir dėl to didėja komercinė ir ekonominė nauda. Šis variantas idealiai tinka masinėms gamybos užduotims, pavyzdžiui, pavaros gali būti sėkmingai suvirintos prie velenų jų galutinės apdirbtos būklės, be jokių vėlesnių apdailos darbų, išlaikant glaudžius nuokrypius.

Dėl padidėjusio oro buvimo vidutinio vakuumo (100 ppm) režimu procesas yra mažiau patenkinamas nei aukšto vakuumo suvirinimas reaktyviems metalams. Tačiau šis procesas yra tinkamas ugniai atsparių metalų suvirinimui, kur galima toleruoti nedidelį kiekį deguonies ir azoto.

2. Vakuuminis EBW :

Ne vakuumas suvirinimas atliekamas atmosferos slėgyje, nors stabdomasis ir efektyvus suvirinimas turi būti laikomas 10–4 torr arba mažesnio slėgio.

Ne vakuumo suvirinimo EB iš vakuuminės sistemos išvedama per keletą išleidžiamų kamerų su mažomis angomis, kaip parodyta 14.15 pav., Taip, kad sumažėtų atmosferos dujų srautas į pistoleto kolonėlę. Darbo kamera gali būti pripildyta helio, nes ji suteikia mažiau kliūčių EB ir suteikia geresnę prasiskverbimo formą, nei gaunama naudojant argoną arba orą kaip atmosferą. Be to, tam tikrame skverbties ir šautuvo iki darbo atstumo helio ekranas leidžia suvirinti žymiai didesnį suvirinimo greitį.

Kuo aukštesnė greitinimo įtampa, tuo tolesnis spindulys važiuoja dujomis, esant atmosferos slėgiui, ir naudojama 150–175 KV įtampa. Be pagreitinamosios įtampos, spindulio galios, važiavimo greičio, pistoleto iki darbinio atstumo ir apsauginės dujos yra svarbūs proceso kintamieji. 14.16 pav. Parodyta suvirinimo įsiskverbimas kaip važiavimo greičio funkcija trims skirtingiems ne vakuumo EBW galios lygiams, rodančiam reikšmingą važiavimo greičio padidėjimą, padidinant galios kiekį tam tikram skverbimui.

Ne vakuumas EBW pasižymi didesniu įsiskverbimu, kai galios lygis viršija 50 KW, o tai leido suvirinti plieną, kurio storis didesnis nei 25 mm, su rakto skylių tipu, kuris yra būdingas EBW; tai taip pat padeda suvirinti daug kartų didesniu greičiu nei tie, kurie gali būti suvirinti po lankiniu.

Pagrindinis ne vakuumo sistemos privalumas yra tas, kad darbui leidžiama išlaikyti atmosferos slėgį ir dėl to padidėja gamybos sąnaudos, sumažėjus sąnaudoms. Taip pat kameros dydis gali būti ribojamas. Tačiau šie privalumai gaunami mažo suvirinimo gylio ir pločio santykių sąskaita, mažesniu suvirinimo skersmeniu ir mažais atstumais nuo šautuvo iki darbo.

Medžiagos, kurias galima suvirinti ne vakuumu EBW sistemoje, apima anglies, mažo lydinio ir nerūdijančio plieno, aukštos temperatūros lydinių, ugniai atsparių lydinių, vario ir aliuminio lydinių. Kai kurie iš šių metalų gali būti suvirinti ore, o kiti turi inertinę atmosferą, paprastai gaunamą naudojant argoną arba helį, kaip apsauginę dujas.

Elektroninio pluošto suvirinimo (EBW) taikymas:

Visi metalai ir lydiniai, kurie gali būti suvirinti kitais procesais, paprastai gali būti suvirinti ir EBW. Tai gali būti konstrukciniai plienai, kietojo plieno, nerūdijančio plieno, titano, cirkonio, volframo, molibdeno, berilio, renio, tantalo ir kolumbio. Taip pat galima suvirinti metalurgiškai suderinamus skirtingus metalų derinius. Tačiau „EBW“ dažniausiai naudojama dideliam tikslumui ir dideliam gamybos lygiui.

Norint išvengti užteršimo dėl atmosferos deguonies ir azoto, reikia tiksliai pritaikyti didelį tikslumą. Tokie taikymai yra pagrindinė branduolinių, orlaivių, aviacijos erdvės ir elektroninių pramonės šakų reikalavimas. Tipiniai šiuo būdu pagaminti produktai yra branduolinio kuro elementai, specialios lydinio reaktyvinių variklių komponentai, raketinių variklių sistemų slėginiai indai ir hermetiškai uždarytos vakuuminiai įrenginiai, pvz., Tranzistorių, mikrojungiklių ir pan.

Tipiški didelio gamybos koeficiento pavyzdžiai yra komponentai, pvz., Pavaros, rėmai, vairo kolonėlės, automobilių perdavimo ir vilkimo dalys, plonasieniai vamzdžiai, didelės spartos plieno suvirinimas į juostinį pjūklą ir elektriniai pjūklai.

Specialios formos, reikalaujančios gilios skvarbos, kaip parodyta 14.12 pav., Yra galimos tik su EBW. 14.13 pav. Parodyta jungčių, kurios yra unikalios elektronų pluošto suvirinimui; suvirinimas įduboje, T jungties suvirinimas su smaigaliu ir tuo pačiu metu suvirinant kelis sujungimus.

Dauguma EBW suvirinimo siūlų yra pagaminti be užpildų. Tačiau, jei gaminama nepakankamai užpildyta arba nepalanki granulės forma, ją galima ištaisyti vėlesniais kosmetikos leidimais, jei ruošinys nebus suvirintas po suvirinimo. Tai daroma dar kartą perjungiant suvirinimo rutuliuką, naudojant apatinę galios spindulį su arba sijos verpimu arba pynimu, pritaikytu nukreipimo ritėmis.

Kai kurie specifiniai EBW pramoniniai pritaikymai apima klasterio įrankių suvirinimą, titano kompresoriaus rotorių ir dujų turbinos variklio veleną, raketinių variklių purkštuką iš aliuminio lydinio 5083, šiluminius šildymo įrenginius ir aukštos temperatūros metalo komponentų, pvz. .