Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Основные типы сварных соединений



Для электронно-лучевой сварки в вакууме применяются типы соединений, характерные вообще для сварки плавлением и прин­ципиально новые, присущие только данному методу. Общее тре­бование ко всем типам соединений — это исключительно точная сборка деталей перед сваркой. Допустимые зазоры в сварных стыках составляют 0,1 толщины свариваемого металла, но не бо­лее 0,2 мм.

Необходимая точность совмещения оси потока электронов со сварным стыком определяется конфигурацией и размерами кратера в сварочной ванне при сварке внедренным пучком и диа­метром фокального пятна пучка на изделии при небольших зна­чениях удельной мощности. Обычно отклонение оси потока элек­тронов от сварного стыка в процессе сварки не должно превы­шать 0,2—0,3 мм.

При электронно-лучевой сварке металлов необходимо тща­тельно очищать свариваемые кромки от различных загрязнений в особенности от органических веществ, при контакте жидкого металла сварочной ванны с которыми происходят микровзрывы в вакууме. При этом часть металла сварочной ванны удаляется и появляются дефекты в сварном шве.

Для данного процесса сварка встык наиболее удобна (см. рис. 32, а), так как при этом удается реализовать одно из пре­имуществ электронно-лучевой сварки, а именно — возможность получения весьма ограниченных по ширине сварных швов с ми­нимальной деформацией изделия. При толщине свариваемого металла до 2—3 мм (рис. 34, а) сварка встык может быть выпол­нена как при чисто поверхностном воздействии пучка, так и внед­ренным в металл потоком электронов, т. е. с образованием крате­ра в сварочной ванне.

Электронно-лучевая сварка с отбортовкой кромок на телах вращения (рис. 34, б) применяется преимущественно в радио­электронике и приборостроении, причем широко используется сварка в импульсном режиме.

Импульсная электронно-лучевая сварка благодаря малому тепловложению применяется при наличии в непосредственной близости от места сварки спаев металла со стеклом или керами­кой. Она также способствует получению определенной ориента­ции кристаллитов металла сварного шва, обеспечивающей ва­куумную плотность сварных соединений в течение длительного времени эксплуатации электровакуумных приборов.

Сварка металлов, значительно отличающихся по толщине (например, приварка мембраны к корпусу и т.п.), выполняется с предварительной разделкой кромки металла большей толщины для выравнивания теплового поля в соединяемых деталях и до­стижения симметричного проплавления (рис. 34, в),

Вварка тонколистовых диафрагм в трубчатые конструкции (рис. 34, г) выполняется с предварительной отбортовкой кромок. Во избежание коробления, толщина диафрагмы должна быть не менее 0,3—0,5 мм.

Соединение внахлестку (рис. 34, д) широко применяется при сварке разнородных металлов, отличающихся по температуре плавления. Процесс сварки осуществляется без расплавлении.

 

Рис 34 Основные типы соединений при электронно-лучевой сварке в вакууме:
а - сварка встык тонколистовых металлов на подкладке либо без нее; б -сварка с от­
бортовкой кромок; виг- сварка металлов отличающихся по толщине. однопроходная
д. – сварка внахлестку; е - сварка в узких разделках и труднодоступных местах; ж – однопроходная сварка проникающим пучком; з - сварка толстого металла; и – через ребро жесткости.

более тугоплавкого металла. Мощность, необходимая ДЛЯ Рас­плавления менее тугоплавкого металла может быть подведена непосредственно потоком электронов либо через более тугоплавкий металл, как показано на рис. 34, д. Сварка в УЗКИХ разделках и труднодоступных местах (РИС 34 ж) является одним из преимуществ электронно-лучевой сварки перед известными способами сварки плалвлением и возможна благодаря малым размерам пучка и сечения, длиннофокусности и автономности по отношению к свариваемому материалу.

 

 

СВАРОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУШКИ

Основные типы

 

В первых пушках для электронно-лучевой сварки пучок элект­ронов формировался только с помощью прикатодного электро­да, без применения дополнительных фокусирующих систем (рис. 35,а). Анодом пушки являлось само изделие. Так как фокусное расстояние электростатического прожектора мало меняется при пропорциональном изменении потенциалов на его электродах, то такая пушка может питаться малостабильным выпрямленным напряжением.

Наряду с простотой такой пушки следует отметить значи­тельные ее недостатки.

1. Однокаскадная электростатическая система фокусировки, особенно в сочетании с низким ускоряющим напряжением, не может обеспечить формирование интенсивного электронного пучка с высокой плотностью энергии. Поэтому с ее помощью невозможно соединение тугоплавких металлов толщиной более 1—2 мм.

2. В пушке для облегчения формирования острофокусного пучка максимально уменьшается поверхность эмитера, что при­водит к перенапряженному режиму его работы при значитель­ных токах. Вследствие этого вольфрамовая спираль, обычно используемая в качестве эмитера, выходит из строя уже через несколько часов работы.

Технологические и электронно-оптические характеристики пушки с однокаскадной электростатической фокусировкой повы­шаются при введении в конструкцию ускоряющего электрода, находящегося под потенциалом изделия (рис. 35, б). Эта система широко распространена в острофокусных трубках для рентгено-структурного анализа и в последнее время предложена для элек­троннолучевой сварки.

 

 

Рис. 35. Электронно-оптические системы сварочных пушек

а — однокаскадная система без ускоряющего электрода; б — однокас­кадная

система с ускоряющим электродом (анодом); в — система с ком­бинированной—электростатической и электромагнитной фокусировкой; 1-катод- 2 - прикатодный электрод; 3—траектории крайних электро­нов пучка; 4 - свариваемое изделие; 5 - ускоряющий электрод (анод), 6-кроссовео- 7-Фокусирующая магнитная линза; 8-система откло­нения пучка; 9_ фокальное пятно; а0 - половинный угол расхождения пучка после кроссовера; а1 _ половинный угол сходимости пучка на изделии сварочной ванны и ток с поверхности ванны на катод во время обратной полуволны переменного ускоряющего напряжения не течет.

 

 

Применение ускоряющего электрода с относительно малым отверстием для прохождения пучка электронов позволяет увеличить расстояние между катодом пушки и свариваемым изделием. Благодаря этому, облегчается наблюдение за процес­сом сварки, уменьшается опасность электрических пробоев и разрядов. С другой стороны, для питания пушки можно использовать даже невыпрямленное ускоряющее напряжение, так как электростатическое поле прожектора не проникает в область

 

В пушках с однокаскадной электростатической фокуси­ровкой обычно используются ускоряющие напряжения не выше 20 кв,

В пушках с комбинированной электростатической и электро­магнитной фокусировкой пучка прожектор, состоящий из катода, прикатодного электрода и ускоряющего электрода-анода, форми­рует сходящийся пучок электронов. Минимальное сечение пучка проек­тируется (обычно с уменьшением) на свариваемое изделие с помощью электромагнитной фокусирующей системы (рис. 35, в).

На рис. 36 показана схема стаци­онарной сварочной электронной пу­шки. Стационарная пушка размеща­ется на фланце вакуумной камеры» свариваемое изделие перемещается относительно неподвижного пучка электронов.

 

Рис. 36. Схема стационарной сварочной электронной пушки:

/ — высоковольтный изолятор; 2 —» система юстировки; 3 — сильфон-ный переход; 4 — корпус пушки; 5 — катодный узел; 6 — подогрева­тель катода; 7 — катод; 8 — анод; 9 — канал для водяного охлажде­ния анода; 10 — обмотка фокусиру­ющей магнитной линзы;11кор­пус фокусирующей магнитной лин­зы; 12 — электронный пучок; 13-катушки системы отклонения элек­тронного пучка; 14 — канал для во­дяного охлаждения системы откло­нения и фокусировки электронного пучка; 15 ~ свариваемое изделие; 16 — система для угловой юстиров­ки пушки и изменения расстояния анод — катод; 17— вывод к вакуум­ному насосу

 

 

Основные узлы пушки — прожектор, система магнитной фо­кусировки и система электромагнитного отклонения пучка элек­тронов.

Катодный узел пушки, включающий собственно катод и при-катодный электрод, может наклоняться или поступательно перемещаться относительно оси отверстия в аноде, благодаря чему осуществляется совмещение электрических осей элементов пушки (юстировка пушки). Этот процесс обычно производится во время подготовки пушки к работе, при небольшой мощности электронного луча.

Катодный узел крепится на высоковольтном проходном изо-
ляторе. Через бронированный высоковольтный кабель подается

питание к прожектору пушки. Изменение тока пучка осуществляется подачей отрицательного управляющего напряжения на
прикатодный электрод прожектора прожектора или, реже, изменением тока накала катода. В случае импульсномодулированного режима электронно-лучевой сварки на прикатодный электрод пушки по­даются отрицательные прямоугольные импульсы модулирующего напряжения. В некоторых пушках под вакуумом можно изменять расстояние между элементами прожектора, благодаря чему уда­ется изменять параметры формируемых пучков (угол сходимо­сти, максимальный ток и т. д.).

Разрежение катодного пространства пушки производится через каналы в анодном блоке или с помощью специальной вакуумной системы (в случае малого канала в фокусирующих системах).

Фокусировка пучка обычно осуществляется одной или двумя магнитными линзами. В пушках с одной линзой для уменьшения диаметра пучка на изделии необходимо уменьшать увеличение

линзы М =b/a , определяемое отношением расстояния линза — из­делие (b) к расстоянию кроссовер — линза (а). С этой целью линза располагается далеко от анода и близко к изделию. При этом увеличивается угол сходимости пучка на выходе из линзы.

В пушках с двухлинзовой фокусировкой первая линза распо­лагается близко к аноду, благодаря чему уменьшается сечение пучка во второй линзе, ее сферическая аберрация, а следователь­но, меньше сечение пучка и угол сходимости пучка на изделии.

Корректировка положения пучка относительно кромок сва­риваемого металла осуществляется с помощью магнитных откло­няющих систем.

При сварке металлов толщиной до 3—5 мм для корректиров­ки пучка приемлемы стандартные телевизионные отклоняющие системы, дающие угловое отклонение пучка. При сварке метал­лов большей толщины угловое отклонение пучка нежелательно, так как возможен перекос шва по отношению к вертикальной плоскости стыка. Поэтому в последнем случае необходимо при­менять две пары отклоняющих систем, располагаемых на раз­личной высоте. Такая система обеспечивает перемещение луча параллельно сварному стыку.

Магнитная фокусирующая и отклоняющая системы в мощных сварочных пушках размещаются в водоохлаждаемом стакане, закрепляемом в нижней части корпуса пушки. Канал для подачи воды соединяется последовательно с системой охлаждения кор­пуса пушки. Расход воды для охлаждения обычно не превышает

Наряду со стационарными пушками получили применение

подвижные пушки, перемещаемые внутри вакуумной камеры относительно неподвижного свариваемого изделия. Применение перемещаемых в вакууме сварочных пушек позво­ляет в ряде случаев уменьшить габариты вакуумной камеры и упростить механизмы внутри камеры, выполнять швы в любом пространственном положении, сваривать неповоротные стыки и т. д.



и см

 


 

 

Рис. 38. Схема экранировки про­жектора пушки и высоковольтных токоподводов для предотвраще­ния пробоев на стенки камеры:

1 — прожектор; 2 — экран токоподво­дов; 3 — экран прожектора

 

 

Перемещение пушки вдоль свариваемого изделия, ее подъем, опускание, наклон и т. д. осуществляются с помощью системы сервомеханизмов. Высоковольтное питание к пушке подводится через гибкие шины, которые необходимо экранировать зазем­ляемым экраном с целью предотвращения пробоев на стенки камеры (рис. 38). Основные характеристики сварочных электрон­ных пушек приведены в табл. 11.

 

Основные узлы

Катоды сварочных пушек. К катоду сварочной пушки предъяв­ляются чрезвычайно жесткие требования, определяемые небла­гоприятными условиями его работы.

Процесс электронно-лучевой сварки сопровождается значи­тельным испарением металла из сварочной ванны. Металлы с низкой температурой плавления (медь, алюминий и др.), попа­дая на поверхность катода, образуют при определенных условиях легкоплавкие летучие эвтектики, что нарушает начальную по­верхность катода. Оптимальные условия фокусировки электрон­ного луча изменяются. Если рабочая температура катода ниже температуры плавления свариваемого металла, то эмиссия катода будет спадать.

 

Недостаточно высокий вакуум в процессе сварки - обычно порядка 10 мм рт. ст,, а также частая разгерметизация свароч­ной камеры приводят к интенсивному разрушению поверхности катода. В таких условиях работы не могут быть использованы оксидные катоды, наиболее широко применяемые в электроваку­умном приборостроении.

Для сварочных пушек непригодны и другие эффективные тер­мокатоды: оксидно-ториевые (на основе двуокиси тория ТhO2) . синтезированные (спеченная смесь никелевого порошка и угле­кислых бария и стронция) и особый тип эффективных катодов полученных путем усовершенствования оксидно-бариевых ка­тодов, так называемые /.-катоды.

В большинстве сварочных пушек применяются металлические катоды, эмиссионная способность которых определяется форму­лой Дэшмана

гдеjэм — плотность тока эмиссии при рабочей температуре катода и таком потенциале анода по отношению к ка­тоду, когда ток эмиссии не увеличивается при повы­шении этого потенциала, в а/см2; A — константа, зависящая от металла, в а см-2град-2; к — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура эмитирующей поверхности

катода; ф — эффективная работа выхода электрона из метал­ла в эв.

Для получения больших плотностей тока выбираются металлы с небольшой работой выхода, допускающие нагревдо высоких температур при сравнительно малой скорости испарения ^металла. Наиболее широко распространенные металлы, отвеча­ющие этим требованиям, — вольфрам и тантал. В некоторых типах сварочных пушек применяются метало подобные лантанборидные катоды (LаВ6), обладающие лучшими эмиссионными характеристиками по сравнению с металлическими катодами (табл. 12). Но лантанборидные катоды металлизиру­ются парами металлов с температурой плавления, равной рабо­чей температуре катода или выше ее, т. е. титаном, молибденом, вольфрамом и др.

Особый интерес для сварочных электронных пушек представ­ляют отличные от термоэмиссионных — холодные и газоразряд­ные катоды.

Перспективна эмиссионная система с полым разрядным ка­тодом. Внутри полого цилиндра с перфорированными стенками расположен перфорированный диск, играющий роль управляющей сетки [18] Поверхность полого катода самоочищается в процессе работы за счет бомбардировки газовыми ионами» благодаря чему на работе катода не сказывается попадание паров свариваемых металлов.

Конструктивно катоды сварочных электронных пушек выпол­няются прямонакальными и с косвенным подогревом.

Прямонакальные катоды более просты в изготовлении, но имеют ряд существенных недостатков. В первую очередь, в прямонакальном катоде трудно обеспечить правильную геомет­рическую форму эмитирующей поверхности. Кроме того, ток, разогревающий прямонакальный катод, создает значительное магнитное поле, отклоняющее эмитированные электроны от оси прожектора. В связи с этим при разогреве катода постоянным током наблюдается сдвиг оси пучка относительно геометрической оси прожектора, а при разогреве катода переменным током вслед­ствие изменения величины и направления магнитного поля круглое сечение пучка вырождается в линию. Преимущество катодов
с косвенным подогревом перед прямонакальными в том что они
имеют более равномерную по поверхности плотность эмисии
и являются эквипотенциальными.

 

 

Несмотря на большое количество конструкций катодов сварочных пушек, этот узел не УДОВлетворяет требованиям производства как по стабильности параметров, так и по своей долговечности. Поэтому работы по созданию пушек с надежными катодными узлами ведутся в настоящее время во многих иссле­довательских организациях.

Рис. 39. Типы катодов сварочных пушек:

а— прямонакальный металлический ленточный катод; б—V-образный прямонакальный металлический катод; в — лантанборидный катод (LаBв) с косвенным подогревом; г — прямонакальный металлический катод в виде плоской спирали; д — катод с косвенным подогревом

электронной бомбардировкой.

 

В процессе сварки важно обеспечи­вать работу котода в режиме ограничения тока эмиссии прост­ранственным зарядом. В этом случае нестабильность питающей сети, отбор тока, ионная бомбардировка и попадание на поверх­ность отдельных макрочастиц свариваемого металла меньше влияют на ток эмиссии.

Температура катода должна быть такой, чтобы ток эмиссии был несколько больше, чем отбираемый ток пучка. Для этого при заданном ускоряющем напряжении выбирается такой ток накала катода, дальнейшее повышение которого уже не приво­дит к заметному повышению тока пучка.

Различные типы катодов сварочных электронных пушек схе­матически показаны на рис. 39.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.