Электронно лучевая сварка руководство

21.02.2019

Метод электронно-лучевой сварки разработан в середине прошлого века. Он используется для соединения тонкостенных и толстостенных деталей из различных сплавов, включая тугоплавкие, сложные, деформирующиеся при нагреве.

Лучевая сварка применяется даже для обработки керамики. Метод ЭЛС основан на способности электронов переносить энергию. Для образования потока заряженных частиц необходим вакуум высокой степени разряжения.

Из-за этой технологической особенности перспективный метод не получил широкого применения.

Сущность процесса и область его применения

Электроннолучевую сварку применяют при обработке тугоплавких металлов, легко окисляемых сплавов, которые невозможно варить другими методами. Под электронным лучом образуется расплав, который заполняет стык на всю глубину. Электроны одновременно воздействуют на металл по всей поверхности стыка.

Функции сварочного устройства выполняет электронная пушка. Из разогретого тугоплавкого металла в глубоком вакууме до 10-6 Па вырываются электроны, они ускоряются под силовым воздействием тока, устремляются в рабочую зону. ЭЛС действует аналогично лазерной, только в отличие от светового луча пучок электронов невидим.

Энергия его значительно превосходит лазер, площадь воздействия меньше.

Достоинства и недостатки ЭЛС

Как и любой горячий метод соединения деталей, электронно-лучевая сварка имеет ряд преимуществ и недостатков. Сначала о достоинствах:

• можно соединять детали толщиной от 0,2 мм;
• во время плавки металла ванна расплава перемещается в нижнюю зону, стык заполняется полностью, затем начинается кристаллизация;
• глубокое соединение образуется за один проход луча, высокая производительность процесса;
• пучок электронов генерируется в постоянном или импульсном режиме, при обработке магниево-алюминиевых сплавов применяется импульсное воздействие;
• вакуумизация улучшает качество шва, металл не реагирует с компонентами воздуха;
• большой диапазон силы тока луча расширяет возможности установки.

Недостатки:

• сложность технологического оборудования, для работы на нем требуется длительная подготовка;
• быстрый износ катода, тугоплавкая проволока под воздействием электрического поля разогревается до 2400°C;
• при генерации электронов возникает рентгеновское излучение, необходимо обеспечить защиту сварщиков.

  Алюминотермитная сварка железнодорожных стыков

Технология электронно-лучевой сварки

Обязательным условием считается вакуумизация. Глубина разряжения в пушке обеспечивает беспрепятственное движение электронов. Из рабочей камеры также удаляется воздух с содержащимся в нем кислородом, окисляющим металл. Вакуум действует на шов аналогично флюсу – защищает от коррозии.

Метод сварки электронным лучом основан на способности электронов переносить энергию. Когда движению ничего не мешает, частицы прямолинейно следуют к свариваемой поверхности. Металл плавится под их воздействием. Прогрев идет по всей глубине зазора между деталями.

Область воздействия частиц – площадь в десятые доли микрона. Электроны проникают на глубину до 20 см. При методе электронно-лучевой сварки соотношение толщины зазора к ширине образуемого шва достигает 25.

Возможности сварки за счет этого расширяются, электронным лучом соединяют детали из тугоплавких сплавов. Из-за высокой скорости воздействия в металле не создается остаточных напряжений.

Хотя по мощности потребляемого тока ЭЛС сварка сопоставима с другими методами, энергозатраты в разы меньше за счет большой скорости варки.

Особенности и режимы сварки электронным лучом

Для сварочных работ соединяемые детали укладывают с минимальным зазором, пространство между двумя частями металла толщиной 20 мм не должен превышать 0,1 мм. Для сварки больших зазоров используется присадочный металл, допустимая доля присадки в шве – не более 50%. Направление луча, выходящего из электронной пушки, строго контролируется, допуск не более 0,3 мм.

В установках варят детали толщиной от 0,2 мм до 200 мм. Регулируемые мощностные параметры электронно-лучевого метода:

• лучевая сила тока (для вольфрама толщиной 1 мм – до 80 мА, для сталей 35 мм – до 500 мА)
• ускоряющее напряжение (для тонкостенных металлов используют низковольтные блоки питания, для толстостенного – высоковольтные);
• скорость движения луча в зоне сварки (для вольфрама толщиной 1 мм – до 50 м/ч, для сталей 35 мм – 20 м/ч).

  Дефектоскопия сварных швов

Степень вакуумизации влияет на плотность электронного луча, вакуум обеспечивает защиту шва от окисления. Из-за высокой скорости сварки, металл, склонный к пластической деформации, не успевает разогреться, на нем не появляются трещины. Сохраняется целостность деталей.

Оборудование ЭЛС

Устройство любой промышленной установки включает несколько обязательных элементов:

• пушка – генератор плотного луча;
• блок электропитания, обычно они подключаются к стандартной сети 220 В, дополнительно встраивается трансформатор;
• электронный блок управления, визуально контролировать процесс варки нельзя, нужна точная контролирующая аппаратура;
• вакуумная система, различается по мощности.

• 
• В зависимости от назначения, установки способны образовывать криволинейные стыки, проваривать металл на всю глубину. Различают:
• По типу вакуумирования:

• камерные установки электронно-лучевой сварки предусматривают размещение деталей в камере, из нее полностью откачивают воздух;
• локальные – изолируют только зону сварки, вакуум создается в небольшом объеме.

По параметрам разряжения:

• специализированные установки создают разряжение до 10-2Па;
• универсальные установки ЭЛС рассчитаны на максимальное давление до 10Па;
• с параметрами так называемого промежуточного вакуума, давление инертного газа – от 10 до 100 Па;
• ЭЛС с защитной атмосферой, в зону стыка аргон нагнетается под давлением свыше 100 Па.

Электронная пушка во всех установках устроена по одному принципу. Поток электронов создается между:

• катодом, он бывает двух видов: плазменный (косвенного накала) или прямого накаливания (по сути, катод – это спираль из вольфрама, тантала или другого тугоплавкого сплава);
• анодом, его делают их меди или стальной.

Поток меняет направление, отклоняется в одну или другую сторону, когда на управляющем электроде меняется потенциал.

На установках ЭЛС проводят сварку тугоплавких сплавов, стык проваривается насквозь за один проход. Метод электронно-лучевой сварки применяется в наукоемких областях, бытового распространения не получил из-за сложности и высокой стоимости оборудования.

Что такое электронно-лучевая сварка и где она применяется Ссылка на основную публикацию

Источник: https://svarkaprosto.ru/tehnologii/elektronno-luchevaya-svarka

Электронно-лучевая сварка — сущность, типы, преимущества

Электронно-лучевая сварка (или просто лучевая, ЭЛС.) является одним из быстро развивающихся способов соединения различных тугоплавких металлов, разнородных, химически активных, качественных сталей, сплавов высокой прочности на основе титана и алюминия.

Лучевая сварка — процесс, основанный на использовании тепла, выделяемого во время торможения остросфокусированного пучка заряженных частиц, ускоренных до высоких энергий. Широкое применение этот источник нагрева приобрел лишь с развитием вакуумной техники и электронной оптики, только после этого он стал применяться в металлургической технике.

Стимулом для поиска нового способа соединения послужили сложности с трудносвариваемыми металлами: молибден, тантал, цирконий, ниобий и вольфрам отличаются высокой температурой плавления и химической активностью, что требовало использования источников тепла большой концентрации и большой защищенности зоны сварки.

Сущность процесса ЭЛС

Основным компонентом является электронный луч, который создается особым прибором — электронной пушкой.

Как видно из рисунка ниже, пушка имеет катод (2), который размещен внутри прикатодного электрода (3). На определенном расстоянии от катода располагается ускоряющий электрод с отверстием — анод (4). Пушка питается электрической энергией от высоковольтного источника постоянного тока (5).

Чтобы увеличить плотность энергии в электронном луче после выхода из первого анода электроны концентрируются магнитным полем в магнитной линзе (6), Летящие электроны, сфокусированные в плотный пучок, ударяются на большой скорости о малую площадку на изделии (1). На данном этапе кинетическая энергия электронов вследствие их торможения превращается в теплоту, таким образом нагревая металл до высоких температур.

Для перемещения электронного луча по изделию на пути движения электронов размещают магнитную отклоняющую систему (7), которая позволяет установить луч строго по ли­нии сварки.

Для того, чтобы снизить потерю кинетической энергии электронов вследствие соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в пушке создается вакуум около 10-4 — 10-6 мм рт.ст.

Столь высокая концентрация энергии луча (до 109 Вт/см2) при минимальной площади места нагрева (до 10-7 см2) ведет к уменьшению термических деформаций в ходе сварки и формированию шва с кинжальной формой проплавления.

Технический вакуум при ЭЛС выполняет несколько функций:

• снижает потерю кинетической энергии электронов, позволяя частицам достигать поверхности изделия почти не соприкасаясь с молекулами воздуха;
• предотвращает дуговой разряд между анодом и катодом, обеспечивает химическую защиту катода;
• защищает расплавленный металл от взаимодействия с окружающей атмосферой более эффективно, чем защитный газ, флюс;
• способствует улучшению дегазации сварочной ванны и удалению оксидных пленок, что сказывается на качестве соединения.

Техника ЭЛС

Из рисунка ниже видно, какую форму имеет проплавление по технике лучевой сварки. Плавка металла лучом (1) происходит по передней стенке углубления (2) — кратера, — а расплавляемый металл сдвигается по боковым стенкам к задней стенке (4), где он кристаллизуется (3).

Возможна сварка непрерывным лучом, однако при работе с легкоиспаряющимися металлами (например, магний, алюминий) уменьшается эффективность электронного потока, как и количество выделяющейся теплоты ввиду потери энергии при ионизации паров металлов.

Здесь рекомендуется проводить сварочные работы импульсным электронным лучом с частотой импульсов 100-500 Гц и с большой плотностью энергии. Данная манипуляция ведет к повышению глубины конуса проплавления. Таким способом возможно сваривать очень тонкие металлические листы.

В случае, если происходит образование подрезов, их можно удалить сваркой расфокусированным либо колеблющимся лучом.

Параметры режима лучевой сварки и типы сварных соединений

Основные параметры режима ЭЛС включают:

• степень вакуумизации;
• силу тока в луче;
• скорость движения луча по поверхности изделия;
• ускоряющее напряжение;
• точность фокусировки луча;
• продолжительность импульсов и пауз.

Режимы электронно-лучевой сварки отражены в таблице ниже:

Для передвижения электронного луча по изделию необходимо перемещать само изделие или луч при помощи отклоняющей системы. Эта система позволяет осуществлять колебания луча как вдоль, так и поперек шва, а также по более сложной траектории.

До начала сварки требуется соблюдение точной сборки деталей и точное направление луча по оси стыка. Так, при толщине металла до 5 мм зазор составляет не более 0,07 мм, при толщине до 20 мм — до 0,1 мм с отклонением луча не более 0,2-0,3 мм.

Для увеличенных зазорах (с целью предупреждения подрезов) понадобится дополнительный металл в виде присадочной проволоки либо технологических буртиков. Изменяя размер зазора и количество добавленного металла, можно довести долю присадочного металла по шву до 50%.

Основные типы сварных соединений

Рассмотрим основные типы сварных соединений, которые рекомендуются для электронно-лучевой сварки. Рисунок ниже демонстрирует следующие виды:

• а) — стыковое;
• б) — замковое;
• в) — стыковое с деталями разной толщины;
• г) — угловое;
• д), е) — стыковое при сварке шестерен;
• ж) — стыковое с отбортовкой кромок.

Особенности сварки лучевого типа

Процесс лучевой сварки характеризуют две особенности:

• процесс сварки реализуется в вакуумной среде, что гарантирует получение максимально чистой поверхности и дегазацию расплавленного металла;
• нагрев происходит до очень высоких температур, таким образом металл быстро плавится, а шов в результате обработки получается мелкозернистый и минимальной ширины.

Данные особенности позволяют работать со сплавами, чувствительными к интенсивному нагреву.

Электронно-лучевой сваркой изготовляют детали из алюминиевых и титановых сплавов, высоколегированных сталей.

Металлы и сплавы подвергаются сварке в однородных и разнородных комбинациях, разными по толщине и температуре плавления. Минимальная толщина свариваемых заготовок — 0,02 мм, а максимальная – до 100 мм.

Достоинства и недостатки электронно-лучевой сварки

Сварка электронным лучом имеет ряд весомых преимуществ, среди которых:

— Малое количество вводимой теплоты. В большинстве случаев для получения одинаковой глубины проплавления при сварке данного типа потребуется теплоты в 5 раз меньше, чем при дуговом виде, что значительно снижает коробление изделий;

— Возможность сварки керамики и тугоплавких металлов (тантала, вольфрама), керамики и т. д. С четкой фокусировкой луча становится возможным нагреть поверхность диаметром менее миллиметра. Это в свою очередь позволяет единовременно приваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра;

— Высокое качество сварных соединений химически активных металлов и сплавов: молибдена, титана, ниобия, циркония. Как правило, во многих случаях происходит дегазация металла шва и одновременно повышение его пластических характеристик. ЭЛС также незаменима при соединении низкоуглеродистых, коррозионно-стойких, медных, никелевых сталей, алюминиевых сплавов.

• Но несмотря на большее количество достоинств, ЭЛС имеет и минусы.
• Недостатки электронно-лучевой сварки
• — Время затрата при создании вакуума в рабочей камере после загрузки изделий;
• — Возможность образования несплавлений, полых отверстий в корне шва при сваривании металлов с большой теплопроводностью, а также швах с большим отношением глубины к ширине.

Применение ЭЛС оправдано, когда нужно проводить работы в труднодоступных и неудобных местах. Сварка данной разновидности универсальна и экономична. Универсальность этой сварки выражена тем, что посредством нее соединяют изделия как с любой разделкой кромки, так и без разделки. Экономичность же заключается в сравнительно малом потреблении электричества.

Сегодня на отечественных предприятиях применяется электронно-лучевое оборудование с пушками прямого и косвенного накала катодов и собственного производства, и от иных российских и зарубежных фирм.

В установках с внутрикамерным расположением лучевых пушек есть возможность сварки соединений горизонтальным либо наклонным лучом по сложным траекториям движения.

Точная механика в сочетании с компьютерными технологиями и системами управления устраняют зависимость качества итоговых соединений от человеческого фактора, то есть присутствие оператора-сварщика практически исключается, так как процесс происходит почти автоматизировано.

Сварочное оборудование несложно в эксплуатации и его обслуживание не подразумевает затрат трудовых ресурсов. Запрограммировав установку, нужно лишь следить за тем, как луч наводится в нужное место и следует вдоль стыка. От рабочего персонала потребуется только изменять мощность луча и регулировать фокусировку на конкретном отрезке траектории стыка.

В целом, электронно-лучевая сварка – это рациональное и перспективное направление в развитии современных технологий сварки!

Источник: http://GoodSvarka.ru/metalov/electron-beam/

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС)

Виды сварки — Электронно-лучевая сварка (ЭЛС)

Сущность процесса

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) осуществляется в вакууме за счет расплавления кромок основного металла сфокусированным потоком электронов, имеющим высокую удельную мощность q2. Технологический диапазон для целей нагрева, плавления, испарения составляет ~104—5*108 Вт/см2.

Сварка металлов малых толщин (до 3 мм) ведется с удельной мощностью q2≈104 Вт/см2, когда испарение с поверхности сварочной ванны незначительно. Однопроходная сварка металлов больших толщин (до 200—300 мм) требует q2=105÷106 Вт/см2.

В этом случае проникновение электронного луча на большую глубину сопровождается испарением металла и формированием канала проплавления, на стенках которого рассеивается практически вся мощность электронного луча.

Канал проплавления, поверхность которого сильно перегрета относительно температуры плавления металла Тпл и может достигать температуры кипения Tкип, движется через толщу металла, образуя по всей глубине канала область расплава металла, который перемещается в хвостовую часть ванны и гам кристаллизуется.

Переход от сварки металлов малых толщин к однопроходной сварке металлов больших толщин осуществляется по достижении критической удельной мощности q2*, величина которой для большинства металлов q2*=105÷106 Вт/см2.

Верхнее значение удельной мощности электронного луча для технологических целей ограничено уровнем q2≤ Вт/см2 (выше процесс обработки материала становится неуправляемым из-за взрывного характера разлета образующейся плазмы). Высокая концентрация энергии в луче позволяет получать при больших скоростях ЭЛС узкие и глубокие сварные швы с минимальной зоной термического влияния и высокими механическими свойствами металла шва и околошовной зоны.

Параметры и показатели ЭЛС

Параметрами электронного луча, измеряемыми в процессе сварки, являются: ток луча I, ускоряющее напряжение U, ток фокусирующей системы Iф, рабочее расстояние (расстояние от центра фокусирующей системы до поверхности свариваемого изделия) l, угол сходимости луча α, скорость перемещения луча v.

При заданных значениях параметров: мощности (Вт) q=IU, l, Iф, α можно определить диаметр электронного луча d и соответственно удельную мощность q2, Вт/см2.

q2=IU/(πd2/4).    (5.1)

При использовании импульсно-периодического режима сварки средняя мощность луча, Вт, равна:

qср=IиUfτ,    (5.2)

где Iи — ток луча в импульсе. A; U — ускоряющее напряжение. В;  f — частота следования импульсов, Гц; τ — длительность импульса, с. Скорость сварки в импульсном режиме, см/с:

vсв = b(l—K)f,    (5.3)

где К — коэффициент перекрытия точек (обычно K=0,5÷0,9); b — диаметр сварной точки, см.

Количественными показателями ЭЛС являются: погонная энергия Q1=q/vсв (Дж/см) — затраты энергии на единицу длины сварного шва; Q2=q/vсвH (Дж/см2) — затраты энергии на формирование единицы площади стыка; q/H (Вт/см) — затраты мощности на единицу глубины сварного шва; К=Н/В (здесь В — ширина шва, К — коэффициент формы шва; Н — глубина шва).

Типичные интервалы значений параметров электронного луча для сварки следующие: q=1÷120 кВт при U=25÷120 кВ, α= 1÷5°, l=20÷200 мм. vсв=0,1÷3 см/с, d=0,1÷3 мм, f=1÷100 Гц, τ=5÷100 мс, К>10.

Камеры и вакуум для электронно-лучевой сварки

Электронно-лучевую сварку осуществляют чаще всего вертикальным либо горизонтальным лучом (рис 5.1) в вакуумных камерах, размеры которых зависят от габаритов свариваемых изделий. Объем камер современных установок составляет от 0.1 (и менее) до сотен кубических метров.

Рис. 5.1. Схема установки электронно-лучевой сварки: 1 — пушка; 2 — электронный луч; 3 — изделие (труба); 4 — откачка; 5 — камера

• Камера с находящейся на ней (или в ней) электронной пушкой, формирующей электронный луч, может откачиваться как до высокого (~10-3 Па), так и до низкого (~1—10 Па) вакуума, но с отдельной откачкой объема электронной пушки до 10-3 Па.
• Даже в низком вакууме ~1 Па содержание кислорода в 17 раз, а азота в 10 раз меньше, чем в особо чистом аргоне, поэтому при ЭЛС защита расплавленного металла очень эффективна.
• Установки с выпуском электронного луча в атмосферу на расстояние 15—20 мм при U = 175÷200 кВ обеспечивают мощность до 40 кВт и коэффициент формы шва K≈3 из-за малой удельной мощности вследствие сильного рассеяния луча.

Техника электронно-лучевой сварки

Сварку электронным лучом можно успешно применять в нижнем положении вертикальным лучом, вертикальным и горизонтальным швом на вертикальной стене (горизонтальным лучом) с неполным и сквозным проплавлением. Сварка в нижнем положении рекомендуется для толщин до 40 (стали) и до 80 мм (титановые и алюминиевые сплавы).

Горизонтальным лучом со сквозным проплавлением сваривают металлы толщиной до 400 мм. Типичная взаимосвязь глубины проплавления с параметрами сварки представлена на рис. 5.6. Конструкция соединения для однопроходной ЭЛС выполняется с учетом глубокого проникновения луча в металл (рис. 5.7).

Толщина зазора в стыке составляет 0,1—0,2 мм при глубине шва ≤20÷30 мм и 0,3 мм при глубине шва >30 мм. В общем случае, зазор должен быть меньше диаметра луча.

Рис. 5.7. Типы конструкций стыка при ЭЛС

При ЭЛС используют ряд технологических приемов для улучшения качества шва:

• сварку наклонным лучом (отклонение в направлении перемещения на 5—7°) для уменьшения пор и несплошностей и создания более равномерных условий кристаллизации;
• сварку с присадкой для легирования металла шва или восстановления концентрации легкоиспаряющихся в вакууме элементов;
• сварку на дисперсной подкладке для улучшения выхода паров и газов из канала (подкладка толщиной ~40 мм из гранул или рубленой сварочной проволоки);
• сварку в узкую разделку (0,8—8 мм) в нижнем положении за счет наплавки присадки в прямоугольную разделку кромок;
• тандемную сварку двумя электронными пушками, из которых одна осуществляет проплавление, а вторая (меньшей мощности) формирует либо корень канала, либо хвостовую часть ванны. При квазитандемной сварке используют один луч, но периодически отклоняя его, например в хвост ванны, получают практически два луча;
• предварительные проходы для проверки позиционирования луча и очистки и обезгаживания кромок свариваемых металлов;
• двустороннюю сварку одновременно или последовательно двух противоположных сторон стыка примерно на половину толщины стыка. Одновременную двустороннюю сварку осуществляют как с общей ванной, так и с раздельными;
• развертку электронного луча: продольную, поперечную, Х-образную, круговую, по эллипсу, дуге и т. п. с амплитудой порядка диаметра луча и частотами до 1—2 кГц для создания более благоприятных газо- и гидродинамических условий формирования канала (резонансные режимы нагрева). Двойное преломление луча в процессе развертки позволяет, например, расширить корневую часть канала, что необходимо для подавления корневых дефектов;
• расщепление луча (за счет отклоняющей системы) для одновременной сварки двух и более стыков (точек);
• модуляцию тока луча (обычно с частотой 1—100 Гц) для управления теплоподачей в сварной шов;
• «косметическое» заглаживание — повторный проход для ремонта видимых дефектов шва как с внешней, так и с внутренней сторон. В некоторых случаях «косметические» проходы осуществляют с присадкой.

Особенности технологии сварки цветных, тугоплавких металлов и сплавов, а также конструкционных сталей подробно изложены в монографии: Электронно-лучевая сварка/О. К. Назаренко, А. А. Кайдалов, С. Н. Ковбасенко и др./Под ред. Б. Е. Патона.— Киев: Наукова думка, 1987.— 256 с.

Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы, том 2.

См. также:

• Оборудование для электронно-лучевой сварки

Источник: https://www.autowelding.ru/index/ehlektronno_luchevaja_svarka/0-76

Электронно-лучевая сварка: понятие, особенности и технология процесса, состав применяемого оборудования

Электронно-Лучевая Сварка (ЭЛС) — это один из видов сварки плавлением. Источником энергии для осуществления процесса ЭЛС служит электронно-лучевая пушка с системой управления электронным пучком (лучом).

ГОСТ

Технология процесса ЭЛС регламентируется отраслевыми стандартами и подлежит контролю качества по ГОСТ ISO 13919-1—2017 «Сварка. Соединения, полученные электронно-лучевой и лазерной сваркой. Руководство по оценке уровня качества для дефектов».

Область применения

Этот вид неразъёмного соединения различных материалов нашел широкое применение в авиационно-космической технике, судостроении, строительстве, микроэлектронике и других сферах человеческой жизнедеятельности, где необходимо сваривать тугоплавкие, прецизионные (особо чистые) материалы с уникальными свойствами.

Такие металлы, как вольфрам, тантал, молибден, ниобий, имеющие температуры плавления выше 2500 °C, могут быть сварены только лучевыми методами сварки.

Уникальность метода заключается в том, что с его помощью удается сваривать как сверхтонкие детали толщиной до десятков микрон, так и особо толстые (200…300 мм) конструкции из однородных и разнородных металлов и даже некоторые неметаллические материалы.

Особенности процесса электронно-лучевой обработки

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме под воздействием электромагнитного поля. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в сварочной камере создают вакуум до 10-6 Па.

Электронный луч в зоне сварки обладает высокой мощностью, превосходящей альтернативные сварочные источники, уступая по некоторым параметрам только лучу лазера.

Сварка может производиться как непрерывным, так и импульсным электронным лучом. Импульсные лучи большой плотности с частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легко испаряющихся металлов, таких, как алюминий, магний, цинк.

Схема электронно-лучевой сварки

ЭЛС позволяет соединять между собой термоупрочненные, тугоплавкие, а также химически активные при высоких температурах материалы. Создает минимальную околошовную зону термического влияния.

КПД электронно-лучевой сварки составляет рекордные 85…90 %. Но такие достижения сопряжены с большими капитальными затратами на оборудование.

Речь идет не только об основном технологическом оборудовании, но и о системах обеспечения вакуума, необходимого для ведения процесса сварки, а также о ЧПУ для автоматизированного управления этим процессом.

Технология и оборудование

Оборудование для электронно-лучевой сварки можно разделить:

• на универсальное, то есть предназначенное для реализации различных технологических процессов по обработке любых материалов: разделительная резка и прожигание отверстий; сварка и наплавка; нанесение покрытий и напыление; гравировка и т. д.
• и специализированное – предназначенное для выполнения конкретных операций при изготовлении серийных деталей и конструкций.

В состав оборудования входят:

1. Электронная пушка, создающая эмиссию и ускорение электронов.
2. Фокусирующая электромагнитная линза, концентрирующая электронный луч и способствующая увеличению плотности потока электронов.
3. Электромагнитная отклоняющая система для точного управления лучом.
4. Вакуумная установка, которая исполняет следующие функции: удаляет атмосферные газы, молекулы которых препятствуют свободному прохождению электронного луча; обеспечивает защиту от воздействия газов и влаги атмосферы на расплавленный металл и зону термического влияния.

Для ЭЛС применяются установки и агрегаты камерного типа (свариваемые детали помещаются целиком в рабочую камеру) и бескамерные (вакуум создается локально — только в месте выполнения сварочных работ).

Технологические приемы и регулируемые параметры ЭЛС

Технологические приемы:

1. Для уменьшения пор в сварном шве применяют регулировку наклона луча на 5-7° от перпендикуляра.
2. Для легирования металла шва возможно применение присадок.
3. Применение способа соединения без разделки кромок или в узкую разделку.
4. Одновременное или последовательное использование двух электронных лучей, при этом один луч производит проплавление металла, а второй формирует корень шва.
5. Возможность варьировать продольную и поперечную развертку электронного луча по форме сечения.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки:

• сила тока в луче;
• ускоряющее напряжение;
• скорость перемещения луча по поверхности изделия;
• продолжительность импульсов и пауз;
• точность фокусировки луча;
• глубина вакуума.

Преимущества и недостатки

Обычно преимущества и недостатки определяются в сравнении с аналогами. В данном случае приходится говорить об условных недостатках, так как для определенных конструкций и свариваемых материалов просто нет альтернативных методов и аналогов для сравнения. Главным и непревзойденным преимуществом является высокое качество сварных швов.

Источник: https://elsvarkin.ru/texnologiya/vidy/elektronno-luchevaya/

Электронно лучевая сварка

Для создания сварных соединений подобным способом требуется сложное оборудование. Это означает, что в домашних условиях или на производстве, не обладающем специальным оснащением, выполнить такую работу невозможно.

Тем не мене, методика постоянно совершенствуется и находит всё более широкое применение, поскольку обладает рядом важных достоинств и позволяет справляться с задачами, решить которые обычными способами сварки не удаётся.

Суть процесса

Часто бывает так, что чем сложнее технология, тем труднее объяснить её принципы. В конкретном случае вполне можно ограничиться осознанием того факта, что при проведении работ методом электронно-лучевой сварки детали помещают в вакуум и воздействуют на них пучком электронов, направляемых с помощью электронной пушки.

Пугаться словосочетания «электронная пушка» не следует. Простейшим примером такого устройства могут служить кинескопы, игравшие в телевизорах ранних моделей роль экранов.

Вот только в них основной проблемой было создание широкой развёртки, позволяющей бомбардировать электронами поверхность экрана электронами, а в сварочных системах электроны, напротив, концентрируют, регулируя плотность их потока и изменяя частоту импульсов.

Важные преимущества

Чем же так привлекательна относительно недавно появившаяся технология? Попробуем разобраться.

• Электронно-лучевая сварка даёт возможность надёжно соединять между собой не только тугоплавкие металлы, такие как титан или вольфрам, но даже керамику. Для современного производства, в процессе которого используются новые материалы, плохо поддающиеся традиционным методам обработки, это имеет ключевое значение.
• Прогрессивная технология, благодаря высокой концентрации теплоты, даёт возможность сваривать металлы и сплавы в большом диапазоне толщин, от 0,1 до 200 мм. Подобное качество позволяет применять электронно-лучевую сварку при изготовлении и небольших по размеру деталей, и массивных конструкций.
• Обеспечивается высокое качество сварного шва, особенно в тех случаях, когда приходится соединять между собой химически активные металлы. Это происходит по причине повышения характеристик пластичности сварного шва и дегазации металла в процессе обработки.
• Важную роль играет низкая степень тепловыделения в месте наложения сварного шва. Таким образом, снижается риск коробления соединяемых деталей и обеспечивается максимальное соответствие требуемым размерам. Преимущество, несомненно, оценили специалисты в области точного машиностроения.
• Кратно снижается расход электроэнергии. Затраты на приобретение оборудования для электронно-лучевой сварки быстро окупаются. Далее – чистая экономия и зависть конкурентов, продолжающих оплачивать большие счета за электричество.

Характерные недостатки

Более широкому распространению новой методики проведения сварочных работ мешают два основных недостатка.

• Сложность необходимого оборудования. В первую очередь того, которое требуется для создания вакуума над местом сварки. Теория считает возможным создание вакуумных камер даже очень большого, в сотни кубических метров, объёма. На практике подобные устройства ненадёжны. Как следствие, ограничивается максимальный размер соединяемых деталей. Отчасти помогают решить проблему камеры, с помощью которых создаётся локальный вакуум над обрабатываемой частью изделия. Однако, степень разрешения в них меньше, чем в стационарных установках, а значит, качество сварных швов хуже. В последнее время ведётся разработка технологических циклов, где электронно-лучевая сварка производится в среде нейтральных газов. Но вакуум пока не сдаёт лидирующих позиций.
• При сваривании металлов с высокой теплопроводностью в корне шва могут образовываться полые отверстия и несплавления. Полностью решить эту проблему не удаётся, даже используя роботизированные устройства. Для обеспечения качества выполняемых работ необходимо, чтобы технологический участок, на котором используется электронно-лучевая сварка, был оборудован системами неразрушающего контроля качества сварных швов.

Влияя на результат

В зависимости от уровня решаемых задач на производстве используются различные способы электронно-лучевой сварки

• Стараясь уменьшить размер и количество пор и несплошностей, обработку производят отклонённым на 5 – 7 градусов от вертикали лучом.
• В случаях, когда необходимо повысить локальную прочность сварного шва или его коррозионную стойкость используют легирующие присадки.
• Значительно повысить качество сварного соединения удаётся при выполнении операции за один заход сразу двумя электронными пушками. В этом случае одна из них проплавляет металл, а другая формирует корень канала.
• Снизить энергозатраты, особенно при соединении листов металла значительной толщины, уменьшить количество отходов и сократить время работ удаётся, применяя технологию сварки в узкую разделку.
• Улучшить выход из металла паров и газов позволяет дисперсная подкладка.
• С учётом размеров соединяемых деталей можно ускорить процесс, производя с помощью двух электронных пушек последовательную или одновременную сварку, или напротив, расщепить один луч для сварки двух и более стыков.
• Меняют форму развёртки электронного луча. Она может быть сколь угодно сложной – круговой, эллиптической,X-образной…

Разумеется, это далеко не все ухищрения, на которые идут технологи, стремясь добиться оптимальных результатов. Благодаря проводимым исследованиям появляются новые методики. Не исключено, что именно у тех, кто прочтёт эту статью, появятся свежие идеи относительно того, как можно усовершенствовать электронно-лучевую сварку.

• Поделись с друзьями
• 0
• 0
• 0
• 0

Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/elektronno-luchevaya-svarka.html

Введение

В промышленности все более широкое применение находят тугоплавкие и химически активные металлы и сплавы.

Поэтому для их сварки необходимо применять источники с высокой концентрацией теплоты, а для защиты расплавленного и нагретого металла использовать среды, содержащие минимальное количество водорода, кислорода и азота. Этим условиям отвечает электронно-лучевая сварка, или сварка электронным лучом.

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) относится к методам сварки высококонцентрированными источниками энергии и обладает широкими технологическими возможностями, позволяя соединять за один проход металлы и сплавы толщиной от 0,1 мм до 400 мм.

ЭЛС в вакуумных камерах выполняется преимущественно при давлении остаточных газов порядка 10-2 Па. Благодаря этому ЭЛС оказалась эффективной для соединения деталей из любых металлических материалов, особенно сплавов на основе химически активных металлов, таких как алюминий, титан и тугоплавкие элементы.

При этом обеспечиваются максимальная пластичность и вязкость сварных соединений. Наиболее перспективным является соединение деталей из термически упрочненных материалов, когда затруднена или не возможна последующая термообработка.

Основным компонентом ЭЛС является электронный луч, который создается особым прибором — электронной пушкой.

Рис 1.1 — Принципиальная схема установки для сварки электронным лучом

Как видно из рисунка 1.1, пушка имеет катод (2), который размещен внутри прикатодного электрода (3). На определенном расстоянии от катода располагается ускоряющий электрод с отверстием — анод (4). Пушка питается электрической энергией от высоковольтного источника постоянного тока (5).

Чтобы увеличить плотность энергии в электронном луче после выхода из первого анода электроны концентрируются магнитным полем в магнитной линзе (6), Летящие электроны, сфокусированные в плотный пучок, ударяются на большой скорости о малую площадку на изделии (1). На данном этапе кинетическая энергия электронов вследствие их торможения превращается в теплоту, таким образом нагревая металл до высоких температур.

Для перемещения электронного луча по изделию на пути движения электронов размещают магнитную отклоняющую систему (7), которая позволяет установить луч строго по линии сварки.

Для того, чтобы снизить потерю кинетической энергии электронов вследствие соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в пушке создается вакуум около 10-4 —10-6 мм рт.ст.

Столь высокая концентрация энергии луча (до 109 Вт/см2) при минимальной площади места нагрева (до 10-7 см2) ведет к уменьшению термических деформаций в ходе сварки и формированию шва с кинжальной формой проплавления.

Технический вакуум при ЭЛС выполняет несколько функций:

• · снижает потерю кинетической энергии электронов, позволяя частицам достигать поверхности изделия почти не соприкасаясь с молекулами воздуха;
• · предотвращает дуговой разряд между анодом и катодом, обеспечивает химическую защиту катода;
• · защищает расплавленный металл от взаимодействия с окружающей атмосферой более эффективно, чем защитный газ, флюс;
• · способствует улучшению дегазации сварочной ванны и удалению оксидных пленок, что сказывается на качестве соединения.

С помощью ЭЛС можно производить сварку в труднодоступных местах и в узких разделках — щелях.

В ряде случаев, например, при сварке элементов из весьма тонкого металла или металлов, имеющих низкую температуру плавления и легко испаряющихся (магний, алюминий), необходимо использовать импульсный режим.

Такая сварка импульсно- модулированным пучком производится с помощью специальных автоматических прерывателей при частоте до 300 имп/с и продолжительностью импульса 0,01-0,00005 с.

В целом при конструировании и выборе способа сварки изделий следует учитывать следующие преимущества ЭЛС, по сравнению, с другими способами сварки плавлением:

• · широкий диапазон толщин свариваемых деталей — от долей миллиметра до 100 мм и более;
• · возможность получения узких швов с глубоким проплавлением;
• · возможность регулирования отношения глубины проплавления к ширине шва;
• · большие скорости нагрева и охлаждения металла в вакууме, что позволяет получать максимальную степень чистоты и высокие физико-механические свойства соединения;
• · резкое снижение величины деформаций сварных конструкций;
• · возможность сварки соединений различных типов, в том числе принципиально новых, не выполнимых известными способами сварки плавлением;
• · высокая производительность и экономичность;
• · универсальность аппаратуры, позволяющая сваривать детали разных толщин;
• · наличие предпосылок для комплексной автоматизации процесса.

С другой стороны, внедрение электронно-лучевой сварки в высокотехнологичные производства затрудняется ее экономическими и техническими особенностями, такими как:

• · высокие капиталовложения;
• · необходимость весьма точной подгонки свариваемых элементов;
• · ограниченный размер конструкций, поскольку сварку приходится выполнять в камерах;
• · необходимость принятия специальных мер для обеспечения безопасности рабочего персонала.

Процесс лучевой сварки характеризуют две особенности:

• 1. Процесс сварки реализуется в вакуумной среде, что гарантирует получение максимально чистой поверхности и дегазацию расплавленного металла;
• 2. Нагрев происходит до очень высоких температур, таким образом металл быстро плавится, а шов в результате обработки получается мелкозернистый и минимальной ширины.

Данные особенности позволяют работать со сплавами, чувствительными к интенсивному нагреву. Электронно-лучевой сваркой изготовляют детали из алюминиевых и титановых сплавов, высоколегированных сталей.

Металлы и сплавы подвергаются сварке в однородных и разнородных комбинациях, разными по толщине и температуре плавления. Минимальная толщина свариваемых заготовок — 0,02 мм, а максимальная — до 100 мм.

Источник: https://studwood.ru/1017316/tovarovedenie/fizicheskie_osnovy_osobennosti_elektronno_luchevoy_svarki

Электронно-лучевая сварка: суть метода, технология, где используется, плюсы и минусы

ЭЛС считается трендовым методом работ 21 века. Он быстро развивается и набирает высокую популярность. В основном, по причине своей универсальности.

Электронно-лучевая сварка позволяет работать с любым материалом. Даже сверхпрочные соединения и химически активные металлы легко поддаются сварщику.

В нашей статье хотим остановиться на том, что же такое электронно-лучевая сварка со всеми характеристиками этой технологии.

Общая информация

Электронно-лучевое сваривание считается методом, при котором работает световой луч. Из него выходит тепло, которое получают после столкновения узла и заряженных частиц.

Вопреки сложностям метода, следует тщательно разбираться в нем. Хотя бы потому, что он широко популярен в сварочном деле. В 21 веке таким типом сварки пользуются в микроэлектронике, оптике и других областях.

Появления этой технологии было продиктовано временем. Перед сварщиками стояла проблема соединения тугоплавких материалов. При этом было нереальным получение ровного шва.

Обычные виды сварки не справлялись с высоким качеством работы, для этого был придуман новый метод. ЭЛС направляет тепло в единую точку, а зона сварки при этом полностью ограждена.

Технологические качества

Необходимо описать технологию электронно-лучевой сварки. Главным моментом считают луч, который получается под действием электронной пушки. Он выдаёт при этом энергию высокой плотности, но ее не хватает для сварочных работ высокого качества.

Чтобы решить вопрос, необходимо поместить электроны в центре стекла. Предлагаем посмотреть на рисунок, что расположен внизу текста. Обозначили линзу под цифрой 6.

Затем электроны, которые двигаются, размещаются в плотный узел света и после этого бьются о конструкцию. На картинке этот момент обозначен цифрой 1.

Из-за ударов частицы замедляются, а их активность превращается в тепло. Она достаточно мощная, и за минуты прогревает вещество до высоких температурных показателей.

Под цифрой 7 находится магнитная система, которая отклоняется. Рассчитав ее работу, у вас получится управлять электронным лучом и его движением по механизму. Поток будет расположен достаточно четко, и сформирует соединение в нужном для нас месте.

Когда электрон соединяется с газом, кинетическая энергия рассеивается. Катод при этом необходимо защитить в тепловом плане. Вакуум приходит на помощь для решения таких задач.

В итоге энергия луча размещается в едином месте. Площадь нагрева при этом сводится к минимуму. Поэтому металл не меняет свою форму во время сварочных работ. Это важно, если вы варите тонкий металл или деталь небольших размеров.

Несмотря на то, что технология электронно-лучевого сваривания достаточно сложная, сварщику нужно разбираться в тонкостях. Если хотите знать, как будет выглядеть результат, нужно понимать строение оборудования и мощность луча.

Особенности ЭЛС

Технология, о которой идёт речь в этой статье, считается сложной. Для того, чтобы понимать, как выглядит вся картина, нужно разобраться в деталях. Первый момент – это то, что электронно-лучевое сваривание происходит в вакуумной среде.

По этой причине детали и их поверхности остаются чистыми. Ещё один момент: механизм прогревается до высоких температур. У нас при этом получится сделать шов с небольшой толщиной, сформированный за минуты. Это можно считать преимуществом метода.

Электронно-лучевая сварка за счет таких характеристик используется во время металлообработки разных материалов. Две детали могут обладать не одинаковой толщиной, быть разными по составу, иметь не одинаковую температуру плавления.

Несмотря на эти моменты, шов будет высококачественным. Если говорить о толщине сварки, наименьшим значением будет 0.02 мм, а наибольшим – 100 мм. Благодаря широкому диапазону можно работать с любыми элементами.

Преимущества и недостатки

Электронно-лучевая сварка имеет много плюсов, которые послужили распространению этого метода:

• Тепло, используемое при этом виде сварки, выделяется в 5 раз меньше, чем у иных технологий. Это помогает деталям сохранять форму, потому что на них распространяется небольшой объём тепла.
• Благодаря технологии можно варить детали всех размеров. У вас получится работать как с керамикой, так и вольфрамом. Возможна настройка фокусировки луча и прогрев области, диаметр которой не превышает 1 мм.
• Шов при этой технологии получается ровным. На это не влияет выбор вида металла. При работе с любым материалом качество шва будет высоким. ЭЛС помогает улучшить особенности вашего металла. Работая по этой технологии, получается варить разные сплавы, даже устойчивые к коррозии.
• Сварка использует немного электрической энергии при работе. Можно не отделять кромки, если такая возможность не представилась. Это поможет работать со многими видами металла.

Если говорить о минусах технологии, то их немного. Могут появиться дыры в корне соединения, когда вы работаете с высокими теплопроводными характеристиками. Это может сказаться на качестве сварочных швов.

Эту технологию не всегда можно применять. Используйте электронно-лучевое сваривание, когда работаете в труднодоступных местах. Но если сварка происходит в рабочих условиях – применяйте другой метод сварки.

Рабочие установки

В 21 веке можно купить как местное, так и зарубежное оборудование. Оно будет разным по свойствам и качеству. Но стоит учитывать, что каждая вторая модель включает в себя пушки с косвенным или прямым катодным каналом.

Российские и украинские модели для сварки не яркие по дизайну, но при этом на отлично решают все задачи. Это куда важнее внешней картинки.

Есть модели, которые оснащены лучевыми пушками, находящимися в камере. Их работа направлена на металлообработку лучом, имеющим сложную траекторию движения.

Благодаря активному применению компьютерных технологий, человеческий фактор уходит на второй план. Сварочное оборудование тому подтверждение. Из-за режима работы на автопилоте сварщик может не переживать за качество работы.

Ещё одним преимуществом электронно-лучевой сварки считается простота работы. Сварщиков не нужно долго обучать технологии: достаточно раз запрограммировать механизм, и луч будет располагаться в определенном месте.

Оператору остается только следить за фокусировкой или корректировать мощность луча каждый раз, когда он приступает к работе. Помимо этого от мастера не требуется никаких действий.

Подведем итоги

Несмотря на то, что электронно-лучевая сварка – дорогое удовольствие, она позволяет работать с металлом любой сложности. Её нужно выбирать по причине технологичности и ответов на сварочные запросы.

Процесс сварки будет более экономным и доведенным до автоматизма.

Если вы однажды работали с электронно-лучевой сваркой – напишите в х. Желаем успехов в работе!

Источник: https://prosvarku.info/tehnika-svarki/ehlektronno-luchevaya-svarka

     РД 24.949.04-90

Группа В05

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ

 СВАРКА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ИЗДЕЛИЙ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН Научно-производственным объединением по технологии машиностроения (НПО ЦНИИТМАШ)

ИСПОЛНИТЕЛИ: И.Ю.Зыбко, Л.Н.Тарабрина

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ УКАЗАНИЕМ Министерства тяжелого машиностроения СССР от 90 г.  

3. ВЗАМЕН РТМ 108.940.04-84

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Заместитель генерального директора НПО ЦНИИТМАШ А.С.Зубченко

/ Заведующий отделом метрологии и стандартизации Б.П.Григорьев

Заведующий отделом сварочного оборудования В.П.Харин

Руководители работы:

Заведующий лабораторией лучевых методов сварки И.Ю.Зыбко

Инженер-технолог II категории Л.Н.Тарабрина

Настоящий руководящий документ (РД) распространяется на электронно-лучевую сварку (ЭЛС) в вакууме изделий, выпускаемых предприятиями Министерства тяжелого машиностроения.

РД устанавливает основные требования к организации работ с применением ЭЛС, технические требования к технологическому процессу сварки, основным, присадочным и вспомогательным материалам, сварочному оборудованию и сборочно-сварочной оснастке, контролю качества сварных соединений, мероприятиям по устранению дефектов в них, квалификации сварщиков и инженерно-технического персонала, участкам ЭЛС и требования безопасности.

 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. ЭЛС обеспечивает получение стыковых сварных соединений в изделиях из различных металлов толщиной от 0,1 до 200 мм за один проход.

ЭЛС относится к процессам сварки высококонцентрированными пучками энергии и обладает следующими технологическими возможностями:

позволяет получать стыковые, нахлесточные и тавровые сварные соединения за один проход без разделки свариваемых кромок и применения таких вспомогательных материалов как электроды, флюсы, защитные газы;

обеспечивает надежную защиту металла сварного соединения от попадания газов и примесей;

позволяет получать сварные соединения с узкой зоной термического влияния и малым уровнем термических деформаций;

позволяет осуществлять безинерционное управление источником нагрева (электронным пучком) и выполнять сварку швов сложного контура;

обеспечивает выполнение сварочного процесса в условиях полной защиты обслуживающего персонала от газовых выделений и тепловых излучений из зоны сварки.

Указанные преимущества ЭЛС позволяют получать значительный технико-экономический эффект в промышленных условиях по сравнению с традиционными дуговыми процессами сварки.

К типовым изделиям, в которых целесообразно применять ЭЛС, относятся:

в турбостроении — узлы лопаточных аппаратов, роторы, валы, диафрагмы паровых и газовых турбин;

в атомкотлостроении — корпуса паровых задвижек, сосуды, узлы управления защитой реакторов, элементы паропроводов, трубные доски теплообменников;

в металлургическом и горном машиностроении — кристаллизаторы, гидроцилиндры, буровые головки, зубчатые колеса экскаваторов;

в химическом машиностроении — цистерны, корпуса клапанов, сосуды;

в транспортном машиностроении — зубчатые колеса, цилиндры двигателей внутреннего сгорания.

1.2. Рабочие чертежи изделия, технологический процесс (технологическая инструкция), предусматривающие использование ЭЛС, должны соответствовать требованиям настоящего РД и действующей нормативно-технической документации на сварку.

В случае, если технические требования настоящего РД не содержат рекомендаций по предполагаемому для использования технологическому процессу ЭЛС, следует проводить научно-исследовательские работы (НИР) по разработке технологии ЭЛС по программам, согласованным с предприятием-разработчиком и головной организацией по технологии и материалам.

При использовании ЭЛС для изготовления изделий, подведомственных Госпроматомнадзору СССР, необходимо руководствоваться также требованиями нормативной документации, утвержденной указанной организацией, на изготовление этих изделий.

 2. ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1. Для изготовления изделий с использованием ЭЛС рекомендуется применять основные материалы, приведенные в приложении 1.

2.2. Применение материалов, не указанных в приложении 1, следует согласовать с головной организацией по технологии и материалам в соответствии с п.1.2.

2.5. Выбор марки никелевых сплавов рекомендуется производить с учетом, что лучшей свариваемостью обладают сплавы с содержанием углерода не более 0,1%, серы и фосфора — 0,005% и суммы концентраций алюминия и титана не более 4-5%.

2.7. Выбор марки алюминия, меди и сплавов на основе этих металлов рекомендуется производить с учетом, что лучшей свариваемостью обладают материалы этого типа, имеющие в своем составе минимальное количество легирующих элементов с высокой упругостью пара и растворенных газов.

2.8. Для изготовления изделий с использованием ЭЛС рекомендуется применять материалы, полученные методами электрошлакового, вакуумно-дугового или электронно-лучевого переплавов( ЭШП, ВДП, ЭЛП).

2.9. Термообработка основного материала под ЭЛС производится в соответствии с требованиями рабочих чертежей на изделие и технологической инструкции (технологического процесса).

2.10. Допускается ЭЛС разнородных пар материалов, в т.ч. сталей разных классов (например, перлитная с аустенитной, аустенитная с хромистой и т.д.), сталь с медью или никелевым сплавом и т.п.

Применение конкретных материалов в разнородных сварных соединениях должно быть основано на принципах, изложенных в п.п.2.2.-2.8, в соответствии с требованиями пункта 1.2.

2.11. Детали и заготовки из низкоуглеродистой и низколегированной сталей, подвергаемые электронно-лучевой сварке, запрещается транспортировать магнитной шайбой.

2.12. Контроль соответствия материала, свариваемого ЭЛС, рабочим чертежам должен производиться по технологической инструкции (технологическому процессу).

 3. СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1. Применение при ЭЛС сварочных материалов должно быть оговорено технологической инструкцией (технологическим процессом).

3.2. В приложении 2 представлены марки сварочных проволок, рекомендуемые для использования в качестве присадочного металла при ЭЛС.

Диаметр присадочной проволоки должен быть в пределах от 0,8 до 1,6 мм.

3.3. Перед сваркой стальная проволока и проволока из никелевых сплавов очищается от окалины, ржавчины, масла и протирается бязевыми салфетками по ГОСТ 11680, смоченными авиационным бензином по ГОСТ 1012 или ацетоном по ГОСТ 2768 в зависимости от вида загрязнений на проволоке.

При очистке сварочной проволоки электрохимическим или электроэрозионным способом поверхность проволоки не протирается бязевыми салфетками.

3.4. Очищенная проволока наматывается рядной намоткой на катушки механизма подачи и упаковывается герметично в полиэтиленовую пленку.

3.5. Запрещается применять для сварки проволоку, хранившуюся на воздухе после очистки более 10 ч, а в герметичной упаковке более 24 ч.

3.6. При сварке алюминия и его сплавов с присадочной проволокой следует производить обезжиривание алюминиевой проволоки одним из следующих растворителей: бензин авиационный по ГОСТ 1012, уайт-спирит по ГОСТ 3134, ацетон технический по ГОСТ 2768 и травление.

Травление сварочной проволоки проводят в ваннах в следующей последовательности: натр едкий технический по ГОСТ 2263 (45-55 г/л) при температуре 60-70 °С, продолжительность травления 1-3 мин; далее промывка в горячей проточной воде 50-60 °С, затем в холодной воде и нейтрализация в растворе азотной кислоты (350-425 г/л) в течение 1-3 мин с последующей промывкой в горячей проточной воде и естественной сушкой.

После травления алюминиевой сварочной проволоки рекомендуется проводить электрохимическое полирование.

Далее сварочную проволоку наматывают рядной намоткой на запасные катушки и герметично упаковывают в полиэтиленовую пленку.

Хранить алюминиевую проволоку на воздухе после очистки следует не более 10 ч, а в герметичной упаковке не более 24 ч.

Разрешается производить намотку на катушки в течение допустимого срока хранения проволоки.

3.7. При сварке титановых сплавов следует использовать сварочные материалы с содержанием вредных примесей, не более, %: кислород — 0,15; азот — 0,04; водород — 0,01; углерод — 0,1.

3.8. Проволока из меди и ее сплавов должна соответствовать требованиям ГОСТ 16130*.

При подготовке медной проволоки под сварку ее обезжиривают и протравливают не позднее, чем за 8 ч до сварки.

Обезжиривание производят в течение 5-10 мин при температуре 40-60 °С в растворе следующего состава: тринатрий-фосфат по ГОСТ 201 — (50-70 г/л); кальцинированная сода по ГОСТ 5100 — (20-30 г/л); натр едкий технический по ГОСТ 2263 — (10-15 г/л); стекло натриевое жидкое по ГОСТ 13078 — (3-10 г/л).

После промывки многократным окунанием в горячей, а затем в холодной проточной воде сварочную проволоку обрабатывают в течение 2-3 мин в соляной кислоте по ГОСТ 857*. После промывки в холодной проточной воде проводят травление в растворе хромового ангидрида по ГОСТ 2548 и серной кислоты по ГОСТ 2184 в течение 8-10 мин. Далее следует промывка проволоки в холодной и горячей (70-90 °С) проточной воде и сушка сжатым воздухом до полного высыхания.

3.9. Материал для подкладных и заходных (выходных) планок или колец следует выбирать однотипным с основным материалом свариваемого изделия.

При сварке сталей марок 10, 20, 15ГС, 16ГС и теплоустойчивых сталей 12Х1МФ; 15Х1М1Ф, 12ХМ, 15ХМ допускается применение планок или колец из спокойной низкоуглеродистой стали с содержанием углерода не более 0,25%.

3.10. Правильность подготовки присадочного материала под ЭЛС должна контролироваться в соответствии с технологической инструкцией (технологическим процессом).

 4. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ

4.1. Исходные данные процесса ЭЛС

4.1.1. Технология ЭЛС должна быть изложена в технологическом процессе (технологической инструкции) на сварку изделия.

4.1.1.1. В технологическом процессе (технологической инструкции) должны быть указаны:

тип соединения;

операции по подготовке соединения;

размеры сварного шва в сечении и по длине;

основной и присадочные материалы;

необходимость в предварительном подогреве и операции по его осуществлению;

положение изделия и пушки при ЭЛС;

сварочное оборудование;

режимы сварки;

последовательность сварки;

квалификация сварщиков;

методы и объем контроля основных, присадочных материалов и сварных соединений;

необходимость термической и механической обработки изделия после ЭЛС;

операции по устранению дефектов.

4.1.2. Основными параметрами режима ЭЛС являются:

ускоряющее напряжение;

давление газов в рабочей камере при сварке;

расстояние между торцем пушки и поверхностью изделия;

параметры изменения токов в фокусирующей и отклоняющих катушках;

ток пучка электронов;

параметры колебания электронного пучка при сварке (частота, амплитуда, вид развертки);

параметры изменения тока пучка электронов в начале и конце сварки;

скорость сварки;

скорость подачи присадки;

точность совмещения электронного пучка со стыком.

4.1.3. Исходными данными при разработке технологического процесса ЭЛС являются:

тип сварного соединения;

толщина свариваемых кромок;

размеры расчетного сечения сварного шва;

марка (тип) свариваемого материала;

требуемое качество сварного соединения и методы контроля.

4.1.4. Размеры расчетного сечения сварного шва должны задаваться чертежом свариваемого изделия из условий требуемой прочности сварного соединения, рекомендаций пункта 4.2 и приложения 3.

4.1.5. Сварку изделий с толщиной свариваемых кромок до 40 мм рекомендуется проводить вертикальным электронным пучком с получением сварного шва в нижнем положении или горизонтальным пучком с получением шва в горизонтальной плоскости на вертикальной поверхности. Сварку изделий толщиной более 40 мм предпочтительнее вести горизонтальным электронным пучком.

4.1.7. Для определения расчетной минимальной мощности электронного пучка в камере с давлением, указанным в п.4.1.6, следует пользоваться формулой:

4.1.8. По величине минимальной мощности электронного пучка следует подбирать тип предполагаемой для использования сварочной электронной пушки и выбрать рабочую величину ускоряющего напряжения для получения электронного пучка. В допустимом рабочем диапазоне ускоряющих напряжений от 20 кВ до 150 кВ более высокие значения являются предпочтительными.

4.1.9. Рабочие величины токов в электронном пучке, в фокусирующей и отклоняющих катушках электронной пушки следует подбирать при сварке опытных образцов свариваемого изделия. Величины указанных токов должны обеспечивать проплавление сварным швом стыка с получением в нем требуемого расчетного сечения сплавления кромок. При этом контрольные размеры сечения шва должны соответствовать приложению 3.

4.2. Основные типы сварных соединений

4.2.1. В приложении 3 приведены рекомендуемые для использования при ЭЛС основные типы сварных соединений и размеры их конструктивного исполнения.

4.2.2. Применение не указанных в приложении 3 типов сварных соединений следует оформлять в порядке, указанном в п.1.2.

4.2.3. Для устранения отрицательного влияния корневых дефектов в швах в виде пиков и несплошностей проплавления, присущих ЭЛС, на качество сварных соединений, корневую зону шва не следует включать в состав расчетного сечения шва.

При использовании сварного соединения с полным проплавлением кромок без применения остающейся подкладки или «уса», корневую зону рекомендуется выводить в зону шва, формирующуюся «на весу». При использовании сварного соединения с остающейся подкладкой или «усом» корневую зону шва следует выводить в подкладку или «ус».

После ЭЛС корневую зону шва вместе с конструктивными элементами соединения рекомендуется удалять механообработкой.

4.2.4. При двухсторонней сварке нельзя допускать попадания корня одного из швов в расчетное сечение противоположного шва.

4.2.5. Для соединений, приведенных в приложении 3, глубину расчетного сечения шва рекомендуется выбирать равной не более 0,8 от минимальной глубины шва, обеспечиваемой режимом сварки.

4.2.6. При использовании нахлесточных соединений ширина шва в зоне сварки должна быть выбрана из условия требуемой прочности соединения и надежно обеспечиваться режимом сварки.

4.3. Подготовка деталей для сварки

4.3.1. Детали, подлежащие сварке, должны быть подготовлены в соответствии с требованиями РД и технологической инструкции (технологического процесса) на ЭЛС изделия.  

4.3.2. Подготовку свариваемых кромок следует производить механическим способом без применения смазывающе-охлаждающих жидкостей. На свариваемых кромках не допускаются трещины, надрывы, расслоения, вмятины, заусенцы и округления.

Точность обработки кромок должна обеспечивать подготовку их перед ЭЛС в соответствии с приложением 3.

4.3.3. Наружные поверхности свариваемых деталей должны быть очищены от окалины, грата, облоя и жировых загрязнений.

Грат и облой следует удалять пневматическим зубилом или абразивным инструментом; окалину — металлической щеткой с последующей песко- или дробеструйной обработкой; жировые загрязнения — протиркой ветошью, смоченной в бензине.

4.3.4. Перед сборкой под ЭЛС следует производить очистку от загрязнений поверхностей свариваемых кромок и прилегающих к ним участков шириной до 20 мм.

Очистку поверхностей металла от загрязнений рекомендуется проводить органическими растворителями: бензин авиационный по ГОСТ 1012, ацетон технический по ГОСТ 2768.

4.3.5. Обезжиренные кромки свариваемых деталей из сталей и никелевых сплавов должны протирать непосредственно перед ЭЛС бязевыми салфетками по ГОСТ 11680, смоченными в техническом этиловом спирте по ГОСТ 17299.

4.3.6. Перед сборкой под сварку деталей из алюминия и его сплавов свариваемые кромки, обезжиренные по п.4.3.4. следует подвергать обработке для удаления оксидной пленки.

Удаление оксидной пленки рекомендуется выполнять одним из следующих способов: зачисткой металлической щеткой, шабрением или травлением.

Травление поверхностей свариваемых деталей под ЭЛС рекомендуется проводить в последовательности и с материалами, указанными в п.3.6., применительно к сварочной проволоке.

4.3.7. Перед сборкой под сварку деталей из меди и сплавов на ее основе свариваемые кромки, обезжиренные по п.4.3.4., следует обрабатывать металлической щеткой до блеска и протирать бязевыми салфетками, смоченными в техническом этиловом спирте.

4.3.8. Перед сборкой под сварку деталей из титана и титановых сплавов обезжиренные кромки должны быть зачищены металлической щеткой до блеска и протерты салфетками, смоченными техническим этиловым спиртом.

Вместо механической зачистки может быть использовано травление в растворе 40% фтористой и 40% азотной кислоты.

4.3.10. Максимальное время разрыва между подготовкой поверхностей под сварку (по п.п.4.3.3-4.3.8) и последующей ЭЛС должно быть не больше 8 ч — для деталей из стали, меди и сплавов на ее основе, и не более 2-3 ч — для деталей из алюминия, титана и их сплавов.

4.3.11. Правильность подготовки кромок и деталей, подлежащих ЭЛС, должна контролироваться в соответствии с требованиями технологической инструкции (технологического процесса).

4.4. Сборка под сварку

4.4.1. Перед ЭЛС свариваемые детали должны быть собраны и зафиксированы относительно друг друга с помощью сборочно-сварочных приспособлений или сварочных прихваток.

4.4.2. Сборку следует производить по технологической инструкции (технологическому процессу).

4.4.3. Сборка должна обеспечить подготовку свариваемого соединения согласно приложения 3, фиксацию размеров этого соединения при ЭЛС и заданного положения его относительно электронного пучка.

4.4.4. При сборке следует принять меры по предотвращению попадания каких-либо загрязнений на свариваемые кромки деталей и в стык между ними. Все работы по сборке следует производить в чистых белых халатах по ГОСТ 24760, ГОСТ 25194 и в перчатках по ГОСТ 5007.

4.4.5. Прихватки по свариваемому стыку допускается выполнять только электронным лучом в электронно-лучевой установке (ЭЛУ). Режимы для выполнения прихваток, последовательность их исполнения, количество и размеры должны быть оговорены технологической инструкцией (технологическим процессом).

4.4.6. Использование ручной дуговой сварки покрытыми электродами для прихваток допускается при сборке свариваемых деталей через заходные, выходные и остающиеся планки, а также удаляемые скобы. Прихваточные швы перед ЭЛС должны быть очищены от шлака и окислов.

Использование аргоно-дуговой сварки для прихватки деталей по стыку допустимо только в случае обеспечения гарантированного переплава мест прихватки электронным пучком.

4.4.7. Величина магнитной индукции на поверхности свариваемого стыка не должна превышать ±100 мкТл.

При превышении указанных уровней магнитной индукции требуется размагничивание кромок или применение магнитных экранов для электронного пучка, обеспечивающих предотвращение отклонения пучка полем от стыка более, чем на ±0,10 мм.

4.4.8. Правильность сборки изделия перед ЭЛС должна быть проверена в соответствии с технологической инструкцией (процессом).

4.5. Сварка

4.5.1. Выполнение сварочного процесса должно производиться по технологической инструкции (технологическому процессу).

4.5.2. ЭЛС следует производить по циклу:

размещение свариваемых деталей в вакуумной камере ЭЛУ;

откачка камеры;

настройка электронного пучка на режим прихватки;

выведение пучка на свариваемый стык и прихватка;

вывод пучка на начальную точку сварки;

установка режимов сварки;

сварка;

выдержка сваренного изделия в камере после ЭЛС (от 5 с до 20 мин);

напуск воздуха в камеру ЭЛУ;

выгрузка сваренного изделия.

4.5.3. При сварке прямолинейных швов начало и конец шва следует располагать на удаляемых заходной и выходной планках.

При сварке замкнутых стыков плавное гашение луча следует производить после гарантированного переплава участка выведения луча на рабочий режим.

4.5.4. Настройку ЭЛУ производить на однотипных образцах сварных соединений. Однотипными сварными соединениями считать производственные сварные соединения одинаковой конструкции, имеющие аналогичную форму подготовки кромок, выполненные по единому технологическому процессу на одних и тех же параметрах, на элементах (деталях) из одного и того же материала с толщиной, равной толщине свариваемого изделия и соотношением наружных диаметров не более 1,65.

Оценка качества настройки ЭЛУ должна производиться по совпадению геометрических размеров шва на образце с размерами, полученными на режимах ЭЛС, заданных технологической документацией.

Образцы должны свариваться каждый раз при наладке, переналадке или после ремонта ЭЛУ, включая смену катода в электронной пушке.

Допускается в качестве образцов использовать припускные пластины или вырезаемые участки.

4.5.5. При сварке швов со сквозным проплавлением кромок и формированием корня «на весу» с обратной стороны шва на расстоянии более 2,5 мм следует располагать стальной или медный гаситель электронного пучка.

Толщина гасителя должна быть не менее четверти толщины свариваемых кромок.

При сварке швов с остающейся подкладкой, размеры подкладки рекомендуется выбирать в соответствии с приложением 3.

4.5.6. В случае сварки с применением присадочных материалов необходимо обеспечить совпадение направления перемещения изделия и подачи присадочной проволоки.

4.5.7. Вылет присадочной проволоки из мундштука следует выбирать в диапазоне от 6 до 25 мм.

4.5.8. Присадочная проволока должна направляться в место встречи электронного пучка с изделием.

4.5.9. Начало подачи присадочной проволоки должно отставать по времени от ввода электронного луча на рабочую мощность. Время отставания 1-2 с.

4.5.10. В процессе ЭЛС следует контролировать:

режим сварки;

точность ведения электронного пучка по стыку;

формирование наружной поверхности сварного шва (визуально, периодически, согласно технологической инструкции на процесс сварки);

последовательность выполнения операций по управлению ЭЛУ;

последовательность сварочных операций;

температуру подогрева свариваемых деталей (при сварке с подогревом).

4.5.11. Точность поддержания параметров сварки и необходимость подогрева должны соответствовать требованиям технологической инструкции (технологического процесса).

4.5.12. Все сведения по проведенному процессу ЭЛС должны быть занесены в журнал оператора.

 5. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

5.1. Целесообразность проведения и вид термической обработки сварного соединения должны устанавливаться документацией на технологический процесс изготовления сварного соединения с использованием ЭЛС.

5.2. Температура термической обработки, температура печи при посадке в нее сварных изделий, скорость нагрева, время выдержки, скорость или условия охлаждения, а также допустимый разрыв во времени между моментом окончания сварки и началом термической обработки, в зависимости от марки стали и толщины сваренных элементов, должны устанавливаться технологическим процессом (технологической инструкцией) на термообработку сварного соединения.

5.3. В приложении 4 приведены сведения о рекомендуемой термообработке сварных соединений из сталей перлитного и мартенситного классов различных марок.

5.4. Сварные соединения узлов из коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, а также сварные соединения узлов из сталей перлитного класса с предварительно наплавленными кромками аустенитным материалом, термической обработке не подвергаются за исключением случаев, оговоренных технологической инструкцией (технологическим процессом).

 6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ТИПИЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

6.1. При ЭЛС в сварных соединениях встречаются дефекты, присущие как для сварки плавлением, так и для лучевых методов сварки.

К первым следует отнести прожоги, подрезы на наружной поверхности шва, наплывы в корне шва, поры, усадочные раковины и трещины (холодные и горячие).

Ко вторым следует отнести непровар свариваемого стыка, пикообразное колебание глубины проплавления в корне шва и наличие несплавлений и несплошностей в вершинах пиков.

6.2. Наличие дефектов может быть обусловлено как отклонениями от рекомендуемого технологического процесса, так и недостаточностью его проработки. В связи с этим, после ЭЛС следует обязательно проводить контроль качества сварного соединения.

6.3. Методы и объем контроля качества сварных соединений должны выбираться в соответствии с требованиями технической документации на свариваемое изделие, настоящего РД и правил контроля, распространяемых на изделие.

6.4. Выбранные методы контроля, его объем и ссылка на нормы дефектности должны быть указаны на рабочих чертежах сварного изделия и в технологической инструкции (технологическом процессе) на ЭЛС.

6.5. При контроле неразрушающими методами осмотру должны подвергаться шов и зона, прилегающая к нему на расстоянии не менее 10 мм от границы шва.

6.6. Форма и размеры шва по его длине должны соответствовать размерам, указанным в приложении 3. Измерения производить не реже, чем через один метр длины шва и не менее, чем в трех точках по длине шва.

6.7. Исправлению подлежат дефекты, наличие которых в сварных соединениях не допускается требованиями чертежей и соответствующих правил контроля.

6.8. Исправление дефектов должно производиться по технологической инструкции (технологическому процессу) на основании требований РД и правил контроля на изделие.

В качестве первоочередной меры для устранения непроваров, подрезов, мелких раковин, пор и трещин в сварном шве следует использовать повторный проплав шва электронным пучком на рабочем режиме. Допускается проведение повторного проплава для устранения дефектов с использованием присадочных материалов.

Последующие ремонтные проплавы не рекомендуются.

Для устранения дефектов, которые не удалось устранить повторным проплавом электронным пучком, следует производить разделку дефектного места механическим путем с последующей дуговой заваркой этого места.

Вспомогательные материалы (электроды, проволока и т.д.) для ремонтной заварки и ее режимы должны быть оговорены технологической инструкцией (технологическим процессом). Допускается также полная вырезка сварного соединения, новая подготовка кромок под ЭЛС и новая сварка электронным пучком.

6.9. Полнота удаления дефектов и качество сварных соединений должны контролироваться отделом технического контроля в соответствии с требованиями применяемых правил контроля или инструкции на ремонт.

6.10. Если при контроле качества в исправленном участке вновь будут обнаружены недопустимые дефекты, то вопрос о возможности исправления сварного соединения решается главным сварщиком предприятия совместно с начальником отдела технического контроля. Возможность последующих ремонтов определяется по согласованию с головной отраслевой организацией по технологии и материалам.

 7. ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ЭЛС И ЕГО РАЗМЕЩЕНИЮ

7.1. Для ЭЛС должны использоваться электронно-лучевые установки и сварочная оснастка, позволяющие получить требуемые рабочими чертежами и технологической инструкцией (технологическим процессом) размеры сварных швов и качество сварных соединений.

7.2. Тип сварочной установки должен быть оговорен технологической инструкцией на ЭЛС. При этом могут быть использованы серийно выпускаемые установки и специализированные единичные установки.

7.3. Типы серийного оборудования для ЭЛС приведены в приложениях 5 и 6.

7.4. Специализированные установки должны включать механические, электротехнические, энергетические и вспомогательные комплексы. Технические характеристики этих комплексов должны отвечать требованиям п.7.1.

7.5. В механический комплекс должны входить: вакуумная камера с откачной вакуумной системой и манипуляторами для перемещения сварочной пушки и свариваемого изделия; сборочно-сварочная оснастка; механизм подачи присадочной проволоки.

7.6. Вакуумная камера должна быть изготовлена из аустенитной или малоуглеродистой стали. Толщина стенки камеры и конструкция иллюминаторов должны обеспечивать механическую прочность при эксплуатации и защиту обслуживающего персонала от рентгеновского излучения при ЭЛС (допустимые дозы не должны превышать норм, указанных в п.9.7).

Рекомендуется применять автоматическую систему создания вакуума.

Величина натекания воздуха в камеру через уплотнения и с ее внутренних поверхностей не должна превышать требований технических условий (ТУ) на ЭЛУ.

7.8. Сборочно-сварочная оснастка должна включать устройство для сборки и крепления свариваемого изделия под ЭЛС.

7.9. Механизмы перемещения пушки, изделия и сборочно-сварочной оснастки должны обеспечить точность совмещения электронного пучка со свариваемым стыком в пределах ±0,1 мм и не приводить к возрастанию максимального уровня магнитной индукции на поверхности стыка более ±100 мкТл.

7.10. Механизм подачи присадочной проволоки должен обеспечивать подачу присадки диаметром от 0,8 до 1,6 мм. Скорость подачи проволоки и место подачи определяются технологической инструкцией (технологическим процессом) на ЭЛС.

Для привода механизма подачи присадочной проволоки рекомендуется применять электродвигатель с напряжением питания не выше 36 В.

7.11. В электротехнический и энергетический комплекс установки должны входить:

электронно-лучевая сварочная пушка, обеспечивающая создание и формирование сварочного электронного пучка;

источник питания высоковольтным напряжением электродов электронной пушки;

блоки управления пушкой (управление параметрами электронного пучка);

шкафы и пульты управления пушкой, источником питания, исполнительными механизмами ЭЛУ и вакуумной системой.

7.12. Энергетический комплекс должен обеспечивать стабилизацию параметров электронного пучка с точностью, %:

Работоспособность электронной пушки на номинальном режиме сварки без переборки и смены катода должна быть не менее 4 ч.

7.13. Для наведения электронного пучка на свариваемый стык перед ЭЛС рекомендуется использовать в составе установки аппаратуру типа «Прицел», СУ-229.

7.14. Для сварки с использованием развертки электронного пучка относительно свариваемого стыка по круговой, эллипсной, продольной или иной траектории рекомендуется применять аппаратуру СУ-165, ОЛ-143 или СУ-229.

7.15. В схеме управления исполнительными механизмами и создания вакуума ЭЛУ, рекомендуется использовать автоматизированные программные устройства, ЭВМ и т.д.

7.16. В состав вспомогательного комплекса ЭЛУ должны входить:

система наблюдения за ЭЛС (оптическая, телевизионная, типа «Матрица», «Лотос»);

система освещения внутренней полости камеры и зоны сварки;

система защиты исполнительных механизмов и средств наблюдения от напыления при ЭЛС;

устройство для измерения остаточной намагниченности изделий перед ЭЛС (рекомендуется использовать микротеслометр Г74Н).

7.17. ЭЛУ должна содержаться в чистоте. Оборудование и технологическая сборочно-сварочная оснастка, находящаяся в рабочем пространстве установки не должна содержать загрязнений, органических смазок и деталей из материалов, способных разлагаться и возгоняться под действием нагрева и вакуума. В конце каждой смены необходимо протирать сухими техническими салфетками наружные поверхности установки.

На внутренней поверхности камеры и наружных поверхностях всех устройств, расположенных внутри камеры, не должно быть видимых следов пыли, грязи или жира (масла). Профилактическую очистку от загрязнений производить салфетками, смоченными в авиационном бензине.

Стекла иллюминаторов протирать бязевыми салфетками, смоченными этиловым спиртом.

Протирка поверхностей в электронной пушке, высоковольтных и электротехнических узлах, в узлах вакуумной системы и системы наблюдения производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации бязевыми салфетками, смоченными этиловым спиртом.

Внутри камеры после работы необходимо создавать предварительное разряжение (около 0,13 Па) и только после этого установку отключать. В таком же виде ЭЛУ должна находиться при длительных перерывах.

7.18. Число профилактических плановых ремонтов, а также нормы расхода вспомогательных и протирочных материалов должны определяться инструкцией по эксплуатации ЭЛУ.

При отсутствии в инструкции сведений по материалам следует пользоваться следующими нормами:

расход этилового технического спирта (ГОСТ 17299, марка А) и ректификованного спирта (ГОСТ 18300, высший сорт) в соответствии с требованиями РД 24.980.05-89;

7.19. Расход таких материалов как вольфрам, тантал, молибден, вольфрамо-рениевая проволока, лантан-боридные таблетки и т.д. для электронных пушек должен быть оговорен в инструкции по эксплуатации ЭЛУ или в технологической инструкции (технологическом процессе) на процесс ЭЛС.

7.20. Переборку электронных пушек оператор должен производить в перчатках по ГОСТ 5007.

7.21. ЭЛУ рекомендуется размещать в отдельном помещении, отвечающем требованиям «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий»  СНиП-245-71, «Санитарных правил работы с источниками неиспользуемого рентгеновского излучения» — СНиП 1960-79, Правил технической эксплуатации и безопасности электроустановок — ПТЭ и ПТБ, РД и инструкций на монтаж и эксплуатацию установки.

7.22. В помещениях с ЭЛУ следует обеспечить:

температуру воздуха в пределах от 18 до 25 °С;

относительную влажность воздуха не более 60%;

приточно-вытяжную вентиляцию с 3-5 кратным обменом в соответствии с ГОСТ 12.4.021-75;

уровень шума не более 80 дБ;

естественное и искусственное освещение по СНиП II-4-79*.

7.23. Свободная площадь, не занятая оборудованием, должна быть не менее половины общей площади помещения, а ширина проходов не менее 1,2 м.

7.24. В помещении с ЭЛУ, кроме установки, должны быть размещены:

грузоподъемные средства для эксплуатации и ремонта ЭЛУ;

стеллажи для складирования суточной свариваемой продукции;

шкафы для хранения быстроизнашиваемых запчастей ЭЛУ;

стол оператора-сварщика ЭЛУ и верстак для слесарных работ;

защитные средства электробезопасности;

противопожарные средства;

телефон;

аптечка первой помощи;

раковина с холодной и горячей водой;

пылесос и средства для уборки помещения.

7.25. К помещению с ЭЛУ должна примыкать площадка для складирования подготавливаемой к сварке и готовой продукции. Помещение с ЭЛУ и площадка вместе образуют участок ЭЛС, планировка которого должна быть согласована с главным энергетиком, главным механиком, пожарной охраной предприятия, с санэпидемстанцией и утверждена руководителем предприятия.

7.26. После выполнения работ по размещению оборудования, согласно планировки и окончания монтажа оборудования, участок ЭЛС должен быть принят комиссией, назначенной руководителем предприятия при обязательном участии технического инспектора Совета профсоюзов и представителей органов санитарного надзора. Одновременно с пробным пуском установки проводится дозиметрический контроль защиты. Результаты контроля должны быть зафиксированы актом.

7.27. Участок ЭЛС может быть сдан в эксплуатацию только после получения разрешения Санэпидемстанции.

 8. КВАЛИФИКАЦИЯ СВАРЩИКОВ И ТРЕБОВАНИЯ К ИТР

8.1. К выполнению ЭЛС допускаются дипломированные сварщики, прошедшие теоретическое и практическое обучение по специальной программе процессу ЭЛС, разработанной предприятием, выполняющим ЭЛС, и получившие удостоверение оператора-сварщика ЭЛУ не ниже 4 разряда с допуском к ЭЛС изготавливаемых изделий, а также имеющие допуск не ниже III группы по электробезопасности для работы на установках с напряжением выше 1000 В.

8.2. Испытания операторов-сварщиков должны производиться аттестационной комиссией, назначаемой приказом руководителя предприятия, применяющего ЭЛС. При аттестации сварщиков, сваривающих изделия подведомственные Госпроматомнадзору СССР, состав комиссии должен отвечать требованиям Правил аттестации, утвержденной этой организацией.

8.3. К подготовке деталей для ЭЛС допускаются рабочие-сварщики, имеющие удостоверение не ниже 3 разряда после прохождения теоретического и практического обучения по программе, разработанной предприятием, осуществляющим ЭЛС, а также имеющие допуск не ниже II группы по электробезопасности для работы на установках с напряжением выше 1000 В.

8.4. К руководству сварочными работами и контролю за соблюдением процесса ЭЛС и качества сварных соединений следует допускать инженерно-технических работников, прошедших курс теоретического обучения процессу ЭЛС, изучивших требования РД, чертежи и технологическую документацию на сборку и сварку изготавливаемых изделий, и имеющих допуск не ниже II группы по электробеэопасности.    

8.5. К выполнению ремонтных работ на высоковольтных узлах ЭЛУ допускается электротехнический персонал, имеющий допуск не ниже III группы по электробезопасности для работы на установках с напряжением выше 1000 В. Руководство этими работами могут осуществлять ответственные лица, имеющие допуск не ниже IV группы по электробезопасности для работы на установках выше 1000 В.

 9. ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

9.1. К выполнению работ на электронно-лучевой установке допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, специальное обучение и инструктаж по технике безопасности в объеме, соответствующем возложенным обязанностям, и сдавшие экзамен квалификационной комиссии на право производства работ в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.003.

9.2. При эксплуатации электронно-лучевых установок опасность представляют:

электрическое напряжение;

рентгеновское излучение;

световое излучение сварочной ванны;

шум и вибрация при работе механических вакуумных насосов;

пары металла, осаждаемые на внутренних стенках камеры, при попадании в дыхательные пути;

пары химических реактивов и растворителей, применяемых при очистке вакуумной камеры и насосов;

возможность взрыва паров масла при прорыве атмосферного воздуха в высоковакуумные насосы.

9.3. На ЭЛУ разрешается работать одновременно не менее двум специалистам, обученным правилам оказания первой помощи пострадавшим. Оставлять без наблюдения включенные установки строго запрещается.

9.4. Электробезопасность работ должна обеспечиваться выполнением требований ГОСТ 12.1.038, ГОСТ 12.2.007.3, ГОСТ 12.2.007.8 и «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей».

9.5. Высоковольтный блок сварочной установки должен иметь блокировку, выключающую питание при открывании дверей.

9.6. Защита персонала от воздействия неиспользуемого рентгеновского излучения при ЭЛС обеспечивается выполнением требований Санитарных правил N 1960-79.

9.7. Защита от рентгеновского излучения должна конструктивно входить в состав ЭЛУ и обеспечивать защиту от излучения при всех возможных условиях ее эксплуатации.

Мощность экспозиционной дозы неиспользуемого рентгеновского излучения в любой точке пространства на расстоянии 5 см от корпуса установки или специальной защитной камеры, а также у смотровых иллюминаторов не должна превышать 0,07 мкР/с при 41-ч рабочей неделе и 0,08 мкР/с при 36-ч рабочей неделе.

9.8. Контроль эффективности защиты от рентгеновского излучения проводить службой, дозиметрического контроля предприятия перед началом пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации проводится периодический дозиметрический контроль не реже 1 раза в год, а также после проведения работ, связанных с изменением конструкции или заменой узлов, входящих в состав защиты установки. Все замеры должны фиксироваться в специальном журнале.

9.9. Помещение для проведения ЭЛС должно соответствовать требованиям, изложенным в разделе 7.

9.10. Помещение для проведения ЭЛС должно быть оборудовано общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией в соответствии с ГОСТ 12.4.021.

9.11. Для защиты глаз оператора от светового излучения при наблюдении за сваркой смотровое окно должно быть закрыто светофильтром по ОСТ 21.6.

9.12. Уровень шума и вибрации от работ механических вакуумных насосов и электродвигателей в помещении для ЭЛС должно соответствовать ГОСТ 12.1.029, ГОСТ 12.1.003 и ГОСТ 12.1.012.

9.13. Для предохранения дыхательных путей от попадания в них осажденных на стенках камеры ЭЛУ паров металлов, при очистке камеры необходимо пользоваться средствами защиты по ГОСТ 12.4.034*.

9.14. При обслуживании вакуумной камеры ЭЛУ, нагреватели вакуумных насосов должны быть выключены.

9.15. Вентиляция должна быть рассчитана на обеспечение противопожарной безопасности и защиты воздушной среды, согласно Санитарным нормам 245-71.

9.16. Помещение для ЭЛС должно быть оснащено тепловыми или дымовыми извещателями пожарной опасности и средствами пожаротушения, согласно правил ГУПО МВД СССР.

9.17. Размещение и хранение заготовок, подлежащих ЭЛС, должно осуществляться на специальных стеллажах, обеспечивающих безопасную установку и съем заготовок при проведении работы в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.003*.

На участке ЭЛС запрещается хранить материалы, обладающие опасными и вредными свойствами, на неогороженной площади.

Допускается хранение этих материалов на специально огороженном участке, расположенном не ближе 5 м от действующего оборудования в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004*.

9.18. Запрещается работать на ЭЛУ при отсутствии защитных средств (разрядная штанга, коврики, резиновые перчатки и т.д.) и рабочей одежды у обслуживающего персонала (халаты, комбинезоны и т.д.).

9.19. Мероприятия по пожарной безопасности должны удовлетворять требованиям ГОСТ 12.1.004. Для работы в помещении должно быть выделено лицо ответственное за пожарную безопасность.

9.20. Общие требования безопасности должны удовлетворять требованиям ГОСТ 12.3.002.

Ответственность за соблюдение требований безопасности возлагается на администрацию предприятия, на начальников цехов и руководителей соответствующих участков.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рекомендуемое

Материалы, используемые при сварке электронным лучом

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рекомендуемое

Сварочная проволока для использования при ЭЛС

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Рекомендуемое

Типы сварных соединений для ЭЛС

Продолжение

Примечание: 1. Допускается смещение кромок перед ЭЛС относительно друг друга не более:

0,5 мм — для деталей толщиной от 5 до 20 мм

1,0 мм — для деталей толщиной от 21 до 60 мм

1,5 мм — для деталей толщиной от 61 до 100 мм

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Рекомендуемое

Температура термообработки сварных соединений и допускаемый разрыв во времени между моментом окончания сварки и началом термообработки

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Справочное

Типы электронно-лучевых сварочных установок

Примечание: Координата, отмеченная «+» означает возможность перемещения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Справочное

Аппаратура для получения сварочного электронного пучка

( 2 оценки, среднее 5 из 5 )

Электронно лучевая сварка

Сегодня электроннолучевая сварка считается одной из быстро развивающихся технологий. Она применяется для работы с тугоплавкими и химическими активными, разновидными веществами и качественными сплавами. Среди ключевых моментов электронно лучевой сварки можно отнести следующие моменты:

1. Сваривание проводится за счет использования кинетической энергии летящих электронов, которые при соприкосновении с поверхностью становятся причиной нагрева поверхности.
2. Развитие подобного метода электронной сварки можно связать с появлением современной вакуумной техникой и электронной оптики. Только после того как стали производить подобное оборудование технология стала часто использоваться в металлургической области.

Электронно лучевая сварка может оказывать требуемое воздействие на твердые и тугоплавкие сплавы. За счет локального воздействия температуры можно получить качественное соединение.

Сущность процесса ЭЛС

Электронная пушка применяется в качестве генератора светового пучка. К ее особенностям отнесем следующие моменты:

1. В качестве генератора пучка и его перенаправления устанавливаются электроды и катоды.
2. Для того чтобы сфокусировать луч устанавливается оптический элемент. В зависимости от типа оборудования он может изготавливаться из различных материалов.
3. В качестве питания применяется бытовая сеть. Увеличить напряжение и другие параметры можно за счет встроенного трансформатора.

Технология электронно лучевой сварки предусматривает фокусирование луча за счет магнитной линзы. При касании электроны соударяются на большой скорости с небольшой поверхностью, при возникновении трения вырабатывается тепловая энергия. На этом этапе пучок кинетическая энергия становится тепловой, повышается пластичность обрабатываемого материала, и он плавится.

Процесс электронно лучевой сварки связан с применением специального оборудования. Оно позволяет получить качественное соединение, которое будет выдерживать существенное механическое воздействие и окружающей среды.

Существенно снизить потери энергии можно при проведении рассматриваемого процесса в условиях вакуума. За счет этого исключается вероятность термической деформации. Вакуумная среда выполняет несколько основных функций, которые должны учитываться:

1. Если сравнивать применение вакуумной среды с газовой или флюсом, то она защищает обрабатываемую поверхность более эффективно.
2. Обеспечивается высокая химическая защита катода.
3. Снижается потеря кинетической энергии. Это связано с тем, что частицы сфокусированного луча не соприкасаются с молекулами воздуха.
4. Повышается эффективность дегазации сварочной ванной. Вакуумная среда исключает вероятность появления оксидной пленки.

Однако, применение вакуумной среды существенно повышается стоимость процедуры. Это связано с тем, что специальное оборудование обходится достаточно дорого.

Техника ЭЛС

Электронно лучевая сварка характеризуется определенными особенностями, которые нужно учитывать. Среди особенностей выделим следующие моменты:

1. Плавка проходит по средней стенке углубления. Выполнять сварку нужно с учетом того, что расплавленный металл будет перемещаться к задней части сварочной ванной. После этого он начинает кристаллизоваться.
2. Можно проводить плавку непрерывным лучом. Исключением можно назвать обработку сплавов из алюминия или магния. Слишком высокая температура становится причиной ионизации паров. Именно поэтому в подобном случае рекомендуется применять импульсный луч.

При применении технологии, которая связана с воздействием на поверхность импульсного луча можно провести обработку заготовок небольшой толщины.

Параметры режима лучевой сварки и типы сварных соединений

Для качественной обработки поверхности материала следует рассмотреть основные параметры проведения электронной лучевой сварки. Они следующие:

1. Степень вакуумизации. Вышеприведенная информация определяет то, что при сварке в условиях вакуума существенно повышается эффективность процесса.
2. Показатели подаваемого тока в луче могут варьировать в большом диапазоне. Это связано с тем, что для толстых заготовок повышается показатель силы тока.
3. Скорость передвижения луча по поверхности определяет производительность технологии. Кроме этого, скорость передвижения увеличивается для исключения вероятности прожига металла.
4. Точность фокусировки луча также определяет эффективность процедуры. Этот показатель зависит от того, какое применяется оборудование.
5. Продолжительность пауз. Некоторые технологии предусматривают прерывистое воздействие светового импульса.

Основные параметры можно найти в специальных таблицах. Применяемое оборудование позволяет вводить основные параметры.

Особенности сварки лучевого типа

Технология применения сфокусированного луча встречается крайне редко. Рассматривая особенности сварки лучевого типа уделяется внимание следующим моментам:

1. Получить чистую поверхность и обеспечить максимальную степень дегазации металла можно только в случае проведения работы в условии вакуума.
2. Нагрев проводится до высокой температуры, за счет обеспечивается плавка металла в зоне контакта. За счет этого получается мелкозернистый шов с привлекательными характеристиками.

Подобный метод не приводит к образованию трещин. Именно поэтому он используется для работы с материалами, которые восприимчивы к сильному нагреванию и могут плавится.

Примером можно назвать процесс изготовления деталей из различных алюминиевых сплавов. Минимальная толщина обрабатываемых деталей составляет 0,02 мм, максимальный показатель около 100 мм.

Достоинства и недостатки электронно лучевой сварки

Как и у многих других технологий, у рассматриваемой также есть достоинства и недостатки. К положительным сторонам можно отнести:

1. На поверхность воздействует меньшее количество тепла. Как правило, при дуговой сварке оказывается более высокое тепловое воздействие. За счет этого существенно повышается степень коробления металла. Слишком высокая температура приводит к изменению кристаллической структуры.
2. Есть возможность провести обработку керамики и некоторых других трудноплавких металлов. При фокусировании луча можно проводить обработку поверхности диаметром менее одного миллиметра.
3. Высокое качество получаемого шва определяет то, что технология может применяться для получения ответственных изделий и декоративных элементов. Сфокусированный луч приводит к дегазации металлического шва, за счет чего повышается степень пластичности и некоторые другие параметры. Провести электронную сварку можно также и коррозионностойких сплавов.
4. Применяемое оборудование позволяет проводить регулировку мощности в достаточно большом диапазоне. Поэтому электронно лучевая сварка может использоваться для работы с различными заготовками.
5. Можно получить узкий, но глубокий шов. За счет этого существенно повышается прочность соединения.
6. При выборе импульсного режима можно исключить вероятность деформации поверхности из-за воздействия высокой температуры.
7. Метод может использоваться для термической обработки и перфорации, а также резки металла.

Есть и определенные недостатки. Они следующие:

1. Для создания вакуумной среды требуется определенное время. Именно поэтому существенно снижается показатель производительности подобной технологии.
2. В корне шва может появится полое отверстие. Именно поэтому следует проводить контроль качества соединения при применении специального оборудования.

Электронно лучевая сварка оправдана в том случае, если нужно провести обработку труднодоступных мест. Экономичность связана с небольшим показателем потребления энергии.

Виды сварочных лучевых установок

Оборудование для электронно лучевой сварки характеризуется высокой эффективность применения. Однако, сложность конструкции определяет ее высокую стоимость. В продаже встречается:

1. С элементом прямого накала катодов.
2. С элементом косвенного накала.

Некоторые установки электронно лучевой сварки могут проводить обработку поверхности по криволинейным траекториям. Для этого проводится установка компьютера, который и контролирует положение исполнительного органа относительно обрабатываемой поверхности.

Модели, выпускаемые зарубежными производителями, характеризуются высокой степенью автоматизации. Наибольшей эффективностью пользуется метод полного проплавления соединительного стыка.

Область применения

Как ранее было отмечено, рассматриваемый метод применяется для соединения различных материалов и сплавов, которые характеризуются высокой устойчивостью к воздействию тепла. Область применения следующая:

1. Обработка алюминия.
2. Соединение изделий, представленных сплавов из титана.
3. Обработка бериллиевых металлов.
4. Работа с танталом, ниобием, цирконием.
5. Обработка легированных сталей.

Качественные изделия могут получать в ракетостроении и атомной энергетике. Это связано с тем, что лучевая технология позволяет получить однородный шов.

Использование сварки в промышленности

Применение ЭЛС постоянно расширяется несмотря высокую себестоимость процесса и некоторые ее недостатки. Технология характеризуется показателем КПД почти 95%. Этот показатель больше чем у более распространенной дуговой сварки.

Промышленное применение выражено следующим образом:

1. При работе с активными металлами.
2. При обработке термоупрачненных металлов.
3. Для соединения тугоплавких материалов.
4. При работе с камнем и керамикой.
5. Для создания ответственных деталей.

Сегодня ЭЛС получила широкое распространение в сфере производства электронных изделий. За счет вакуума можно обеспечить герметизацию микросхем. При этом на поверхность может оказывать воздействие самая различная температура. Производительные установки подходят для работы в сфере авиации. Объем камер может варьировать в большом диапазоне. В заключение отметим, что в последнее время технология активно развивается. Это связано с возможностью получения качественных изделий при небольших затратах.