Области применения электрошлаковой сварки
Основным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки за один проход деталей практически любой толщины. Сварка производится без разделки кромок, поэтому ее экономичность повышается с ростом толщины свариваемого металла. Экономически целесообразно применять ее уже начиная с 40 мм, но чаще всего она используется для сварки толщин 100–500 мм.
Электрошлаковая сварка применяется при изготовлении массивных станин, валов мощных турбин, толстостенных котлов и барабанов. Ее применение вносит коренные изменения в технологию производства крупногабаритных изделий. Появляется возможность замены крупных литых или кованых деталей сварно-литыми или сварно-коваными из более мелких поковок или отливок.
Недостатками электрошлаковой сварки является повышенная зона термического влияния, вызванная медленным нагревом и охлаждением металла. Это часто приводит к образованию неблагоприятных, крупнозернистых структур и требует термообработки для получения необходимых свойств сварного соединения.
Электронно-лучевая сварка – сварка, при которой нагрев и плавление изделий осуществляется потоком высокоскоростных электронов, движущихся под действием электрического поля в вакууме.
Общепринятые обозначения
EBW – Electron Beam Welding – сварка электронным лучом
Технология сварки
Сварка выполняется внутри камеры в вакууме, полученным за счет откачивания воздуха до давления порядка 10-6–10-4 мм рт. ст. Пучок электронов создается в специальном устройстве – электронно-лучевой пушке.
Рисунок. Схема электронно-лучевой сварки
Электроны испускаются катодом, нагреваемым электрической спиралью. Катод окружен прикатодным электродом, к которому также прикладывается отрицательный потенциал. Таким образом, осуществляется предварительная фокусировка электронов, вылетающих из катода в различных направлениях.
На некотором расстоянии от катода (обычно 3–10 мм) расположен ускоряющий электрод (анод), к которому приложен положительный потенциал. Из-за взаимного отталкивания электронов луч постепенно расширяется. Для его сжатия используется фокусирующая система, осуществляющая фокусировку магнитным полем. Точное наведение электронного пучка в зону сварки выполняет магнитная отклоняющая система.
Скорость электронов может составлять до 150 000 км/с и выше. Поэтому даже несмотря на очень малую массу электронов их кинетическая энергия (mν2/2) оказывается достаточной для нагрева бомбардируемого изделия до температуры плавления и, следовательно, сварки.
Технический вакуум при сварке выполняет следующие функции:
уменьшает потери кинетической энергии электронов, позволяя им достигать свариваемого изделия практически без соударения с молекулами воздуха;
защищает раплавленный металл от взаимодействия с окружающей атмосферой (качественнее, чем защитный газ или флюс);
предотвращает дуговой разряд между катодом и анодом и обеспечивает химическую защиту катода;
способствует улучшению дегазации сварочной ванны, удалению оксидных пленок, что повышает качество соединения.
Сущность лазерной сварки
Лазерный луч по сравнению с обычным световым лучом обладает рядом свойств – направленностью, монохроматичностью и когерентностью.
Благодаря направленности лазерного луча его энергия концентрируется на сравнительно небольшом участке. Например, направленность лазерного луча может в несколько тысяч раз превышать направленность луча прожектора.
Если обычный «белый» свет состоит из лучей с различными частотами, то лазерный луч является монохроматичным – имеет определенную частоту и длину волны. За счет этого он отлично фокусируется оптическими линзами, поскольку угол преломления луча в линзе постоянен.
Когерентность – это согласованное протекание во времени нескольких волновых процессов. Некогерентные колебания светового луча обладают различными фазами, в результате чего могут погасить друг друга. Когерентные же колебания вызывают резонанс, который усиливает мощность излучения.
Благодаря вышеперечисленным свойствам лазерный луч может быть сфокусирован на очень маленькую поверхность металла и создать на на ней плотность энергии порядка 108Вт/см2 – достаточную для плавления металла и, следовательно, сварки.
Для лазерной сварки обычно используются следующие типы лазеров:
твердотельные и
газовые – с продольной или поперечной прокачкой газа, газодинамические.