Электроннолучевая сварка
При электроннолучевой сварке плавление основного металла осуществляется электронами, движущимися в вакууме со скоростью до 165000 км/сек. При ударе электронов о поверхность металла энергия их движения (кинетическая энергия) превращается в теплоту, которая плавит металл.
Электроннолучевая сварка производится в камере, в которой, создан вакуум путем откачки воздуха до остаточного давления 1 *10-4—1*10-6 мм р. ст. Вакуум необходим для того, чтобы энергия электронов не расходовалась на ионизацию газа в камере и для получения металла шва без газовых включений.
Свариваемая деталь через загрузочный люк помещается в вакуумную камеру, имеющую стеклянное окно для наблюдения за процессом сварки и патрубок, через который из камеры вакуум-насосом откачивается воздух. Подвижный стол служит для перемещения детали относительно сварочного электронного луча. Над камерой расположено устройство, называемое электронной пушкой, создающей электронный луч. Электроны испускаются катодом пушки, нагреваемым через вольфрамовую спираль током накала 30—100 ма., поступающим от низковольтного трансформатора.
В установках малой мощности катодом является вольфрамовая или танталовая спираль, а при большей мощности — применяют металлокерамические катоды, изготовленные из гексаборида лантана, которые способны излучать много электронов. Катод окружен фокусирующим электродом, создающим электронное облако. На расстоянии 3—10 мм от катода установлен анод, включенный в цепь выпрямленного тока напряжения от 10 до 60 кв, поступающего от источника питания. Это напряжение ускоряет электроны и увеличивает их количество.
Электромагнитная линза служит для фокусировки луча, прошедшего через диафрагму. В электронной пушке предусмотрены также электромагнитные катушки для регулировки настройки (юстировки) и отклонения электронного луча.
В зависимости от конструкции сварочной установки сварка производится или перемещением детали относительно неподвижного луча, или перемещением электронной пушки, или перемещением с помощью отклоняющих устройств самого луча вдоль неподвижных кромок. Диаметр электронного луча можно получить от 0,3 до 3 мм.
Скорость сварки в зависимости от толщины и вида материала может изменяться в пределах от 0,1 до 200 м/ч. Для сварки крупных деталей строят вакуумные камеры, диаметром до 1,2 м и длиной до 8,5 м. Применяют также портативные, перемещающиеся по шву камеры, создающие местный вакуум над участком сварки. Современное сварочное оборудование позволяют сваривать металл от 0,013 до 70 мм толщиной. Вследствие выcoкой концентрации энергии в луче получается глубокий (кинжальный) провар и узкая околошовная зона. В результате этого, а также благодаря низкому содержанию газов в металле шва качество сварки получается очень высоким.
Электроннолучевую сварку применяют при сварке сталей (жаропрочных и высокопрочных) и сплавов на основе титана и алюминия, сварки молибдена, тантала, ниобия, вольфрама, циркония, никеля, бериллия, сварка алюминия, меди и др. Для точной обработки и сварки микродеталей ( например, в микроэлектронике и других областях) используются высоковольтные электронные пушки с ускоряющим напряжением до 150 кв, токе пучка от 0,3 до 20 ма, дающие па изделии очень тонкий пучок диаметром от 0,01 до 0,1 мм. При этом обеспечивается высокая удельная мощность в пятне на изделий, достигающая 2000 квт/мм2. Работа на высоковольтных установках требует особой защиты персонала от радиоизлучения.
Электроннолучевая сварка используется в авиа- и ракетостроении, ядерной энергетике, радиоэлектронике, точном машиностроении и приборостроении. Этот способ перспективен для соединения металлоконструкций в условиях космического пространства: ремонтной сварке, постройке орбитальных станций, устранении их повреждений и других подобных работах. При этом используется естественный вакуум и питание аппаратуры от солнечной энергии