Сварка - [10]
Электронно-лучевая сварка позволяет сваривать тугоплавкие металлы, которые обычными методами не свариваются, например вольфрам, молибден, ниобий, тантал.
Высокая концентрация теплоты в пятне фокуса позволяет сверлить лучом такие материалы, как сапфир, рубин, алмаз, стекло.
Незначительная ширина зоны теплового воздействия дает возможность резко уменьшить деформацию заготовок. Кроме того, за счет вакуума в камере обеспечиваются зеркальная поверхность соединения и дегазация расплавленного металла.
Малый объем литого металла и кратковременность теплового воздействия обеспечивают незначительные термические деформации свариваемых деталей, что позволяет выполнять сварные швы вблизи металлокерамических и металлостеклянных спаев, чувствительных к термоударам.
Рис. 8.
Конструкция современной сварочной электронно-лучевой пушки:
1 – катод; 2 – управляющий электрод;
3 – анод; 4 – изолятор;
5 – фокусирующая линза.
Электронно-лучевые пушки можно разделить на типы:
• низковольтные пушки с ускорением электронов до энергии 20–30 кэВ;
• с промежуточным ускоряющим напряжением – 30–100 кэВ;
• высоковольтные пушки с энергией ускорения 100–200 кэВ.
Оборудование для ЭЛС:
• высоковольтный выпрямитель;
• стабилизатор ускоряющего напряжения;
• блок накала катода;
• модулятор;
• источник питания электромагнитных линз;
• электронно-лучевая пушка;
• вакуумная камера с вакуумной системой и люками загрузки;
• механизмы перемещения свариваемых деталей.
Преимущества ЭЛС:
• высокий к.п.д. установок ЭЛС, т. к. до 99 % кинетической энергии электронов, используемой для нагрева свариваемых деталей, переходит в тепловую энергию;
• температура в зоне сварки достигает 5000–6000 °C;
• при сварке электронным лучом теплота выделяется только в зоне сварки;
• за счет более интенсивного выделения теплоты в глубине зоны сварки получается кинжальное проплавление с отношением глубины к ширине до 20:1;
• высокая удельная мощность луча до 5–105 Вт/см>2 и выше;
• фокусировка луча до диаметра 0,001 см;
• электронный луч используют для сварки, сверления, фрезерования практически любых современных материалов;
• широкий диапазон толщин заготовок (от 0,02 до 100 мм);
• высокая степень автоматизации сварочного процесса.
Недостатки ЭЛС:
• наличие специального оборудования требует подготовки высококвалифицированных кадров;
• наличие рентгеновского излучения при взаимодействии электронного луча со свариваемым материалом требует защиты оператора;
• высокая температура накала катода до 1700–2400 °C снижает срок службы катодов.
Плазменная сварка
Плазма (от греч. plasma, букв. – вылепленное, оформленное) – частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.
Термин «плазма» ввели в 1929 г. И. Ленгмюр и Л. Тонкс. Большой вклад в развитие учения о плазме внесли советские ученые – Л. Д. Ландау, А. А. Власов, А. Д. Сахаров, американские ученые И. Е. Тамм, Л. Спитцер.
Современные ученые выделяют плазму как четвертое состояние вещества, наряду с газом, жидкостью и твердыми телами. В состоянии плазмы находится большая часть вещества Вселенной – звезды, звездные атмосферы, межзвездная среда. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, проявления которого мы наблюдаем в виде полярных сияний.
При сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превратятся в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.
Свободные заряженные частицы, особенно электроны, легко перемещаются под действием электрического поля. Поэтому в состоянии равновесия пространственные заряды входящих в состав плазмы отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга так, чтобы полное поле внутри плазмы было равно нулю. Именно отсюда вытекает необходимость практически точного равенства плотностей электронов и ионов в плазме – ее квазинейтральности. Нарушение квазинейтральности плазмы в объеме, ею занимаемом, ведет к немедленному появлению сильных электрических полей пространственных зарядов, тут же восстанавливающих квазинейтральность.
Принято выделять два типа плазмы:
• низкотемпературная плазма с температурой внутри её ниже 105 К;
• высокотемпературная плазма с температурой выше 106–108 К.
На сегодняшний день плазму получают следующими способами:
• электрическим разрядом в газах (дуговой, искровой, тлеющий);
• в процессах горения и взрыва.
Плазма обладает так называемыми коллективными процессами. Ее можно рассматривать как упругую среду, в которой легко возбуждаются и распространяются различные шумы, колебания и волны. Причем плазма обладает наличием собственных колебаний и волн. Таким образом, плазма резко отличается от газов. Например, электропроводность полностью ионизированной плазмы превосходит электропроводность серебра. Поэтому плазму можно рассматривать как идеальный проводник.
