Электронно-лучевая сварка

для электронно-лучевой сварки нужны особые условия - абсолютный вакуум

Электронно-лучевая сварка (сокращенно ЭЛС) отличается от многих других методик тем, что у нее есть “отец”, то есть изобретатель. Этот способ соединения металлов разработал и впервые представил в 1958 году немецкий физик Карл-Хайнц Штайгервальд. За несколько десятилетий технология постоянно совершенствовалась и сегодня считается одним из самых точных и чистых вариантов сварки. Она подходит для использования в наиболее ответственных отраслях промышленности.

Особенность процесса в том, что “инструментом” для соединения материалов становится сфокусированный пучок электронов высокой скорости. В ходе сварки ЭЛС эти частицы, ускоренные напряжением в несколько десятков тысяч вольт, направляются на участок металла, сталкиваются с его атомами и передают им кинетическую энергию. Она преобразуется в тепло и приводит к плавлению металла и образованию сварного шва.

Одно из важнейших условий работы - абсолютный вакуум, который предотвращает рассеивание электронного луча и повышает его эффективность. Он также защищает зону сварки от окружающей среды.

Благодаря высокой концентрации энергии на малом участке металла плавление материала получается местным и очень точным, а температура в окружающих зонах повышается лишь незначительно. Это практически сводит на нет деформацию и напряжение в материале.

Сварка электронно-лучевым способом позволяет соединять как однородные, так и разнородные металлы и сплавы, в том числе материалы с высоким уровнем отражения (серебро, медь) и высоким температурным промежутком плавления.

Система ЭЛС включает несколько основных компонентов. К ним относятся:

• электронная пушка. Основное устройство, генерирующее пучок электронов. Состоит из катода, который эмитирует электроны, анода, ускоряющего их, и системы фокусировки, направляющей пучок на свариваемую поверхность;
• ускоряющая система. Определяет энергию электронного пучка. Величина ускоряющего напряжения может варьироваться от нескольких десятков киловольт до нескольких мегавольт. Это позволяет регулировать глубину проникновения пучка в материал;
• вакуумная камера. Создает необходимую для эффективной работы системы вакуумную среду. Вакуум предотвращает рассеивание и поглощение электронов атмосферными газами, способствуя более точной и чистой электронно-лучевой сварке ГОСТ;
• система управления пучком. Включает магнитные и электронные устройства для контроля и настройки параметров пучка (фокусировки, интенсивности, точности направления);
• система подачи и закрепления деталей. Обеспечивает точное позиционирование и удержание свариваемых деталей в нужном положении. Состоит из манипуляторов, поворотных и подвижных столов;
• системы контроля и регистрации процесса. Сложные электронные устройства отслеживания и регистрации параметров сварки в реальном времени;
• система охлаждения. Необходима для поддержания оптимальной рабочей температуры компонентов, в особенности электронной пушки.

процесс электронно-лучевой сварки

Сварка электронно-лучевым способом представлена в нескольких вариантах. Наиболее часто используют ЭЛС в глубоком вакууме, полностью исключающем окисление металла и другие негативные последствия. Процесс с низким вакуумом (средним давлением) подходит для крупногабаритных изделий, когда создание полностью безвоздушного пространства невозможно или экономически невыгодно. Такой подход позволяет снижать затраты и время подготовки без ухудшения качества работы.

ЭЛС в условиях низкого вакуума (например, локального) - специализированный метод, когда безвоздушная область создается только вокруг зоны сварки. Подходит для больших конструкций, которые нельзя поместить в вакуумную камеру.

Операция может проводиться и без вакуума, в среде защитных газов. Этот метод применим для некоторых типов работ, где требования к чистоте шва не настолько критичны. А при сварке ЭЛС с использованием сканирования пучка электронов их поток быстро перемещается по поверхности, создавая широкие швы или одновременно образуя сразу несколько. Сканирование увеличивает гибкость процесса и эффективность применения технологии для разных задач.