Типовая электронно-лучевая сварочная установка, схема которой приведена на рис. 12, включает основные элементы:
электронно-лучевую сварочную пушку с системами электропитания и управления, формирующую поток электронов, ускоренных в зависимости от типа установки до энергии 20—30 кэ& (низковольтные пушки), 30—100 кэв (пушки с промежуточным ускоряющим напряжением), 100—200 кэв (высоковольтные пушки);
вакуумную камеру со смотровыми окнами, люками загрузки и выгрузки изделий и механизмами перемещения либо вращения изделий;
вакуумную систему, поддерживающую при сварке в рабочем объеме камеры разрежение 10-4—10-5 мм рт. ст,, с приборами его контроля.
Поток электронов, эмитируемых катодом, предварительна формируется электростатическим полем в области катод — анод,, причем скорость электронов является функцией разности потенциалов между анодом и катодом. Величина тока луча регулируется путем подачи отрицательного напряжения на управляющий (прикатодный) электрод или путем изменения температуры катода. В пространстве после анода движение электронов происходит со скоростью, соответствующей приложенной разности потенциалов, и автономно по отношению к свариваемому материалу.
Управление величиной удельной энергии, высвобождаемой в месте бомбардировки материала потоком электронов, осуществляется с помощью системы электромагнитной фокусировки луча. Система электромагнитного отклонения луча позволяет периодически или непрерывно совмещать пятно нагрева со сварным стыком при отклонении последнего от геометрической оси пушки или выполнении сварки по сложному контуру.
В зависимости от назначения электронно-лучевая пушка с соответствующими системами электропитания и управления должна обеспечить локальность нагрева либо большую мощность электронного луча при достаточно высоких значениях удельной мощности в пятне нагрева, либо изменение подводимой к изделию мощности по определенной программе и т. л. Естественно, что проектирование электронно-лучевых сварочных систем
Электронно-лучевые сварочные пушки могут быть стационарными или перемещаемыми внутри вакуумной камеры. Размеры вакуумных камер электронно-лучевых сварочных установок определяются габаритами свариваемых изделий.
В настоящее время имеются вакуумные сварочные камеры объемом в десятки м3. По мере увеличения габаритов сварочных камер возрастает время, необходимое для создания в камере установки, соответствующего разрежения.
Рис 12 Схема установки для электронно-лучевой сварки:
Удорожается также стоимость установки. Поэтому ведутся интенсивные исследования с целью создания малогабаритных стационарных и передвижных вакуумных камер, обеспечивающих необходимое разрежение только в месте сварки и вывода электронного луча достаточной мощности в атмосферу с местным поддувом защитных газов.
Параметрами процесса электронно-лучевой сварки являются: ускоряющее напряжение Uуск в кв; ток пучка Iп в ма ТОК магнитной фокусирующей линзы Iм в ма, определяющий диаметр пятна воздействия потока электронов на изделии или конфигурацию потока электронов по отношению к изделию (рис. 13) при определенных распределениях плотности электронов в поперечных сечениях пучка; скорость сварки Vcв в м/ч.
Ускоряющее напряжение и ток пучка определяют величину подводимой энергии для сварки, а величина удельной мощности играет существенную роль в характере проплавления при электронно-лучевой сварке металлов.
Изменением скорости сварки удается в определенных пределах регулировать скорость кристаллизации металла сварного шва и термическое воздействие на основной металл в околошовной зоне.
Рис. 13. Конфигурация потока электронов по отношению к
свариваемому изделию:
а — недофокусировка; б — оптимальная фокусировка — воображаемый фокус пучка находится несколько .выше конечной глубины проплавления; в — перефокусировка