Główne zmienne procesowe w EBW

Ten artykuł rzuca światło na cztery główne zmienne procesowe w procesie spawania wiązką elektronową (EBW). Zmienne procesowe: 1. Przyspieszenie napięcia 2. Moc wiązki 3. Rozmiar wiązki 4. Prędkość spawania.

Zmienna procesowa nr 1. Napięcie przyspieszające:

Wraz ze wzrostem napięcia przyspieszenia, penetracja spoiny wzrasta. System wysokiego napięcia (70-150 Kv) pozwala uzyskać mniejsze rozmiary plamek, dłuższą ogniskową i większe odległości robocze. Tak więc przy długich dystansach pistoletu do pracy lub przy produkcji wąskich, równoległych spoin należy zwiększyć napięcia przyspieszające w celu uzyskania maksymalnej ogniskowej, rys. 14.6. Dzieje się tak dlatego, że przy zwiększaniu napięcia przyspieszającego prąd wiązki potrzebny dla danego ustawienia mocy zmniejsza się proporcjonalnie.

Tak więc, przy mniejszej liczbie elektronów w wiązce, aby odpychać się nawzajem, tworzy się węższą wiązkę według następującej zależności:

Jednakże, w przypadku systemu wysokiego napięcia pistolety są dłuższe i wymagana jest izolacja o wysokim napięciu, dlatego pistolet musi być nieruchomy, a praca pod nim.

W przypadku tej samej mocy wiązki, ale mniejszego napięcia przyspieszenia, odległość robocza jest zwykle krótsza, a wiązki bardziej zbieżne. Taki pistolet, jeśli byłby nieruchomy, sterowałby mniejszym obszarem roboczym, a więc często są one zaprojektowane tak, aby przemieszczać się wokół stacjonarnej pracy utrzymywanej w komorze próżniowej.

Zmienna procesowa # 2. Moc wiązki:

Energia kinetyczna każdego elektronu jest podawana przez ½mv ^2, ale v, to znaczy, prędkość elektronowa jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego napięcia przyspieszającego, więc energia każdego elektronu jest proporcjonalna do napięcia przyspieszającego. Ponieważ liczba elektronów przybywających w jednostce czasu jest wprost proporcjonalna do prądu wiązki, moc wiązki może być wyrażona w postaci iloczynu napięcia przyspieszającego i prądu wiązki, to jest w watach. Wraz ze wzrostem prądu wiązki zwiększa się również penetracja spoiny. Moc wiązki podzielona przez obszar plamki wiązki na powierzchni roboczej daje gęstość energii, która może wynosić nawet 5 x 10 ⁹ W / mm ² .

Moc cieplną wiązki elektronów o napięciu przyspieszającym 120 KV i prądzie wiązki 12, 5 mA można obliczyć w następujący sposób:

Dlatego przy zderzeniach z powierzchnią roboczą 1507 dżuli na sekundę są uwalniane jako energia cieplna z plamką o średnicy 2, 5 mm; ta energia jest zdolna do gojenia wolframu o grubości 6 mm przy 17000 ° C / sek. Zredukowana średnica wiązki wynosząca 0, 25 mm teoretycznie może zwiększyć stopę ogrzewania o sto razy. Chociaż część energii cieplnej jest tracona przez przewodzenie, odparowanie i straty promieniowania, ale wskazana moc jest dostatecznie wysoka, aby uwzględnić wysoki stosunek szerokości penetracji do spawania uzyskany z wiązkami elektronów.

Jednostki EBW mogą mieć moc znamionową od 1, 25 do 60 kW, ale bardziej powszechny zakres wynosi od 3 do 35 kW. Urządzenia te są zaprojektowane w celu uzyskania określonego napięcia wyjściowego i prądu wiązki, jak pokazano w tabeli 14.2.

Wpływ prądu wiązki na głębokość penetracji dla stali nierdzewnej typu 302 spawanej przy prędkości przesuwu 11-25 mm / s pokazano jako funkcję napięcia przyspieszenia na rys. 14.7.

Rys. 14.7 Wpływ prądu wiązki na penetrację spoiny

Zmienna procesowa nr 3. Rozmiar plamki wiązki:

Rozmiar plamki wiązki w pracy jest ważnym czynnikiem, ponieważ wpływa na szerokość spoiny, a także gęstość energii, a tym samym stosunek penetracji do szerokości. W zależności od napięcia przyspieszającego i prądu wiązki możliwe jest osiągnięcie średnicy wiązki od 0-1 do 0-5 mm. Jednak nie jest łatwo uzyskać tak małe rozmiary.

Dzieje się tak dlatego, że elektrony w wiązce poruszają się z różną prędkością, a podczas ich przechodzenia przez soczewkę elektromagnetyczną mają efekt podobny do aberracji sferycznej w soczewce optycznej. Tak więc zewnętrzny stożek promieni jest skupiony bliżej niż promienie osiowe z powodu ich bliskości z elementami biegunów w soczewce magnetycznej, gdzie siła pola jest większa.

Chociaż wysokie napięcie i prąd wiązki zmniejszają mały rozmiar plamki, to bardzo trudno jest uzyskać pożądaną długą, wąską, gęstą i precyzyjnie zogniskowaną wiązkę elektronów do spawania. Ponadto, z uwagi na obrót wiązki podczas jej przechodzenia przez soczewkę magnetyczną, wszelka asymetria jest obracana w nieprzewidywalny i kłopotliwy sposób, zależnie od zmian ostrości i odległości roboczej.

Rys. 14.8 Wpływ wiązki światła na geometrię i penetrację kulek

Ostro zogniskowana plamka wiązki daje maksymalną efektywną gęstość ciepła, dzięki czemu tworzy wąski równoległy zgrzew. Defokusowanie wiązki przez nadmierne ogniskowanie lub niedostrzeganie zwiększa rozmiar plamki na powierzchni roboczej, powodując płytkie lub Vee-kształtne ścieganie spoiny; efekty te przedstawiono na ryc. 14.8.

Process Variable # 4. Prędkość spawania:

Dla danego poziomu mocy wiązki prędkość spawania ma wyraźny wpływ na penetrację przy niskich prędkościach przemieszczania, jak pokazano na rys. 14.9; jednak wraz ze wzrostem prędkości jego wpływ na penetrację zmniejsza się. Szerokość spoiny również maleje wraz ze wzrostem prędkości jazdy.

W przypadku EBW wyrażeniem powszechnie akceptowanym dla szybkości wprowadzania energii do pracy są dżule na mm długości spoiny wyrażone równaniem,

Pobór energii, J / mm = VI / S = P / S ...... (14.2)

gdzie,

I = prąd wiązki, wzmacniacze

P = moc wiązki, waty lub dżul / sek

S = prędkość spawania, mm / sek.

Zmienne EBW można interpolować graficznie za pomocą równania (14.2) w połączeniu z danymi dostępnymi do spawania różnych grubości metalu. Rys. 14.10 pokazuje takie dane na podstawie warunków ustalonych dla niektórych stopów, które są częściej spawane w tym procesie. Takie wykresy są przydatne do określenia wymagań dotyczących początkowych ustawień mocy i prędkości przesuwu dla spawania określonego stopu o danej grubości.