Выбор способа сварки диафрагменной лопатки паровой турбины (стр. 3 из 8)
 |
F2 F1
15
 | ||
 | ||
0,5Рис. 1. Кинжальное проплавление при ЭЛС; F2 и F1 – сечения швов при дуговой электроннолучевой сварке
Незначительная ширина зоны теплового воздействия дает возможность резко уменьшить деформацию заготовок. Кроме того, за счет вакуума обеспечиваются зеркальная поверхность соединения и дегазация расплавленного металла. При этом минимальная толщина свариваемых заготовок составляет 0,02 мм, максимальная – до 100 мм.
Электронный луч представляет собой сжатый поток электронов, перемещающийся с большой скоростью от катода к аноду в сильном электрическом поле. При соударении электронного потока с твердым телом более 99% кинетической энергии электронов переходит в тепловую, расходуемую на нагрев этого тела. Температура в месте соударения может достигать 5000–6000 оС. Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме 133*(10-4-10-5) Па катода 1 и с помощью электростатических и электромагнитных линз 4 фокусируется на поверхности свариваемых материалов (рис. 2).
1 
2  | |
 | |
 |  |
3  | |
4  | ||||
 | ||||
 | ||||
 | ||||
5 
6  |  | |||
 | ||||
 | ||||
Рис. 2. Схема установки для ЭЛС
В установках для электронно-лучевой сварки электроны эмитируются на катоде 1 электронной пушки; формируются в пучок электродом 2, расположенным непосредственно за катодом; ускоряются под действием разницы потенциалов между катодом и анодом 3, составляющей 20–150 кВ и выше, затем фокусируются в виде луча и направляются специальной отклоняющей магнитной системы 5 на обрабатываемое изделие 6. На формирующий электрод 2 подается отрицательный или нулевой по отношению к катоду потенциал. Фокусировкой достигается высокая удельная мощность (до 5*105кВт/м2 и выше). Ток электронного луча невелик (от нескольких миллиампер до единиц ампер). При перемещении заготовки под неподвижным лучом образуется сварной шов. Иногда при сварке перемещают сам луч вдоль неподвижных кромок с помощью отклоняющих систем. Отклоняющие системы используют также и для колебаний электронного луча поперек и вдоль шва, что позволяет сваривать с присадочным металлом и регулировать тепловое воздействие на металл.
Достоинства электронно-лучевой сварки (ЭЛС)
Электронный луч успешно применяется в машиностроении для сварки изделий из высоколегированных сталей, в частности из высокохромистых коррозионно-стойких сталей (12Х13). Это объясняется рядом достоинств ЭЛС при сварке этих сталей:
1. Минимальная деформация свариваемого изделия, т. к. поток электронов внедряется в свариваемое изделие на всю глубину проплавления, что обеспечивает получение минимальной металлоемкости сварочной ванны. Это обеспечивается возможностью концентрации большой мощности в электронном луче и управления ею в широких пределах в сочетании с высоким вакуумом в рабочем объеме.
2. Высокие физико-химические характеристики сварного соединения непосредственно после сварки позволяют исключить последующую механическую обработку.
3. Относительно высокая погонная энергия при сильной степени ее концентрации, т.е. энергия, вводимая в участок сварного соединения за определенный промежуток времени. При этом достигается высокая скорость кристаллизации металла сварного шва и минимальное термическое воздействие сварочного нагрева на основной металл в ОШЗ (локальность сварочного нагрева).
Применительно к стали 12Х13 необходимо отметить то, что последний пункт имеет к ней особое значение. Количество d-феррита в этой стали зависит от уровня температуры нагрева. В участках ОШЗ, нагреваемых до температур близких к Тсолидуса, количество d-феррита может быть подавляющим. Такая структура характерна для участка ЗТВ примыкающего к линии сплавления. Ширина этого участка мало зависит от температуры подогрева, но возрастает с увеличением qп – погонной энергии, которая при ЭЛС велика, но в то же время одновременно уменьшается склонность стали к холодным трещинам.
Основные параметры электронного луча в непрерывном и импульсном режимах
Параметрами электронного луча, измеряемыми в процессе обработки, являются:
- ток луча I,
- ускоряющее напряжение U,
- ток фокусирующей системы Iф,
- рабочее расстояние (расстояние от центра фокусирующей системы до поверхности свариваемой детали) l,
- скорость перемещения электронного луча V,
- угол сходимости луча a.
Кроме основных параметров, существуют другие количественные показатели ЭЛС:
1. Мощность электронного луча
(Вт) q= IU.
2. При заданном рабочем расстоянии l, токе фокусировки Iф и мощности сварки можно определить диаметр электронного луча dи, следовательно, удельную мощность q2 (Вт/см2), которая является одним из определяющих параметров процесса:
q2 = IU/pd2/4.
3. Погонная энергия (кал/см)
Q = 0,24IU/V
не является определяющим параметром, так как при электронно-лучевой обработке в зависимости от величины удельной мощности q2, при одинаковой погонной энергии можно получить различную конфигурацию зоны обработки.
При воздействии в импульсном режиме средняя мощность (Вт)