книги / Электронно-лучевая сварка и смежные технологии

до рабочего давления 1,33-10^-1,33-10-5 Па. В этом случае внут­ ренняя полость электронного прожектора 9 сварочной пушки со­ единена с вакуумной камерой и откачивается общей вакуумной си­ стемой. Это является основным недостатком данной схемы откач­ ки, так как при этом не всегда достигается требуемое давление остаточной среды в электронном прожекторе в процессе сварки.

Более совершенная откачная система приведена на схеме II. Она отличается от предыдущей наличием еще одного насоса пред­ варительной откачки 11, что увеличивает скорость откачки систе­ мы, а для откачки воздуха из внутренней полости электронного прожектора сварочной пушки имеется дополнительная вакуумная система меньшей производительности. Между электронным про­ жектором сварочной пушки и камерой может быть установлен ва­

куумный затвор 10, который позволяет производить перезагрузку камеры без напуска воздуха в пушку или заменять катодный узел пушки без напуска воздуха в камеру, а при сварке в промежуточ­ ном вакууме — прекращать натекание газа из камеры в пушку при перерывах сварочного процесса. При сварке в высоком вакууме система может работать и без этого клапана. Еще одной особенно­ стью данной схемы является возможность выполнять сварку как в высоком, так и в промежуточном вакууме — тогда используют аг­ регаты типа АВР, состоящие из двухроторного насоса и насоса пред­ варительного разрежения. Такие системы имеют высокую скорость откачки при давлениях, примерно равных 1,33-10-2- 1 ,33-10-3 Па. Для откачки воздуха из внутренней полости электронного прожектора пушки целесообразно использовать турбомолекулярные насосы, что дает ряд преимуществ: полость катодного узла пушки не загрязня­ ется парами рабочей жидкости диффузионного насоса, пушку м ож ­ но перемещать вместе с насосом внутри сварочной камеры.

Откачку воздуха из камер большого объема производят сис­ темами по схеме III. В этом случае для откачки воздуха из внут­ ренней полости электронного прожектора пушки используют турбомолекулярный насос, а воздуха из камеры откачивают сначала до давления 1,33-102 Па насосом предварительного разрежения типа РВН, затем до давления 1,33-10-2 Па форвакуумным насосом типа НВЗ и до рабочего давления 1,33-10-3 П а — двухроторными насосами типа ДВН совместно с насосом НВЗ. Рекомендуемая про­ изводительность насосов следующая: первый насос ДВН — SH/5, насос НВЗ — ЭубО, где SH— скорость откачки насоса.

Для безмасляной откачки, а также в тех случаях, когда высоко­ вакуумный насос установлен на поворотных камерах и должен работать в любом пространственном положении, используют сис­ темы по схеме IV с сорбционными или турбомолекулярными (изоб­ ретены в 1958 г.) насосами.

При оценке необходимой производительности средств откачки весь процесс откачки разбивают на два-три периода: первый от ат­ мосферного давления до 1,33-1,33-10-1 Па, второй — до 1,33-10-3 Па, третий— до 1,33-10-5 Па. Быстроту откачки для первого периода можно определить приближенно: S0=8V/tOTK [31]; для второго — S0=2,3V/tOTK/gp1/p2 (V — объем системы; t0TK — заданное время от­ качки; р1 — давление в начале рассматриваемого периода откач­ ки; р2 — давление в конце рассматриваемого периода откачки); для третьего — S0=2,3V/tOTK/g р /р 2- р 0 [37] (р0 — наименьшее дав­ ление, которое может быть достигнуто в системе).

Таблица 22. Пропускная способность элементов вакуумпровода

П р и м е ч а н и е . U — пропускная способность; индексы «м», «в» и «м -в» относятся

соответственно к молекулярному, вязкостному и молекулярно-вязкостному ре­ ж и м а м .

Общую пропускную способность участка или системы опреде­

щая пропускная способность системы должна быть больше про­ пускной способности насосов.

Правильность выбора насоса предварительного разрежения при работе его с высоковакуумным насосом рассчитывают по формуле

Таблица 23. Свойства вакуумных резин

максимальной

рабочей

температуре, м3 Па/(мг-с)

S HBcn= Q max/ P Bx ’ Г Д е Q max ~ НЭИбоЛЬШИЙ ПО ТО К ГЭ ЗО В , удаЛЯвМЫЙ О С ­ Н О В Н Ы М насосом (определяется по характеристике насоса); р —

допустимое давление на входе во вспомогательный насос, обычно рвх=(0,7...0,75)ртах; ртах — давление на выпускной стороне основ­ ного насоса, выше которого работа насоса прекращается.

Давление в сечении выпускного патрубка высоковакуумного насоса, которое обеспечивает выбранный вспомогательным насосом, определится по формуле p>Qniax(U-bSHBcn)/USHBcn, и если р<рп1ах, то выбор вспомогательного насоса сделан правильно. Для повышения пропускной способности вакуумпроводов необходи­ мо стремиться к их минимальной длине и возможно большему ди­ аметру. На практике для этого диаметры вакуумпроводов и ваку­ умной арматуры выбирают как минимум равными диаметрам вса­ сывающих патрубков вакуумных насосов. Перегибы вакуумпро­ водов выполняют плавными, с большими радиусами закруглений.

Для уплотнений дверей, люков, окон, фланцев, стационарных вводов используют вакуумную резину (табл. 23), а для уплотнений вводов вращающихся валов — фторопласт.

Ф и зичесние свойства Ф торопласта-4:

Типовые сварочные установки

Установки для микросварки и сварки малогабаритных деталей используют в радиоэлектронике, приборостроении и точной меха­ нике. Микросваркой соединяют изделия с толщиной стенки до 0,3 мм. Поэтому установки снабжают высокоточными манипуля­ торами и высоковольтными пушками, формирующими электрон­ ные пучки с минимальным диаметром 10-100 мкм. Для наблюде-

ния за процессом сварки применяют оптические системы с увели­ чением в 50-100 раз. Объем сварочной камеры не превышает 0,5 м3. Для сварки малогабаритных изделий используют электрон­ ные пушки с ускоряющим напряжением 30-70 кВ и мощностью до 3 -6 кВт. Сменные манипуляторы в установках этого класса позво­ ляют работать с одиночной и групповой загрузкой изделий и свари­ вать кольцевые и прямолинейные стыки в различных пространствен­ ных положениях. Время откачки составляет обычно 20-60 с.

Типичные представители этой группы установок:

■УЛ191 с параллелепипедной (600x600x400 мм) вакуумной камерой (UycK=50...70 кВ; Ртах=1 кВт; разработчик — ИЭС им. Е. О. Патона [45];

■роторная установка СА-340М1 для сварки деталей тепло­ выделяющих элементов атомных реакторов (60 швов в час, диаметр свариваемых изделий 9 -14 мм; разработчик — НПО «НИКИМТ», Москва [64];

■установка EBS 2400 с кубической (ребро — 250 мм) ваку­

умной кам ерой (^ 1Г,ах= 2 ,4 кВт; разработчик — ф ирма «Huntingdon Fusion Techniques Ltd», Великобритания);

разработчик— фирма Wentgate uynaweld Ltd, Великобритания).

Установки для сварки изделий средних габаритов наиболее распространены в промышленности. Для них характерно приме­ нение электронных пушек с различным ускоряющим напряжени­ ем мощностью до 100 кВт как стационарно установленных, так и перемещаемых внутри вакуумной камеры. Объем камер состав­ ляет 0,5 -4 м3, а время откачки — 0,5-30 мин. Установки данного класса подразделяют на универсальные и специализированные. Универсальные установки используют в промышленности при еди­ ничном и мелкосерийном производстве, а также в исследователь­ ских и заводских лабораториях. Специализированные установки (рис. 50) предназначаются для сварки только одного типа (или од­ ной группы) изделий и обладают высокой производительностью (обычно в пределах 50-150 изделий в час). Такие установки ш иро­ ко применяют в автомобилестроении и инструментальном произ­ водстве.

Для сварки крупногабаритных изделий используют установки трех типов: камерные (с герметизацией всего изделия), с локаль­ ным и мобильным вакуумированием. В зависимости от размеров и конфигурации свариваемого изделия, его массы, особенностей

■ УЛ193 с вакуумной камерой в форме параллелепипеда (объ­ ем 450 м3, 00 кВт; разработчик— ИЭС им. Е. О. Пагона) [77];

■с цилиндрической вакуумной камерой (объем 800 м 3, диа­ метр 10 м, Ртах=Ю0 к Вт , грузоподъемность вращателя 300 т, время откачки 15 мин; разработчик-фирма «Techmeta», Франция) [85];

■Э ЛУ -24 (объем 750 и 1500 м3, Ртах=60 кВт; разработчики —

НИАТ, Москва, и ИЭС им. Е. О. Патона).

Установки для безвакуумной электронно-лучевой сварки при­ меняются уже около 30 лет в С Ш А и Франции. Одними из после­ дних разработок этой группы являются:

■линия для сварки муфт и зубчатых передач грузовых авто­ мобилей (Ртах=30 к В т , разработчик— фирма «PTR-Precision Technologies», СШ А) [107];

■установка общего назначения (UyCK=300 кВ, Ртах=150 к В т , hmax=100 мм; разработчик— фирма «Cambridge Power Beams Ltd», Великобритания) [95].

Методика испытаний энергоблоков

Методически правильный приемочный или поверочный контроль энергоблоков для электронно-лучевой сварки необходим для про­ ведения аттестации сварочных установок промышленного назначе­ ния. При выполнении квалификационных испытаний энергоблоков должны быть обеспечены:

■отсутствие внешних воздействий и помех (вибраций, элек­ трических и магнитных полей);

■меры безопасности для персонала и инспекторов;

■сварочная установка с водоохлаждаемой мишенью и необ­ ходимыми образцами металла;

■измерительные приборы соответствующего класса точности;

■вспомогательное оборудование.

Порядок и содержание электрических испытаний энергоблоков приведены в табл. 24. При проверках параметров нестабильности измерения контролируемых величин должны быть выполнены пять раз и взято их среднее значение.

Техника безопасности

Источниками опасности для персонала при работе на установ­ ке для электронно-лучевой сварки являются работающие (движу­ щиеся) механизмы (манипуляторы, тележки, вакуумные насосы), электрические цепи с напряжением до 1000 В, сосуды давления

центрации в воздухе рабочей зоны масляных аэрозолей.

Рассмотрим расчет защиты от рентгеновского излучения [77]. Проек­ тировать указанную защиту следует для наиболее жестких условий ра­ боты сварочной установки: максимальных ускоряющего напряжения и силы тока электронного пучка и воздействии электронного пучка на воль­ фрамовую мишень (вольфрам— тугоплавкий металл с большим атом­ ным номером).

Расчет толщины экранов от рентгеновского излучения основан на законе ослабления его интенсивности веществом:

W x „ = I x o e“,‘5. 0 5 2 )

где Iyl I — соответственно текущая и начальная интенсивность рентгеновского излучения; Кх — коэффициент ослабления экраном;

Таблица 24. Методика испытаний энергоблоков для электронно­ лучевой сварки с защитой от высоковольтных пробоев

к=±^|(ДЦ)7 и0гр

где Д Ц — максимальное изменение напряжения U Q при воздействии Н о возмущающего фактора (таких факторов— четыре)