книги / Электронно-лучевая сварка и смежные технологии

плексом для оценки качества и расчета режима технологического процесса. Структура полной экспертной системы электронно-лу­ чевой сварки представлена на рис. 90.

Полномасштабные информационные и экспертные системы в области электронно-лучевой сварки на рынке отсутствуют. Известен лишь ряд подсистем: три первых банка данных в инфор­ мационной системе [101], диагностика электронного пучка в экс­ пертной системе [92] и расчет технологии сварки в экспертной си­ стеме [30,84,88].

Информационная система электронно-лучевой сварки (постраничный и поблочный просмотр, поиск по ключевым словам, подготовка справки)

Рис. 89. Схема построенияинформационной системыэлектронно-лучевойсварки

Рис. 90. Схема построения экспертной системы электронно-лучевой сварки

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ____________

Электронно-лучевая сварка прошла начальный этап лабора­ торных исследований довольно быстро: примерно через три года уже началось практическое применение нового технологического процесса соединения металлов.

Области применения

Электронно-лучевая сварка является достаточно известным

иразвитым технологическим процессом, нашедшим применение

впромышленности 30 стран мира (табл. 27).

Мировой парк оборудования, обеспечивающего данную техно­ логию, сейчас составляет около 4000 сварочных установок. До 30% установок действует в Европе и около 50% — в СШ А. Наиболь­ шее количество установок работает в автомобилестроении. Э лек­ тронно-лучевую сварку успешно применяют во всех отраслях машиностроения. На некоторых крупных машиностроительных фирмах до 40% объема сварочного производства выполняют с по­ мощью электронно-лучевой сварки.

Одним из ограничений, сдерживающим более широкое приме­ нение технологии электронно-лучевой сварки, являются большие капитальные затраты на оборудование.

Экономическая эффективность

Несмотря на высокую стоимость оборудования для электронно­ лучевой сварки, трудоемкость и длительность подготовительных опе­ раций к сварке опыт эксплуатации сварочных установок различного типа показал, что срок их окупаемости обычно не превышает 1,5-2 года. При этом установки для массового сварочного производства могут окупаться еще быстрее (в течение пяти — шести месяцев).

В тех случаях, когда соединение изделий может быть выполне­ но несколькими методами сварки, необходим тщательный технико­ экономический анализ для правильного выбора технологического процесса. Так, фирма «Сиаки» (Франция) провела сравнительный экономический анализ лазерной и электронно-лучевой сварки шестерен диаметром 500 мм при глубине проплавления 4 мм (табл. 28), а также анализ этих двух методов сварки и двух мето­ дов дуговой сварки стали толщиной 4 мм (табл. 29).

Видно, что в случае сварки шестерен лазерная сварка несколько более выгодна, чем электронно-лучевая сварка. В то ж е время при сварке листовой стали более дешевой оказалась плазменная

Таблица 27. Примеры практического применения

электронно-лучевой сварки

и температуры для косм ических аппаратов.

Контейнеры . Камеры для ракетного горю чего. Дверь косм ического аппарата « Ш а ттл » . Узлы и корпуса

Iракетных двигателей. Узлы Iкосм ических станций

Продолжение табл. 27.

сварка. Однако, если учесть затраты на исправление деформаций и припуски на укорочение, то более эффективной оказывается элек­ тронно-лучевая сварка.

ISF-W elding Institute (RWTH-Aachen University) провел срав­ нительный анализ сварки толстостенных труб большого диаметра

и длиной до 12 м (для газо- и нефтепроводов), выполненной несколь­ кими методами (табл. 30). Видно, что электронно-лучевая сварка яв­ ляется наиболее предпочтительным вариантом продольной сварки труб большого диаметра с толщиной стенки 11-40 мм. С точки зрения дос­ тижения лучшего качества можно применять комбинированный ме­ тод (однопроходная электронно-лучевая сварка+однопроходная под­ варка корневой части шва погруженной электрической дугой), но это сразу приводит к удорожанию сварной трубы почти на 270%.

Сравнительную экономическую эффективность и срок окупае­ мости промышленного технологического процесса электронно-лу­ чевой сварки рассчитывают в соответствии с перечнем затрат (табл. 31) для конкретного применения и конкретного оборудования.

Т аблица 28. Т е х н и ко -э к о н о м и ч е с ки е по казател и л а зе р н о й и э л е ктр о н н о -л у ч е в о й сварки кр упногаб ари тны х ш е с т е р е н

Таблица 29. Технико-экономические показатели лазерной, элек­ тронно-лучевой, плазменной и ТИГ-сварки листовой низколегиро­ ванной стали толщиной 4 мм

Тенденции развития электронно-лучевой сварки

Существенное расширение промышленного использования электронно-лучевой сварки связано с возможностью эффектив­ ного производства с ее помощью изделий из конструкционных металлов и сплавов больших толщин (до 300 мм): сосудов высо­ кого давления, корпусов ядерных и химических реакторов, кон­ тейнеров для ядерных отходов, корпусов подводных аппаратов, роторов паровых турбин, несущих конструкций сверхзвуковых са­ молетов. Другим достоинством метода электронно-лучевой свар­ ки, является ее возможность быть финишной операцией при свар­ ке металлов толщиной до 80 мм. Однако для этого необходимо создавать высокопроизводительный и высоконадежный техноло­ гический процесс, удовлетворяющий лучшим стандартам качества.

В связи с этим имеется ряд проблем в теории, технологии и тех­ нике электронно-лучевой сварки, успешное решение которых нередко требует объединения усилий многих исследовательских центров.

Таблица 30. Экономические показатели некоторых методов сварки длинномерных толстостенных труб большого диаметра (ФРГ, 2003 г.)

В области теории важнейшей задачей является создание рас­ четных моделей процесса сварки в различных условиях и элект­ ронно-оптических систем сварочных электронных пушек, которые позволяли бы прогнозировать с хорошей точностью параметры сварных швов, режимы сварки, параметры электронных пучков и оптимальную конфигурацию элементов электроннооптических систем.

В области технологии электронно-лучевой сварки важнейш ие проблемы — совершенствование способов замыкания кольцевых швов, ремонта дефектных участков швов, размагничивания изде­ лий перед сваркой, выведения электронного пучка в атмосферу инертных газов (вневакуумная сварка), сварки в низком вакууме, сварки разнородных материалов, глубокое изучение влияния ней-