Сварка концентрированными источниками энергии (новые способы сварки)

При сварке плавлением процесс характеризуется плотностью энергии на площадь поверхности. Чем выше концентрация энергии на свариваемой поверхности, тем лучше. Сварка лазером и электрическим лучом сварка за один проход может сварить изделия площадью равной 40 – 60 мм.

а) Электрннолучевая сварка.

Сущность – в нагреве изделия бомбардировкой его поверхности пучком электронов в вакуумированном пространстве. Электроны имитируются из катода специальной электронной пушкой и ускоряются высоким напряжением.

Электрическая система собирает потом электроны в пучок. Острый луч электронов направляется к местам сварки. В результате локализации большой мощности в небольшом объеме металл быстро расплавляется. Применяется для сварки тугоплавких металлов – вольфрама, молибдена, титана, деталей из сталей, легких сплавов, химически активных металлов. Сварку можно выполнять в однородных и разнородных сочетаниях металлов и не металлов, материалов со значительной разницей толщины, температуры плавления и других теплофизических свойств.

Схема электроннолучевой установки.

Рис 19 Схема электронно-лучевой установки: К – катод; А – анод; 1 - деталь; 2 – электромагнитная линза; 3 – пучок ускоренных электронов

Плюсы: толщина S = 40 – 60 без разделения кромок; можно варить любые металлы, шов не окислен.

Минусы: сложность и дороговизна оборудования.

Действие электронного луча не сопровождается ударными нагрузками, что особенно важно при обработке хрупких материалов (стекло, кварц).

В электронной технике, например, применяются пластинки из чистого вольфрама, в которых необходимо проверить сотни микроскопических отверстий. Искусственные волокна изготавливают с помощью фильер, которые имеют отверстия сложного профиля и столь малы, что волокна, протягиваемые через них, получаются значительно тоньше человеческого волоса (капрон, энант, лавсан, нитрон)

Электронный луч может фокусироваться на площади диаметром до 0,001 мм, чем достигается высокая мощность до (15 – 50)·10⁷ Вт/см². При электроннолучевой сварке обеспечивается высокая концентрация нагрева, температура в точке нагрева достигает температуры испарения свариваемого материала. Это позволяет осуществлять пробивку отверстий в таких материалах, как сапфир, рубин, алмаз.

б) Лазерная сварка.

Рис 21

Рис 21 схема газовых (СО₂) лазеров

Одним из новейших достижений в области сварки является применение оптических квантовых генераторов – лазеров, дающих световые лучи с высокой плотностью энергии. В основе их работы лежит принцип – вынужденное испускание атомов вещества порций – квантов электромагнитного излучения.

Оптические усилители различают по двум признакам: длине волны излучения и агрегатному состоянию. При классификации по первому признаку усилители разделяют на лазеры и мазеры.

Лазеры – работают в области видимой части электромагнитного спектра (света). Мазеры – в области инфракрасного излучения или радиочастот. Microwave – микроволновое излучение применяется в радиоастрономии, радиолокации и т. д.

По агрегатному состоянию оптические усилители разделяют на твердые с пульсирующим или непрерывным излучением, газовые с непрерывным излучением, жидкостные (в качестве излучателя используют окиси неодима (химический элемент из семейства лантаноидов, неодим – серо-белый металл, температура плавления 1024 º) красители и т. д.).