3.1.4. Применение электронно-лучевых процессов для сварки

Электронно-лучевая сварка является одним из самых распро­страненных технологических применений электронного пучка. Поскольку сварка - процесс, связанный с локальным плавлением и последующей кристаллизацией расплавленного металла, ширина зоны расплавленного металла имеет при сварке важное значение. Кристаллизация металла в сварочной ванне в значительной мере определяет свойства металла шва, и изменение ширины зоны проплавления при сварке становится важным фактором воздействия на свойства сварного соединения. Кроме того, от объема расплав­ленного металла зависят деформации и напряжения, возникающие после сварки в сварных конструкциях, что также требует регули­рования объема сварочной ванны.

Сварка электронным пучком позволяет, применяя фокусировку, изменять ширину сварочной ванны. Как следует из рис. 3.2,а, б ,при относительно небольших плотностях мощности электронного пучка (10² ...10³ Вт/см² ) форма зоны проплавления имеет такой же характер, как для традиционных процессов газовой и дуговой свар­ки. По мере увеличения плотности мощности электронного пучка (10⁵…10⁶ Вт/см²) наряду с процессами плавления начинается ин­тенсивное испарение металла с поверхности сварочной ванны. Это приводит к деформации жидкого металла под действием реактивных сил давления паров, к углублению сварочной ванны и получению швов с глубоким проплавлением при соотношении глубины шва к его ширине до 10:1 и более (рис. 3.2, в). По чисто внешним признакам такое проплавление часто называют кинжальным; швы с кинжальным проплавлением дают ряд преимуществ по сравнению со сварными швами традиционной формы (по­лусферической). Кинжальное противление дает возможность за один проход сварить без разделки кромок детали толщиной до 50... 100 мм, в то время как при дуговой сварке для этой цели необ­ходима разделка кромок и несколько десятков проходов. Глубокое проплавление позволяет получать сварные соединения принципи­ально новой формы, не доступные для других способов сварки плавлением.

Возможность получения при электронно-лучевой сварке ванны расплавленного металла малого объема позволяет резко снизить сварочные деформации и сваривать конструкции из уже оконча­тельно обработанных деталей и узлов с минимальной последую­щей размерной обработкой или вовсе без нее. При этом возможна также сварка изделий в термообработанном состоянии (например, после закалки), так как зона разупрочнения получается достаточно малой, что не сказывается на общей работоспособности изделия в целом. По такому принципу сваривают блоки шестерен коробок передач автомобилей и станков, шевронные шестерни силовых передач - это значительно снижает трудоемкость их изготовления. При электронно-лучевой сварке можно получать швы малых размеров, и эти «прецизионные» швы широко используются в кон­струкциях различных радиоэлектронных схем и устройств, где сварку часто приходится вести с применением микроскопа.

Наконец, вакуум как защитная среда при сварке для целого ря­да химически активных и тугоплавких металлов (вольфрам, мо­либден, тантал, цирконий, титан и др.) и сплавов обеспечивает значительно более высокие показатели свойств сварного шва, чем сварка в инертных газах (Аr и Не). Поэтому целый ряд сварных конструкций из этих материалов изготовляют исключительно при помощи электронно-лучевой сварки.