Hovedprocesvariabler i EBW

Denne artikel beskriver de fire hovedprocesvariabler i Electron Beam Welding (EBW). Processvariablerne er: 1. Accelerationsspænding 2. Beam Power 3. Beam Spot Size 4. Svejsehastighed.

Procesvariabel # 1. Accelerationsspænding:

Med stigningen i accelerationsspændingen øges svejsningens gennemtrængning. Højspændingssystem (70-150 Kv) giver finere spotstørrelser, længere brændvidde og større arbejdsafstande. For lange afstande fra arbejdet til arbejdet eller produktionen af smalle parallelle sidesvejsninger bør de accelererende spændinger således øges for at opnå maksimal brændvidde, figur 14.6. Dette skyldes, at når accelerationsspændingen øges, falder den strålestrøm, der er nødvendig for en given strømindstilling, i forhold til hinanden.

Således med færre elektroner i strålen til at afstøde hinanden, dannes en smalere stråle som pr. Følgende forhold:

Men for højspændingssystemer har våben tendens til at være længere, og med højspændingsisolering kræves, er det afgørende, at pistolen holdes stationær og arbejdet flyttes under det.

For den samme strålekraft, men lavere accelerationsspænding, har arbejdstrækningen tendens til at være kortere, og bjælkerne er mere konvergerende. En sådan pistol, hvis den holdes stationær, vil beordre mindre arbejdsområde, så er disse ofte designet til at blive flyttet omkring et stationært job, som holdes i vakuumkammeret.

Procesvariabel # 2. Beam Power:

Den elektroniske kinetiske energi er givet ved ½mv ^2, men v, det vil sige, at elektronhastigheden er proportional med kvadratroden for accelerationsspændingen, så energien af hver elektron er proportional med accelerationsspændingen. Da antallet af elektroner, der ankommer per tidsenhed, er direkte proportional med strålestrømmen, kan stråleffekten udtrykkes som produkt af accelerationsspændingen og strålestrømmen, som er i watt. Efterhånden som strålestrømmen øges, vil svejsningens indtrængning også øges. Stråleffekten divideret med strålefløjten på arbejdsfladen giver energidensiteten og kan være så høj som 5 x 10 ⁹ W / mm ² .

Varmeudgangen fra en elektronstråle med en accelerationsspænding på 120 KV og en strålestrøm på 12, 5 mA kan beregnes som følger:

Derfor udsættes 1507 joules pr. Sekund for varme med en strålepletdiameter på 2, 5 mm ved arbejdsbelastning. denne energi er i stand til at helbrede 6 mm tykt wolfram ved 17000 ° C / sek. En reduceret strålediameter på 0, 25 mm kan teoretisk give en et hundrede gange stigning i opvarmningshastigheden. Skønt en del af varmeenergien går tabt ved ledning, fordampning og strålingstab, men den angivne effekt er tilstrækkelig høj til at tage højde for det højsvejseprægnings-til-svejsebreddeforhold opnået med elektronstråler.

EBW-enhederne kan have effektværdier på 1, 25 til 60 KW, men det mere almindelige område er 3 til 35 KW. Disse enheder er designet til at give en bestemt udgangsspænding og strålestrøm som vist i tabel 14.2.

Effekt af strålestrøm på penetrationsdybde for rustfrit stål type 302 med en hastighed på 11-25 mm / sek er vist som en funktion af accelerationsspændingen i figur 14.7.

Fig. 14.7 Effekt af strålestrøm på svejsepennetrækning

Procesvariabel # 3. Beam Spot Size:

Strålepunktstørrelsen på arbejdet er en vigtig faktor, da den påvirker svejsens bredde såvel som energitætheden og dermed penetration-til-breddeforholdet. Afhængig af den accelererende spænding og strålestrømmen er strålefladestørrelsen mellem 0-1 til 0-5 mm diameter mulig. Det er dog ikke let at opnå så små pletstørrelser.

Dette skyldes, at elektronerne i strålen bevæger sig ved forskellige hastigheder, og under deres passage gennem den elektromagnetiske linse lider de en effekt, der ligner sfærisk aberration i en optisk linse. Således er strålingens ydre kegle fokuseret nærmere end de aksiale stråler på grund af deres nærhed til polstykker i magnetlinjen, hvor feltstyrken er højere.

Selvom højspænding og stråle strømmen favoriserer en lille pletstørrelse, er det dog meget vanskeligt at opnå den ønskede lange, smalle tætte og finfokuserede elektronstråle til svejsning. På grund af drejningen af strålen under dens passage gennem magnetlinien roteres enhver asymmetri på en uforudsigelig og besværlig måde i overensstemmelse med ændringer i fokus og arbejdsafstand.

Fig. 14.8 Effekt af strålefokusering på perle geometri og penetration

Et stærkt fokuseret strålestik resulterer i maksimal effektiv varmetæthed, hvilket giver en smal parallelsidet svejsning. Afbøjning af strålen ved overfokusering eller underfokusering øger pletstørrelsen på arbejdsfladen, hvilket resulterer i lavvandede eller Veeformede svejsekugler; disse virkninger er vist i figur 14.8.

Procesvariabel # 4. Svejsehastighed:

For et givet niveau af strålekraft har svejsningshastigheden en markant virkning på indtrængning ved lave hastigheder som vist i figur 14.9; Men da hastigheden er forøget, går dens effekt på indtrængning på at reducere. Svejsebredden falder også med stigningen i kørehastigheden.

For EBW er udtrykket, der almindeligvis accepteres for energitilførsel til arbejdet, joules pr. Mm længde af svejsning som udtrykt ved ligningen,

Energiindgang, J / mm = VI / S = P / S ...... (14.2)

hvor,

I = strålestrøm, forstærkere

P = stråleffekt, watt eller joule / sek

S = svejsningshastighed, mm / sek-

EBW-variablerne kan interpoleres grafisk ved brug af ligning (14.2) i forbindelse med de data, der er tilgængelige til svejsning af forskellige tykkelser af metal. Figur 14.10 viser sådanne data baseret på de betingelser, der er fastlagt for nogle af legeringerne, som oftest svejstes ved denne proces. Sådanne grafer er nyttige til bestemmelse af kravet til indledende indstillinger af effekt og transporthastighed til svejsning af en bestemt legering med en given tykkelse.