Лучевая сварка

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………… 2

Глава 1. Электронно-лучевая сварка – как один из методов соединения металлов и их сплавов

1. Понятие лучевой сварки и отличие ее от других видов…………………………………………………………………………. 3
2. Технологические условия для возможности выполнения лучевой сварки…………………………………………………………………………11
3. Конструкции с эффективным применением лучевой сварки………………………………………………………………………....13

 

Глава 2. Расчет на прочность при разработке сварных конструкций электронно-лучевым способом

2.1 Экономические аспекты применения лучевой сварки………………..15

2.2 Методы расчета сварных  соединений на прочность………………....21

Заключение…………………………………………………………………...31

Список литературы………………………………………………………….32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В течение последних 30 лет  сформировалась электронно- и ионно- лучевая технология обработки материалов. В этой новой области электронные  и ионные пучки непосредственно  используются для осуществления  технологических процессов. Возможные  применения электронно- и ионно- лучевой  технологии простираются от получения  субмикроскопических структур в  микроэлектронике до выплавки крупных  слитков в металлургии. Общим  для всех этих установок является использование электронных и  ионных пучков.

Приблизительно в 1965 году электронно-лучевая плавка, сварка, напыление и обработка поверхностей были внедрены в промышленное производство. В настоящее время широко используются в производстве и ионно-лучевые  технологии. Освоение лазерных технологий значительно повышает эффективность  современного производства.

Цель исследования:

Рассмотреть основные положения  сварных работ электронно-лучевым  способом.

Объект исследования:

Качество сварных соединений электронно-лучевым способом

Изучение процесса сварки металлов и сравнение методов  их проведения

Задачи:

- Проанализировать существующие  виды сварки

- Определить требования, предъявляемые к процессу сварки  в  электронно-лучевой установке

- Проанализировать методы  расчета сварных соединений

Методы исследования:

Анализ технической (технологической)  литературы, спец.  литературы по основам  проектирования, по обработке материалов.

 

 

 

 

 

Глава 1. Электронно-лучевая  сварка – как один из методов  соединения металлов и их сплавов

1.1.Понятие лучевой сварки и отличие ее от других видов

 

В данном разделе курсовой работы будет рассмотрена электронно-лучевая  сварка (ЭЛС) и ее отличие от других.

Сварка – это технологический процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), или пластическом дефармировании.

Виды сварки:

 

Сварка  плавлением осуществляется при нагреве сильным концентрированным источником тепла (электрической дугой, плазмой и др.) кромок свариваемых деталей, в результате чего кромки в месте соединения расплавляются, самопроизвольно сливаются, образуя общую сварочную  ванну, в которой происходят некоторые физические и химические процессы.

Сварка  давлением осуществляется пластическим деформированием металла в месте соединения под действием сжимающих усилий. В результате различные загрязнения и окислы на свариваемых поверхностях вытесняются наружу, а чистые поверхности сближаются по всему сечению на расстояние атомного сцепления.

Основные  виды сварки:

Ручная дуговая сварка осуществляется покрытыми металлическими электродами. К электроду и свариваемому металлу подводится переменный или постоянный ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки.

Дуговая сварка под флюсом. Сущность сварки состоит в том, что дуга горит под слоем сварочного флюса между концом голой электродной проволоки. При горении дуги и плавлении флюса создаётся газошлаковая оболочка, препятствующая отрицательному воздействию атмосферного воздуха на качество сварного соединения.

Дуговая сварка в защитном газе производится как неплавящимся (чаще вольфрамовым), так и плавящимся электродам.

При сварке неплавящимся электродом дуга горит между электродом и  свариваемым металлом в защитном инертном газе. Сварочная проволока  вводится в зону сварки со стороны.

Сварка плавящимся электродам выполняется на полуавтоматах и  автоматах. Дуга в данном случае возникает  между непрерывно подающейся голой  проволокой и свариваемым металлом. 

В качестве защитных газов  применяют инертные (аргон, гелий, азот) и активные газы  (углекислый газ, водород, кислород), а также смеси аргона с гелием, либо углекислым газом, либо кислородом; углекислого газа с кислородом и др.

Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.)

Электрошлаковая сварка применяется для соединения изделий любой толщины в вертикальном положении. Листы устанавливают с зазором  между свариваемыми кромками. В зону сварки подают проволоку и флюс. Дуга горит только в начале процесса. В дальнейшем после расплавления определённого количества флюса дуга гаснет, и ток проходит через расплавленный шлак. 

Контактная  сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.

Виды контактной сварки:

• стыковой  контактной сварке свариваемые части соединяют по поверхности стыкуемых торцов.
• точечной контактной сваркой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия.
• рельефная контактная сварка осуществляется на отдельных участках по заранее подготовленным выступам – рельефам.              
• шовной контактной сварке соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва.

Электронно-лучевая  сварка. Сущность процесса сварки электронным лучом состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. При бомбардировке поверхности металла электронами подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла.

Для сварки необходимо: получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость, чтобы увеличить их энергию, которая при торможении электронов в свариваемом металле превращается в теплоту.

Электронно-лучевой сваркой  сваривают тугоплавкие и редкие металлы, высокопрочные, жаропрочные  и коррозионно-стойкие сплавы и  стали.

Диффузионная  сварка  в вакууме имеет следующие преимущества: металл не доводится до расплавления, что даёт возможность получить более прочные сварные соединения и высокую точность размеров изделий; позволяет сваривать разнородные материалы: сталь с алюминием, вольфрамом, титаном, металлокерамикой, молибденом, медь с алюминием и титаном, титан с платиной и т. п. 

Плазменной  сваркой можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, а также неметаллические материалы. Температура плазменной дуги, применяемой в сварочной технике, достигает 30 000 C. Для получения плазменной дуги применяются плазмотроны с дугой прямого или косвенного действия. В плазмотронах прямого действия плазменная дуга образуется между вольфрамовым электродом и основным металлом. Сопло в таком случае электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации дуги. В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создаётся между вольфрамовым электродом и соплом, а струя плазмы выделяется из столба дуги в виде факела. Дугу плазменного действия называют плазменной струёй. Для образования сжатой дуги вдоль её столба через канал в сопле пропускается нейтральный одноатомный (аргон, гелий) или двухатомный газ (азот, водород и другие газы и их смеси). Газ сжимает столб дуги, повышая тем самым температуру столба.

Лазерная  сварка. Лазер – оптический квантовый генератор (ОПГ). Излучателем – активным элементом – в ОРГ могут быть: 1) твёрдые тела – стекло с неодимом, рубин и др.; 2) жидкости – растворы окиси неодима, красители и др.; 30 газы и газовые смеси – водород, азот, углекислый газ и др.; 4)  полупроводниковые монокристаллы – арсениды галлия и индия, сплавы кадмия с селеном и серой и др. Обрабатывать можно металлы и неметаллические материалы в атмосфере, вакууме и в различных газах. При этом луч лазера свободно проникает через стекло, кварц, воздух.

Холодная  сварка металлов. Сущность этого вида сварки состоит в том, что при приложении большого давления к соединяемым элементам в месте их контакта происходит пластическая деформация, способствующая возникновению межатомных сил сцепления и приводящая к образованию металлических связей. Сварка производится без применения нагрева. Холодной сваркой можно получать соединения стык, внахлёстку и втавр. Этим способом сваривают пластичные металлы: медь, алюминий и его сплавы, свинец, олово, титан.

Сварка  трением выполняется в твёрдом состоянии под воздействием теплоты, возникающей при трении поверхностей свариваемых деталей, с последующим приложением сжимающих усилий. Прочное сварное соединение образуется в результате возникновения  металлических связей  между контактирующими поверхностями свариваемых деталей.

Высокочастотная сварка основана на нагревании металла пропусканием через него токов высокой частоты с последующим сдавливанием обжимными роликами. Такая сварка может производиться с подводом тока контактами и с индукционным подводом тока.

Сварка  ультразвуком. При сварке ультразвуком неразъёмное соединение металлов образуется при одновременном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавливающих усилий. Этот способ применяется при сварке металлов, чувствительных к нагреву, пластичных металлов, неметаллических материалов.

Сварка  взрывом основана на воздействии направленных кратковременных сверхвысоких давлений энергии взрыва порядка (100...200) Х 10⁸ Па на свариваемые детали. Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок для проката биметалла, при плакировке поверхностей конструкционных сталей металлами и сплавами с особыми физическим и химическими свойствами, а также при сварке деталей из разнородных металлов и сплавов.

Электронно-лучевая  сварка (ЭЛС)

Рассмотри поподробнее ЭЛС:

На рис. 1.1 представлена типовая  функциональная схема электронно-лучевой  установки. Установка состоит из вакуумной камеры 1, в верхней  части которой размещается электронная  пушка 2. К пушке с помощью кабеля высокого напряжения подводятся питание  от высоковольтного выпрямителя 3. Внутри камеры может также находиться механизм перемещения 5 обрабатываемого изделия 6. Управление всеми агрегатами ведется  с пульта управления 4. Вакуум в технологической  камере создается с помощью  вакуумной системы 7.

 

Рис. 1.1 - Функциональная схема технологической электронно-лучевой установки: 1 - вакуумная камера; 2 - электронная пушка; 3 - высоковольтный выпрямитель; 4 - пульт управления; 5 - механизм перемещения обрабатываемого изделия; 6 -обрабатываемое изделие

Вакуум при электронно-лучевой  обработке необходим как для  создания и формирования электронного пучка, так и для защиты обрабатываемого  металла от действия кислорода и  азота воздуха, ускорения дегозации  металла при плавлении, удаления некоторых вредных примесей и  др.

 Способ ЭЛС основан на использовании энергии, высвобождаемой при торможении потока ускоренных электронов в свариваемых материалов [6]. Преобразование кинетической энергии в тепловую характеризуется высоким к.п.д.

 Схема установки для  электронно-лучевой сварки показана  на рис. 128. Она включает следующие  основные элементы: электроннолучевую  сварочную пушку 1 с системами  управления и электропитания, формирующую  поток электронов, электроны могут  быть ускорены до энергии 20—30 кэВ (низковольтные пушки), 30—100 кэВ  (пушки с промежуточным ускоряющим  напряжением), 100—200 кэВ (высоковольтные  пушки), вакуумную камеру4 с люками  загрузки и выгрузки деталей,  механизмами перемещения свариваемых  деталей5 и со смотровыми окнами 5, вакуумную систему, обеспечивающую  при сварке в рабочем объеме  камеры разрежение 10~4—10~5 мм рт. ст. Поток электронов, эмитируемых катодом, формируется предварительно электростатическим полем в области катод—анод.