Сварочное оборудование - Оборудование для электронно-лучевой сварки

Оборудование для электронно-лучевой сварки

Классификация и состав электронно-лучевых установок

По степени специализации электронно-лучевые установки делятся на универсальные и специализированные, а по давлению в рабочей камере — на высоковакуумные (давление в камере <10^-1 Па), промежуточного вакуума (давление в камере 10—10^-1 Па), для электронно-лучевой сварки в атмосфере или в защитном газе (10³—10⁵ Па). По принципу создания вакуума в зоне сварки электронно-лучевые установки делятся на камерные (изделие внутри рабочей камеры) и с локальным вакуумированием (герметизация изделия осуществляется только в зоне сварки).

Рис. 5.9. Структура камерной электронно-лучевой установки:
ЭЛП — электронно-лучевая пушка; РК — рабочая камера; ВС ЭЛП — вакуумная система ЭЛП; ИУН — источник ускоряющего напряжения; ВС РК — вакуумная система РК: СУ — система управления установкой

В состав любой электронно-лучевой установки (рис. 5.9) входит: электронно-лучевая пушка (ЭЛП); источник питания ЭЛП; вакуумная система; система управления.

Электронно-лучевые пушки (ЭЛП)

ЭЛП служат для генерации и формирования электронного луча. Основные узлы ЭЛП: генератор электронови система проведения луча (рис. 5.10). Генератор электронов состоит из катода, управляющего электрода, или электрода Венельта, анода. Система проведения луча включает юстирующие, фокусирующие и отклоняющие катушки.

Катоды выполняются накальными (термокатоды прямого или косвенного накала) или плазменными. Материал термокатодов — вольфрам, тантал, сплавы этих металлов с рением, гексаборид лантана (LaB₆).

В случае термокатодов прямого нагрева нагрев осуществляется за счет пропускания через катод тока накала, а в термокатодах косвенного нагрева — за счет бомбардировки катода электронами от вспомогательного катода Материал высоковольтного изолятора — керамика, стекло, специальные пластмассы. Типичные материалы для анода и управляющего электрода — нержавеющая сталь, медь.

Ускоряющее напряжение приложено между анодом и катодом. Управление током луча осуществляется, как правило, путем изменения потенциала управляющего электрода по отношению к катоду.

Рис. 5.10. Типичная структура ЭЛП:
К — катод; УЭ — управляющий электрод; ЮК — юстирующие катушки; А — анод. ЭЛ — электронный луч; ФК — фокусирующие катушки; ОК — отклоняющие катушки; И — свариваемое изделие

Источники питания ЭЛП

Источники питания ЭЛП состоят из источника ускоряющего напряжения, а также источников питания УЭ, К, ЮК, ФК, ОК.

Источники ускоряющего напряжения выполняются с регулирующим элементом на первичной или вторичной стороне высоковольтного трансформатора, с преобразованием или без преобразования частоты питающего напряжения (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Функциональные схемы источников ускоряющего напряжения:
а — с тиристорным регулятором (ТР); б — с регулирующим элементом (РЭ) на вторичной стороне трансформатора; ВТ — высоковольтный трансформатор; ВВ — высоковольтный выпрямитель; Ф — фильтр; ВД — высоковольтный делитель

Регулировку на первичной стороне осуществляют тиристорными или транзисторными регуляторами, на вторичной стороне — специальной высоковольтной лампой. Для защиты от пробоев в ЭЛП источники ускоряющего напряжения обычно снабжаются устройствами автоматического повторного включения. Это позволяет без заметного ухудшения качества сварки проводить ЭЛС даже в условиях частых пробоев. Конструктивно источники ускоряющего напряжения размещают в баке с трансформаторным маслом, которое одновременно выполняет функции охлаждающей среды. Известны также источники ускоряющего напряжения на напряжение до 60 кВ, в которых в качестве изолирующей среды используется воздух или компаунды.

Для гальванического разделения в источнике питания управляющего электрода используют высокочастотные трансформаторы или пару светодиод/фототранзистор, соединенную световодом. Для обеспечения постоянства характеристик системы проведения электронного луча питание катушек ЮК, ФК, ОК (см. рис. 5.10) осуществляется от регуляторов тока.

Вакуумная система электронно-лучевой установки

Вакуумная система ЭЛУ служит для создания необходимого давления в ЭЛП и рабочей камере: как правило 10^-2—10^-4 Па в ЭЛП и 10—10^-3 Па  в  рабочей камере. ЭЛП отсекается от рабочей камеры с помощью специального вакуумного клапана, который открывается на время проведения сварки (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Типичная вакуумная камера электронно-лучевой установки для сварки в промежуточном вакууме:
N1 — механический насос ЭЛП; N2 — высоковакуумный насос ЭЛП; N3 — двухроторный механический насос; N4 — золотниковый или пластинчато-роторный насос; VI — клапан откачки высоковакуумного насоса; V2 — клапан откачки ЭЛП высоковакуумным насосом; V3 — клапан откачки ЭЛП механическим насосом; V4 — клапан напуска в ЭЛП; V5 — клапан отсечки ЭЛП; V6 — клапан напуска в рабочую камеру (РК); V7 — клапан откачки рабочей камеры; V8 — напуск в насосы откачки рабочей камеры

В качестве механических насосов с предельным давлением 0,1—10 Па используются шиберные или золотниковые насосы и агрегаты на их основе, в состав которых включаются также двухроторные насосы (насосы Рутса). В качестве высоковакуумных насосов используются паромасляные или турбомолекулярные насосы.

Система управления электронно-лучевой установкой

Система управления (СУ) должна выполнять следующие основные функции:

• программное управление работой всех систем установки;
• диагностику работы всех систем установки;
• контроль и управление положением электронного луча по отношению к стыку;
• контроль и управление пространственными, энергетическими и временными характеристиками электронного луча;
• связь с СУ более высокого уровня при работе в составе гибкой производственной системы.

Элементная база СУ — мини- и микроЭВМ, микропроцессоры. Все программное управление осуществляется либо одной достаточно мощной ЭВМ, либо центральной микроЭВМ и местными микроЭВМ, на которых реализуется локальное управление одним или несколькими устройствами.

Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы, том 2.

См. также:

• Техника электронно-лучевой сварки