Hovedprosessvariabler i EBW

Denne artikkelen kaster lys over de fire hovedprosessvariablene i Electron Beam Welding (EBW). Prosessvariablene er: 1. Akselerasjonsspenning 2. Beam Power 3. Beam Spot Size 4. Sveisehastighet.

Prosessvariabel # 1. Accelerasjonsspenning:

Med økningen i akselererende spenning øker inntrengningen av sveisen. Høyspenningssystem (70-150 Kv) gir finere spotstørrelser, lengre brennvidde og større arbeidsavstander. For lange arbeidsavstander eller produksjon av smale parallelle sidesveis, bør de akselererende spenningene økes for å oppnå maksimal brennvidde, figur 14.6. Dette skyldes at når den akselererende spenningen økes, vil strålestrømmen som trengs for en gitt strøminnstilling, reduseres i forhold.

Således, med færre elektroner i strålen å avstøte hverandre, dannes en smalere stråle i henhold til følgende forhold:

For høyspenningssystem er imidlertid våpenene lengre og med høyspenningsisolering kreves, er det avgjørende at pistolen holdes stasjonær og arbeidet beveget seg under det.

For samme strålekraft, men lavere akselererende spenning, har arbeidsavstanden tendens til å være kortere og bjelkene mer konvergente. En slik pistol, hvis den holdes stasjonær, ville lede mindre arbeidsområde, slik at disse ofte er utformet for å bli flyttet rundt en stasjonær jobb holdt i vakuumkammeret.

Prosessvariabel # 2. Beam Power:

Den elektroniske kinetiske energien er gitt av ½mv ^2, men v, det vil si, elektronhastigheten er proporsjonal med kvadratroten av akselerasjonsspenningen, slik at energien til hver elektron er proporsjonal med akselerasjonsspenningen. Siden antallet elektroner som kommer per tidsenhet er direkte proporsjonal med strålestrømmen, kan stråleffekten uttrykkes i form av produktet av akselerasjonsspenningen og strålestrømmen, som er i watt. Når strålestrømmen økes, øker inntrengningen av sveisen også. Stråleffekten dividert med stråleflateområdet på arbeidsflaten gir energidensiteten og kan være så høy som 5 x 10 ⁹ W / mm ² .

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

Derfor frigjøres 1507 joules per sekund ved varme med energi med en strålepunktdiameter på 2, 5 mm. Denne energien er i stand til å helbrede 6 mm tykt wolfram ved 17000 ° C / sek. En redusert strålediameter på 0, 25 mm kan teoretisk gi en hundre ganger økning i oppvarmingshastigheten. Selv om en del av varmeenergien går tapt ved ledning, fordampning og strålingstap, men den angitte effekten er tilstrekkelig høy til å ta hensyn til det høye sveiseinntrengnings-til-sveisebreddeforholdet oppnådd med elektronstråler.

EBW-enhetene kan ha effektverdier på 1, 25 til 60 KW, men det mer vanlige området er 3 til 35 KW. Disse enhetene er konstruert for å gi en bestemt utgangsspenning og strålestrøm som vist i tabell 14.2.

Effekt av strålestrøm på penetreringsdybde for rustfritt stål 302 av typen 302 sveiset med en kjørhastighet på 11-25 mm / sek er vist som en funksjon av akselerasjonsspenningen i figur 14.7.

Fig. 14.7 Effekt av strålestrøm på sveispenetrasjon

Prosessvariabel # 3. Beam Spot Size:

Strålepunktstørrelsen på arbeidet er en viktig faktor da den påvirker sveisens bredde, så vel som energidensiteten og dermed penetrasjon-til-breddeforholdet. Avhengig av akselstrømspenningen og strålestrømmen er strålepunktstørrelsen mellom 0-1 til 0-5 mm diameter mulig å oppnå. Det er imidlertid ikke lett å få så små flekkstørrelser.

Dette skyldes at elektronene i strålen beveger seg ved forskjellige hastigheter, og under deres passasje gjennom det elektromagnetiske objektivet har de en effekt som sfærisk avvik i en optisk linse. Dermed er den ytre keglen av strålene fokusert nærmere enn de aksiale strålene på grunn av deres nærhet til polstykker i magnetlinse hvor feltstyrken er høyere.

Selv om høyspenning og strålestrøm favoriserer en liten spotstørrelse, er det imidlertid svært vanskelig å oppnå ønsket lang, smal, tett og finfokusert elektronstråle for sveising. På grunn av rotasjonen av strålen under passasjen gjennom magnetlinsen roteres også asymmetri på en uforutsigbar og plagsom måte i henhold til endringer i fokus og arbeidsavstand.

Fig. 14.8 Effekt av strålefokusering på perle geometri og penetrasjon

Et skarpt fokusert strålepunkt resulterer i maksimal effektiv varmetetthet, og gir dermed en smal parallell-sidet sveise. Fokusering av strålen ved overfokusering eller underfokusering øker spotstørrelsen på arbeidsflaten som resulterer i grunne eller Vee-formet sveisestreng; disse effektene er vist i figur 14.8.

Prosessvariabel # 4. Sveishastighet:

For et gitt nivå av strålekraft har sveiseturtallet en markert effekt på penetrasjon ved lave reisetrykk som vist i figur 14.9; Men etter hvert som hastigheten økes, går effekten på penetrasjonen på å redusere. Sveisebredden minker også med økningen i kjørehastigheten.

For EBW er uttrykket som vanligvis aksepteres for energitilførsel til arbeidet, joules per mm lengde av sveis som uttrykt av ligningen,

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

hvor,

I = strålestrøm, forsterkere

P = stråleffekt, watt eller joule / sek

S = sveisehastighet, mm / sek-

EBW-variablene kan interpoleres grafisk ved bruk av ligning (14.2) i forbindelse med dataene som er tilgjengelige for sveising av forskjellige tykkelser av metall. Fig. 14.10 viser en slik data basert på betingelsene som er etablert for noen av legeringene oftere sveiset ved denne prosess. Slike grafer er nyttige for å bestemme kravet til innledende innstillinger av kraft og kjørehastighet for sveising av en bestemt legering med en gitt tykkelse.