Huvudprocessvariabler i EBW

Denna artikel lyfter fram de fyra huvudprocessvariablerna i Electron Beam Welding (EBW). Processvariablerna är: 1. Accelerationsspänning 2. Beam Power 3. Beam Spot Size 4. Svetshastighet.

Processvariabel # 1. Accelererande spänning:

Med ökningen av accelerationsspänningen ökar svetsens penetration. Högspänningssystem (70-150 Kv) möjliggör finare punktstorlekar, längre brännvidd och större arbetsavstånd. För långa avstånd från arbetskraft till arbete eller produktion av smala parallella sidosvetsar bör således de accelerationsspänningar ökas för att uppnå maximal brännvidd, fig 14.6. Detta beror på att när den accelererande spänningen ökar minskar den strålström som behövs för en given effektinställning i proportion.

Således med färre elektroner i strålen att avstöra varandra bildas en smalare stråle enligt följande förhållande:

Men för högspänningssystem tenderar pistolerna att vara längre och med högspänningsisolering krävs är det nödvändigt att pistolen hålls stillastående och arbetet rör sig under det.

För samma strålkraft men lägre accelerationsspänning tenderar arbetsavståndet att vara kortare och strålarna mer konvergerande. En sådan pistol, om den hålls stationär, skulle leda mindre arbetsområde så är dessa ofta konstruerade för att flyttas runt ett stationärt jobb som hålls i vakuumkammaren.

Processvariabel # 2. Bälteffekt:

Den elektriska energin hos varje elektron ges av ½mv ² men v, det vill säga elektronhastigheten är proportionell mot kvadratroten hos accelerationsspänningen så att energin hos varje elektron är proportionell mot accelerationsspänningen. Eftersom antalet elektroner som ankommer per tidsenhet är direkt proportionellt mot strålströmmen, kan strålkraften uttryckas i form av produkten av accelerationsspänningen och strålströmmen, dvs i watt. När strålströmmen ökas ökar också svetsningens penetration. Strålkraften dividerad med strålpunktsytan på arbetsytan ger energitätheten och kan vara så hög som 5 x 10 ⁹ W / mm ² .

Värmeffekten från en elektronstråle med en accelerationsspänning på 120 KV och en strålström på 12, 5 mA kan beräknas enligt följande:

Därför släpps 1507 joules per sekund på slag med arbetsyta som värmeenergi med en strålpunktsdiameter på 2, 5 mm. denna energi kan läka 6 mm tjock volfram vid 17000 ° C / s. En reducerad stråldiameter av 0, 25 mm kan teoretiskt ge upphov till en hundra gånger ökning av uppvärmningshastigheten. Även om en del av värmeenergin går förlorad genom ledning, förångning och strålningstab, men den angivna effekten är tillräckligt hög för att ta hänsyn till det höga svets-penetrations-till-svetsbreddförhållandet erhållet med elektronstrålar.

EBW-enheterna kan ha effektvärden på 1, 25 till 60 kW men det mer vanliga området är 3 till 35 kW. Dessa enheter är utformade för att ge en viss utspänning och strålström, som visas i tabell 14.2.

Effekten av strålströmmen på penetrationsdjupet för rostfritt stål av typen 302 svetsat vid en färdhastighet av 11-25 mm / sek visas som en funktion av accelerationsspänningen i fig 14.7.

Fig. 14.7 Effekt av strålströmmen vid svetspenetration

Processvariabel # 3. Beam Spot Size:

Strålpunktens storlek på arbetet är en viktig faktor eftersom den påverkar svetsens bredd såväl som energitätheten och därigenom penetration-till-breddförhållandet. Beroende på den accelererande spänningen och strålströmmen är strålpunktsstorlek mellan 0-1 till 0-5 mm diameter möjlig att uppnå. Det är emellertid inte lätt att få så små fläckstorlekar.

Detta beror på att elektronerna i strålen rör sig i olika hastigheter och under deras passage genom den elektromagnetiska linsen lider de en effekt som liknar sfärisk avvikelse i en optisk lins. Sålunda fokuseras strålens yttre kona närmare än de axiella strålarna på grund av deras närhet till polstycken i magnetlinsen där fältstyrkan är högre.

Även om högspänning och strålströmmen gynnar en liten fläckstorlek är det dock mycket svårt att erhålla önskad lång, smal, tät och finriktad elektronstråle för svetsning. På grund av rotation av strålen under dess passage genom magnetlinsen roteras varje asymmetri på ett oförutsägbart och besvärligt sätt beroende på förändringar i fokus och arbetsavstånd.

Fig. 14.8 Effekt av strålfokusering på pärmgeometri och penetration

En starkt fokuserad strålpunkt resulterar i maximal effektiv värme densitet, vilket ger en smal parallellsidad svetsning. Avböjning av strålen genom överfokusering eller underfokusering ökar spotstorleken på arbetsytan vilket resulterar i grunt eller Veeformad svetspärla; dessa effekter visas i figur 14.8.

Processvariabel # 4. Svetshastighet:

För en given nivå av strålkraft har svetshastigheten en markant effekt på penetration vid låga varvtal som visas i fig 14.9; Men när hastigheten ökar går dess effekt på penetrationen på att minska. Svetsbredden minskar också med ökningen i körhastigheten.

För EBW är uttrycket som vanligen accepteras för energitillförsel till arbetet joules per mm längd av svets som uttryckt av ekvationen,

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

var,

I = strålström, ampere

P = strålkraft, watt eller joule / sek

S = svetshastighet, mm / sek-

EBW-variablerna kan interpoleras grafiskt med hjälp av ekvation (14.2) i kombination med data tillgängliga för svetsning av olika tjocklekar av metall. Fig. 14.10 visar en sådan data baserat på de betingelser som fastställts för vissa legeringar som oftast svetsas genom denna process. Sådana diagram är användbara för bestämning av kravet på initiala inställningar av effekt och färdhastighet för svetsning av en speciell legering av en given tjocklek.